Sila viskózneho trenia. Štúdium viskóznych trecích síl Odporová sila pri pohybe vo viskóznom prostredí
Cieľ: štúdium fenoménu viskózneho trenia a jednej z metód určovania viskozity kvapalín.
Nástroje a príslušenstvo: guľôčky rôznych priemerov, mikrometer, posuvné meradlo, pravítko.
Prvky teórie a metódy experimentu
Všetky skutočné kvapaliny a plyny majú vnútorné trenie, ktoré sa nazýva aj viskozita. Viskozita sa prejavuje najmä tým, že pohyb, ktorý v kvapaline alebo plyne vznikol po odznení príčin, ktoré ho spôsobili, sa postupne zastaví. Z každodennej skúsenosti je napríklad známe, že na vytvorenie a udržanie konštantného prúdenia tekutiny v potrubí je potrebné, aby medzi koncami potrubia bol rozdiel tlakov. Keďže pri ustálenom prúdení sa tekutina pohybuje bez zrýchlenia, potreba pôsobenia tlakových síl naznačuje, že tieto sily sú vyvážené nejakými silami, ktoré pohyb spomaľujú. Tieto sily sú sily vnútorného trenia.
Rozlišujú sa dva hlavné spôsoby prúdenia kvapaliny alebo plynu:
1) laminárny;
2) turbulentné.
V režime laminárneho prúdenia môže byť prúd kvapaliny (plynu) rozdelený do tenkých vrstiev, z ktorých každá sa pohybuje vo všeobecnom prúdení svojou vlastnou rýchlosťou a nemieša sa s inými vrstvami. Laminárne prúdenie je stacionárne.
V turbulentnom režime sa prúdenie stáva nestabilným – rýchlosť častíc sa v každom bode priestoru neustále náhodne mení. V tomto prípade dochádza k intenzívnemu miešaniu kvapaliny (plynu) v prúde.
Zoberme si režim laminárneho prúdenia. Vyčleňme dve vrstvy v toku s plochou S, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti ∆ Z od seba a pohybujúce sa rôznymi rýchlosťami. V 1 a V 2 (obr. 1). Potom medzi nimi vzniká viskózna trecia sila úmerná rýchlostnému gradientu D V/D Z v smere kolmom na smer prúdenia:
Kde koeficient μ sa podľa definície nazýva viskozita alebo koeficient vnútorného trenia, D V=V 2-V 1.
Z (1) je zrejmé, že viskozita sa meria v pascal sekundách (Pa s).
Treba poznamenať, že viskozita závisí od povahy a stavu kvapaliny (plynu). Najmä hodnota viskozity môže výrazne závisieť od teploty, ktorá sa pozoruje napríklad vo vode (pozri prílohu 2). Nezohľadnenie tejto závislosti v praxi môže v niektorých prípadoch viesť k významným nezrovnalostiam medzi teoretickými výpočtami a experimentálnymi údajmi.
V plynoch je viskozita spôsobená zrážkou molekúl (pozri prílohu 1), v kvapalinách je to vďaka medzimolekulovým interakciám, ktoré obmedzujú pohyblivosť molekúl.
Hodnoty viskozity pre niektoré kvapalné a plynné látky sú uvedené v prílohe 2.
Ako už bolo uvedené, prúdenie kvapaliny alebo plynu môže prebiehať v jednom z dvoch režimov - laminárne alebo turbulentné. Anglický fyzik Osborne Reynolds zistil, že charakter prúdenia je určený hodnotou bezrozmernej veličiny
Kde je veličina nazývaná kinematická viskozita, V je rýchlosť tekutiny (alebo telesa v tekutine), D je nejaká charakteristická veľkosť. V prípade prúdenia tekutiny v potrubí pod D pochopiť charakteristickú veľkosť prierezu tohto potrubia (napríklad priemer alebo polomer). Keď sa telo pohybuje v tekutine D pochopiť charakteristickú veľkosť tohto telesa, napríklad priemer gule. Pre hodnoty Re< 1000 sa tok považuje za laminárny, pri Re> 1000 sa tok stáva turbulentným.
Jednou z metód merania viskozity látok (viskometria) je metóda padajúcej gule, alebo Stokesova metóda. Stokes ukázal, že lopta sa pohybuje rýchlosťou V vo viskóznom prostredí je viskózna trecia sila rovná , kde D je priemer gule.
