Sila viskoznog trenja. Proučavanje sila viskoznog trenja Sila otpora pri kretanju u viskoznom mediju
Cilj: proučavanje fenomena viskoznog trenja i jedna od metoda za određivanje viskoznosti tečnosti.
Instrumenti i pribor: kuglice raznih promjera, mikrometar, čeljust, ravnalo.
Elementi teorije i metode eksperimenta
Sve stvarne tečnosti i gasovi imaju unutrašnje trenje, koje se naziva i viskozitet. Viskoznost se očituje, posebno, u tome što kretanje koje je nastalo u tekućini ili plinu nakon prestanka uzroka koji su ga izazvali, postepeno prestaje. Iz svakodnevnog iskustva, na primjer, poznato je da je za stvaranje i održavanje konstantnog protoka tekućine u cijevi potrebno imati razliku tlaka između krajeva cijevi. Budući da se, u ravnomjernom toku, tekućina kreće bez ubrzanja, potreba za djelovanjem sila pritiska ukazuje da su te sile uravnotežene nekim silama koje usporavaju kretanje. Ove sile su sile unutrašnjeg trenja.
Mogu se razlikovati dva glavna načina strujanja tekućine ili plina:
1) laminarni;
2) turbulentan.
U režimu laminarnog strujanja, tok tekućine (gasa) se može podijeliti na tanke slojeve, od kojih se svaki kreće u općem toku svojom brzinom i ne miješa se s drugim slojevima. Laminarni tok je stacionaran.
U turbulentnom režimu, tok postaje nestabilan - brzina čestica u svakoj tački u prostoru se nasumično mijenja cijelo vrijeme. U tom slučaju dolazi do intenzivnog miješanja tečnosti (gasa) u struji.
Razmotrimo režim laminarnog toka. Izdvojimo dva sloja u toku sa površinom S, koji se nalazi na udaljenosti ∆ Z razdvojeni i kreću se različitim brzinama. V 1 i V 2 (sl. 1). Tada između njih nastaje viskozna sila trenja, proporcionalna gradijentu brzine D V/D Z u smjeru okomitom na smjer strujanja:
Kada se koeficijent μ po definiciji naziva viskozitet ili koeficijent unutrašnjeg trenja, D V=V 2-V 1.
Iz (1) se može vidjeti da se viskoznost mjeri u paskalnim sekundama (Pa s).
Treba napomenuti da viskoznost zavisi od prirode i stanja tečnosti (gasa). Konkretno, vrijednost viskoziteta može značajno ovisiti o temperaturi, koja se opaža, na primjer, u vodi (vidi Aneks 2). Propust da se ova zavisnost uzme u obzir u praksi u nekim slučajevima može dovesti do značajnih neslaganja između teorijskih proračuna i eksperimentalnih podataka.
U plinovima, viskoznost je posljedica sudara molekula (vidi Dodatak 1), u tekućinama je posljedica međumolekularnih interakcija koje ograničavaju pokretljivost molekula.
Vrijednosti viskoziteta za neke tekuće i plinovite tvari date su u Prilogu 2.
Kao što je već napomenuto, strujanje tečnosti ili gasa može se odvijati u jednom od dva načina - laminarnom ili turbulentnom. Engleski fizičar Osborne Reynolds otkrio je da je priroda strujanja određena vrijednošću bezdimenzionalne količine
Gdje je veličina koja se zove kinematička viskoznost, V je brzina tečnosti (ili tela u tečnosti), D je neka karakteristična veličina. U slučaju protoka tekućine u cijevi ispod D razumjeti karakterističnu veličinu poprečnog presjeka ove cijevi (na primjer, promjer ili polumjer). Kada se tijelo kreće u tečnosti D razumjeti karakterističnu veličinu ovog tijela, na primjer, prečnik lopte. Za vrijednosti Re< 1000 protok se smatra laminarnim, at Re> 1000 protok postaje turbulentan.
Jedna od metoda za mjerenje viskoznosti tvari (viskozometrija) je metoda padajuće kugle, odnosno Stokesova metoda. Stokes je pokazao da se lopta kreće brzinom V u viskoznoj sredini postoji sila viskoznog trenja jednaka , gdje D je prečnik lopte.
