какую размерность имеет стокс

Какую размерность имеет стокс

Физические величины. Вязкость жидкости

Вязкость – свойство жидкости, которое определяет сопротивление жидкости к внешнему воздействию. Вязкость можно представить как внутреннее трение между отдельными слоями жидкости при их смещении относительно друг друга.

Существуют два основных параметра для определения вязкости жидкости: динамическая (или абсолютная) вязкость и кинематическая вязкость. Динамическая вязкость представляется как отношение единицы силы, необходимой для смещения слоя жидкости на единицу расстояния, к единице площади слоя.

Определяющее уравнение для динамической вязкости

В международной системе единиц СИ при выражении единицы давления сдвига F/S в паскалях, градиента скорости grad υ (изменение скорости жидкости, отнесённого к расстоянию между слоями) в секундах в минус первой степени динамическая вязкость µ выразится в паскалях-секундах (П·с). В метрической системе единица вязкости представляется в грамм/сантиметр в секунду, называемой пуаз. Принятое обозначение пуаз – П

1 П·с = 10 пуаз.

Единицы измерения динамической вязкости паскаль-секунда и пуаз значительны по своему размеру и применяют дольные единицы – миллипаскаль-секунда мПа и сантипуаз сП

1 мПа·с = 1 сП.

Переводные множители для расчёта динамической вязкости приведены в таблице.

Формула для определения кинематической вязкости при заданной динамической вязкости выглядит так:

Единица измерения кинематической вязкости в системе СИ – квадратный метр на секунду, в метрической системе – квадратный сантиметр на секунду называемый стокс. Принятое обозначение стокса – Ст.

Единица измерения кинематической вязкости квадратный метр на секунду и стокс значительна по своему размеру и для практических применений используют дольные единицы – квадратный миллиметр на секунду и сантистокс сСт

Переводные множители для расчёта кинематической вязкости приведены в таблице:

При необходимости пересчёта параметров вязкости можно воспользоваться соотношением соблюдая размерности физических величин, например:

Источник

СТОКС

Смотреть что такое «СТОКС» в других словарях:

Стокс — Стокс: Стокс (англ. Stokes), правильнее Стоукс английская фамилия. Стокс, Джордж Габриель английский математик и физик ирландского происхождения. Стокс, Уильям ирландский врач кардиолог Стокс единица кинематической… … Википедия

стокс — стокс, а; р. мн. ов, счётн.ф. стокс (единица кинематической вязкости) … Русское словесное ударение

СТОКС — (англ. мн. ч. от сток). Государственные долговые обязательства и акции, находящийся в обращении. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. стокс (по имени англ. ученого Дж. Стокса (Stokes), 1819 1903) единица … Словарь иностранных слов русского языка

стокс — стокс, а, род. п. мн. ч. ов, счетн. ф. стокс (ед. измер.) … Русский орфографический словарь

СТОКС — единица кинематической вязкости в СГС системе единиц; обозначается Ст, названа по имени Дж. Г. Стокса. 1 Ст=1см&sup2/с. Чаще применяется в 100 раз меньшая единица сантистокс (сСт). 1 сСт=10 6 м&sup2/с … Большой Энциклопедический словарь

СТОКС — (Stokes), сэр Джордж Габриэль (1819 1903), британский математик и физик, родился в Ирландии. Был профессором математики (1849 1903) в Кембридже и президентом (1885 92) Королевского Общества. Известен благодаря открытому им закону вязкости (см.… … Научно-технический энциклопедический словарь

стокс — единица кинематической вязкости в СГС системе единиц; обозначается Ст, названа по имени Дж. Г. Стокса. 1 Ст=1 см2/с. Чаще применяется в 100 раз меньшая единица сантистокс (сСт). 1 сСт=10 6 м2/с … Энциклопедический словарь

стокс — сущ., кол во синонимов: 1 • единица (830) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Стокс — Стокс, а: зак он Ст окса, пр авило Ст окса, ф ормула Ст окса, уравн ение Навь е Ст окса … Русский орфографический словарь

Стокс — прізвище * Жіночі прізвища цього типу як в однині, так і в множині не змінюються … Орфографічний словник української мови

Источник

Как определить вязкость жидкости методом Стокса?