Zvážte pohyb lopty, keď padá. Podľa druhého Newtonovho zákona (obr. 2)
Kde F— sila viskózneho trenia, — Archimedova sila, — gravitačná sila, ρ A A ρ sú hustoty kvapaliny a materiálu guľôčok. Riešením tejto diferenciálnej rovnice bude nasledujúca závislosť rýchlosti lopty od času:
Kde V 0 je počiatočná rýchlosť lopty a
Je rýchlosť ustáleného pohybu (at T>>τ). Množstvo je relaxačný čas. Táto hodnota ukazuje, ako rýchlo sa vytvorí stacionárny režim pohybu. Zvyčajne sa to považuje T≈3τ pohyb sa prakticky nelíši od stacionárneho. Teda meraním rýchlosti VO možno vypočítať viskozitu kvapaliny. Všimnite si, že Stokesov vzorec je použiteľný pri Reynoldsových číslach menších ako 1000, to znamená v laminárnom režime prúdenia tekutiny okolo lopty.
Laboratórne zariadenie na meranie viskozity kvapalín pomocou Stokesovej metódy je sklenená nádoba naplnená skúmanou kvapalinou. Guľôčky sa hádžu zhora pozdĺž osi valca. V hornej a dolnej časti nádoby sú vodorovné značky. Meraním času pohybu loptičky medzi značkami stopkami a poznaním vzdialenosti medzi nimi sa zistí rýchlosť rovnomerného pohybu loptičky. Ak je valec úzky, musí sa výpočtový vzorec upraviť na vplyv stien.
Berúc do úvahy tieto opravy, vzorec na výpočet viskozity bude mať tvar:
Kde L - vzdialenosť medzi značkami, D je priemer vnútra nádoby.
Zákazka
1. Pomocou posuvného meradla zmerajte vnútorný priemer nádoby, pomocou pravítka zmerajte vzdialenosť medzi vodorovnými značkami na nádobe a pomocou mikrometra zmerajte priemery všetkých guľôčok použitých v experimente. Predpokladá sa gravitačné zrýchlenie 9,8 m/s2. Hustota kvapaliny a hustota hmoty guľôčok sú uvedené na laboratórnom nastavení.
2. Spúšťajte guľôčky jednu po druhej do kvapaliny a odmerajte čas, ktorý každej z nich trvá, kým prejdú medzi značkami. Výsledky zapíšte do tabuľky. V tabuľke je uvedené číslo experimentu, priemer gule a čas jej prechodu, ako aj výsledok výpočtu viskozity pre každý experiment.
STANOVENIE KOEFICIENTU VNÚTORNÉHO TRENIA
Kvapaliny s nízkou viskozitou
Stanovenie viskozity
Príklady prejavu viskozity kvapaliny
Ideálna tekutina, t.j. tekutina bez trenia, je abstrakcia. Všetky skutočné kvapaliny alebo plyny majú vo väčšej alebo menšej miere viskozitu alebo vnútorné trenie. Viskozita sa prejavuje v tom, že pohyb, ktorý v kvapaline alebo plyne vznikol po odznení príčin, ktoré ho spôsobili, sa postupne zastaví.
Uvažujme aj o nasledujúcich príkladoch, v ktorých sa prejavuje viskozita kvapaliny. Takže podľa Bernoulliho zákona pre ideálnu tekutinu je tlak v potrubí konštantný, ak sa jeho prierez a výška nemenia. Ako je však známe, tlak pozdĺž takejto rúry klesá rovnomerne, ako je znázornené na obr. jeden.
Ryža. 1. Pokles tlaku v potrubí s pohybujúcou sa kvapalinou.
Tento jav sa vysvetľuje prítomnosťou vnútorného trenia v kvapaline a je sprevádzaný prenosom časti jej mechanickej energie do vnútornej.
Pri laminárnom prúdení tekutiny potrubím (obr. 2) sa rýchlosť vrstiev plynule mení od maxima (pozdĺž osi potrubia) k nule (pri stenách).
Z mechanického hľadiska ktorákoľvek z vrstiev spomaľuje pohyb susednej vrstvy umiestnenej bližšie k osi potrubia (pohybuje sa rýchlejšie) a má zrýchľujúci účinok na vrstvu umiestnenú ďalej od osi (pohybuje sa pomalšie) .
Ryža. 2. Rozloženie rýchlosti v priereze prúdenia
kvapaliny v potrubí kruhového prierezu (laminárne prúdenie).