Razmotrite kretanje lopte dok pada. Prema drugom Newtonovom zakonu (slika 2)
Gdje F— sila viskoznog trenja, — Arhimedova sila, — sila gravitacije, ρ I I ρ su gustine tečnosti i materijala kuglica, respektivno. Rješenje ove diferencijalne jednadžbe će biti sljedeća ovisnost brzine lopte od vremena:
Gdje V 0 je početna brzina lopte, i
Je li brzina ravnomjernog kretanja (at T>>τ). Količina je vrijeme opuštanja. Ova vrijednost pokazuje koliko brzo se uspostavlja stacionarni način kretanja. Obično se tako smatra T≈3τ kretanje se praktično ne razlikuje od stacionarnog. Dakle, mjerenjem brzine VAt, može se izračunati viskozitet tečnosti. Imajte na umu da je Stokesova formula primjenjiva na Reynoldsovim brojevima manjim od 1000, odnosno u laminarnom režimu strujanja fluida oko lopte.
Laboratorijski aparat za mjerenje viskoznosti tekućina Stokesovom metodom je staklena posuda napunjena ispitivanom tekućinom. Kuglice se bacaju odozgo, duž ose cilindra. U gornjem i donjem dijelu posude postoje horizontalne oznake. Mjerenjem štopericom vremena kretanja lopte između oznaka i poznavanjem udaljenosti između njih, nalazi se brzina ravnomjernog kretanja lopte. Ako je cilindar uzak, tada se formula za proračun mora ispraviti za utjecaj zidova.
Uzimajući u obzir ove korekcije, formula za izračunavanje viskoznosti imat će oblik:
Gdje L - rastojanje između oznaka, D je prečnik unutrašnjosti posude.
Radni nalog
1. Upotrijebite čeljust za mjerenje unutrašnjeg promjera posude, pomoću ravnala izmjerite razmak između horizontalnih oznaka na posudi i pomoću mikrometra izmjerite prečnike svih kuglica korištenih u eksperimentu. Pretpostavlja se da je ubrzanje zbog gravitacije 9,8 m/s2. Gustoća tečnosti i gustina materije kuglica su naznačene na laboratorijskoj postavci.
2. Spuštajući loptice jednu po jednu u tečnost, izmjerite vrijeme koje je potrebno svakoj od njih da putuje između oznaka. Zapišite rezultate u tabelu. U tabeli je prikazan broj eksperimenta, prečnik lopte i vreme njenog prolaska, kao i rezultat izračunavanja viskoznosti za svaki eksperiment.
ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA UNUTRAŠNJEG TRENJA
Tečnosti niskog viskoziteta
Određivanje viskoziteta
Primjeri manifestacije viskoznosti tekućine
Idealan fluid, tj. fluid bez trenja, je apstrakcija. Sve stvarne tečnosti ili gasovi imaju viskozitet, ili unutrašnje trenje, u većoj ili manjoj meri. Viskoznost se očituje u činjenici da kretanje koje je nastalo u tekućini ili plinu nakon prestanka uzroka koji su ga izazvali, postepeno prestaje.
Razmotrimo i sljedeće primjere u kojima se manifestira viskoznost tekućine. Dakle, prema Bernoullijevom zakonu za idealni fluid, pritisak u cijevi je konstantan ako se njen poprečni presjek i visina ne mijenjaju. Međutim, kao što je poznato, pritisak duž takve cijevi pada ravnomjerno, kao što je prikazano na sl. jedan.
Rice. 1. Pad pritiska u cevi sa pokretnom tečnošću.
Ova pojava se objašnjava prisustvom unutrašnjeg trenja u tečnosti i praćena je prenosom dela njene mehaničke energije u unutrašnju.
U laminarnom toku fluida kroz cijev (slika 2), brzina slojeva se kontinuirano mijenja od maksimuma (duž ose cijevi) do nule (blizu zidova).
Sa mehaničke tačke gledišta, bilo koji od slojeva usporava kretanje susjednog sloja koji se nalazi bliže osi cijevi (brže se kreće) i ima ubrzavajući učinak na sloj koji se nalazi dalje od ose (koji se kreće sporije) .
Rice. 2. Raspodjela brzine u poprečnom presjeku toka
tečnosti u cijevi kružnog poprečnog presjeka (laminarni tok).