Формулу определения вязкости Стокс вывел ещё в 1851 году.

Он получил выражение, описывающее действие силы трения (лобового сопротивления) на круглый объект, движущийся в вязкой жидкости с небольшим числом Рейнольдса.

Чтобы понять, как определять вязкость жидкости методом Стокса необходимо узнать теоретическое описание процесса, вывод формулы и сам описание самого метода.

Всё это и конкретные методы описаны далее в статье.

Содержание статьи

Что такое вязкость

Сама по себе вязкость это свойство жидкости сопротивляться сдвигу слоев. Такой сдвиг выражается в том, что при относительном перемещении слоёв жидкости тот слой, что движется медленнее тормозит слой, который движется быстрее и наоборот.

Вязкость проявляется в наличии между молекулами жидкости сил притяжения, которые пытаются сдерживать движение слоев при перемещении одной части жидкости относительно другой.

По природе все жидкости являются вязкими, потому что между молекулами существуют силы притяжения и отталкивания. Если один слой жидкости вывести из равновесия и сдвигать его относительно другого с некоторой скоростью, то силы взаимного притяжения молекул будут пытаться тормозить это движение.

Движение тела в жидкой среде

Когда твердое тело попадает в жидкость, оно сталкивается с некоторым сопротивлением. Происхождение сил сопротивления жидкости в этом случае может быть объяснено двумя разными механизмами.

Если скорость движения твердого тела маленькая и за ним не образовывается завихрений, то силы сопротивления жидкости характеризуются только вязкостью.

В таком случае слои жидкости, которые прилегают к этому твердому телу, движутся вместе с ним. Но слои жидкости, граничащие с первыми слоями, тоже приходят в движения из-за сил молекулярного притяжения (сцепления).

Таким образом образуются силы, которые затормаживают относительное движение твердого тела в жидкости.

Завихрения вокруг твердого тела образуются из-за различия скоростей движения жидкости перед телом и за ним. При этом давление в стационарном потоке жидкости изменяется таким образом, что в области вихрей оно существенном меньше.

Разность давлений в областях перед твердым телом и за ним создает противоположную по направлению движения силу лобового сопротивления жидкости. Эта сила тормозит движение твердого тела.

Сила сопротивления

В случае, когда движение твердого тела в жидкости происходит без образования вихрей, т.е. медленно, сила сопротивления образуется по первому из двух описанных механизмов.

Для тел круглой формы, согласно формуле Стокса, сила сопротивления будет равна:

где μ – вязкость жидкости;
r – радиус шарика;
υ – скорость равномерного движения шарика.

Условие использования формулы

Существует несколько ограничений для применения формулы Стокса.
1. вязкая среда не ограничена стенками и находится в покое
2. скольжений на границах с твердым телом нет
3. движение жидкости ламинарное
4. радиус круглого тела намного больше, чем длина среднего пробега молекул жидкой среды

Формула вязкости

Рассмотрим конкретный случай, когда на шар, движущийся в жидкости действуют три силы:
F_T – сила тяжести;
F_A – сила Архимеда (выталкивающая сила);
T_C – сила лобового сопротивления.

Для круглого шарика сила тяжести будет:

где r –радиус шара;
ρ – плотность шара;
ρ₀ – плотность жидкости;
g – ускорение свободного падения;
υ – скорость равномерного движения шарика;
μ – вязкость жидкости.

В жидкости выталкивающая сила и сила тяжести постоянны. Сила лобового сопротивления пропорциональна скорости движения шарика и на первых этапах она существенно меньше силы тяжести.

При дальнейшем движении шарика наступает момент, когда все три силы уравновешиваются и тогда:

или подставляя формулы

таким образом, определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса сводится к формуле

Определение вязкости методом Стокса

Для того чтобы определить вязкость методом Стокса используют высокий сосуд цилиндрической формы.

На сосуд наносят метки А и В. Такие метки располагаются на заведомо известном расстоянии l друг от друга.