Sila viskózneho trenia
Na objasnenie vzorov, ktorým sa riadia sily vnútorného trenia, zvážte nasledujúci experiment. Dve navzájom rovnobežné dosky sú ponorené do kvapaliny (obr. 3), ktorej lineárne rozmery výrazne presahujú vzdialenosť medzi nimi d. Spodná doska je držaná na mieste, horná sa dáva do pohybu vzhľadom na spodnú s určitou rýchlosťou v 0 .
Ryža. 3. Vrstvený pohyb viskóznej tekutiny medzi doskami,
s rôznymi rýchlosťami.
Vrstva kvapaliny susediaca priamo s hornou doskou, v dôsledku síl molekulárnej súdržnosti, sa k nej prilepí a pohybuje sa spolu s doskou. Kvapalná vrstva prilepená na spodnej doske zostáva s ňou v pokoji. Medzivrstvy sa pohybujú tak, že každá vrchná má rýchlosť väčšiu ako tá, ktorá leží pod ňou. To. každá vrstva sa posúva vzhľadom na susedné vrstvy. Zo strany spodnej vrstvy teda na vrchnú pôsobí trecia sila, ktorá spomaľuje pohyb druhej z nich a naopak zo strany vrchnej vrstvy k spodnej zrýchľuje. pohyb. Sily, ktoré vznikajú medzi vrstvami tekutiny, ktoré zažívajú relatívny posun, sa nazývajú vnútorné trenie. Vlastnosti tekutiny spojené s prítomnosťou vnútorných trecích síl sa nazývajú viskozita.
Skúsenosti ukazujú, že na to, aby sa horná doska pohybovala konštantnou rýchlosťou v 0, je potrebné na ňu pôsobiť presne definovanou silou F. Pôsobenie vonkajšej sily F je vyvážená opačne smerujúcou trecou silou, ktorá sa rovná jej veľkosti.
Sila vnútorného trenia medzi dvoma vrstvami tekutiny sa dá vypočítať pomocou Newtonovho vzorca:
, (1)
kde h je dynamická viskozita, koeficient vnútorného trenia, s je plocha kontaktu (v tomto prípade plocha dosky), Dv/D z je rýchlostný gradient.
Viskozitný koeficient sa numericky rovná sile pôsobiacej na jednotku plochy vrstvy, keď na jednotku dĺžky, branú kolmo na vrstvu, sa rýchlosť zmení o jednu (Dv/D z= 1)
Viskozita(vnútorné trenie) ( Angličtina. viskozita) - jeden z prenosových javov, vlastnosť tekutých telies (kvapalín a plynov) odolávať pohybu jednej z ich častí vzhľadom na druhú. Mechanizmus vnútorného trenia v kvapalinách a plynoch spočíva v tom, že náhodne sa pohybujúce molekuly prenášajú hybnosť z jednej vrstvy do druhej, čo vedie k vyrovnávaniu rýchlostí - to je opísané zavedením trecej sily. Viskozita pevných látok má množstvo špecifických vlastností a zvyčajne sa posudzuje samostatne. Základný zákon o viskóznom toku stanovil I. Newton (1687): Pri použití kvapalín sa rozlišuje viskozita:
- Dynamická (absolútna) viskozita µ - sila pôsobiaca na jednotkovú plochu rovného povrchu, ktorá sa pohybuje jednotkovou rýchlosťou vzhľadom na iný rovný povrch umiestnený v jednotkovej vzdialenosti od prvého. V systéme SI je dynamická viskozita vyjadrená ako Paxs(pascalová sekunda), mimosystémová jednotka P (poise).
- Kinematická viskozita ν je pomer dynamickej viskozity µ na hustotu kvapaliny ρ .
- ν , m2 /s - kinematická viskozita;
- μ , Pa×s – dynamická viskozita;
- ρ , kg / m 3 - hustota kvapaliny.
Sila viskózneho trenia
Ide o jav výskytu tangenciálnych síl, ktoré bránia vzájomnému pohybu častí kvapaliny alebo plynu. Mazanie medzi dvoma pevnými látkami nahrádza suché klzné trenie klzným trením vrstiev kvapaliny alebo plynu proti sebe. Rýchlosť častíc média sa plynule mení z rýchlosti jedného telesa na rýchlosť iného telesa.
Sila viskózneho trenia je úmerná rýchlosti relatívneho pohybu V telies, proporcionálne k ploche S a nepriamo úmerné vzdialenosti medzi rovinami h.
