Forca e fërkimit viskoz. Studimi i forcave viskoze të fërkimit Forca e rezistencës kur lëviz në një mjedis viskoz
![Forca e fërkimit viskoz. Studimi i forcave viskoze të fërkimit Forca e rezistencës kur lëviz në një mjedis viskoz](https://i1.wp.com/helpiks.org/helpiksorg/baza6/271240066104.files/image004.gif)
Objektiv: studimi i dukurisë së fërkimit viskoz dhe një nga metodat për përcaktimin e viskozitetit të lëngjeve.
Instrumentet dhe aksesorët: topa me diametra të ndryshëm, mikrometër, kaliper, vizore.
Elemente të teorisë dhe metodës së eksperimentit
Të gjithë lëngjet dhe gazrat e vërtetë kanë fërkim të brendshëm, i quajtur edhe viskozitet. Viskoziteti manifestohet, veçanërisht, në faktin se lëvizja që ka lindur në një lëng ose gaz pas ndërprerjes së shkaqeve që e kanë shkaktuar atë, gradualisht ndalet. Nga përvoja e përditshme, për shembull, dihet se për të krijuar dhe mbajtur një rrjedhje konstante të lëngut në një tub, është e nevojshme të ketë një ndryshim presioni midis skajeve të tubit. Meqenëse, në një rrjedhje të qëndrueshme, lëngu lëviz pa nxitim, nevoja për veprimin e forcave të presionit tregon se këto forca balancohen nga disa forca që ngadalësojnë lëvizjen. Këto forca janë forca të fërkimit të brendshëm.
Mund të dallohen dy mënyra kryesore të rrjedhjes së lëngut ose gazit:
1) laminar;
2) turbulente.
Në një regjim të rrjedhës laminare, një rrjedhje e lëngshme (gaz) mund të ndahet në shtresa të holla, secila prej të cilave lëviz në rrjedhën e përgjithshme me shpejtësinë e vet dhe nuk përzihet me shtresat e tjera. Rrjedha laminare është e palëvizshme.
Në një regjim të turbullt, rrjedha bëhet e paqëndrueshme - shpejtësia e grimcave në çdo pikë të hapësirës ndryshon në mënyrë të rastësishme gjatë gjithë kohës. Në këtë rast, përzierja intensive e lëngut (gazit) bëhet në rrjedhë.
Le të shqyrtojmë regjimin e rrjedhës laminare. Le të veçojmë dy shtresa në rrjedhën me sipërfaqe S, i vendosur në një distancë ∆ Z larguar dhe duke lëvizur me shpejtësi të ndryshme. V 1 dhe V 2 (Fig. 1). Pastaj midis tyre lind një forcë viskoze e fërkimit, proporcionale me gradientin e shpejtësisë D V/D Z në një drejtim pingul me drejtimin e rrjedhës:
Kur koeficienti μ quhet sipas përkufizimit viskozitet ose koeficient i fërkimit të brendshëm, D V=V 2-V 1.
Nga (1) mund të shihet se viskoziteti matet në sekonda paskal (Pa s).
Duhet të theksohet se viskoziteti varet nga natyra dhe gjendja e lëngut (gazit). Në veçanti, vlera e viskozitetit mund të varet ndjeshëm nga temperatura, e cila vërehet, për shembull, në ujë (shih Shtojcën 2). Dështimi për të marrë parasysh këtë varësi në praktikë në disa raste mund të çojë në mospërputhje të konsiderueshme midis llogaritjeve teorike dhe të dhënave eksperimentale.
Në gazra, viskoziteti është për shkak të përplasjes së molekulave (shih Shtojcën 1), në lëngje, është për shkak të ndërveprimeve ndërmolekulare që kufizojnë lëvizshmërinë e molekulave.
Vlerat e viskozitetit për disa substanca të lëngshme dhe të gazta janë dhënë në Shtojcën 2.
Siç është përmendur tashmë, rrjedha e një lëngu ose gazi mund të bëhet në një nga dy mënyrat - laminare ose turbulente. Fizikani anglez Osborne Reynolds zbuloi se natyra e rrjedhës përcaktohet nga vlera e sasisë pa dimension.
Ku është një sasi e quajtur viskozitet kinematik, Vështë shpejtësia e lëngut (ose e trupit në lëng), Dështë një madhësi karakteristike. Në rastin e rrjedhjes së lëngut në një tub nën D kuptoni madhësinë karakteristike të seksionit kryq të këtij tubi (për shembull, diametri ose rrezja). Kur një trup lëviz në një lëng D kuptoni madhësinë karakteristike të këtij trupi, për shembull, diametrin e një topi. Për vlerat Re< 1000 rrjedha konsiderohet laminare, në Re> 1000 rrjedha bëhet e turbullt.
