تتفاوت لزوجة السوائل والغازات. واللزوجة هي في الأساس قوة الاحتكاك بين جزيئات السائل. تحتك جزيئات السائل ببعضها أثناء جريانه. في السوائل، تنتج اللزوجة عن التماسك (التجاذب بين الجزيئات المتشابهة). أما في الغازات، فتنتج اللزوجة عن تصادم الجزيئات.
تتدفق السوائل عادةً بسهولة أكبر، كالماء مثلاً. في المقابل، يصعب تدفق السوائل الأكثر كثافة، كزيت الطهي والعسل وغيرها. يمكنك إثبات ذلك بسكب الماء وزيت الطهي على أرضية مائلة، فالماء سيتدفق أسرع من زيت الطهي. كما تعتمد لزوجة السائل على درجة حرارته، فكلما ارتفعت درجة حرارة السائل، قلت لزوجته. على سبيل المثال، عندما تقلي الأم السمك في المطبخ، يصبح زيت الطهي الكثيف أكثر سيولة عند تسخينه. وعلى العكس، كلما ارتفعت درجة حرارة الغاز، زادت لزوجته.
معامل اللزوجة
يُرمز إلى لزوجة السوائل بالرمز η (يُقرأ: إيتا). η = معامل اللزوجة. لذا، يُعبّر عن مستوى لزوجة السائل بمعامل لزوجته.
تُوضع طبقة رقيقة من سائل بين لوحين. التماسك هو قوة التجاذب بين جزيئات من النوع نفسه، بينما الالتصاق هو قوة التجاذب بين جزيئات من أنواع مختلفة. تعمل قوة الالتصاق بين اللوح وطبقة السائل الملتصقة به (تتجاذب جزيئات السائل وجزيئات اللوح). أما قوة التماسك فتعمل بين طبقات السائل (تتجاذب جزيئات السائل).
في البداية، تكون الصفيحة وطبقة السائل ثابتتين (الشكل 1). بعد ذلك، تُسحب الصفيحة العلوية إلى اليمين (الشكل 2). أما الصفيحة السفلية فلا تُسحب (تبقى ثابتة). يتم ضبط مقدار قوة الشد بحيث تتحرك الصفيحة العلوية إلى اليمين بسرعة ثابتة (v ثابتة). ونظرًا لوجود قوة تلاصق بين حافة الصفيحة وجزء السائل الملتصق بها، يتحرك السائل أسفل الصفيحة أيضًا إلى اليمين. وبسبب وجود قوة تماسك بين جزيئات السائل، يجذب السائل الذي تحرك إلى اليمين السائل الذي أسفله.
يسحب الجزء السائل العلوي الجزء السفلي ليتحرك نحو اليمين، وبالعكس، يُبقي الجزء السفلي الجزء العلوي متحركًا، مما يؤدي إلى تغير سرعة السائل. يتحرك الجزء العلوي بسرعة أكبر (v)، بينما يتحرك الجزء السفلي بسرعة أقل (v)، وهكذا. فكلما انخفضت قيمة v، انخفضت السرعة. بعبارة أخرى، تتغير سرعة طبقة السائل بانتظام من الأعلى إلى الأسفل حتى مسافة l.
التغير في سرعة طبقة السائل (v) مقسومًا على المسافة التي يحدث عندها التغير (l) = v/l. يُعرف v/l بتدرج السرعة. تتحرك الصفيحة العلوية بفعل قوة الشد (F). بالنسبة لسائل معين، تتناسب قوة الشد المطلوبة طرديًا مع مساحة السائل الملتصقة بالصفيحة (A) وسرعة السائل (v)، وعكسيًا مع المسافة l. رياضيًا، يمكن كتابة ذلك كما يلي:
صيغة معامل اللزوجة
سبق أن أوضحنا أن السوائل الأقل لزوجة تتدفق بسهولة أكبر، بينما تواجه السوائل الأكثر لزوجة صعوبة أكبر في التدفق. تُعبّر لزوجة السائل عن طريق معامل اللزوجة. كلما زادت لزوجة السائل، زادت قوة الشد المطلوبة. في هذه الحالة، تتناسب قوة الشد طرديًا مع معامل اللزوجة. رياضيًا، يمكن التعبير عن ذلك كما يلي:
المعلومات:
η = معامل اللزوجة
F = القوة
ل = المسافة
أ = مساحة السطح
v = السرعة
∝ = متناسب
يُستخدم النظام الدولي للوحدات (SI) لقياس معامل اللزوجة بوحدة نيوتن.ثانية/م² = باسكال.ثانية (Pa.s). أما النظام السنتيمتري-غرام-ثانية (CGS) فيُستخدم لقياس معامل اللزوجة بوحدة داين.ثانية/سم² = بواز (P). كما يُعبّر عن اللزوجة أحيانًا بوحدة سنتيبواز (cP)، حيث 1 سنتيبواز = 1/100 بواز. وقد سُميت وحدة البواز تخليدًا لذكرى العالم الفرنسي الراحل جان لويس ماري بوازوي (يُنطق: بوازوي).
1 بويز = 1 داين.ثانية/سم² = 10⁻¹ نيوتن.ثانية / م²