F=-V S/h,Koeficient úmernosti v závislosti od druhu kvapaliny alebo plynu sa nazýva dynamický viskozitný koeficient. Najdôležitejšia vec v povahe viskóznych trecích síl je, že v prítomnosti ľubovoľne malej sily sa telesá začnú pohybovať, to znamená, že neexistuje žiadna statické trenie. Kvalitatívne významný rozdiel síl viskózne trenie od suché trenie
Ak je pohybujúce sa teleso úplne ponorené do viskózneho média a vzdialenosti od telesa k hraniciam média sú oveľa väčšie ako rozmery samotného telesa, potom v tomto prípade hovoríme o trení resp. odolnosť voči prostrediu. V tomto prípade sa časti média (kvapalina alebo plyn) bezprostredne susediace s pohybujúcim sa telesom pohybujú rovnakou rýchlosťou ako samotné teleso a keď sa vzďaľujete od tela, rýchlosť zodpovedajúcich častí média klesá, otáčanie na nulu v nekonečne.
Odporová sila média závisí od:
- jeho viskozita
- od tvaru tela
- na rýchlosti tela vzhľadom na médium.
Napríklad, keď sa guľa pomaly pohybuje vo viskóznej tekutine, treciu silu možno nájsť pomocou Stokesovho vzorca:
F=-6 R V,Kvalitatívne významný rozdiel medzi silami viskózneho trenia a suché trenie, okrem iného skutočnosť, že teleso v prítomnosti iba viskózneho trenia a ľubovoľne malej vonkajšej sily sa nevyhnutne začne pohybovať, to znamená, že pre viskózne trenie neexistuje žiadne statické trenie a naopak - pod vplyvom iba viskózne trenie, teleso, ktoré sa pôvodne pohybovalo, sa nikdy (v makroskopickej aproximácii, ktorá zanedbáva Brownov pohyb) úplne nezastaví, hoci pohyb sa spomalí na neurčito.
Viskozita plynov
Viskozita plynov (fenomén vnútorného trenia) je prejavom trecích síl medzi vrstvami plynu, ktoré sa navzájom pohybujú paralelne a rôznymi rýchlosťami. Viskozita plynov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou
Interakcia dvoch vrstiev plynu sa považuje za proces, počas ktorého sa hybnosť prenáša z jednej vrstvy do druhej. Sila trenia na jednotku plochy medzi dvoma vrstvami plynu, ktorá sa rovná hybnosti prenesenej za sekundu z vrstvy na vrstvu cez jednotku plochy, je určená Newtonovým zákonom:
τ=-η dv / dz
kde:
dv / dz- gradient rýchlosti v smere kolmom na smer pohybu vrstiev plynu.
Znamienko mínus znamená, že hybnosť sa prenáša v smere klesajúcej rýchlosti.
η
- dynamická viskozita.
η= 1 / 3 ρ(ν) λ, kde:
ρ
je hustota plynu,
(ν)
- aritmetický priemer rýchlosti molekúl
λ
je stredná voľná dráha molekúl.
Viskozita niektorých plynov (pri 0°C)
Viskozita kvapaliny
Viskozita kvapaliny- je to vlastnosť, ktorá sa prejavuje len vtedy, keď je tekutina v pohybe, a neovplyvňuje tekutiny v pokoji. Viskózne trenie v kvapalinách sa riadi zákonom trenia, ktorý je zásadne odlišný od zákona trenia pevných látok, pretože závisí od oblasti trenia a rýchlosti tekutiny.
Viskozita- vlastnosť kvapaliny odolávať relatívnemu šmyku svojich vrstiev. Viskozita sa prejavuje tak, že pri relatívnom pohybe vrstiev tekutín na povrchoch ich dotyku vznikajú sily šmykového odporu, nazývané vnútorné trecie sily alebo viskozitné sily. Ak vezmeme do úvahy, ako sú rýchlosti rôznych vrstiev kvapaliny rozložené v priereze prúdenia, potom ľahko zistíme, že čím ďalej od stien prúdenia, tým väčšia je rýchlosť častíc. Na stenách toku je rýchlosť tekutiny nulová. Ilustráciou toho je nákres takzvaného modelu prúdového prúdu.
Pomaly sa pohybujúca vrstva tekutiny "spomaľuje" susednú vrstvu tekutiny pohybujúcu sa rýchlejšie a naopak, vrstva pohybujúca sa vyššou rýchlosťou spolu so sebou ťahá (ťahá) vrstvu pohybujúcu sa nižšou rýchlosťou. Sily vnútorného trenia vznikajú v dôsledku prítomnosti medzimolekulových väzieb medzi pohyblivými vrstvami. Ak je medzi susednými vrstvami kvapaliny pridelená určitá oblasť S, potom podľa Newtonovej hypotézy:
F=μ S (du / dy),- μ - koeficient viskózneho trenia;
- S je oblasť trenia;
- du/dy- rýchlostný gradient
Hodnota μ v tomto výraze je dynamický viskozitný koeficient, rovná:
μ= F/Si/du/dy, μ= τ 1/du/dy,- τ - šmykové napätie v kvapaline (závisí od druhu kvapaliny).
