Вязкость воды. Кинематическая вязкость воды. Динамическая вязкость воды

Вода - это жидкость, без которой невозможна жизнь на земле. Но многие не знают, что она имеет много свойств, несколько видов и особенностей. Одна из них - вязкость, которая используется не только в физике, но и в других сферах знаний и жизни человека. Это такие отрасли, как медицина, косметология, кулинария, автомобильная промышленность. Еще один вид этой характеристики - условная вязкость - активно используется в нефтедобывающей промышленности, химии и физике.

Что за явление - динамическая вязкость воды?

Растягиваясь, жидкое вещество претерпевает сопротивление. Аналогично происходит при сдвиге. Такое явление зависит от той скорости, которую развивают частицы жидкости при движении различных пластов воды. При воздействии пласта, передвигающегося быстрее, на пласт, движущийся более медленно, на первый план выступает ускоряющая сила. При обратном явлении действует тормозящая. Обе силы действуют в направлении к поверхностям пластов воды по касательной.

Отличительной особенностью является вязкость воды, сопротивляющаяся перемещению частиц в отношении друг друга. Она подразделяется на объемную и тангенциальную. Объёмная сопротивляется растяжению, она начинает действовать при распространении в воде различных звуковых волн. Тангенциальная вязкость способна оказывать сопротивление сдвигающему усилию.

Характерным свойством воды является текучесть, с которой мы сталкиваемся постоянно. Вязкость жидкости обратно пропорциональна ее текучести. Между отдельными молекулами возникает сила трения, и чтобы сдвинуть их с места, необходимо приложить усилие. Такое явление получило в науке название "динамическая вязкость воды", которую можно увеличить, если в воде растворить какие-либо вещества. Это могут быть различные соли. Динамическую вязкость воды еще называют абсолютной, ее можно узнать с помощью произведения плотности жидкости на ее кинематическое сопротивление.

Такая пониженная текучесть потока, где линейная скорость под воздействием давления сдвига в 1 ньютон на метр квадратный имеет градиент один метр в секунду на одном метре расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига, является единицей измерения абсолютной (динамической) вязкости. Ее измеряют при помощи коэффициента динамической вязкости (μ, η). Например, в морской воде, где присутствуют неорганические соединения, сопротивление воды намного выше, чем у пресной. Это можно почувствовать, даже плавая в ней: если сравнить воду Азовского и Средиземного моря, то во втором варианте человек быстрее научится плавать, так как там вода более соленая.

Что представляет собой кинематическая вязкость воды?

В физике известно два вида жидкости - ньютоновская и неньютоновская. Течение первого вида подлежит описанию согласно законам вязкого трения Ньютона. При этом, соответственно, меняется название коэффициента пропорциональности. Кинематическая вязкость воды при 20 градусах по Цельсию составляет 1,006*10⁶ м²/с.

Существуют специализированные таблицы со значениями кинематического сопротивления жидкости. Они изменяются при разных показателях температуры при атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. Значения, в которых выражена вязкость воды, представлены в них в диапазоне температуры от 0 до 350 °С. Если нагреть эту жидкость больше 100 °С, ее кинематическое сопротивление дается на линии насыщения. Эти значения важны при различных температурах. Без них не обойтись при вычислении величины числа Рейнольдса, которое соответствует определенному режиму течения жидкости или газа.

При сравнительном анализе разных жидкостей, подчиненных закону Ньютона, например, крови или масел, доказано, что вода имеет меньшую вязкость. Она обладает большими показателями сопротивления в сравнении с органическими жидкостями.

Уравнение кинематической вязкости воды

Мера кинематического сопротивления жидкости – это коэффициент кинематической вязкости воды. Его, как и любую физическую величину, также можно вычислить. Он выражен отношением динамической вязкости к плотности:

ν = μ/ρ, где

• μ — динамическая вязкость в Н*с/м²;
• ρ — плотность в кг/м³;
• ν — кинематическое сопротивление в м²/c.

Естественно то, что вязкость меняется, как и агрегатные состояния вещества. Такие научные данные используются в авиа- и судостроении и некоторых других отраслях промышленности.

Что происходит с водой при повышении температуры?

Затрудненная текучесть жидкости меняется с увеличением или уменьшением температуры, то есть коэффициент кинематической вязкости воды и динамический показатель не являются стабильными. Следовательно, коэффициенты сопротивления соленой и пресной воды разные.

Так как все значения этих коэффициентов невозможно запомнить, есть специализированные таблицы, где определена вязкость воды при температуре различных уровней. Данными пользуются в теории и на практике.

Как определить вязкость жидкости?

Вискозиметр специализируется на измерении этой характеристики воды с помощью таких методов:

• метод падающего шарика;
• истечение жидкости через капилляр;
• определение сопротивления с помощью ротационных вискозиметров.

Определяя коэффициент вязкости воды, на практике больше используют относительные методики, а не абсолютные, что позволяет пренебречь в расчетах константами приборов. Измерения сначала выполняют для стандартной жидкости, а потом для исследуемой.

От чего зависит вязкость?

Эта характеристика зависит от природы вещества. Если по форме различные частицы жидкости отличаются от сферической, при этом изменяя коэффициент вязкости, то сопротивление такого вещества значительно возрастает и уже не вычисляется согласно уравнению Ньютона. Палочкообразная, листочкообразная форма молекул растворов встречается в разнообразных гелях. Их сопротивление возрастает в связи с тем, что их частицы-мицеллы образуют сетчатую структуру-каркас, внутри которого находится жидкость.

Меняет значение и кинематическая вязкость воды, нагреваясь и охлаждаясь. При повышении температуры она становится меньше. Другими словами, вода при нагревании становится менее сопротивляемой, а при максимальном охлаждении проявляется высокая вязкость воды.