В’язке тертя - студопедія

Сила в'язкого тертя діє на тіло, що рухається у в'язкому середовищі (рідкому або газоподібному). Вона залежить від форми і розмірів тіла, швидкості його руху, а також від фізичних властивостей середовища: зокрема - від щільності r і в'язкості m.

Ньютон експериментально досліджував силу в'язкого тертя, що виникає при відносному ковзанні двох поверхонь I і II, розділених шаром рідини (рис. 8).

Ця сила виявилася пропорційною швидкості V рухомий пластини I, її площі S і обернено пропорційною товщині h розділового шару рідини:

Тут m - в'язкість рідини, [Па × с].

У 1851 році англійський фізик Джордж Стокс розрахував силу в'язкого опору, що діє на твердий куля радіуса r при його повільному поступальному русі в необмеженої в'язкому середовищі:

Ця формула відома як закон Стокса.

Покажемо, як, використовуючи цей закон, можна експериментально визначити в'язкість рідини m.

На кулю радіуса r. падаючий в в'язкому середовищі будуть діяти три сили (рис. 9): сила тяжіння P = rтgV. сила в'язкого опору Fв.тр. = 6pmrv і сила гідростатичного виштовхування (Архімеда) FАрх. = RжgV. Тут - об'єм кулі.

Під дією цих сил рух кулі буде відбуватися з прискоренням:

Важливо помітити, що в чисельнику цього виразу перші два доданків залишаються постійними, а третє в процесі руху збільшується в міру зростання швидкості кулі v.

При цьому прискорення буде зменшуватися і стане рівним нулю, коли рівнодіюча сил (чисельник) звернеться в нуль:

Далі рух буде відбуватися з постійною швидкістю v0.

Вирішимо останнє рівняння щодо коефіцієнта в'язкості m:

Для обчислення в'язкості рідини m потрібно виміряти rт і rж - щільність речовини кулі і рідини; r і v0 - радіус кулі і швидкість його рівномірного падіння в середовищі. Звичайно, доведеться обчислити і об'єм кулі V =. Ця проста методика вимірювання в'язкості і сьогодні широко використовується в «віскозиметрах Стокса».