004 (16)

3. Lepkość płynów

Podczas ruchu rzeczywistych płynów (cieczy lub gazów) w układach nie wymieniających energii z otoczeniem (adiabatycznych), energia zmniejsza się nieustannie zamieniając się w energię cieplną w sposób nieodwracalny. Proces taki nazywamy dyssypacją (rozpraszaniem) energii mechanicznej. Makroskopowo zjawiska dyssypacji objaśnia się występowaniem tarcia wewnętrznego płynów, co wiąże się z pojęciem lepkości płynów i ze zjawiskiem przewodnictwa cieplnego.

Płyny rzeczywiste wykazują zdolność przenoszenia naprężeń stycznych, przy czym naprężenia powitają między sąsiednimi warstwami płynu poruszającymi się z różnymi prędkościami. Naprężenia styczne powstają również pomiędzy poruszającym się płynem i ciałem stałym, nie występują natomiast w czasie spoczynku lub w płynie poruszającym się z wyrównaną prędkością. Naprężenie styczne występujące między sąsiednimi warstwami lub elementami płynu jest proporcjonalne do przyrostu prędkości w kierunku normalnym do kierunku przepływu.

Zależność ta zwana jest hipotezą Newtona

gdzie rj - współczynnik lepkości dynamicznej, zwany popularnie lepkością dynamiczną.

Płyny, dla których obowiązuje związek (3.1) nazywamy płynami newtonowskimi. Należy do nich między innymi woda i powietrze.

I

/

Rys. 3.1 Ilustracja do równania (3.1), opisującego hipotezę Newtona

Hipotezę Newtona można zobrazować następująco: załóżmy, że nieważka płytka o powierzchnia porusza się po warstwie płynu o grubościy z prędkością v.

v = 0

Rys. 3.2 Wyjaśnienie hipotezy Newtona