Një nga metodat për matjen e viskozitetit të substancave (viskometria) është metoda e topit në rënie, ose metoda e Stokes. Stokes tregoi se një top lëviz me një shpejtësi V në një mjedis viskoz, ekziston një forcë fërkimi viskoze e barabartë me , ku D është diametri i topit.
Merrni parasysh lëvizjen e topit kur ai bie. Sipas ligjit të dytë të Njutonit (Fig. 2)
Ku F— forca e fërkimit viskoz, — forca e Arkimedit, — forca e gravitetit, ρ DHE Dhe ρ janë përkatësisht dendësia e lëngut dhe e materialit të topave. Zgjidhja e këtij ekuacioni diferencial do të jetë varësia e mëposhtme e shpejtësisë së topit nga koha:
Ku V 0 është shpejtësia fillestare e topit, dhe
Është shpejtësia e lëvizjes së qëndrueshme (në T>>τ). Sasia është koha e relaksimit. Kjo vlerë tregon se sa shpejt vendoset mënyra e palëvizshme e lëvizjes. Zakonisht konsiderohet se T≈3τ lëvizja praktikisht nuk ndryshon nga ajo e palëvizshme. Kështu, duke matur shpejtësinë VNë, viskoziteti i lëngut mund të llogaritet. Vini re se formula e Stokes është e zbatueshme në numrat e Reynolds më pak se 1000, domethënë në regjimin laminar të rrjedhjes së lëngut rreth topit.
Një aparat laboratorik për matjen e viskozitetit të lëngjeve duke përdorur metodën Stokes është një enë qelqi e mbushur me lëngun në studim. Topat hidhen nga lart, përgjatë boshtit të cilindrit. Në pjesët e sipërme dhe të poshtme të enës ka shenja horizontale. Duke matur kohën e lëvizjes së topit ndërmjet shenjave me kronometër dhe duke ditur distancën ndërmjet tyre, gjendet shpejtësia e lëvizjes së qëndrueshme të topit. Nëse cilindri është i ngushtë, atëherë formula e llogaritjes duhet të korrigjohet për ndikimin e mureve.
Duke marrë parasysh këto korrigjime, formula për llogaritjen e viskozitetit do të marrë formën:
Ku L - distanca midis shenjave, D është diametri i pjesës së brendshme të enës.
Rradhe pune
1. Përdorni një kaliper për të matur diametrin e brendshëm të enës, përdorni një vizore për të matur distancën midis shenjave horizontale në enë dhe përdorni një mikrometër për të matur diametrat e të gjithë topave të përdorur në eksperiment. Përshpejtimi për shkak të gravitetit supozohet të jetë 9.8 m/s2. Dendësia e lëngut dhe dendësia e substancës së topave tregohen në konfigurimin e laboratorit.
2. Duke i ulur topthat një nga një në lëng, matni kohën që duhet që secili prej tyre të udhëtojë midis shenjave. Regjistroni rezultatet në një tabelë. Tabela tregon numrin e eksperimentit, diametrin e topit dhe kohën e kalimit të tij, si dhe rezultatin e llogaritjes së viskozitetit për çdo eksperiment.
PËRCAKTIMI I KOEFICIENTIT TË FËRKIMIT TË BRENDSHËM
Lëngje me viskozitet të ulët
Përcaktimi i viskozitetit
Shembuj të manifestimit të viskozitetit të një lëngu
Një lëng ideal, d.m.th. lëngu pa fërkim, është një abstraksion. Të gjithë lëngjet ose gazrat e vërtetë kanë viskozitet, ose fërkim të brendshëm, në një masë më të madhe ose më të vogël. Viskoziteti manifestohet në faktin se lëvizja që ka lindur në një lëng ose gaz pas ndërprerjes së shkaqeve që e kanë shkaktuar, gradualisht ndalet.
Le të shqyrtojmë edhe shembujt e mëposhtëm, në të cilët viskoziteti i një lëngu manifestohet. Pra, sipas ligjit të Bernulit për një lëng ideal, presioni në një tub është konstant nëse seksioni kryq dhe lartësia e tij nuk ndryshojnë. Sidoqoftë, siç dihet, presioni përgjatë një tubi të tillë bie në mënyrë uniforme, siç tregohet në Fig. një.
