Pinna pinge vs viskoossus
Viskoossus ja pindpinevus on vedelike mehaanika ja staatika osas kaks väga olulist nähtust. Nende nähtuste tagajärjed mõjutavad selliseid valdkondi nagu hüdrodünaamika, aerodünaamika ja isegi lennundus. Sellistes valdkondades silma paistmiseks on hädavajalik omada kindlaid teadmisi nende nähtuste kohta. Selles artiklis võrreldakse viskoossust ja pindpinevust ning esitatakse nende kahe erinevused.
Mis on pinna pinge?
Mõelge homogeensele vedelikule. Igal vedeliku keskosas oleval molekulil on täpselt sama suur jõud, mis tõmbab seda igale poole. Ümbritsevad molekulid tõmbavad keskset molekuli ühtlaselt igas suunas. Nüüd kaaluge pinna molekuli. Sellel on ainult vedeliku suunas mõjuvad jõud. Õhk-vedelik-liimjõud ei ole isegi nii tugev kui vedelik-vedelik sidumisjõud. Seetõttu tõmbuvad pinnamolekulid vedeliku keskpunkti poole, tekitades molekulidest täidetud kihi. See molekulide pinnakiht toimib vedeliku õhukese kihina. Kui võtame veesilma tegeliku näite, siis asetab ta selle õhukese kile veepinnale. See libiseb sellel kihil. Kui seda kihti pole, siis upuks see kohe ära. Pindpinge on määratletud kui pinnaga paralleelne jõud, mis on risti pinnale tõmmatud pikkusühiku joonega. Pindpinevuse ühikud on Nm-1. Pinna pinget määratletakse ka energiana pinnaühiku kohta. See annab pindpinevusele ka uue ühiku Jm -2. Pindpinevus, mis tekib kahe segunemata vedeliku vahel, on tuntud kui pindpinevus.
Mis on viskoossus?
Viskoossus on defineeritud kui vedeliku takistuse mõõt, mida deformeerib kas nihkepinge või tõmbepinge. Tavalisemate sõnadega on viskoossus vedeliku “sisemine hõõrdumine”. Seda nimetatakse ka vedeliku paksuseks. Viskoossus on lihtsalt vedeliku kahe kihi vaheline hõõrdumine, kui kaks kihti üksteise suhtes liiguvad. Sir Isaac Newton oli vedelike mehaanika teerajaja. Ta oletas, et Newtoni vedeliku puhul on kihtide vaheline nihkepinge proportsionaalne kihtidega risti asetseva kiiruse gradiendiga. Siin kasutatav proportsionaalne konstant (proportsionaalsustegur) on vedeliku viskoossus. Viskoossust tähistatakse tavaliselt kreeka tähega “µ”. Vedeliku viskoossust saab mõõta visko- meetrite ja reomeetrite abil. Viskoossuse ühikud on Pascal-sekundid (või Nm-2 s). CVS-süsteem kasutab viskoossuse mõõtmiseks Jean Louis Marie Poiseuille'i nime saanud üksust “poise”. Vedeliku viskoossust saab mõõta ka mitme katsega. Vedeliku viskoossus sõltub temperatuurist. Temperatuuri tõustes viskoossus väheneb.
τ = μ ∂u / ∂y
Viskoossuse võrrandid ja mudelid on mitte-Newtoni vedelike jaoks väga keerukad.
Mis vahe on pindpinevusel ja viskoossusel?
• Pinna pinget võib pidada juhtumiks, mis tekib vedelikes tasakaalustamata molekulidevaheliste jõudude tõttu, viskoossus aga liikuvate molekulide jõudude mõjul.
• Pinna pinge on nii liikuvates kui ka liikumatutes vedelikes, kuid viskoossus avaldub ainult liikuvates vedelikes.