Sila viskoznog trenja
Da biste razjasnili obrasce kojima se pokoravaju sile unutrašnjeg trenja, razmotrite sljedeći eksperiment. Dvije ploče paralelne jedna s drugom uronjene su u tekućinu (slika 3), čije linearne dimenzije znatno premašuju udaljenost između njih d. Donja ploča se drži na mjestu, gornja se pokreće u odnosu na donju nekom brzinom v 0 .
Rice. 3. Slojevito kretanje viskoznog fluida između ploča,
imaju različite brzine.
Sloj tekućine neposredno uz gornju ploču, zbog sila molekularne kohezije, lijepi se za nju i kreće se zajedno s pločom. Sloj tekućine koji prianja na donju ploču ostaje u mirovanju s njom. Međuslojevi se kreću tako da svaki gornji ima brzinu veću od onog koji leži ispod njega. To. svaki sloj klizi u odnosu na susjedne slojeve. Dakle, sa strane donjeg sloja na gornji djeluje sila trenja, koja usporava kretanje drugog od njih, i obrnuto, sa strane gornjeg sloja na donji, ubrzava pokret. Zovu se sile koje nastaju između slojeva fluida koji doživljavaju relativni pomak unutrašnjeg trenja. Svojstva fluida povezana sa prisustvom sila unutrašnjeg trenja nazivaju se viskozitet.
Iskustvo pokazuje da je za pomicanje gornje ploče konstantnom brzinom v 0 potrebno na nju djelovati dobro definiranom silom F. Djelovanje vanjske sile F balansira suprotno usmjerena sila trenja koja joj je jednaka po veličini.
Sila unutrašnjeg trenja između dva sloja fluida može se izračunati pomoću Newtonove formule:
, (1)
gdje je h dinamički viskozitet, koeficijent unutrašnjeg trenja, s je površina kontakta (u ovom slučaju površina ploče), Dv/D z je gradijent brzine.
Koeficijent viskoznosti je numerički jednak sili koja djeluje po jedinici površine sloja, kada se po jedinici dužine, uzete okomito na sloj, brzina mijenja za jedan (Dv/D z= 1)
Viskoznost(unutrašnje trenje) ( engleski. viskoznost) - jedan od fenomena prijenosa, svojstvo fluidnih tijela (tečnosti i plinova) da se odupru kretanju jednog svog dijela u odnosu na drugi. Mehanizam unutrašnjeg trenja u tekućinama i plinovima je da nasumično pokretne molekule prenose zamah s jednog sloja na drugi, što dovodi do izjednačavanja brzina - to se opisuje uvođenjem sile trenja. Viskoznost čvrstih materija ima niz specifičnih karakteristika i obično se razmatra odvojeno. Osnovni zakon viskoznog strujanja ustanovio je I. Newton (1687): U odnosu na tečnosti, razlikuje se viskozitet:
- Dinamički (apsolutni) viskozitet µ - sila koja djeluje na jediničnu površinu ravne površine, koja se kreće jediničnom brzinom u odnosu na drugu ravnu površinu koja se nalazi na jediničnoj udaljenosti od prve. U SI sistemu, dinamička viskoznost se izražava kao Pa×s(paskal sekunda), vansistemska jedinica P (poise).
- Kinematički viskozitet ν je omjer dinamičke viskoznosti µ na gustinu tečnosti ρ .
- ν , m 2 /s - kinematička viskoznost;
- μ , Pa×s – dinamički viskozitet;
- ρ , kg / m 3 - gustina tečnosti.
Sila viskoznog trenja
Ovo je fenomen pojave tangencijalnih sila koje onemogućavaju kretanje dijelova tečnosti ili plina u odnosu jedan na drugi. Podmazivanje između dva čvrsta tijela zamjenjuje suho trenje klizanja trenjem klizanja slojeva tekućine ili plina jedan o drugi. Brzina čestica medija se glatko mijenja od brzine jednog tijela do brzine drugog tijela.
Sila viskoznog trenja proporcionalna je brzini relativnog kretanja V tijela, proporcionalna površini S i obrnuto proporcionalno rastojanju između ravnina h.