Oriz. 1. Rënia e presionit në një tub me një lëng në lëvizje.
Ky fenomen shpjegohet me praninë e fërkimit të brendshëm në lëng dhe shoqërohet me transferimin e një pjese të energjisë së tij mekanike në të brendshme.
Në rrjedhën laminare të lëngut nëpër tub (Fig. 2), shpejtësia e shtresave ndryshon vazhdimisht nga maksimumi (përgjatë boshtit të tubit) në zero (afër mureve).
Nga pikëpamja mekanike, secila prej shtresave ngadalëson lëvizjen e shtresës ngjitur të vendosur më afër boshtit të tubit (duke lëvizur më shpejt) dhe ka një efekt përshpejtues në shtresën e vendosur më larg nga boshti (duke lëvizur më ngadalë) .
Oriz. 2. Shpërndarja e shpejtësisë në prerje tërthore të rrjedhës
lëngje në një tub me seksion tërthor rrethor (rrjedhje laminare).
Forca e fërkimit viskoz
Për të sqaruar modelet që u binden forcave të fërkimit të brendshëm, merrni parasysh eksperimentin e mëposhtëm. Dy pllaka paralele me njëra-tjetrën janë zhytur në një lëng (Fig. 3), dimensionet lineare të të cilit tejkalojnë ndjeshëm distancën midis tyre d. Pllaka e poshtme mbahet në vend, pjesa e sipërme vihet në lëvizje në raport me atë të poshtme me njëfarë shpejtësie v 0 .
Oriz. 3. Lëvizja me shtresa e një lëngu viskoz midis pllakave,
me shpejtësi të ndryshme.
Shtresa e lëngut ngjitur drejtpërdrejt me pllakën e sipërme, për shkak të forcave të kohezionit molekular, ngjitet në të dhe lëviz së bashku me pllakën. Shtresa e lëngshme që ngjitet në pllakën e poshtme mbetet në qetësi me të. Shtresat e ndërmjetme lëvizin në atë mënyrë që secila e sipërme të ketë një shpejtësi më të madhe se ajo që shtrihet poshtë saj. Se. çdo shtresë rrëshqet në lidhje me shtresat ngjitur. Prandaj, nga ana e shtresës së poshtme, mbi shtresën e sipërme vepron një forcë fërkimi, e cila ngadalëson lëvizjen e së dytës prej tyre dhe, anasjelltas, nga ana e shtresës së sipërme në atë të poshtme, ajo përshpejtohet. Lëvizja. Forcat që lindin midis shtresave të lëngut që përjetojnë zhvendosje relative quhen fërkimi i brendshëm. Vetitë e një lëngu që lidhen me praninë e forcave të fërkimit të brendshëm quhen viskozitetit.
Përvoja tregon se për të lëvizur pllakën e sipërme me një shpejtësi konstante v 0, është e nevojshme të veprohet mbi të me një forcë të përcaktuar mirë. F. Veprimi i një force të jashtme F balancohet nga një forcë fërkimi me drejtim të kundërt të barabartë me të në madhësi.
Forca e fërkimit të brendshëm ndërmjet dy shtresave të lëngut mund të llogaritet duke përdorur formulën e Njutonit:
, (1)
ku h është viskoziteti dinamik, koeficienti i fërkimit të brendshëm, sështë zona e kontaktit (në këtë rast, zona e pllakës), Dv/D zështë gradienti i shpejtësisë.
Koeficienti i viskozitetit është numerikisht i barabartë me forcën që vepron për njësi të sipërfaqes së shtresës, kur për njësi gjatësi, marrë pingul me shtresën, shpejtësia ndryshon me një (Dv/D z= 1)
Viskoziteti(fërkimi i brendshëm) ( anglisht. viskozitet) - një nga fenomenet e transferimit, vetia e trupave të lëngshëm (lëngëve dhe gazrave) për t'i rezistuar lëvizjes së njërës prej pjesëve të tyre në lidhje me një tjetër. Mekanizmi i fërkimit të brendshëm në lëngje dhe gazra është se molekulat që lëvizin rastësisht transferojnë momentin nga një shtresë në tjetrën, gjë që çon në barazimin e shpejtësive - kjo përshkruhet nga futja e një force fërkimi. Viskoziteti i trupave të ngurtë ka një numër karakteristikash specifike dhe zakonisht konsiderohet veçmas. Ligji bazë i rrjedhjes viskoze u krijua nga I. Newton (1687): Siç zbatohet për lëngjet, viskoziteti dallohet:
- Viskozitet dinamik (absolut). µ - forca që vepron në një sipërfaqe njësi të një sipërfaqeje të sheshtë, e cila lëviz me një shpejtësi njësi në krahasim me një sipërfaqe tjetër të sheshtë të vendosur në një distancë njësi nga e para. Në sistemin SI, viskoziteti dinamik shprehet si Pa×s(paskal i dytë), njësi jashtë sistemit P (poise).
