I fluidi, sia liquidi che gassosi, presentano diversi gradi di viscosità. La viscosità è essenzialmente la forza di attrito tra le molecole che compongono un fluido. Le molecole che costituiscono un fluido sfregano l'una contro l'altra mentre scorre. Nei liquidi, la viscosità è causata dalla coesione (l'attrazione tra molecole simili). Nei gas, la viscosità è causata dalle collisioni tra le molecole.
I fluidi liquidi scorrono generalmente più facilmente, ad esempio l'acqua. Al contrario, i fluidi più densi scorrono con maggiore difficoltà, come ad esempio l'olio da cucina, il miele, ecc. È possibile verificarlo versando acqua e olio da cucina su un pavimento inclinato. L'acqua scorrerà sicuramente più velocemente dell'olio da cucina o del miele. La viscosità di un fluido dipende anche dalla temperatura. Maggiore è la temperatura di un liquido, minore è la sua viscosità. Ad esempio, quando una madre frigge il pesce in cucina, l'olio da cucina, inizialmente denso, diventa più liquido con il riscaldamento. Al contrario, maggiore è la temperatura di un gas, maggiore è la sua viscosità.
Coefficiente di viscosità
La viscosità di un fluido è simboleggiata dal simbolo η (si legge: eta). η = coefficiente di viscosità. Quindi il livello di viscosità di un fluido è espresso dal suo coefficiente di viscosità.
Un sottile strato di fluido viene posto tra due piastre. La coesione è la forza attrattiva tra molecole dello stesso tipo, mentre l'adesione è la forza attrattiva tra molecole di tipo diverso. La forza adesiva agisce tra la piastra e lo strato di fluido ad essa attaccato (le molecole del fluido e le molecole della piastra si attraggono a vicenda). La forza di coesione agisce tra gli strati di fluido (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). La piastra inferiore non viene tirata (la piastra inferiore è ferma). L'intensità della forza di trazione viene regolata in modo che la piastra superiore si sposti verso destra a velocità costante (v è costante). Poiché esiste una forza di adesione che agisce tra il bordo della piastra e la parte di fluido attaccata alla piastra, anche il fluido al di sotto della piastra si sposta verso destra. Poiché esiste una forza di coesione tra le molecole del fluido, il fluido che si è spostato verso destra attrae il fluido sottostante.
La parte di fluido che si trova in alto trascina il fluido che si trova in basso spostandolo verso destra; viceversa, la parte di fluido che si trova in basso trattiene il fluido che si trova in alto, quindi la velocità del fluido varia. La parte di fluido che si trova in alto si muove a una velocità maggiore (v), il fluido che si trova in basso si muove a una velocità minore (v), e così via. Quindi, minore è v, minore è la velocità. In altre parole, la velocità dello strato di fluido cambia regolarmente dall'alto verso il basso per una distanza pari a l.
La variazione della velocità dello strato di fluido (v) divisa per la distanza su cui si verifica la variazione (l) = v/l. V/l è noto come gradiente di velocità. La piastra superiore può muoversi a causa della forza di trazione (F). Per un particolare fluido, l'intensità della forza di trazione necessaria è direttamente proporzionale all'area del fluido aderente alla piastra (A), alla velocità del fluido (v) e inversamente proporzionale alla distanza l. Matematicamente, può essere scritto come segue:
Formula del coefficiente di viscosità
In precedenza, è stato spiegato che i fluidi meno viscosi scorrono generalmente più facilmente, mentre quelli più densi incontrano maggiore difficoltà a scorrere. La viscosità di un fluido è espressa dal suo coefficiente di viscosità. Più denso è il fluido, maggiore è la forza di trazione necessaria. In questo caso, la forza di trazione è direttamente proporzionale al coefficiente di viscosità. Matematicamente, ciò può essere scritto come segue:
Informazione :
η = Coefficiente di viscosità
F = Forza
l = Distanza
A = Area superficiale
v = Velocità
α = comparabile
Il Sistema Internazionale di Unità (SI) per il coefficiente di viscosità è Ns/m2 = Pa·s (pascal secondo). L'unità CGS (centimetro 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 memoria dello scienziato francese Jean Louis Marie Poiseuille (pronunciato: pwa-zoo-yuh).
1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 Ns/m2
