Paviršiaus įtempis ir klampumas
Klampumas ir paviršiaus įtempis yra du labai svarbūs skysčių mechanikos ir statikos reiškiniai. Tokios sritys kaip hidrodinamika, aerodinamika ir net aviacija turi įtakos šių reiškinių pasekmėms. Labai svarbu turėti tvirtų žinių apie šiuos reiškinius, kad būtų galima tobulėti tokiose srityse. Šiame straipsnyje bus lyginamas klampumas ir paviršiaus įtempis bei pateikiami jų skirtumai.
Kas yra paviršiaus įtempimas?
Apsvarstykite, ar skystis yra vienalytis. Kiekviena molekulė centrinėse skysčio dalyse turės lygiai tiek pat jėgos, traukdama ją į visas puses. Aplinkinės molekulės vienodai traukia centrinę molekulę visomis kryptimis. Dabar apsvarstykite paviršiaus molekulę. Jis turi tik jėgų, veikiančių jį skysčio link. Oro-skysčio sukibimo jėgos net iš tolo nėra tokios stiprios kaip skysčio-skysčio sukibimo jėgos. Todėl paviršiaus molekulės traukiasi link skysčio centro, sukurdamos supakuotą molekulių sluoksnį. Šis paviršinis molekulių sluoksnis veikia kaip plona skysčio plėvelė. Jei paimtume realų vandens bėgimo pavyzdį, jis naudoja šią ploną plėvelę, kad atsidurtų ant vandens paviršiaus. Jis slysta šiuo sluoksniu. Jei ne šiam sluoksniui, jis iš karto nuskęstų. Paviršiaus įtempis apibrėžiamas kaip lygiagreti paviršiui jėga, statmena ant paviršiaus nubrėžtai vieneto ilgio linijai. Paviršiaus įtempimo vienetai yra Nm-1 Paviršiaus įtempis 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 paviršiaus įtempimas.
Kas yra klampumas?
Klampumas apibrėžiamas kaip skysčio, kurį deformuoja šlyties arba tempimo įtempiai, atsparumo matas. Paprastai tariant, klampumas yra skysčio „vidinė trintis“. Jis taip pat vadinamas skysčio storiu. Klampumas yra tiesiog trintis tarp dviejų skysčio sluoksnių, kai du sluoksniai juda vienas kito atžvilgiu. Seras Isaacas Newtonas buvo skysčių mechanikos pradininkas. Jis teigė, kad Niutono skysčio šlyties įtempis tarp sluoksnių yra proporcingas greičio gradientui statmena sluoksniams kryptimi. Čia naudojama proporcinga konstanta (proporcingumo koeficientas) yra skysčio klampumas. Klampumas paprastai žymimas graikiška raide „µ“. Skysčio klampumą galima išmatuoti naudojant viskozimetrus ir reometrus. Klampumo vienetai yra paskalio sekundės (arba Nm-2s). CGS sistemoje klampumui matuoti naudojamas vienetas „poise“, pavadintas Jean Louis Marie Poiseuille vardu. Skysčio klampumą taip pat galima išmatuoti keliais eksperimentais. Skysčio klampumas priklauso nuo temperatūros. Kylant temperatūrai klampumas mažėja.
τ=μ ∂u/∂y
Klampumo lygtys ir modeliai yra labai sudėtingi ne Niutono skysčiams.
Kuo skiriasi paviršiaus įtempis ir klampumas?
• Paviršiaus įtempimas gali būti laikomas incidentu, kuris atsiranda skysčiuose dėl nesubalansuotų tarpmolekulinių jėgų, o klampumas atsiranda dėl judančias molekules veikiančių jėgų.
• Paviršiaus įtempimas yra tiek judančių, tiek nejudančių skysčių, bet klampumas atsiranda tik judančių skysčių.
