Беттік керілу және тұтқырлық
Тұтқырлық пен беттік керілу – сұйықтықтардың механикасы мен статикасына қатысты өте маңызды екі құбылыс. Бұл құбылыстардың салдары гидродинамика, аэродинамика және тіпті авиация сияқты салаларға әсер етеді. Мұндай салаларда озық болу үшін осы құбылыстар туралы жақсы білімге ие болу өте маңызды. Бұл мақала тұтқырлық пен беттік керілуді салыстырады және екеуінің арасындағы айырмашылықтарды көрсетеді.
Беттік керілу дегеніміз не?
Біртекті сұйықтықты қарастырайық. Сұйықтықтың орталық бөліктеріндегі әрбір молекулада оны әр жаққа тартатын күш бірдей болады. Қоршаған молекулалар орталық молекуланы әр бағытта біркелкі тартады. Енді беттік молекуланы қарастырайық. Оған тек сұйықтыққа әсер ететін күштер бар. Ауа-сұйық жабысқақ күштері сұйық-сұйықтың жабысу күштері сияқты күшті емес. Сондықтан беткі молекулалар сұйықтықтың ортасына қарай тартылып, молекулалардың оралған қабатын жасайды. Бұл молекулалардың беткі қабаты сұйықтықта жұқа қабықша ретінде әрекет етеді. Су стридерінің нақты өмірлік мысалын алатын болсақ, ол су бетіне өзін орналастыру үшін осы жұқа пленканы пайдаланады. Ол осы қабатта сырғанайды. Егер бұл қабат болмаса, ол бірден суға батар еді. Беттік керілу бетке сызылған бірлік ұзындық сызығына перпендикуляр бетке параллель күш ретінде анықталады. Беттік керілу өлшем бірліктері Nm-1 Беттік керілу сонымен қатар аудан бірлігіне энергия ретінде анықталады. Бұл сонымен қатар беттік керілудің жаңа бірлігін береді Jm-2 Бір-бірімен араласпайтын екі сұйықтық арасында пайда болатын беттік керілу фазааралық керілу деп аталады.
Тұтқырлық дегеніміз не?
Тұтқырлық ығысу немесе созылу кернеуі арқылы деформацияланатын сұйықтық кедергісінің өлшемі ретінде анықталады. Жалпы сөзбен айтқанда, тұтқырлық сұйықтықтың «ішкі үйкелісі» болып табылады. Оны сұйықтықтың қалыңдығы деп те атайды. Тұтқырлық - бұл екі қабат бір-біріне қатысты қозғалған кезде сұйықтықтың екі қабаты арасындағы үйкеліс. Сэр Исаак Ньютон сұйықтық механикасында пионер болды. Ол Ньютондық сұйықтық үшін қабаттар арасындағы ығысу кернеуі қабаттарға перпендикуляр бағытта жылдамдық градиентіне пропорционал деп тұжырымдады. Мұнда қолданылатын пропорционалдық константа (пропорционалдық коэффициенті) сұйықтықтың тұтқырлығы болып табылады. Тұтқырлық әдетте гректің «µ» әрпімен белгіленеді. Сұйықтықтың тұтқырлығын вискозиметрлер мен реометрлер арқылы өлшеуге болады. Тұтқырлық өлшем бірліктері Паскаль-секундтар (немесе Nm-2s). cgs жүйесі тұтқырлықты өлшеу үшін Жан Луи Мари Пуазейль атымен аталған «поис» бірлігін пайдаланады. Сұйықтықтың тұтқырлығын бірнеше тәжірибе арқылы да өлшеуге болады. Сұйықтықтың тұтқырлығы температураға байланысты. Тұтқырлық температура көтерілген сайын төмендейді.
τ=μ ∂u/∂y
Тұтқырлық теңдеулері мен модельдері Ньютондық емес сұйықтықтар үшін өте күрделі.
Беттік керілу мен тұтқырлықтың айырмашылығы неде?
• Беттік керілуді сұйықтарда теңгерілмеген молекулааралық күштердің әсерінен болатын оқиға ретінде қарастыруға болады, ал тұтқырлық қозғалыстағы молекулаларға әсер ететін күштерге байланысты болады.
• Беттік керілу қозғалатын және қозғалмайтын сұйықтықтарда болады, бірақ тұтқырлық тек қозғалатын сұйықтықтарда пайда болады.