- Viskoziteti kinematik ν është raporti i viskozitetit dinamik µ ndaj densitetit të lëngut ρ .
- ν , m 2 / s - viskoziteti kinematik;
- μ , Pa×s – viskoziteti dinamik;
- ρ , kg / m 3 - dendësia e lëngut.
Forca e fërkimit viskoz
Ky është fenomeni i shfaqjes së forcave tangjenciale që pengojnë lëvizjen e pjesëve të një lëngu ose gazi në raport me njëra-tjetrën. Lubrifikimi midis dy lëndëve të ngurta zëvendëson fërkimin e thatë rrëshqitës me fërkimin rrëshqitës të shtresave të lëngshme ose të gazit kundër njëra-tjetrës. Shpejtësia e grimcave të mediumit ndryshon pa probleme nga shpejtësia e një trupi në shpejtësinë e një trupi tjetër.
Forca e fërkimit viskoz është proporcionale me shpejtësinë e lëvizjes relative V trupat, në përpjesëtim me sipërfaqen S dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën ndërmjet planeve h.
F=-V S/h,Koeficienti i proporcionalitetit, në varësi të llojit të lëngut ose gazit, quhet koeficienti i viskozitetit dinamik. Gjëja më e rëndësishme në natyrën e forcave viskoze të fërkimit është se në prani të ndonjë force arbitrare të vogël, trupat do të fillojnë të lëvizin, domethënë nuk ka fërkimi statik. Dallimi cilësisht i rëndësishëm i forcave fërkim viskoz nga fërkimi i thatë
Nëse një trup në lëvizje është zhytur plotësisht në një mjedis viskoz dhe distancat nga trupi deri në kufijtë e mediumit janë shumë më të mëdha se dimensionet e vetë trupit, atëherë në këtë rast flasim për fërkim ose rezistenca e mjedisit. Në këtë rast, seksionet e mediumit (lëng ose gaz) menjëherë ngjitur me trupin në lëvizje lëvizin me të njëjtën shpejtësi si vetë trupi, dhe ndërsa largoheni nga trupi, shpejtësia e seksioneve përkatëse të mediumit zvogëlohet. duke u kthyer në zero në pafundësi.
Forca e rezistencës së mediumit varet nga:
- viskozitetit të saj
- nga forma e trupit
- në shpejtësinë e trupit në raport me mediumin.
Për shembull, kur një top lëviz ngadalë në një lëng viskoz, forca e fërkimit mund të gjendet duke përdorur formulën Stokes:
F=-6 R V,Një ndryshim cilësor i rëndësishëm midis forcave të fërkimit viskoz dhe fërkimi i thatë, ndër të tjera, fakti që trupi në prani të vetëm fërkimit viskoz dhe një force të jashtme arbitrare të vogël domosdoshmërisht do të fillojë të lëvizë, domethënë, për fërkimin viskoz nuk ka fërkim statik, dhe anasjelltas - vetëm nën ndikimin e fërkimi viskoz, trupi, i cili fillimisht lëvizi, kurrë (në përafrim makroskopik që neglizhon lëvizjen Brownian) nuk do të ndalet plotësisht, megjithëse lëvizja do të ngadalësohet pafundësisht.
Viskoziteti i gazeve
Viskoziteti i gazrave (dukuri e fërkimit të brendshëm) është shfaqja e forcave të fërkimit ndërmjet shtresave të gazit që lëvizin në raport me njëra-tjetrën paralelisht dhe me shpejtësi të ndryshme. Viskoziteti i gazrave rritet me rritjen e temperaturës
Ndërveprimi i dy shtresave të gazit konsiderohet si një proces gjatë të cilit momenti transferohet nga një shtresë në tjetrën. Forca e fërkimit për njësi të sipërfaqes ndërmjet dy shtresave të gazit, e barabartë me momentin e transferuar në sekondë nga shtresa në shtresë përmes sipërfaqes së njësisë, përcaktohet nga ligji i Njutonit:
τ=-η dv / dz
ku:
dv / dz- gradienti i shpejtësisë në drejtim pingul me drejtimin e lëvizjes së shtresave të gazit.