F=-V S/h ,Koeficijent proporcionalnosti, u zavisnosti od vrste tečnosti ili gasa, naziva se koeficijent dinamičkog viskoziteta. Najvažnija stvar u prirodi viskoznih sila trenja je da će u prisustvu bilo koje proizvoljno male sile, tijela početi da se kreću, odnosno nema statičko trenje. Kvalitativno značajna razlika sila viskozno trenje od suvo trenje
Ako je tijelo koje se kreće potpuno uronjeno u viskoznu sredinu i udaljenosti od tijela do granica sredine su mnogo veće od dimenzija samog tijela, tada govorimo o trenju ili otpornost na okolinu. U tom slučaju, dijelovi medija (tečnosti ili plina) koji se nalaze neposredno uz tijelo koje se kreće kreću se istom brzinom kao i samo tijelo, a kako se udaljavate od tijela, brzina odgovarajućih dijelova medija se smanjuje, okrećući se na nulu u beskonačnosti.
Sila otpora medija zavisi od:
- njegov viskozitet
- od oblika tela
- na brzinu tijela u odnosu na medij.
Na primjer, kada se lopta kreće polako u viskoznoj tekućini, sila trenja se može pronaći pomoću Stokesove formule:
F=-6 R V,Kvalitativno značajna razlika između sila viskoznog trenja i suvo trenje, između ostalog, činjenica da će se tijelo u prisustvu samo viskoznog trenja i proizvoljno male vanjske sile nužno početi kretati, odnosno za viskozno trenje nema statičkog trenja, i obrnuto - pod utjecajem samo viskoznog trenja, tijelo koje se u početku kretalo nikada (u makroskopskoj aproksimaciji koja zanemaruje Brownovo kretanje) neće potpuno prestati, iako će se kretanje usporiti na neodređeno vrijeme.
Viskoznost gasova
Viskoznost gasova (fenomen unutrašnjeg trenja) je pojava sila trenja između slojeva gasa koji se kreću u odnosu jedan prema drugom paralelno i različitim brzinama. Viskoznost gasova raste sa porastom temperature
Interakcija dva sloja gasa se smatra procesom tokom kojeg se impuls prenosi sa jednog sloja na drugi. Sila trenja po jedinici površine između dva sloja gasa, jednaka impulsu koji se prenosi u sekundi od sloja do sloja kroz jediničnu površinu, određena je Newtonovim zakonom:
τ=-η dv / dz
gdje:
dv / dz- gradijent brzine u smjeru okomitom na smjer kretanja slojeva plina.
Znak minus označava da se zamah nosi u smjeru opadajuće brzine.
η
- dinamički viskozitet.
η= 1 / 3 ρ(ν) λ, gdje je:
ρ
je gustina gasa,
(ν)
- aritmetička srednja brzina molekula
λ
je srednji slobodni put molekula.
Viskoznost nekih gasova (na 0°C)
Viskozitet fluida
Viskozitet fluida- ovo je svojstvo koje se manifestuje samo kada je tečnost u pokretu i ne utiče na tečnosti u mirovanju. Viskozno trenje u tekućinama podliježe zakonu trenja, koji se bitno razlikuje od zakona trenja čvrstih tijela, jer zavisi od površine trenja i brzine fluida.
Viskoznost- svojstvo tečnosti da se odupre relativnom smicanju svojih slojeva. Viskoznost se očituje u činjenici da s relativnim kretanjem slojeva fluida na površinama njihovog kontakta nastaju sile otpora na smicanje, koje se nazivaju sile unutrašnjeg trenja ili sile viskoziteta. Ako uzmemo u obzir kako su brzine različitih slojeva tekućine raspoređene po poprečnom presjeku toka, onda možemo lako vidjeti da što je dalje od zidova toka, to je brzina čestica veća. Na zidovima toka, brzina fluida je nula. Ilustracija ovoga je crtež takozvanog modela mlaza.