Fyzikálny význam koeficientu viskózneho trenia- číslo rovné trecej sile vyvíjajúcej sa na jednotkovej ploche s jednotkovým rýchlostným gradientom.
V praxi sa používa častejšie kinematický koeficient viskozity, tak pomenovaný, pretože jeho rozmeru chýba označenie sily. Tento koeficient je pomer dynamického koeficientu viskozity kvapaliny k jej hustote:
ν= μ / ρ ,Jednotky merania koeficientu viskózneho trenia:
- Ns/m2;
- kgf s/m2
- Pz (Poiseuille) 1 (Pz) \u003d 0,1 (N s / m 2).
Analýza viskozitných vlastností kvapaliny
Viskozita kvapkajúcich kvapalín závisí od teploty t a tlak R posledne menovaná závislosť sa však prejavuje až pri veľkých zmenách tlaku, rádovo niekoľko desiatok MPa.
Závislosť dynamického viskozitného koeficientu od teploty vyjadruje vzorec v tvare:
μ t \u003d μ 0 e - k t (T-T 0),- µt - koeficient dynamickej viskozity pri danej teplote;
- μ 0 - koeficient dynamickej viskozity pri známej teplote;
- T - nastavená teplota;
- T 0 - teplota, pri ktorej sa meria hodnota μ 0 ;
- e
Závislosť relatívneho koeficientu dynamickej viskozity od tlaku je opísaná vzorcom:
μ p \u003d μ 0 e -k p (P-P 0),- μ R - koeficient dynamickej viskozity pri danom tlaku,
- μ 0 - koeficient dynamickej viskozity pri známom tlaku (najčastejšie za normálnych podmienok),
- R - nastavený tlak,;
- P 0 - tlak, pri ktorom sa meria hodnota μ 0 ;
- e - základňa prirodzeného logaritmu je 2,718282.
Vplyv tlaku na viskozitu kvapaliny sa prejavuje len pri vysokých tlakoch.
Newtonovské a nenewtonské tekutiny
Newtonovské kvapaliny sú kvapaliny, ktorých viskozita nezávisí od rýchlosti deformácie. V Navierovej - Stokesovej rovnici pre newtonovskú kvapalinu existuje zákon viskozity podobný vyššie uvedenému (v skutočnosti zovšeobecnenie Newtonovho zákona alebo Navierovho zákona).
Rozdiel medzi viskóznym trením a suchým trením je v tom, že môže zmiznúť súčasne s rýchlosťou. Dokonca aj pri malej vonkajšej sile môže byť vrstvám viskózneho média udelená relatívna rýchlosť.
Odporová sila pri pohybe vo viskóznom médiu
Poznámka 1Okrem trecích síl vznikajú pri pohybe v kvapalnom a plynnom prostredí odporové sily média, ktoré sú oveľa výraznejšie ako trecie sily.
Správanie kvapaliny a plynu vo vzťahu k prejavom trecích síl sa nelíši. Preto nasledujúce charakteristiky platia pre oba štáty.
Definícia 1
Pôsobenie odporovej sily vznikajúcej pri pohybe telesa vo viskóznom prostredí je spôsobené jeho vlastnosťami:
- nedostatok statického trenia, to znamená pohyb plávajúcej viactonovej lode s lanom;
- závislosť odporovej sily od tvaru pohybujúceho sa telesa, inými slovami, od jeho zefektívnenia na zníženie odporových síl;
- závislosť absolútnej hodnoty odporovej sily od rýchlosti.
Existujú určité zákonitosti, ktorým podliehajú sily trenia a odporu média so symbolickým označením celkovej sily ako sily trenia. Jeho hodnota závisí od:
- tvar a veľkosť tela;
- stav jeho povrchu;
- rýchlosť vzhľadom na médium a jeho vlastnosti, nazývané viskozita.
Na znázornenie závislosti trecej sily od rýchlosti telesa vzhľadom na médium použite graf na obrázku 1.
