Lepkością lub tarciem wewnętrznym nazywamy zjawisko występowania sił stycznych przeciwstawiających się przemieszczeniu jednych części ciała względem innych jego części. Zjawisko to powstaje na skutek ruchów cieplnych cząsteczek oraz sił międzycząsteczkowych. W wyniku działania siły tarcia wewnętrznego występującego między warstwami cieczy, poruszająca się warstwa pociąga za sobą warstwy sąsiadujące z nią z prędkością tym bardziej zbliżoną do prędkości własnej, im ciecz jest bardziej lepka. Analogicznie - spoczywająca warstwa cieczy hamuje sąsiadujące z nią poruszające się warstwy.

Ze względu na to, że wszystkie rzeczywiste ciecze są lepkie, zjawisko lepkości odgrywa istotną rolę podczas przepływu cieczy oraz podczas ruchu ciała stałego w ośrodku ciekłym.

Ruch cieczy rzeczywistej w przewodach charakteryzuje się tym, że prędkość przepływu cieczy, rozpatrywana w polu przekroju poprzecznego przewodu, nie jest taka sama. Można zaobserwować, że z największą prędkością przemieszcza się ciecz wzdłuż osi rury, czyli w miejscu najbardziej odległym od ścianek przewodu. Im bliżej ścianki, tym prędkość przepływu jest mniejsza. Warstwa cieczy bezpośrednio stykająca się z nieruchomymi ścianami rury ma prędkość równą zero w wyniku działania sil międzycząsteczkowych, zwanych siłami przylegania.

Każda warstwa w ruchu laminarnym płynu porusza się z prędkością różniącą się od prędkości sąsiedniej warstwy o dowolnie małą różnicę prędkości dv. Warstwy te będą wówczas odległe o dowolnie mały odcinek dh. Wzdłuż przekroju poprzecznego strumienia płynu płynącego w przewodzie zachodzi więc spadek prędkości o wartości
mierząc w kierunku od środka strugi do ścianek przewodu. Wyrażenie to pozwala obliczyć wartość gradientu prędkości w kierunku prostopadłym do przepływu płynu.

Obserwowany przepływ płynów rzeczywistych w postaci warstw o różnej prędkości względnej wskazuje na to, że między tymi warstwami działają siły oporu F, styczne do powierzchni S warstwy, o zwrocie przeciwnym do ruchu płynu, zwane siłami lepkości lub siłami oporu lepkiego. Na podstawie danych doświadczalnych dotyczących przepływu cieczy lepkiej Newton określił wartość liczbową sił lepkości następująco:

Siła lepkości jest wprost proporcjonalna do wyrażenia
i pola powierzchni S, na którą stycznie działa siła. Aby napisać znak równości należy wprowadzić współczynnik proporcjonalności
gdzie
współczynnik lepkości dynamicznej

Działanie siły lepkości F stycznie do powierzchni S, rozgraniczającej warstwy cieczy, jest przyczyną powstawania w cieczy wewnętrznego naprężenia (ciśnienia) stycznego τ

Kierunek F na każdej warstwie cieczy jest przeciwny do kierunku prędkości względnej danej warstwy. Siła ta dąży do zmniejszenia prędkości warstwy poruszającej się szybciej i do zwiększenia prędkości warstwy poruszającej się wolniej. Dzięki występowaniu tych sil istnieje w przepływającej cieczy dążność do wyrównywania prędkości w różnych obszarach przepływu.

Właściwości różnych cieczy (płynów) z punktu widzenia ich lepkości charakteryzuje wielkość zwana współczynnikiem lepkości. Definicja tego współczynnika opiera się na wynikach badań eksperymentalnych Newtona.

Równanie opisujące właściwości lepkie płynów, zapisane w postaci wzoru na siłę oporu lepkiego
lub naprężenie styczne τ
nazywa się często równaniem Newtona. Ciecze spełniające równanie Newtona, czyli takie, dla których współczynnik lepkości nie zależy od prędkości ruchu cieczy, są to tzw. ciecze (płyny) niutonowskie.

Współczynnik lepkości dynamicznej η, jak każdy współczynnik proporcjonalności, wprowadzony do zapisu matematycznego zależności między wielkościami fizycznymi, zależy od rodzaju substancji, a dla danego płynu- od temperatury i ciśnienia. Dynamika płynów posługuje się również pojęciem lepkości kinematycznej. Współczynnik lepkości kinematycznej jest to stosunek współczynnika lepkości dynamicznej η do gęstości płynu
Jest to więc współczynnik lepkości przedstawiony w odniesieniu do jednostki masy. Współczynnik lepkości można wyznaczyć ze wzoru Newtona

Współczynnik lepkości dynamicznej liczbowo równa się ciśnieniu stycznemu, które powstaje przy ruchu względem dwóch warstw cieczy, jeżeli spadek tych warstw równa się jedności.

Zgodnie z równaniem Newtona jednostką współczynnika lepkości dynamicznej w układzie SI jest jeden Pascal razy sekunda.

Wymiar współczynnika lepkości kinematycznej to

Współczynnik lepkości jest ważnym parametrem reologicznym charakteryzującym właściwości lepkie i lepkosprężyste ciał. Wartości współczynników lepkości poszczególnych płynów znacznie różnią się między sobą.

Współczynniki lepkości dynamicznej jak i kinematycznej dla cieczy maleją wraz ze wzrostem temperatury, natomiast praktycznie nie zależą od ciśnienia w granicach umiarkowanych ciśnień i dopiero przy bardzo dużych ciśnieniach ich wartość rośnie.