Sloj fluida koji se sporo kreće "usporava" susedni sloj fluida koji se kreće brže, i obrnuto, sloj koji se kreće većom brzinom vuče (vuče) sloj koji se kreće manjom brzinom zajedno sa sobom. Sile unutrašnjeg trenja nastaju zbog prisutnosti međumolekularnih veza između pokretnih slojeva. Ako je određena površina dodijeljena između susjednih slojeva tekućine S, tada prema Newtonovoj hipotezi:
F=μ S (du / dy),- μ - koeficijent viskoznog trenja;
- S je površina trenja;
- du/dy- gradijent brzine
Vrijednost μ u ovom izrazu je koeficijent dinamičkog viskoziteta, jednak:
μ= F / S 1 / du / dy , μ= τ 1/du/dy,- τ - napon smicanja u tečnosti (zavisi od vrste tečnosti).
Fizičko značenje koeficijenta viskoznog trenja- broj jednak sili trenja koja se razvija na jediničnoj površini sa jediničnim gradijentom brzine.
U praksi se češće koristi kinematičkog koeficijenta viskoznosti, nazvan tako jer njegovoj dimenziji nedostaje notacija sile. Ovaj koeficijent je omjer dinamičkog koeficijenta viskoznosti tečnosti i njene gustine:
ν= μ / ρ ,Jedinice mjerenja koeficijenta viskoznog trenja:
- N·s/m 2 ;
- kgf s / m 2
- Pz (Poiseuille) 1 (Pz) \u003d 0,1 (N s / m 2).
Analiza svojstva viskoznosti fluida
Za tečnosti koje kapaju, viskozitet zavisi od temperature t i pritisak R, međutim, potonja ovisnost se manifestira samo pri velikim promjenama tlaka, reda veličine nekoliko desetina MPa.
Ovisnost koeficijenta dinamičke viskoznosti od temperature izražava se formulom oblika:
μ t \u003d μ 0 e -k t (T-T 0),- µt - koeficijent dinamičke viskoznosti na datoj temperaturi;
- μ 0 - koeficijent dinamičke viskoznosti na poznatoj temperaturi;
- T - zadata temperatura;
- T 0 - temperatura na kojoj se mjeri vrijednost μ 0 ;
- e
Ovisnost relativnog koeficijenta dinamičke viskoznosti od pritiska opisuje se formulom:
μ p \u003d μ 0 e -k p (P-P 0),- μ P - koeficijent dinamičke viskoznosti pri datom pritisku,
- μ 0 - koeficijent dinamičke viskoznosti pri poznatom pritisku (najčešće u normalnim uslovima),
- R - podešeni pritisak,;
- P 0 - pritisak na kojem se mjeri vrijednost μ 0 ;
- e - osnova prirodnog logaritma je 2,718282.
Uticaj pritiska na viskoznost tečnosti javlja se samo pri visokim pritiscima.
Njutnovske i nenjutnove tečnosti
Njutnove tečnosti su tečnosti kod kojih viskozitet ne zavisi od brzine deformacije. U Navier - Stokesovoj jednačini za Newtonov fluid postoji zakon viskoznosti sličan gore navedenom (u stvari, generalizacija Newtonovog zakona, ili Navierovog zakona).
Razlika između viskoznog trenja i suhog trenja je u tome što ono može nestati istovremeno sa brzinom. Čak i uz malu spoljnu silu, relativna brzina se može preneti slojevima viskoznog medija.
Sila otpora pri kretanju u viskoznom mediju
Napomena 1Osim sila trenja, pri kretanju u tekućim i plinovitim medijima nastaju sile otpora medija koje su mnogo značajnije od sila trenja.
Ponašanje tečnosti i gasa u odnosu na manifestacije sila trenja se ne razlikuju. Stoga se sljedeće karakteristike odnose na oba stanja.
Definicija 1
Djelovanje sile otpora koja nastaje kada se tijelo kreće u viskoznom mediju je zbog njegovih svojstava:
- nedostatak statičkog trenja, odnosno kretanje plutajućeg višetonskog broda s užetom;
- ovisnost sile otpora o obliku tijela u pokretu, drugim riječima, o njegovoj racionalizaciji kako bi se smanjile sile otpora;
- ovisnost apsolutne vrijednosti sile otpora od brzine.
Postoje određene zakonitosti kojima podliježu sile trenja i otpora medija, uz simboličnu oznaku ukupne sile kao sile trenja. Njegova vrijednost zavisi od:
- oblik i veličina tijela;
- stanje njegove površine;
- brzina u odnosu na medij i njegova svojstva, nazvana viskozitet.