Shenja minus tregon se momenti bartet në drejtim të zvogëlimit të shpejtësisë.
η
- viskozitet dinamik.
η= 1 / 3 ρ(ν) λ, ku:
ρ
është dendësia e gazit,
(ν)
- shpejtësia mesatare aritmetike e molekulave
λ
është rruga mesatare e lirë e molekulave.
Viskoziteti i disa gazeve (në 0°C)
Viskoziteti i lëngut
Viskoziteti i lëngut- kjo është një veti që manifestohet vetëm kur lëngu është në lëvizje dhe nuk ndikon në lëngjet në qetësi. Fërkimi viskoz në lëngje i bindet ligjit të fërkimit, i cili është thelbësisht i ndryshëm nga ligji i fërkimit të trupave të ngurtë, sepse varet nga zona e fërkimit dhe shpejtësia e lëngut.
Viskoziteti- vetia e një lëngu për t'i rezistuar prerjes relative të shtresave të tij. Viskoziteti manifestohet në faktin se me lëvizjen relative të shtresave të lëngjeve në sipërfaqet e kontaktit të tyre, lindin forca të rezistencës në prerje, të quajtura forca të fërkimit të brendshëm ose forca viskoziteti. Nëse marrim parasysh se si shpërndahen shpejtësitë e shtresave të ndryshme të lëngut në seksionin kryq të rrjedhës, atëherë mund të shohim lehtësisht se sa më larg nga muret e rrjedhës, aq më e madhe është shpejtësia e grimcave. Në muret e rrjedhës, shpejtësia e lëngut është zero. Një ilustrim i kësaj është vizatimi i të ashtuquajturit modeli i rrjedhës së avionit.
Një shtresë lëngu që lëviz ngadalë "ngadalëson" shtresën e lëngut ngjitur që lëviz më shpejt dhe anasjelltas, një shtresë që lëviz me një shpejtësi më të madhe tërheq (tërheq) një shtresë që lëviz me një shpejtësi më të ulët së bashku me të. Forcat e fërkimit të brendshëm shfaqen për shkak të pranisë së lidhjeve ndërmolekulare midis shtresave në lëvizje. Nëse një zonë e caktuar ndahet ndërmjet shtresave ngjitur të lëngut S, atëherë sipas hipotezës së Njutonit:
F=μ S (du / dy),- μ - koeficienti i fërkimit viskoz;
- Sështë zona e fërkimit;
- du/dy- gradient shpejtësie
Vlera μ në këtë shprehje është koeficienti i viskozitetit dinamik, e barabartë me:
μ= F / S 1 / du / dy, μ= τ 1/du/dy,- τ - stresi prerës në lëng (varet nga lloji i lëngut).
Kuptimi fizik i koeficientit të fërkimit viskoz- një numër i barabartë me forcën e fërkimit që zhvillohet në një sipërfaqe njësi me një gradient shpejtësie njësi.
Në praktikë, përdoret më shpesh koeficienti i viskozitetit kinematik, i quajtur kështu sepse dimensionit të tij i mungon një shënim force. Ky koeficient është raporti i koeficientit dinamik të viskozitetit të lëngut me densitetin e tij:
ν= μ / ρ ,Njësitë matëse të koeficientit të fërkimit viskoz:
- N·s/m2;
- kgf s / m 2
- Pz (Poiseuille) 1 (Pz) \u003d 0,1 (N s / m 2).
Analiza e vetive të viskozitetit të një lëngu
Për hedhjen e lëngjeve, viskoziteti varet nga temperatura t dhe presioni R, megjithatë, varësia e fundit manifestohet vetëm në ndryshime të mëdha presioni, në rendin e disa dhjetëra MPa.
Varësia e koeficientit të viskozitetit dinamik nga temperatura shprehet me një formulë të formës:
μ t \u003d μ 0 e -k t (T-T 0),- μt - koeficienti i viskozitetit dinamik në një temperaturë të caktuar;
- μ 0 - koeficienti i viskozitetit dinamik në një temperaturë të njohur;
- T - temperaturën e caktuar;
- T 0 - temperatura në të cilën matet vlera μ 0 ;
- e
Varësia e koeficientit relativ të viskozitetit dinamik nga presioni përshkruhet me formulën:
μ p \u003d μ 0 e -k p (P-P 0),- μ R - koeficienti i viskozitetit dinamik në një presion të caktuar,
- μ 0 - koeficienti i viskozitetit dinamik në një presion të njohur (më shpesh në kushte normale),
- R - presioni i vendosur;
- P 0 - presioni në të cilin matet vlera μ 0 ;
- e - baza e logaritmit natyror është 2.718282.
