Paviršiaus įtempimas ir klampa
Klampumas ir paviršiaus įtempimas yra du labai svarbūs reiškiniai, susiję su skysčių mechanika ir statika. Tokių sričių kaip hidrodinamika, aerodinamika ir net aviacija paveikia šių reiškinių pasekmės. Nepaprastai svarbu turėti patikimų žinių apie šiuos reiškinius, kad galėtum pasižymėti tokiose srityse. Šiame straipsnyje bus palyginta klampa ir paviršiaus įtempimas bei pateikiami jų skirtumai.
Kas yra paviršiaus įtempimas?
Apsvarstykite homogeninį skystį. Kiekviena molekulė, esanti centrinėse skysčio dalyse, turės lygiai tą pačią jėgą, traukdama ją į visas puses. Aplinkinės molekulės centrinę molekulę tolygiai traukia kiekviena kryptimi. Dabar apsvarstykite paviršiaus molekulę. Jis turi tik jėgas, veikiančias skysčio link. Oro ir skysčio sukibimo jėgos nėra nė iš tolo tokios stiprios, kaip skysčio ir skysčio darnos jėgos. Todėl paviršiaus molekulės traukiasi link skysčio centro, sukurdamos susikaupusį molekulių sluoksnį. Šis paviršinis molekulių sluoksnis skystyje veikia kaip plona plėvelė. Jei paimsime tikrąjį vandens striderio pavyzdį, jis naudoja šią ploną plėvelę, kad padėtų save ant vandens paviršiaus. Jis slenka ant šio sluoksnio. Jei ne šis sluoksnis, jis iškart nuskęstų. Paviršiaus įtempimas apibrėžiamas kaip jėga, lygiagreti paviršiui, statmena paviršiaus ilgio linijai, nubrėžtai ant paviršiaus. Paviršiaus įtempio vienetai yra Nm-1. Paviršiaus įtempimas taip pat apibrėžiamas kaip energija ploto vienetui. Tai taip pat suteikia paviršiaus įtempimui naują vienetą Jm -2. Paviršiaus įtempimas, atsirandantis tarp dviejų nesimaišančių skysčių, yra žinomas kaip sąsajos įtempimas.
Kas yra klampa?
Klampa apibrėžiama kaip skysčio, kurį deformuoja arba šlyties, arba tempimo įtampa, atsparumo matas. Dažniau tariant, klampa yra skysčio „vidinė trintis“. Tai taip pat vadinama skysčio storiu. Klampa yra tiesiog trintis tarp dviejų skysčio sluoksnių, kai abu sluoksniai juda vienas kito atžvilgiu. Seras Isaacas Newtonas buvo skysčių mechanikos pradininkas. Jis teigė, kad Niutono skystyje šlyties įtempimas tarp sluoksnių yra proporcingas greičio gradientui statmena sluoksniams kryptimi. Čia naudojama proporcinė konstanta (proporcingumo koeficientas) yra skysčio klampa. Klampa paprastai žymima graikiška raide „µ“. Skysčio klampą galima išmatuoti naudojant viskozometrus ir reometrus. Klampos vienetai yra Paskalio sekundės (arba Nm-2 s). CGS naudoja klampumui matuoti Jeano Louis Marie Poiseuille'o pavadinimą „poise“. Skysčio klampumą taip pat galima išmatuoti keliais eksperimentais. Skysčio klampa priklauso nuo temperatūros. Klampa mažėja didėjant temperatūrai.
τ = μ ∂u / ∂y
Ne Niutono skysčiams klampos lygtys ir modeliai yra labai sudėtingi.
Kuo skiriasi paviršiaus įtempimas ir klampa?
• Paviršiaus įtempimas gali būti laikomas įvykiu, atsirandančiu skysčiuose dėl nesubalansuotų tarpmolekulinių jėgų, o klampumas - dėl jėgų, esančių judančioms molekulėms.
• Paviršiaus įtempimas yra judančiuose ir nejudančiuose skysčiuose, tačiau klampa pasireiškia tik judančiuose skysčiuose.