Da biste dočarali ovisnost sile trenja o brzini tijela u odnosu na medij, koristite grafikon sa slike 1.
Slika 1. Grafikon zavisnosti sile trenja o brzini u odnosu na medij
Ako je vrijednost brzine mala, tada je sila otpora direktno proporcionalna u odnosu na υ, a sila trenja raste linearno sa brzinom:
F t p \u003d - k 1 υ (1) .
Prisutnost minusa znači smjer sile trenja u suprotnom smjeru u odnosu na smjer brzine.
Pri velikoj vrijednosti brzine dolazi do prijelaza iz linearnog zakona u kvadratni, odnosno povećanje sile trenja proporcionalno je kvadratu brzine:
F t p \u003d - k 2 υ 2 (2) .
Ako se u zraku smanjuje ovisnost sile otpora o kvadratu brzine, govori se o brzinama s vrijednostima od nekoliko metara u sekundi.
Vrijednost koeficijenata trenja k 1 i k 2 ovisi o obliku, veličini i stanju površine tijela i viskoznim svojstvima medija.
Primjer 1
Ako uzmemo u obzir dugotrajan padobranski skok, tada se njegova brzina ne može stalno povećavati, u određenom trenutku će početi njegov pad, pri čemu će sila otpora biti jednaka sili gravitacije.
Vrijednost brzine kojom zakon (1) prelazi na (2) ovisi o istim razlozima.
Primjer 2
Dolazi do pada dvije metalne kugle različite mase sa iste visine sa nedostajućom početnom brzinom. Koja će lopta brže pasti?
Dato: m 1 , m 2 , m 1 > m 2
Rješenje
Tokom pada oba tijela povećavaju brzinu. U određenom trenutku, kretanje naniže se odvija ravnomjernom brzinom, pri kojoj je vrijednost sile otpora (2) jednaka sili gravitacije:
F t p = k 2 υ 2 = m g.
Stabilnu brzinu dobijamo po formuli:
υ 2 = m g k 2 .
Prema tome, teška lopta ima veću stabilnu brzinu pada od lake. Stoga će se dostizanje zemljine površine dogoditi brže.
odgovor: teška lopta će brže doći do tla.
Primjer 3
Padobran leti brzinom od 35 m/s dok se padobran ne otvori, a nakon toga - brzinom od 8 m/s. Odredite napetost u konopcima kada se padobran otvori. Težina padobranca 65 kg, ubrzanje slobodnog pada 10 m/s 2 . Označiti proporcionalnost F tr u odnosu na υ.
Dato: m 1 = 65 kg, υ 1 = 35 m / s, υ 2 = 8 m / s.
Pronađite: T-?
Rješenje
Slika 2
Prije otvaranja, padobranac je imao brzinu υ 1 = 35 m/s, odnosno njegovo ubrzanje je bilo nula.
Prema drugom Newtonovom zakonu, dobijamo:
0 = m g - k υ 1 .
Očigledno je da
Nakon što se padobran otvori, njegov υ se mijenja i postaje jednak υ 2 = 8 m/s. Odavde, Newtonov drugi zakon poprima oblik:
0 - m g - k υ 2 - T .
Da biste pronašli silu zatezanja linija, potrebno je pretvoriti formulu i zamijeniti vrijednosti:
T \u003d m g 1 - υ 2 υ 1 ≈ 500 N.
odgovor: T = 500 N.
Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter
Zanimljivo je da se apsolutno suva tijela praktički ne nalaze u prirodi. U bilo kojim uvjetima održavanja opreme, na površini čvrste tvari nastaju tanki filmovi atmosferskih padavina, masti itd. Trenje između čvrstog tijela i tekućine ili plina naziva se viskozno ili fluidno trenje.
Gdje nastaje viskozno trenje?
Viskozno trenje nastaje kada se čvrsta tijela kreću u tekućem ili plinovitom mediju, ili kada sama tekućina ili plin teče pored nepokretnih čvrstih tijela.
Šta je uzrok viskoznog trenja?
Uzrok viskoznog trenja je unutrašnje trenje.
Ako se čvrsto tijelo kreće u stacionarnom mediju, sloj vode ili zraka koji je prilijepljen na njega pomiče se s njim. Istovremeno klizi duž susjednog sloja. Postoji sila trenja koja obuzima ovaj sloj.