Затем в сосуд наливают исследуемую жидкость выше верхней метки А на 4 – 5 сантиметров. Это необходимо для того, чтобы во время прохождения шариком первой метки его скорость можно было считать установившейся.

Далее шарик бросают в сосуд и секундомером определяют время за которое он проход расстояние от метки А до метки В.

Учитывая, что скорость это отношения длины пути ко времени, т.е.:

и заменяя радиус шарика его диаметром d и определяет коэффициент вязкости жидкости методом стокса

Указанная выше формула применимо в тех случаях, когда шар падает в безграничной среде. Если он падает вдоль оси трубки диаметром R0 (как в этом случае) необходимо ввести поправки на радиус сосуда.

При падении шара радиусом r в трубе радиусом R₀ и высотой h формула будет выглядеть

Исходя из всего вышесказанного получаем, что определение вязкости жидкости методом Стокса требует значения таких параметров, как:
плотность материала шарика;
плотность жидкости;
радиус шарика;
радиус сосуда;
скорость движения шарика.

Видео про методы определения вязкости

Вязкость – это важная характеристика жидкой среды. Её необходимо учитывать при перекачке жидкостей и газов по трубопроводам, смазке машин и механизмов, разливке расплавленных металлов.

Для определения вязкости используют специальные приборы вискозиметры и специальные методы определения. Каждый из методов определения вязкости характеризуется своим набором условий применения.

Но независимо от метода общими остаются:
1. результат измерение не должен зависеть от линейных размеров вискозиметра.
2. не должно быть пристеночного скольжения жидкости.
3. поток жидкости в используемом вискозиметре должен быть ламинарным.

Источник

Конвертер величин

Конвертер кинематической вязкости

Принцип работы счетчика Гейгера

Подробнее о кинематической вязкости

Общие сведения

Вязкость определяет внутреннее сопротивление жидкости силе, которая направлена на то, чтобы заставить эту жидкость течь. Вязкость бывает двух видов — абсолютная и кинематическая. Первую обычно используют в косметике, медицине и кулинарии, а вторую — чаще в автомобильной промышленности.

Абсолютная вязкость и кинематическая вязкость

Абсолютная вязкость жидкости, также называемая динамической, измеряет сопротивление силе, заставляющей ее течь. Она измеряется независимо от свойств вещества. Кинематическая вязкость, наоборот, зависит от плотности вещества. Для определения кинематической вязкости абсолютную вязкость делят на плотность этой жидкости.

Кинематическая вязкость зависит от температуры жидкости, поэтому помимо самой вязкости необходимо указывать при какой температуре жидкость приобретает такую вязкость. Вязкость машинного масла обычно измеряют при температурах 40° C (104° F) и 100° C (212° F). Во время замены масла в автомобилях автомеханики часто используют свойство масел становиться менее вязкими при повышении температуры. Например, чтобы удалить максимальное количество масла из двигателя, его предварительно прогревают, в результате масло вытекает легче и быстрее.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Вязкость изменяется по-разному, в зависимости от вида жидкости. Различают два вида — ньютоновские и неньютоновские жидкости. Ньютоновскими называются жидкости, вязкость которых изменятся независимо от деформирующей ее силы. Все остальные жидкости — неньютоновские. Они интересны тем, что деформируются с разной скоростью в зависимости от сдвигового напряжения, то есть, деформация происходит с большей или, наоборот, меньшей скоростью в зависимости от вещества и от силы, которая давит на жидкость. Вязкость также зависит от этой деформации.

Кетчуп — классический пример неньютоновской жидкости. Пока он в бутылке, почти невозможно заставить его выйти наружу под действием небольшой силы. Если мы, наоборот, приложим большую силу, например, начнем сильно трясти бутылку, то кетчуп легко из нее вытечет. Так, большое напряжение делает кетчуп текучим, а маленькое — почти не влияет на его текучесть. Это свойство присуще только неньютоновским жидкостям.