Z punktu widzenia bilansu energetycznego zjawisko lepkości można rozpatrywać jako rozpraszanie energii podczas przepływu płynu. Współczynnik lepkości można wtedy traktować jako miarę rozproszenia energii.

Względną lepkością dynamiczną nazywamy stosunek lepkości η_c cieczy do lepkości cieczy porównawczej np. wody destylowanej w danej temperaturze η_w

Analogicznie- względna lepkość kinematyczną określamy wzorem

W technice i praktyce rolniczej często wyrażamy lepkość względną w stopniach Englera (skrót Englera) np. lepkość mleka, smarów i olejów.

Istnieje wiele metod pomiaru lepkości dostosowanych do konkretnych potrzeb i warunków pracy laboratoryjnej.

Wyznaczenie bezwzględnego współczynnika lepkości metodą Stokesa.

Na ciało poruszające się w cieczy działają siły oporu lepkiego hamujące ruch ciała. Jeżeli np. kulka spada w cieczy, to warstwa cieczy bezpośrednio przylegająca do kulki porusza się z prędkością równą prędkości kulki, pociągając za sobą następne warstwy cieczy. Mamy więc do czynienia z przesuwaniem się warstw cieczy względem siebie. Między warstwami cieczy działa siła lepkości, czyli na kulkę poruszającą się w cieczy działa siła oporu lepkiego. Związek między siłą oporu lepkiego a prędkością kulki, jej promieniem i właściwościami cieczy znalazł Stokes i wyraził wzorem
gdzie F- siła oporu lepkiego; -η współczynnik lepkości dynamicznej cieczy; r- promień kulki; -
prędkość kulki;

Wzór ten słuszny jest dla ruchu laminarnego tzn. gdy ruch kulki nie powoduje powstawania wirów, czyli warstwy cieczy przesuwają się równolegle względem siebie.

Do pomiaru lepkości cieczy służy rurka szklana ustawiona pionowo. Nalewamy do rury badaną ciecz i wpuszczamy kulkę o małym promieniu w porównaniu z promieniem rury ( w celu uniknięcia wirów)

Na kulkę o objętości , poruszającą się w cieczy, działają trzy siły:

1. Siła przyciągania ziemskiego, która działa pionowo w dół P = mg

2. Siła oporu lepkiego działająca pionowo w górę
   

3. Siła wyporu skierowana również pionowo w górę
   

W pierwszym momencie kulka cieczy porusza się ruchem przyspieszonym, ponieważ siła P jest większa niż siła F+W. Po przebyciu pewnej drogi (do kreski L₁ na rurze), wskutek wzrostu prędkości V, siła F wzrośnie do takiej wartości, że wraz z siłą W zrównoważy siłę P, zatem ruch kulki stanie się jednostajny ( I prawo Newtona). Zachodzi wtedy następująca równość F+W=P. Wiemy, że siła ciężkości P = mg =ρ_kq_kg=
gdzie ρ_c - gęstość kulki, q_k - objętość kulki, r- promień kulki, g- przyspieszenie ziemskie. Siła wyporu
gdzie ρ_c - gęstość cieczy. Podstawiając do wzoru F+W=P odpowiednie wartości sił ze wzorów
, P = mg =ρ_kq_kg=
i
otrzymujemy:

Wykonanie pomiaru:

1. Śrubą mikrometryczną zmierzyć kilka razy średnicę kulki i obliczyć średnią wartość promienia.

2. Do rury z badaną cieczą wpuścić kulkę i zmierzyć stoperem czas (t) opadania kulki między kreskami L₁ i L₂. Poziomy L₁ i L₂ obrać dowolnie, jeśli nie są zaznaczone na rurze.

3. Zmierzyć długość odcinka L.

4. Ze wzoru
obliczyć współczynnik lepkości cieczy.

5. Pomiary powtórzyć dla kilku kulek.

6. Obliczyć średnią wartość współczynnika lepkości, podając temperaturę pomiaru.

7. Wyniki zestawić w tabelce.

Nr pomiaru	r	t	L	V	η	ηśr

8. Obliczyć niepewność wyniku pomiaru.

Obliczanie niepewności pomiaru bezwzględnego współczynnika lepkości metodą Stokesa. Współczynnik lepkości obliczmy ze wzoru:

Wielkości bezpośrednio mierzone to średnica kulki d, czas opadania kulki t i odcinek L. Dla d i L wielkości niepewności standardowe wyznacza­my z wielkości działek elementarnych przyrządów, które zostały użyte do pomiaru d (przy założeniu idealnej kulistości) i L, zakładając rozkład jed­nostajny wartości tych wielkości w przedziale o szerokości połówkowej równej odpowiedniej działce elementarnej (metoda typu B). Pomiar t od­bywa się za pomocą stopera ręcznego, zatem niepewność tej wielkości nie wynika tylko z wielkości działki elementarnej (Δt=0,2 s), ale musimy uwzględnić czas reakcji osoby przeprowadzającej pomiar. Sensowne jest przyjęcie Δt=0,5 s. Pozostałe wielkości traktujemy jako dane z zewnątrz i przyjmujemy, że ich niepewności są zaniedbywane.

Zatem:

Złożoną niepewność standardową wielkości wyznaczanej η obliczymy z na­stępującego wyrażenia:

czyli:

Przekształcając wzór otrzymamy:

---