Pokreće se i, zauzvrat, vuče sledeći sloj, itd. Što je dalje od površine tela, slojevi tečnosti ili gasa se kreću sporije. Sila trenja između slojeva usporava brže slojeve, a samim tim i samo čvrsto tijelo. Koči se direktno viskoznim trenjem. Ista stvar se dešava kada mlaz tečnosti ili gasa protiče pored nepokretnog tela.
Zanimljive karakteristike viskoznog trenja!
Sipajte malo vode u činiju i umočite komad drveta u nju. Dunite na čip - plutaće po vodi. Čak i ako ste slabo duvali, čip će se i dalje pomjerati sa svog mjesta.Glavna razlika između viskoznog trenja i suhog trenja je u tome što nema viskoznog statičkog trenja!
Bez obzira koliko je mala vučna sila koja djeluje na tijelo, ona odmah uzrokuje kretanje tijela u tekućini. Što je ova sila manja, tijelo će plivati sporije.
Šta određuje silu trenja u tečnosti ili gasu?
Sila trenja koju doživljava tijelo koje se kreće, na primjer, u tekućini, ovisi o brzini kretanja, o obliku i veličini tijela, te o svojstvima tekućine.
Pri malim brzinama kretanja, sila otpora je direktno proporcionalna brzini kretanja i linearnoj veličini tijela. Tijela doživljavaju što je veća sila otpora, to će medij biti gušći (viskozniji). A tečnosti mogu biti neviskozne, poput vode, ili vrlo viskozne, poput meda. Voda ima niži viskozitet od ljepila, a ljepilo ima niži viskozitet od smole.
Viskoznost zavisi od temperature tečnosti.
Na primjer, zimi se motor automobila koji stoji na hladnom mora zagrijati.
To se radi kako bi se zagrijalo smrznuto ulje uliveno u motor.
Viskoznost zamrznutog ulja je veća od viskoznosti zagrijanog, a motor se ne može brzo okretati.
Suprotno tome, viskoznost gasova opada sa padom temperature.
Kako se brzina tijela povećava, otpor medija se mijenja. Zavisi od prirode toka oko tijela koje se kreće u njemu. Pri velikim brzinama iza tijela koje se kreće nastaje složeni turbulentni tok, formiraju se bizarne figure, prstenovi i vrtlozi.
Turbulentni otpor kretanju već zavisi od gustine sredine, kvadrata brzine tela i veličine (kvadrata) tela. Turbulentni otpor se smanjuje mnogo puta nakon što tijelu u pokretu da aerodinamičan oblik. Najbolji oblik za tijelo koje se kreće u stupcu tekućine ili plina je tup sprijeda i oštar pozadi (na primjer, kod delfina i kitova).
Prije mnogo vremena...
Neki drevni crteži pronađeni u piramidama prikazuju Egipćane kako sipaju mlijeko ispod saonica na kojima vuku kamene blokove.
Tragovi maslinovog ulja, koje je pomoglo u smanjenju trenja, pronađeni su u stubovima kapija bunara iz bronzanog doba (5. vek pre nove ere) koji su nam dospeli.
Šta je "podmazivanje"?
Pa za podmazivanje kažu: "ide kao po satu."
Tamo gdje se morate suočiti s klizanjem suhih površina, pokušavaju ih navlažiti, podmazati. Glavine kotača su premazane katranom ili mašću; u ležaje se sipa ulje, puni se mast. U elektranama postoji čak i poseban položaj uljnika, koji sipa mazivo iz uljara u dijelove koji trljaju. Uljara ima i na pruzi. Zahvaljujući podmazivanju, trenje se smanjuje za 8-10 puta.
Koje prirodne tečnosti su najbolje za podmazivanje?
To su biljne masti, puter, govedina ili mast, katran. Ali razvojem tehnologije pronađena su i druga, jeftinija maziva - mineralna ulja dobivena preradom nafte.
Kao moderna maziva mogu se navesti mašinska, vazduhoplovna, dizel ulja, masti, masti, tehnički vazelin, autol, nigrol, ulje za vreteno, ulje za oružje.