Другие неньютоновские жидкости, наоборот, становятся более вязкими с увеличением напряжения. Пример такой жидкости — смесь крахмала и воды. Человек может спокойно пробежать через бассейн, ею наполненный, но начнет погружаться, если остановится. Это происходит потому, что в первом случае сила, действующая на жидкость, намного больше, чем во втором. Существуют неньютоновские жидкости и с другими свойствами — например в них вязкость изменяется не только в зависимости от общего количества напряжения, но и от времени, в течение которого на жидкость действует сила. Например, если общее напряжение вызвано большей силой и действует на тело в течение короткого промежутка времени, а не распределено на более длительный отрезок с меньшей силой, то жидкость, например мед, становится менее вязкой. То есть, если интенсивно мешать мед, он станет менее вязким по сравнению с размешиванием его с меньшей силой, но в течение более длительного времени.

Вязкость и смазка в технике

Вязкость — важное свойство жидкостей, которое используется в повседневной жизни. Наука, изучающая текучесть жидкостей, называется реологией и посвящена ряду тем, связанных с этим явлением, включая вязкость, так как вязкость напрямую влияет на текучесть разных веществ. Реология обычно изучает как ньютоновские, так и неньютоновские жидкости.

Индикаторы вязкости моторного масла

Производство машинного масла происходит при строгом соблюдении правил и рецептуры, чтобы вязкость этого масла была именно такой, какая необходима в той или иной ситуации. Перед продажей производители контролируют качество масла, а механики в автосалонах проверяют его вязкость перед тем, как залить в двигатель. В обоих случаях измерения проходят по-разному. При производстве масла обычно измеряют его кинематическую вязкость, а механики, наоборот, измеряют абсолютную вязкость, а потом переводят ее в кинематическую. При этом используют разные устройства для измерения. Важно знать разницу между этими измерениями и не путать кинематическую вязкость с абсолютной, так как они неодинаковы.

Чтобы получить более точные измерения, изготовители машинных масел предпочитают использовать кинематическую вязкость. Измерители кинематической вязкости также намного дешевле измерителей абсолютной вязкости.

Для автомобилей очень важно, чтобы вязкость масла в двигателе соответствовала норме. Чтобы детали автомобиля служили как можно дольше, необходимо по возможности уменьшить трение. Для этого их покрывают толстым слоем моторного масла. Масло должно быть достаточно вязким, чтобы как можно дольше оставаться на трущихся поверхностях. С другой стороны, оно должно быть достаточно жидким, чтобы проходить по масляным каналам без заметного уменьшения скорости потока даже в холодную погоду. То есть, даже при низких температурах масло должно оставаться не очень вязким. К тому же, если масло слишком вязкое, то трение между подвижными деталями будет высоким, что приведет к увеличению расхода топлива.

Моторное масло — это смесь разных масел и добавок, например антивспенивающих и моющих присадок. Поэтому знать вязкость самого масла недостаточно. Необходимо также знать конечную вязкость продукта, и при необходимости изменять ее, если она не соответствует принятым стандартам.

Смена масла

По мере использования, процент добавок в моторном масле уменьшается и само масло становится грязным. Когда загрязнение слишком велико и добавленные в него присадки сгорели, масло становится непригодным, поэтому его необходимо регулярно менять. Если этого не делать, то грязь может засорить масляные каналы. Вязкость масла изменится и не будет соответствовать стандартам, вызывая различные проблемы, например забитые масляные каналы. Некоторые ремонтные мастерские и производители масла советуют менять его каждые 5&nbsp000 километров (3&nbsp000 миль), но производители автомобилей и некоторые автомеханики утверждают, что замены масла после каждых 8&nbsp000 до 24&nbsp000 километров (от 5&nbsp000 до 15&nbsp000 миль) вполне достаточно, если автомобиль исправен и в хорошем состоянии. Замена каждые 5&nbsp000 километров подходит для более старых двигателей, и сейчас советы о такой частой замене масла — рекламный ход, заставляющий автолюбителей покупать больше масла и пользоваться услугами сервисных центров чаще, чем это на самом деле необходимо.