Ndikimi i presionit në viskozitetin e një lëngu shfaqet vetëm në presione të larta.
Lëngjet njutoniane dhe jo njutoniane
Lëngjet njutoniane janë lëngje për të cilat viskoziteti nuk varet nga shkalla e sforcimit. Në ekuacionin Navier - Stokes për një lëng Njutonian, ekziston një ligj viskoziteti i ngjashëm me atë të mësipërm (në fakt, një përgjithësim i ligjit të Njutonit, ose ligjit të Navierit).
Dallimi midis fërkimit viskoz dhe fërkimit të thatë është se ai mund të zhduket njëkohësisht me shpejtësi. Edhe me një forcë të vogël të jashtme, një shpejtësi relative mund t'i jepet shtresave të një mjedisi viskoz.
Forca e rezistencës kur lëviz në një mjedis viskoz
Vërejtje 1Përveç forcave të fërkimit, kur lëvizni në media të lëngshme dhe të gazta, lindin forca të rezistencës së mediumit, të cilat janë shumë më domethënëse se forcat e fërkimit.
Sjellja e lëngut dhe gazit në lidhje me manifestimet e forcave të fërkimit nuk ndryshojnë. Prandaj, karakteristikat e mëposhtme vlejnë për të dy shtetet.
Përkufizimi 1
Veprimi i forcës së rezistencës që lind kur një trup lëviz në një mjedis viskoz është për shkak të vetive të tij:
- mungesa e fërkimit statik, domethënë lëvizja e një anijeje lundruese shumëtonëshe me një litar;
- varësia e forcës së rezistencës nga forma e trupit në lëvizje, me fjalë të tjera, nga rregullimi i tij për të zvogëluar forcat e rezistencës;
- varësia e vlerës absolute të forcës së rezistencës nga shpejtësia.
Ekzistojnë disa rregullsi të cilave u nënshtrohen forcat e fërkimit dhe rezistencës së mediumit, me përcaktimin simbolik të forcës totale si forcë e fërkimit. Vlera e saj varet nga:
- forma dhe madhësia e trupit;
- gjendja e sipërfaqes së saj;
- shpejtësia në raport me mediumin dhe vetitë e tij, të quajtur viskozitet.
Për të përshkruar varësinë e forcës së fërkimit nga shpejtësia e trupit në lidhje me mjedisin, përdorni grafikun e figurës 1.
Fotografia 1. Grafiku i varësisë së forcës së fërkimit nga shpejtësia në raport me mjedisin
Nëse vlera e shpejtësisë është e vogël, atëherë forca e tërheqjes është drejtpërdrejt proporcionale në lidhje me υ, dhe forca e fërkimit rritet në mënyrë lineare me shpejtësinë:
F t p \u003d - k 1 υ (1) .
Prania e një minus nënkupton drejtimin e forcës së fërkimit në drejtim të kundërt në lidhje me drejtimin e shpejtësisë.
Me një vlerë të madhe të shpejtësisë, ndodh kalimi nga një ligj linear në një kuadratik, domethënë, një rritje në forcën e fërkimit është proporcionale me katrorin e shpejtësisë:
F t p \u003d - k 2 υ 2 (2) .
Nëse në ajër varësia e forcës së rezistencës nga katrori i shpejtësisë zvogëlohet, flitet për shpejtësi me vlera disa metra në sekondë.
Vlera e koeficientëve të fërkimit k 1 dhe k 2 varet nga forma, madhësia dhe gjendja e sipërfaqes së trupit dhe nga vetitë viskoze të mediumit.
Shembulli 1
Nëse marrim parasysh një kërcim të zgjatur të parashutistëve, atëherë shpejtësia e tij nuk mund të rritet vazhdimisht, në një moment të caktuar do të fillojë rënia e tij, në të cilën forca e rezistencës do të jetë e barabartë me forcën e gravitetit.
Vlera e shpejtësisë me të cilën ligji (1) bën kalimin në (2) varet nga të njëjtat arsye.
Shembulli 2
Ka një rënie të dy topave metalikë me masa të ndryshme nga e njëjta lartësi me shpejtësinë fillestare që mungon. Cili top do të bjerë më shpejt?
E dhënë: m 1 , m 2 , m 1 > m 2
Zgjidhje
Gjatë rënies, të dy trupat marrin shpejtësi. Në një moment të caktuar, lëvizja në rënie kryhet me një shpejtësi të qëndrueshme, në të cilën vlera e forcës së rezistencës (2) është e barabartë me forcën e gravitetit:
F t p \u003d k 2 υ 2 \u003d m g.