Ispostavilo se da što je masivniji rotirajući dio, na primjer, to bi mazivo trebalo biti gušće. Teška osovina hidrauličnih turbina podmazuju se gustom mašću, a pokretni dijelovi džepnih satova podmazuju se tekućim i prozirnim koštanim uljem. Dobar lubrikant treba da bude "uljan". Tada, kada se mašina zaustavi, u razmaku između delova koji trljaju ostaje najtanji sloj maziva, a kada se mašina pokrene, nije potrebno savladavati statičko trenje između potpuno suvih površina. Ovo smanjuje trenje i trošenje dijelova koji se trljaju. Tokom rada mašine, mazivo se zagrijava i djelomično gubi svojstva, stoga se za hlađenje maziva koriste posebni uređaji. I stvorene su takve mješavine maziva koje dobro funkcioniraju čak i po vrlo hladnom vremenu.
Ali najčešća tekućina u prirodi - voda se rijetko koristi kao mazivo. Ima nizak viskozitet i, osim toga, uzrokuje koroziju mnogih metala.
Nepažnja prema požaru glavni je uzrok požara svih objekata.
Ali za vjetrenjače, koje su sada praktički nestale, jedan od glavnih uzroka požara bio je jak vjetar, jer se kod jakog vjetra njihova osovina često zapalila od trenja !!!
Ako se voda pod visokim pritiskom nanese na platneno vatrogasno crijevo, ono može puknuti. A ako uzmete jaču ceradu? Američki vatrogasci izveli su takav eksperiment. Crijevo nije puklo, ali kada je protok vode dostigao 100 litara u sekundi, crijevo se zapalilo od trenja vode o zidove platna!
Zanimljivo!
Postoji tečnost koja povećava trenje. Ovo je kreten!
Prilikom podmazivanja površina koje se trljaju mazivom, suho trenje zamjenjuje se viskoznim trenjem i smanjuje.
Tečnosti su frikciono mazivo, ali kada izvlačite eksere iz drvenog proizvoda koji je dugo bio na kiši ili na vlažnom mestu, potrebno je uložiti mnogo više napora nego kada izvlačite iz suvog! Činjenica je da se praznine između čestica drveta koje su nabubrile od vlage povećavaju, a nokat je snažnije pritisnut drvenim vlaknima, dok se sila trenja povećava.
Kada se plimni talas kreće duž dna okeana, sile trenja uzrokuju usporavanje Zemljine rotacije i produžavanje dana.
Viskozno trenje dovodi do gubitka mehaničke energije tijela koje se kreće, jer usporava ga. Ali to ne znači da će, na primjer, avion bolje letjeti u mediju lišenom viskoznog trenja. Avion u takvom vazduhu uopšte neće moći da poleti, jer. podizanje njegovog krila i potisak njegovog propelera biće nula!
Linearna brzina satelita koji se kreće u rijetkim slojevima atmosfere povećava se zbog otpora zraka! Paradoks se objašnjava činjenicom da se radijus orbite smanjuje i dio potencijalne energije satelita pretvara u kinetičku energiju.
Za brod deplasmana od oko 35.000 tona i dužine oko 180 m, gubitak trenja o vodu pri hodu od 14 čvorova iznosi približno 75% ukupne snage, a preostalih 25% troši se na savladavanje otpora talasa. . Zanimljivo je da se ova posljednja vrsta gubitka značajno smanjuje kada se tijelo kreće u potopljenom položaju.
Naša atmosfera blizu zemljine površine je oko 800 puta manje gustoće od vode, ali takođe može stvoriti veliku suprotnost kretanju. Dakle, običan voz pri brzini od 200 km/h troši oko 70% svoje ukupne snage na savladavanje otpora vazduha. Čak i uz dobro aerodinamičan oblik, ova brojka ne pada ispod polovine ukupne snage.
Već je prvi avion jasno osjetio gigantsku snagu otpora zraka. I od tog trenutka smanjenje otpora zbog bolje racionalizacije postalo je jedan od glavnih problema u razvoju avijacije. Uostalom, trenje o zrak ne samo da apsorbira energiju motora, već dovodi i do opasnog pregrijavanja aviona u gustim slojevima atmosfere. Ali u isto vrijeme, nadolazeći tok služi kao jedan od izvora podizanja aviona.