Obrázok 1. Graf závislosti trecej sily od rýchlosti vo vzťahu k médiu
Ak je hodnota rýchlosti malá, potom je odporová sila priamo úmerná υ a trecia sila rastie lineárne s rýchlosťou:
F t p \u003d - k 1 υ (1) .
Prítomnosť mínus znamená smer trecej sily v opačnom smere vzhľadom na smer rýchlosti.
Pri veľkej hodnote rýchlosti nastáva prechod z lineárneho zákona na kvadratický, to znamená, že zvýšenie trecej sily je úmerné štvorcu rýchlosti:
F t p \u003d - k 2 υ 2 (2) .
Ak vo vzduchu klesá závislosť odporovej sily na štvorci rýchlosti, hovorí sa o rýchlostiach s hodnotami niekoľkých metrov za sekundu.
Hodnota koeficientov trenia k 1 a k 2 závisí od tvaru, veľkosti a stavu povrchu telesa a viskóznych vlastností média.
Príklad 1
Ak uvažujeme o zdĺhavom zoskoku výsadkára, tak jeho rýchlosť nemôže neustále narastať, v určitom momente začne jeho pokles, pri ktorom sa odporová sila bude rovnať sile gravitácie.
Hodnota rýchlosti, ktorou zákon (1) prechádza do (2), závisí od rovnakých dôvodov.
Príklad 2
Dochádza k pádu dvoch kovových gúľ rôznej hmotnosti z rovnakej výšky s chýbajúcou počiatočnou rýchlosťou. Ktorá lopta padne rýchlejšie?
Vzhľadom na to: m1, m2, m1 > m2
Riešenie
Počas pádu obe telá naberú rýchlosť. V určitom momente sa pohyb smerom nadol vykonáva stálou rýchlosťou, pri ktorej sa hodnota odporovej sily (2) rovná gravitačnej sile:
F t p \u003d k 2 υ 2 \u003d m g.
Stabilnú rýchlosť dostaneme podľa vzorca:
υ2 = mg k2.
Preto má ťažká guľa väčšiu rýchlosť pádu v ustálenom stave ako ľahká. Preto sa dosiahnutie zemského povrchu stane rýchlejšie.
odpoveď:ťažká lopta sa dostane na zem rýchlejšie.
Príklad 3
Parašutista letí rýchlosťou 35 m/s, kým sa padák neotvorí, a potom - rýchlosťou 8 m/s. Určte napätie v šnúrach pri otvorení padáka. Hmotnosť výsadkára 65 kg, zrýchlenie voľného pádu 10 m/s 2 . Označte úmernosť F tr vzhľadom na υ.
Vzhľadom na to: m 1 \u003d 65 kg, υ 1 \u003d 35 m / s, υ 2 \u003d 8 m / s.
Nájsť: T-?
Riešenie
Obrázok 2
Pred otvorením mal parašutista rýchlosť υ 1 = 35 m/s, to znamená, že jeho zrýchlenie bolo nulové.
Podľa druhého Newtonovho zákona dostaneme:
0 = mg-kυ1.
To je zrejmé
Po otvorení padáka sa jeho υ zmení a stane sa rovným υ 2 = 8 m / s. Odtiaľ má druhý Newtonov zákon formu:
0-mg-kυ2-T.
Na nájdenie napínacej sily čiar je potrebné previesť vzorec a nahradiť hodnoty:
T \u003d m g 1 - υ 2 υ 1 ≈ 500 N.
odpoveď: T = 500 N.
Ak si všimnete chybu v texte, zvýraznite ju a stlačte Ctrl+Enter
Zaujímavé je, že absolútne suché telá sa v prírode prakticky nikdy nenachádzajú. Za akýchkoľvek podmienok údržby zariadenia sa na povrchu pevnej látky vytvárajú tenké filmy atmosférických zrážok, tukov atď. Trenie medzi pevným telesom a kvapalinou alebo plynom sa nazýva viskózne alebo tekuté trenie.
Kde vzniká viskózne trenie?
K viskóznemu treniu dochádza, keď sa pevné telesá pohybujú v kvapalnom alebo plynnom prostredí, alebo keď samotná kvapalina alebo plyn preteká okolo stacionárnych pevných telies.
Čo je príčinou viskózneho trenia?
Príčinou viskózneho trenia je vnútorné trenie.
Ak sa pevné teleso pohybuje v stacionárnom prostredí, pohybuje sa s ním vrstva vody alebo vzduchu, ktorá je na ňom prichytená. Zároveň sa posúva po susednej vrstve. Existuje trecia sila, ktorá strháva túto vrstvu.