Ne marrim shpejtësinë e qëndrueshme me formulën:
υ 2 = m g k 2 .
Prandaj, një top i rëndë ka një shpejtësi më të madhe të rënies në gjendje të qëndrueshme sesa një top i lehtë. Prandaj, arritja në sipërfaqen e tokës do të ndodhë më shpejt.
Përgjigje: një top i rëndë do të arrijë në tokë më shpejt.
Shembulli 3
Një parashutist fluturon me një shpejtësi prej 35 m/s derisa të hapet parashuta, dhe pas kësaj - me një shpejtësi prej 8 m/s. Përcaktoni tensionin në vijat kur hapet parashuta. Pesha e parashutistit 65 kg, nxitimi i rënies së lirë 10 m/s 2 . Përcaktoni proporcionalitetin e F tr në raport me υ.
E dhënë: m 1 \u003d 65 kg, υ 1 \u003d 35 m / s, υ 2 \u003d 8 m / s.
Gjej: T-?
Zgjidhje
Foto 2
Para hapjes, parashutisti kishte një shpejtësi υ 1 = 35 m / s, domethënë, nxitimi i tij ishte zero.
Sipas ligjit të dytë të Njutonit, marrim:
0 = m g - k υ 1 .
Është e qartë se
Pas hapjes së parashutës, υ e saj ndryshon dhe bëhet e barabartë me υ 2 = 8 m / s. Prej këtu, ligji i dytë i Njutonit merr formën:
0 - m g - k υ 2 - T .
Për të gjetur forcën e tensionit të linjave, është e nevojshme të konvertohet formula dhe të zëvendësohen vlerat:
T \u003d m g 1 - υ 2 υ 1 ≈ 500 N.
Përgjigje: T = 500 N.
Nëse vëreni një gabim në tekst, ju lutemi theksoni atë dhe shtypni Ctrl+Enter
Është interesante se trupat absolutisht të thatë praktikisht nuk gjenden kurrë në natyrë. Në çdo kusht të mirëmbajtjes së pajisjeve, në sipërfaqen e një lënde të fortë formohen filma të hollë të reshjeve atmosferike, yndyrna etj. Fërkimi midis një trupi të ngurtë dhe një lëngu ose gazi quhet fërkim viskoz ose lëng.
Ku ndodh fërkimi viskoz?
Fërkimi viskoz ndodh kur trupat e ngurtë lëvizin në një mjedis të lëngët ose të gaztë, ose kur vetë lëngu ose gazi rrjedh nga trupat e palëvizshëm të ngurtë.
Cili është shkaku i fërkimit viskoz?
Shkaku i fërkimit viskoz është fërkimi i brendshëm.
Nëse një trup i fortë lëviz në një mjedis të palëvizshëm, një shtresë uji ose ajri që ngjitet në të lëviz me të. Në të njëjtën kohë, ajo rrëshqet përgjatë shtresës ngjitur. Ekziston një forcë fërkimi që e fut këtë shtresë.
Ai vihet në lëvizje dhe, nga ana tjetër, tërheq shtresën tjetër, e kështu me radhë.Sa më larg nga sipërfaqja e trupit, aq më ngadalë lëvizin shtresat e lëngut ose të gazit. Forca e fërkimit ndërmjet shtresave ngadalëson shtresat më të shpejta dhe, rrjedhimisht, vetë trupin e ngurtë. Frenohet drejtpërdrejt nga fërkimi viskoz. E njëjta gjë ndodh kur një rrymë lëngu ose gazi kalon pranë një trupi të palëvizshëm.
Karakteristikat interesante të fërkimit viskoz!
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/48.jpg)
Hidhni pak ujë në një tas dhe zhytni një copë druri në të. Fryni në një çip - do të notojë në ujë. Dhe edhe nëse fryni dobët, çipi do të lëvizë përsëri nga vendi i tij.Dallimi kryesor midis fërkimit viskoz dhe fërkimit të thatë është se nuk ka fërkim statik viskoz!
Sado e vogël të jetë forca tërheqëse që vepron në trup, ajo menjëherë bën që trupi të lëvizë në lëng. Sa më e vogël të jetë kjo forcë, aq më ngadalë do të notojë trupi.
Çfarë e përcakton forcën e fërkimit në një lëng ose gaz?
Forca e fërkimit që përjetohet nga një trup në lëvizje, për shembull, në një lëng, varet nga shpejtësia e lëvizjes, nga forma dhe madhësia e trupit dhe nga vetitë e lëngut.
