Τα ρευστά, τόσο τα υγρά όσο και τα αέρια, έχουν ποικίλους βαθμούς ιξώδους. Το ιξώδες είναι ουσιαστικά η δύναμη τριβής μεταξύ των μορίων που αποτελούν ένα ρευστό. Τα μόρια που αποτελούν ένα ρευστό τρίβονται μεταξύ τους καθώς ρέει. Στα υγρά, το ιξώδες προκαλείται από τη συνοχή (την έλξη μεταξύ παρόμοιων μορίων). Στα αέρια, το ιξώδες προκαλείται από τις συγκρούσεις μεταξύ μορίων.
Τα υγρά ρευστά συνήθως ρέουν πιο εύκολα, για παράδειγμα το νερό. Αντίθετα, τα πιο παχύρρευστα ρευστά είναι πιο δύσκολο να ρέουν, για παράδειγμα το μαγειρικό λάδι, το λάδι, το μέλι κ.λπ. Μπορείτε να το αποδείξετε αυτό ρίχνοντας νερό και μαγειρικό λάδι σε ένα κεκλιμένο δάπεδο. Το νερό σίγουρα θα ρέει πιο γρήγορα από το μαγειρικό λάδι ή το λάδι. Το ιξώδες ενός ρευστού εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός υγρού, τόσο λιγότερο ιξώδες είναι το υγρό. Για παράδειγμα, όταν μια μητέρα τηγανίζει ψάρι στην κουζίνα, το αρχικά παχύρρευστο μαγειρικό λάδι γίνεται πιο υγρό όταν θερμαίνεται. Αντίθετα, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός αερίου, τόσο πιο ιξώδες γίνεται το αέριο.
Συντελεστής ιξώδους
Το ιξώδες ενός ρευστού συμβολίζεται με το σύμβολο η (διαβάζεται: eta). η = συντελεστής ιξώδους. Έτσι, το επίπεδο ιξώδους ενός ρευστού εκφράζεται από τον συντελεστή ιξώδους του ρευστού.
Ένα λεπτό στρώμα ρευστού τοποθετείται ανάμεσα σε δύο πλάκες. Η συνοχή είναι η ελκτική δύναμη μεταξύ μορίων του ίδιου τύπου, ενώ η πρόσφυση είναι η ελκτική δύναμη μεταξύ μορίων διαφορετικών τύπων. Η δύναμη συγκόλλησης ασκείται μεταξύ της πλάκας και του στρώματος ρευστού που είναι προσαρτημένο στην πλάκα (τα μόρια ρευστού και τα μόρια της πλάκας έλκονται μεταξύ τους). Η δύναμη συνοχής ασκείται μεταξύ των στρωμάτων ρευστού (τα μόρια ρευστού έλκονται μεταξύ τους).
Αρχικά, η πλάκα και το στρώμα ρευστού είναι ακίνητα (σχήμα 1). Στη συνέχεια, η πλάκα στην κορυφή έλκεται προς τα δεξιά (σχήμα 2). Η πλάκα στο κάτω μέρος δεν έλκεται (η κάτω πλάκα είναι ακίνητη). Το μέγεθος της εφελκυστικής δύναμης ρυθμίζεται έτσι ώστε η πλάκα στην κορυφή να μετατοπίζεται προς τα δεξιά με σταθερή ταχύτητα (το v είναι σταθερό). Επειδή υπάρχει μια δύναμη συγκόλλησης που ασκείται μεταξύ της άκρης της πλάκας και του τμήματος του ρευστού που είναι προσαρτημένο στην πλάκα, το ρευστό κάτω από την πλάκα μετατοπίζεται επίσης προς τα δεξιά. Επειδή υπάρχει μια δύναμη συνοχής μεταξύ των μορίων του ρευστού, το ρευστό που μετατοπίστηκε προς τα δεξιά προσέλκυσε το ρευστό από κάτω.
Το τμήμα του ρευστού που βρίσκεται στην κορυφή τραβάει το ρευστό που βρίσκεται στο κάτω μέρος για να μετατοπιστεί προς τα δεξιά, αντίστροφα το τμήμα του ρευστού που βρίσκεται στο κάτω μέρος συγκρατεί το ρευστό που βρίσκεται στην κορυφή, επομένως η ταχύτητα του ρευστού ποικίλλει. Το τμήμα του ρευστού που βρίσκεται στην κορυφή κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα (v), το ρευστό που βρίσκεται στο κάτω μέρος κινείται με μικρότερο v, και ούτω καθεξής. Έτσι, όσο χαμηλότερο είναι το v, τόσο μικρότερο είναι. Με άλλα λόγια, η ταχύτητα του στρώματος ρευστού αλλάζει τακτικά από πάνω προς τα κάτω μέχρι το l.
Η μεταβολή στην ταχύτητα του στρώματος ρευστού (v) διαιρούμενη με την απόσταση στην οποία συμβαίνει η μεταβολή (l) = v/l. Το V/l είναι γνωστό ως κλίση ταχύτητας. Η πλάκα στην κορυφή μπορεί να κινηθεί λόγω της εφελκυστικής δύναμης (F). Για ένα συγκεκριμένο ρευστό, το μέγεθος της απαιτούμενης εφελκυστικής δύναμης είναι άμεσα ανάλογο με την επιφάνεια του ρευστού που είναι προσαρτημένη στην πλάκα (A), την ταχύτητα του ρευστού (v) και αντιστρόφως ανάλογο με την απόσταση l. Μαθηματικά, μπορεί να γραφτεί ως εξής:
Τύπος συντελεστή ιξώδους
Προηγουμένως, είχε εξηγηθεί ότι τα λεπτότερα ρευστά συνήθως ρέουν πιο εύκολα, ενώ τα παχύτερα ρευστά έχουν δυσκολότερη ροή. Το ιξώδες ενός ρευστού εκφράζεται από τον συντελεστή ιξώδους του. Όσο παχύτερο είναι το ρευστό, τόσο μεγαλύτερη είναι η απαιτούμενη δύναμη εφελκυσμού. Σε αυτήν την περίπτωση, η δύναμη εφελκυσμού είναι άμεσα ανάλογη με τον συντελεστή ιξώδους. Μαθηματικά, αυτό μπορεί να γραφτεί ως εξής:
Πληροφορίες:
η = Συντελεστής ιξώδους
F = Δύναμη
l = Απόσταση
A = Εμβαδόν επιφάνειας
v = Ταχύτητα
∝ = συγκρίσιμο
Το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) για τον συντελεστή ιξώδους είναι Ns/m2 = Pa.s (πασκάλ δευτερόλεπτο). Η μονάδα CGS (εκατοστά γραμμάριο δευτερόλεπτο) για τον συντελεστή ιξώδους είναι dyn.s/cm2 = poise (P). Το ιξώδες εκφράζεται επίσης συχνά σε centipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Η μονάδα poise χρησιμοποιείται στη μνήμη του Γάλλου επιστήμονα, του αείμνηστου Jean Louis Marie Poiseuille (προφέρεται: pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn. s/cm2 = 10-1 Ns/m2
