ВЯЗКОСТЬ

Вязкость (ее иногда еще называют внутренним трением) — свойство текучих тел (жидкостей и газов) сопротивляться перемещению одной их части относительно другой под действием внешних сил.

Количественно вязкость определяется величиной касательной силы, которая должна быть приложена к единице площади сдвигаемого слоя, чтобы поддерживать в этом слое ламинарное течение (см. Турбулентность) с постоянной скоростью относительного сдвига, равной единице.

Вязкость газов и жидкостей, согласно молекулярно-кинетической теории, вызвана передачей импульса от молекул более быстро движущегося слоя к молекулам более медленного слоя, которая происходит при перемешивании молекул соседних слоев вследствие теплового движения.

Природа возникновения внутреннего трения может быть объяснена следующим образом. Пусть между двумя плоскостями находится слой жидкости (или газа); верхняя плоскость движется относительно нижней со скоростью v (см. рис.). Мысленно разобьем жидкость на очень тонкие слои параллельными плоскостями, отстоящими на An друг от друга. Слои жидкости, касающиеся твердых тел, прилипают к ним. Промежуточные слои имеют такое распределение скоростей, как изображено на рисунке.

Величина ΔV/ΔN показывает, насколько быстро меняется модуль скорости при перемещении на единицу длины в направлении, перпендикулярном вектору скорости и, следовательно, слоям жидкости. Между соприкасающимися слоями при различии в скоростях возникают силы, направленные вдоль плоскости соприкосновения и препятствующие их относительному перемещению,— силы внутреннего трения.

В простейшем случае вязкость определяется по формуле, предложенной еще И. Ньютоном. По этой формуле касательное напряжение сил внутреннего трения τ пропорционально изменению скорости: τ = η • ΔV/ΔN, где η — величина, названная вязкостью жидкости (или газа).

Единица вязкости в СИ — 1 Па•с.

Силы внутреннего трения гораздо меньше сил трения скольжения. Поэтому для уменьшения трения между движущимися частями машин и механизмов используется смазка — слой вязкой жидкости, заполняющий пространство между трущимися поверхностями и оттесняющий их друг от друга. Это приводит к существенному уменьшению нагрева и износа деталей. Вместе с тем следует избегать попадания жидкости между фрикционными муфтами, ремнем и шкивом в ременной передаче, ведущими колесами локомотива и рельсом и т. п., ибо во всех этих случаях именно сила трения служит для передачи движения.

С увеличением температуры вязкость газов возрастает, а жидкостей (за некоторым исключением) резко падает. Это связано с различиями в характере движения молекул в жидкости и газе. При понижении температуры вязкость некоторых жидкостей настолько возрастает, что они теряют характерную для них способность течь, превращаясь в аморфные твердые тела (см. Аморфное состояние).

Величина, обратная вязкости, называется текучестью: φ=1/η Она определяет скорость течения данного слоя под влиянием внешних сил.