Επιφανειακή τάση εναντίον ιξώδους
Το ιξώδες και η επιφανειακή τάση είναι δύο πολύ σημαντικά φαινόμενα όσον αφορά τη μηχανική και τη στατικότητα των ρευστών. Τομείς όπως η υδροδυναμική, η αεροδυναμική ακόμη και η αεροπορία επηρεάζονται από τις συνέπειες αυτών των φαινομένων. Είναι ζωτικής σημασίας να έχουμε καλή γνώση σε αυτά τα φαινόμενα για να διαπρέψουμε σε τέτοιους τομείς. Αυτό το άρθρο θα συγκρίνει το ιξώδες και την επιφανειακή τάση και θα παρουσιάσει τις διαφορές μεταξύ των δύο.
Τι είναι το Surface Tension;
Σκεφτείτε ένα ομοιογενές υγρό. Κάθε μόριο σε κεντρικά μέρη του υγρού θα έχει ακριβώς την ίδια ποσότητα δύναμης που το τραβά προς κάθε πλευρά. Τα γύρω μόρια τραβούν το κεντρικό μόριο ομοιόμορφα προς κάθε κατεύθυνση. Τώρα σκεφτείτε ένα επιφανειακό μόριο. Έχει μόνο δυνάμεις που ασκούν πάνω του προς το υγρό. Οι συγκολλητικές δυνάμεις αέρα – υγρού δεν είναι καν τόσο ισχυρές όσο οι δυνάμεις συνοχής υγρού – υγρού. Ως εκ τούτου, τα μόρια της επιφάνειας έλκονται προς το κέντρο του υγρού, δημιουργώντας ένα γεμάτο στρώμα μορίων. Αυτό το επιφανειακό στρώμα μορίων δρα ως λεπτή μεμβράνη στο υγρό. Αν πάρουμε το πραγματικό παράδειγμα του δρομέα νερού, χρησιμοποιεί αυτή τη λεπτή μεμβράνη για να τοποθετηθεί στην επιφάνεια του νερού. Γλιστράει σε αυτό το στρώμα. Εάν δεν είναι για αυτό το στρώμα, θα πνιγόταν αμέσως. Η επιφανειακή τάση ορίζεται ως η δύναμη παράλληλη προς την επιφάνεια κάθετη σε μια γραμμή μοναδιαίου μήκους που χαράσσεται στην επιφάνεια. Οι μονάδες επιφανειακής τάσης είναι Nm-1 Η επιφανειακή τάση ορίζεται επίσης ως ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας. Αυτό δίνει επίσης την επιφανειακή τάση μια νέα μονάδα Jm-2 Η επιφανειακή τάση, η οποία εμφανίζεται μεταξύ δύο μη αναμίξιμων ρευστών, είναι γνωστή ως διεπιφανειακή τάση.
Τι είναι το ιξώδες;
Το ιξώδες ορίζεται ως το μέτρο της αντίστασης ενός ρευστού, το οποίο παραμορφώνεται είτε από διατμητική τάση είτε από τάση εφελκυσμού. Με πιο κοινά λόγια, το ιξώδες είναι η «εσωτερική τριβή» ενός ρευστού. Αναφέρεται επίσης ως το πάχος ενός ρευστού. Το ιξώδες είναι απλώς η τριβή μεταξύ δύο στρωμάτων ενός ρευστού όταν τα δύο στρώματα κινούνται το ένα σε σχέση με το άλλο. Ο Sir Isaac Newton ήταν πρωτοπόρος στη μηχανική των ρευστών. Υπέθεσε ότι, για ένα Νευτώνειο ρευστό, η διατμητική τάση μεταξύ των στρωμάτων είναι ανάλογη με την κλίση της ταχύτητας στην κατεύθυνση κάθετη στα στρώματα. Η αναλογική σταθερά (συντελεστής αναλογικότητας) που χρησιμοποιείται εδώ είναι το ιξώδες του ρευστού. Το ιξώδες συνήθως υποδηλώνεται με το ελληνικό γράμμα «μ». Το ιξώδες ενός ρευστού μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας Ιξωδόμετρα και Ρεόμετρα. Οι μονάδες ιξώδους είναι Pascal-seconds (ή Nm-2s). Το σύστημα cgs χρησιμοποιεί τη μονάδα "poise" που ονομάστηκε από τον Jean Louis Marie Poiseuille για τη μέτρηση του ιξώδους. Το ιξώδες ενός ρευστού μπορεί επίσης να μετρηθεί με διάφορα πειράματα. Το ιξώδες ενός ρευστού εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Το ιξώδες μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.
τ=μ ∂u/∂y
Οι εξισώσεις και τα μοντέλα ιξώδους είναι πολύ περίπλοκα για μη νευτώνεια ρευστά.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ επιφανειακής τάσης και ιξώδους;
• Η επιφανειακή τάση μπορεί να θεωρηθεί ως ένα περιστατικό που συμβαίνει σε υγρά λόγω των μη ισορροπημένων διαμοριακών δυνάμεων, ενώ το ιξώδες οφείλεται σε δυνάμεις σε κινούμενα μόρια.
• Η επιφανειακή τάση υπάρχει τόσο σε κινούμενα όσο και σε μη κινούμενα ρευστά, αλλά το ιξώδες εμφανίζεται μόνο σε κινούμενα ρευστά.