Dá sa do pohybu a následne ťahá ďalšiu vrstvu atď.. Čím ďalej od povrchu telesa, tým pomalšie sa pohybujú vrstvy kvapaliny alebo plynu. Sila trenia medzi vrstvami spomaľuje rýchlejšie vrstvy a tým aj samotné pevné teleso. Je brzdený priamo viskóznym trením. To isté sa stane, keď prúd kvapaliny alebo plynu preteká okolo stacionárneho telesa.
Zaujímavé vlastnosti viskózneho trenia!
Nalejte trochu vody do misky a ponorte do nej kúsok dreva. Fúkať na triesku - bude plávať na vode. A aj keď slabo fúknete, trieska sa stále pohne zo svojho miesta.Hlavný rozdiel medzi viskóznym trením a suchým trením je v tom, že nedochádza k žiadnemu viskóznemu statickému treniu!
Bez ohľadu na to, aká malá je ťažná sila pôsobiaca na telo, okamžite spôsobí pohyb tela v tekutine. Čím je táto sila menšia, tým pomalšie bude telo plávať.
Čo určuje silu trenia v kvapaline alebo plyne?
Trecia sila, ktorou pôsobí pohybujúce sa teleso, napríklad v kvapaline, závisí od rýchlosti pohybu, od tvaru a veľkosti telesa a od vlastností kvapaliny.
Pri nízkych rýchlostiach pohybu je odporová sila priamo úmerná rýchlosti pohybu a lineárnej veľkosti tela. Telá zažívajú tým väčšiu silu odporu, tým hrubšie (viskózne) médium bude. A kvapaliny môžu byť neviskózne, ako voda, alebo veľmi viskózne, ako med. Voda má nižšiu viskozitu ako lepidlo a lepidlo má nižšiu viskozitu ako živica.
Viskozita závisí od teploty kvapaliny.
Napríklad v zime treba zahriať motor auta stojaceho v mraze.
Deje sa tak za účelom zahriatia zmrazeného oleja naliateho do motora.
Viskozita zmrazeného oleja je väčšia ako viskozita zahriateho oleja a motor sa nemôže rýchlo otáčať.
Viskozita plynov naopak klesá s klesajúcou teplotou.
So zvyšujúcou sa rýchlosťou tela sa mení odpor média. Závisí to od charakteru prúdenia okolo telesa, ktoré sa v ňom pohybuje. Pri vysokých rýchlostiach vzniká za pohybujúcim sa telesom zložité turbulentné prúdenie, vytvárajú sa bizarné obrazce, prstence a víry.
Turbulentný odpor pohybu už závisí od hustoty prostredia, štvorca rýchlosti telesa a veľkosti (druhej mocniny) telesa. Turbulentný odpor sa mnohonásobne znižuje po tom, čo pohybujúce sa telo má aerodynamický tvar. Najlepší tvar tela pohybujúceho sa v stĺpci kvapaliny alebo plynu je tupý vpredu a ostrý vzadu (napríklad u delfínov a veľrýb).
Pred dlhým časom...
Niektoré staroveké kresby nájdené v pyramídach ukazujú, ako Egypťania nalievajú mlieko pod bežce saní, na ktorých ťahajú bloky kameňa.
Stopy olivového oleja, ktorý pomáhal znižovať trenie, sa našli v mólach brán studní z doby bronzovej (5. storočie pred Kristom), ktoré sa dostali až k nám.
Čo je to "lubrikant"?
O mazaní sa teda hovorí: „ide ako po masle“.
Tam, kde musíte riešiť šmýkanie suchých povrchov, sa ich snažia rozmočiť, premazať. Náboje kolies sú namazané dechtom alebo tukom; do ložísk sa naleje olej, naplní sa mazivo. Pri elektrárňach je dokonca špeciálne postavenie olejničky, nalievajúcej mazivo z olejničky do trecích častí. Olejári sú aj na železnici. Vďaka mazaniu sa trenie zníži 8-10 krát.
Aké prírodné tekutiny sú najlepšie na mazanie?
Ide o rastlinné tuky, maslo, hovädzie mäso alebo masť, decht. Ale s vývojom technológie sa našli iné, lacnejšie mazivá - minerálne oleje získané z rafinácie ropy.
Ako moderné mazivá možno menovať strojové, letecké, naftové oleje, mazivá, mazivá, technickú vazelínu, autol, nigrol, vretenový olej, pištoľový olej.
