I fluidi, sia liquidi che gassosi di diverso tipo, presentano diversi livelli di viscosità. La viscosità è l'attrito tra le molecole che compongono un fluido. Pertanto, le molecole generano l'attrito del fluido quando questo scorre. Nei liquidi, la viscosità è causata dalle forze di coesione (forze di attrazione tra molecole simili). Nei gas, invece, la viscosità è causata dalle collisioni tra le molecole.
I fluidi liquidi scorrono più facilmente, ad esempio l'acqua. Al contrario, i fluidi densi scorrono più difficilmente, ad esempio i lubrificanti. Si può verificare versando acqua e lubrificante su una superficie inclinata: l'acqua scorre più velocemente dell'olio. Il livello di viscosità di un fluido dipende anche dalla temperatura. Maggiore è la temperatura del liquido, minore è la sua viscosità. Ad esempio, quando una madre frigge il pesce in cucina, l'olio che inizialmente si addensa diventa più liquido con il calore. Viceversa, maggiore è la temperatura di una sostanza gassosa, più densa diventa.
Coefficiente di viscosità
Il simbolo η rappresenta la viscosità del fluido (si legge: eta). η = coefficiente di viscosità. Pertanto, il livello di viscosità di un liquido è espresso dal coefficiente di viscosità del fluido.
Un sottile strato di fluido viene posto tra due piastre. La coesione è una forza attrattiva tra molecole simili, mentre l'adesione è una forza di attrazione tra molecole diverse. Le forze di adesione agiscono tra la piastra e lo strato di fluido ad essa aderente (le molecole del fluido e le molecole della piastra si attraggono a vicenda). Allo stesso tempo, le forze di coesione agiscono tra le membrane liquide (le molecole del fluido si attraggono a vicenda).
Inizialmente, la piastra e lo strato di fluido sono fermi (figura 1). Successivamente, la piastra superiore viene tirata verso destra (figura 2). Le piastre inferiori non vengono tirate (la piastra inferiore è ferma). L'intensità della forza di trazione è tale che la piastra superiore si sposti verso destra a velocità costante (v costante). Poiché tra il bordo della piastra e la porzione di fluido ad essa attaccata agisce una forza di adesione, anche il fluido sottostante si sposta verso destra. A causa della forza di coesione tra le molecole del fluido, il fluido che si muove verso destra trascina con sé il fluido che si trova in basso.
La parte del fluido che si trova in alto trascina il fluido in basso spostandolo verso destra,
mentre la parte di fluido sul fondo trattiene il fluido sovrastante, quindi la velocità del fluido varia. La parte di fluido che si trova in alto si muove con una velocità (v) maggiore, il fluido in basso si muove con una v minore, e così via. Quindi, più in basso si scende, più piccola è v. In altre parole, la velocità dello strato di fluido cambia regolarmente dall'alto verso il basso per una certa distanza l.
Variazione della velocità dello strato di fluido (v) divisa per la distanza della variazione (l) = v / l. V/l è noto come gradiente di velocità. Le piastre che si trovano sopra possono muoversi perché esiste una forza di attrazione (F). Per certi fluidi, l'entità dell'attrazione necessaria è direttamente proporzionale all'area del fluido aderente alla piastra (A), alla portata del fluido (v) e inversamente proporzionale alla distanza l. Matematicamente, può essere scritto come segue:
In precedenza, è stato spiegato che un fluido meno viscoso scorre generalmente più facilmente, mentre un fluido più denso scorre più difficoltosamente. Il coefficiente di viscosità esprime il livello di viscosità del fluido. Se il fluido è più denso, anche la forza di trazione richiesta è maggiore. In questo caso, la forza di trazione è direttamente proporzionale al coefficiente di viscosità. Matematicamente si può scrivere come segue:
η = coefficiente di viscosità, F = forza, l = distanza, A = area superficiale, v = velocità, ∝ = confronto
L'unità di misura del Sistema Internazionale (SI) per il coefficiente di viscosità è Ns/m² = Pa·s (pascal secondo). L'unità di misura CGS (centimetri grammo secondo) per il coefficiente di viscosità è dyn·s/cm² = poise (P). La viscosità è spesso espressa anche in centipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. L'unità poise è utilizzata in onore dello scienziato francese Jean Louis Marie Poiseuille (pronuncia: pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn. s/cm 2 = 10 -1 Ns/m 2
