액체와 기체를 포함한 다양한 유체는 각각 다른 점성을 가지고 있습니다. 점성은 유체를 구성하는 분자들 사이의 마찰력을 나타냅니다. 즉, 유체가 흐를 때 분자들 간의 마찰력이 점성을 발생시킵니다. 액체의 경우, 점성은 분자 간 응집력(비슷한 분자들 사이의 끌어당기는 힘)에 의해 발생합니다. 반면 기체의 경우, 점성은 분자들 간의 충돌에 의해 발생합니다.
액체는 물이 그렇듯 점도가 낮아 흐르기 쉽습니다. 반대로 점도가 높은 유체는 윤활유가 그렇듯 흐르기 어렵습니다. 경사진 표면에 물과 윤활유를 부어보면 이를 확인할 수 있습니다. 물이 기름보다 더 빨리 흐릅니다. 유체의 점도는 온도에도 영향을 받습니다. 액체의 온도가 높을수록 점도는 낮아집니다. 예를 들어, 부엌에서 생선을 튀길 때 처음에는 점도가 높았던 식용유가 가열되면 다시 액체처럼 변하는 것을 볼 수 있습니다. 반대로 기체의 경우 온도가 높을수록 점도가 높아집니다.
점성 계수
기호 η는 유체의 점성(에타)을 나타냅니다. η는 점성 계수입니다. 따라서 액체의 점성은 유체의 점성 계수로 표현됩니다.
얇은 유체층이 두 판 사이에 놓여 있습니다. 응집력은 같은 분자들 사이의 인력이고, 접착력은 서로 다른 분자들 사이의 인력입니다. 접착력은 판과 판에 붙어 있는 유체층 사이에서 작용합니다 (유체 분자와 판 분자가 서로 끌어당깁니다). 한편, 응집력은 액체 막 사이에서 작용합니다 (유체 분자들이 서로 끌어당깁니다).
처음에 판과 유체층은 정지 상태입니다(그림 1). 그 후, 위쪽 판을 오른쪽으로 당깁니다(그림 2). 아래쪽 판은 당기지 않습니다(아래쪽 판은 정지 상태). 당기는 힘의 크기는 위쪽 판이 일정한 속도(v 일정)로 오른쪽으로 이동하도록 설정됩니다. 판의 가장자리와 판에 붙어 있는 유체 부분 사이에는 접착력이 작용하므로, 판 아래쪽의 유체도 오른쪽으로 이동합니다. 유체 분자 사이에는 응집력이 작용하므로, 오른쪽으로 이동하는 유체는 아래쪽의 유체를 끌어당깁니다.
위쪽에 있는 유체가 아래쪽 유체를 끌어당겨 오른쪽으로 이동하게 합니다.
아래쪽 유체가 위쪽 유체를 붙잡고 있기 때문에 유체의 유속이 변합니다. 위쪽 유체는 더 큰 유속(v)으로 움직이고, 아래쪽 유체는 더 작은 유속(v)으로 움직이는 식입니다. 즉, 아래로 내려갈수록 유속(v)은 작아집니다. 다시 말해, 유체층의 속도는 l까지 위에서 아래로 규칙적으로 변화합니다.
유체층의 속도 변화량(v)을 이동 거리(l)로 나눈 값 = v / l. v/l은 속도 기울기라고 합니다. 위에 있는 판은 당기는 힘(F) 때문에 움직일 수 있습니다. 특정 유체의 경우, 필요한 당기는 힘의 크기는 판에 붙어 있는 유체의 면적(A), 유체의 속도(v)에 비례하고 이동 거리(l)에 반비례합니다. 수학적으로는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
앞서 설명했듯이, 점도가 낮은 유체는 일반적으로 흐름이 쉽고, 점도가 높은 유체는 흐름이 어렵습니다. 점성 계수는 유체의 점성 정도를 나타냅니다. 유체가 점도가 높을수록 필요한 인장력도 커집니다. 이 경우 인장력은 점성 계수에 비례합니다. 수학적으로는 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
η = 점성 계수, F = 힘, l = 거리, A = 표면적, v = 속도, ∝ = 비교급
점성 계수의 국제 단위계(SI)는 Ns/m² = Pa·s(파스칼 초)입니다 . 점성 계수의 CGS 단위계(센티미터 그램 초)는 dyn·s/cm² = 포이즈(P)입니다 . 점성은 센티포이즈(cP)로도 표현되는 경우가 많습니다. 1 cP = 1/100 P입니다. 포이즈 단위는 프랑스 과학자 장 루이 마리 포이즈유(Jean Louis Marie Poiseuille)를 기리기 위해 사용됩니다.
1 포이즈 = 1 다이내믹스/cm² = 10⁻¹ Ns / m²