Ukázalo sa, že čím masívnejšia je napríklad rotujúca časť, tým by malo byť mazivo hustejšie. Ťažké hriadele hydraulických turbín sú mazané hustým mazivom a bežiace časti vreckových hodiniek sú mazané tekutým a transparentným kostným olejom. Dobrý lubrikant by mal byť „olejový“. Potom, keď sa stroj zastaví, zostane v medzere medzi trecími časťami najtenšia vrstva maziva a pri spustení stroja nie je potrebné prekonávať statické trenie medzi úplne suchými povrchmi. Tým sa znižuje trenie a opotrebovanie trecích častí. Počas prevádzky stroja sa mazivo zahrieva a čiastočne stráca svoje vlastnosti, preto sa na chladenie maziva používajú špeciálne zariadenia. A vznikli také mazacie zmesi, ktoré dobre fungujú aj vo veľmi chladnom počasí.
Ale najbežnejšia kvapalina v prírode - voda sa zriedka používa ako mazivo. Má nízku viskozitu a navyše spôsobuje koróziu mnohých kovov.
Neopatrnosť pri požiari je hlavnou príčinou požiaru všetkých konštrukcií.
Ale pre veterné mlyny, ktoré už prakticky zmizli, bol jednou z hlavných príčin požiaru silný vietor, pretože pri silnom vetre sa ich os často vznietila od trenia !!!
Ak sa na plátennú požiarnu hadicu aplikuje voda pod vysokým tlakom, môže prasknúť. A ak si vezmete plachtu silnejšiu? Americkí hasiči uskutočnili takýto experiment. Hadica sa nezlomila, ale keď prietok vody dosiahol 100 litrov za sekundu, hadica sa vznietila od trenia vody o steny plátna!
Zaujímavé!
Existuje tekutina, ktorá zvyšuje trenie. Toto je hlupák!
Pri mazaní trecích plôch lubrikantom je suché trenie nahradené viskóznym trením a klesá.
Kvapaliny sú trecie mazivo, ale pri vyťahovaní klincov z dreveného výrobku, ktorý bol dlho v daždi alebo na vlhkom mieste, musíte vynaložiť oveľa viac úsilia ako pri vyťahovaní zo suchého! Faktom je, že medzery medzi časticami dreva napučanými vlhkosťou sa zväčšujú a klinec je silnejšie stlačený drevenými vláknami, pričom sa zvyšuje trecia sila.
Keď sa prílivová vlna pohybuje po dne oceánu, trecie sily spôsobujú spomalenie rotácie Zeme a predĺženie dňa.
Viskózne trenie vedie k strate mechanickej energie pohybujúceho sa telesa, pretože ho spomaľuje. To však neznamená, že napríklad lietadlo bude lepšie lietať v médiu bez viskózneho trenia. Lietadlo v takomto vzduchu nebude môcť vôbec vzlietnuť, pretože. zdvih jeho krídla a ťah jeho vrtule budú nulové!
Lineárna rýchlosť satelitu pohybujúceho sa v riedkych vrstvách atmosféry sa zvyšuje v dôsledku odporu vzduchu! Paradox sa vysvetľuje tým, že sa zmenšuje polomer obežnej dráhy a časť potenciálnej energie satelitu sa premieňa na kinetickú energiu.
Pre loď s výtlakom asi 35 000 ton a dĺžkou asi 180 m je strata trenia o vodu pri zdvihu 14 uzlov približne 75 % celkového výkonu a zvyšných 25 % sa vynakladá na prekonanie odporu vĺn. . Je zaujímavé, že tento posledný typ straty sa výrazne zníži, keď sa telo pohybuje v ponorenej polohe.
Naša atmosféra pri zemskom povrchu je asi 800-krát menej hustá ako voda, ale môže tiež vytvárať obrovský protipól pohybu. Bežný vlak pri rýchlosti 200 km/h teda minie asi 70 % svojho celkového výkonu na prekonávanie odporu vzduchu. Aj pri dobre aerodynamickom tvare tento údaj neklesne pod polovicu celkového výkonu.
Už prvé lietadlo jasne pocítilo gigantickú silu odporu vzduchu. A od tohto momentu sa zníženie odporu vďaka lepšiemu zefektívneniu stalo jedným z hlavných problémov vo vývoji letectva. Trenie o vzduch totiž pohlcuje nielen energiu motorov, ale vedie aj k nebezpečnému prehrievaniu lietadla v hustých vrstvách atmosféry. Zároveň však prichádzajúci prúd slúži ako jeden zo zdrojov vztlaku lietadla.