По мере того, как конструкция двигателей улучшается, увеличивается и расстояние, которое может проехать автомобиль без замены масла. Поэтому чтобы решить, когда стоит залить в автомобиль новое масло, руководствуйтесь информацией в инструкции по эксплуатации или сайтом производителя автомобиля. В некоторых транспортных средствах также установлены датчики, которые следят за состоянием масла — их тоже удобно использовать.

Как правильно выбрать моторное масло

Чтобы не ошибиться с выбором вязкости, при выборе масла нужно учитывать для какой погоды и для каких условий оно предназначено. Некоторые масла предназначены для работы в холодных или, наоборот, в жарких условиях, а некоторые хороши в любую погоду. Масла также делят на синтетические, минеральные и смешанные. Последние состоят из смеси минеральных и синтетических компонентов. Самые дорогие масла — синтетические, а самые дешевые — минеральные, так как их производство дешевле. Синтетические масла становятся все более популярными благодаря тому, что они дольше служат, и их вязкость остается неизменной в большом интервале температур. Покупая синтетическое моторное масло, важно проверить, будет ли ваш фильтр служить так же долго, как и масло.

Изменение вязкости моторного масла в связи с изменением температуры происходит в разных маслах по-разному, и эта зависимость выражается индексом вязкости, который обычно указывают на упаковке. Индекс равный нулю — для масел, вязкость которых наиболее зависима от температуры. Чем меньше вязкость зависит от температуры, тем лучше, поэтому автомобилисты предпочитают масла с высоким индексом вязкости, особенно в холодном климате, где разница температур между горячим двигателем и холодным воздухом очень большая. На данный момент индекс вязкости синтетических масел выше, чем минеральных. Смешанные масла находятся посредине.

Чтобы вязкость масла дольше оставалась неизменной, то есть, чтобы повысить индекс вязкости, в масло нередко добавляют различные присадки. Часто эти присадки сгорают до рекомендованного срока замены масла, то есть масло становится менее пригодным к употреблению. Водители, использующие масла с такими добавками, вынуждены либо регулярно проверять, достаточна ли концентрация этих добавок в масле, либо часто менять масло, либо довольствоваться маслом со сниженными качествами. То есть, масло с высоким индексом вязкости не только дорогое, но к тому же требует постоянного контроля.

Масло для других транспортных средств и механизмов

Требования к вязкости масел для других транспортных средств часто совпадают с требованиями к автомобильными маслам, но иногда они отличаются. Например, требования для масла, которое используют для велосипедной цепи, другие. Владельцам велосипедов обычно приходится выбирать между невязким маслом, которое легко наносить на цепь, например из аэрозольного распылителя, и вязким, которое хорошо и долго держится на цепи. Вязкое масло эффективно уменьшает силу трения и не смывается с цепи во время дождя, но быстро загрязняется, так как в открытую цепь попадают пыль, сухая трава и другая грязь. С невязким маслом нет таких проблем, но его приходится часто наносить заново, а невнимательные или неопытные велосипедисты иногда не знают этого и портят цепь и шестерни.

Измерение вязкости

Для измерения вязкости используют устройства, называемые реометрами или вискозиметрами. Первые применяют для жидкостей, чья вязкость изменяется в зависимости от окружающих условий, а вторые работают с любыми жидкостями. Некоторые реометры представляют собой цилиндр, который вращается внутри другого цилиндра. В них измеряют силу, с которой жидкость во внешнем цилиндре вращает внутренний цилиндр. В других реометрах жидкость наливают на пластину, помещают в нее цилиндр, и измеряют силу, с которой жидкость действует на цилиндр. Существуют и другие типы реометров, но принцип их работы похож — они измеряют силу, с которой жидкость действует на подвижный элемент этого устройства.

Вискозиметры измеряют сопротивление жидкости, которая перемещается внутри измерительного прибора. Для этого жидкость проталкивают через тонкую трубку (капилляр) и измеряют сопротивление жидкости движению по трубке. Это сопротивление можно узнать, измерив время, которое требуется, чтобы жидкость продвинулась на определенное расстояние в трубке. Время преобразуют в вязкость с помощью вычислений или таблиц, имеющихся в документации для каждого устройства.

Источник