Me shpejtësi të ulët të lëvizjes, forca e rezistencës është drejtpërdrejt proporcionale me shpejtësinë e lëvizjes dhe madhësinë lineare të trupit. Trupat përjetojnë sa më e madhe forca e rezistencës, aq më i trashë (viskoz) do të jetë mediumi. Dhe lëngjet mund të jenë jo viskoze, si uji, ose shumë viskoze, si mjalti. Uji ka një viskozitet më të ulët se zam, dhe zam ka një viskozitet më të ulët se rrëshira.
Viskoziteti varet nga temperatura e lëngut.
Për shembull, në dimër, motori i një makine që qëndron në të ftohtë duhet të ngrohet.
Kjo bëhet për të ngrohur vajin e ngrirë të derdhur në motor.
Viskoziteti i vajit të ngrirë është më i madh se ai i nxehtësisë dhe motori nuk mund të rrotullohet shpejt.
Në të kundërt, viskoziteti i gazeve zvogëlohet me uljen e temperaturës.
Me rritjen e shpejtësisë së trupit, rezistenca e mediumit ndryshon. Kjo varet nga natyra e rrjedhës rreth trupit që lëviz në të. Me shpejtësi të madhe, një rrjedhë komplekse e turbullt lind pas një trupi në lëvizje, formohen figura të çuditshme, unaza dhe vorbulla.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/75.jpg)
Rezistenca e turbullt ndaj lëvizjes tashmë varet nga dendësia e mediumit, katrori i shpejtësisë së trupit dhe madhësia (katrore) e trupit. Zvarritja e turbullt zvogëlohet shumë herë pasi i jep një formë të efektshme një trupi në lëvizje. Forma më e mirë për një trup që lëviz në një kolonë të lëngshme ose gazi është e hapur përpara dhe e mprehtë nga pas (për shembull, te delfinët dhe balenat).
Shumë kohë më parë...
Disa vizatime të lashta të gjetura në piramida tregojnë egjiptianët duke derdhur qumësht nën vrapuesit e një sajëje mbi të cilën po tërheqin blloqe guri.
Gjurmët e vajit të ullirit, i cili ndihmoi në uljen e fërkimit, u gjetën në kalatat e portave të puseve të epokës së bronzit (shek. V p.e.s.) që kanë ardhur deri tek ne.
Çfarë është një "lube"?
Pra, ata thonë për lubrifikimin: "ajo shkon si orë".
Aty ku duhet të merreni me rrëshqitjen e sipërfaqeve të thata, përpiqen t'i lagin, lyejnë. Blloqet e rrotave lyhen me katran ose yndyrë; vaji derdhet në kushinetat, yndyrat mbushen. Në termocentralet, madje ekziston një pozicion i veçantë i vajosjes, duke derdhur lubrifikant nga vaji në pjesët e fërkimit. Ka naftëtarë edhe në hekurudhë. Falë lubrifikimit, fërkimi zvogëlohet me 8-10 herë.
Cilat lëngje natyrale janë më të mira për lubrifikimin?
Këto janë yndyrna bimore, gjalpë, viçi ose sallo, katrani. Por me zhvillimin e teknologjisë, u gjetën lubrifikantë të tjerë, më të lirë - vajra minerale të marra nga rafinimi i naftës.
Si lubrifikantë modernë, mund të emërtohen makineritë, aviacioni, vajrat me naftë, yndyrat, yndyrat, vazelina teknike, autol, nigrol, vaj boshti, vaj armësh.
Doli që sa më masive të jetë një pjesë rrotulluese, për shembull, aq më i trashë duhet të jetë lubrifikuesi. Boshtet e rënda të turbinave hidraulike lubrifikohen me yndyrë të trashë, dhe pjesët e drejtimit të orëve të xhepit lubrifikohen me vaj kockash të lëngshëm dhe transparent. Një lubrifikant i mirë duhet të jetë "i yndyrshëm". Më pas, kur makina ndalon, shtresa më e hollë e lubrifikantit mbetet në hendekun midis pjesëve të fërkimit dhe kur makina është nisur, nuk është e nevojshme të kapërcehet fërkimi statik midis sipërfaqeve plotësisht të thata. Kjo redukton fërkimin dhe konsumimin e pjesëve që fërkojnë. Gjatë funksionimit të makinës, lubrifikuesi nxehet dhe pjesërisht humbet vetitë e tij, prandaj, përdoren pajisje speciale për të ftohur lubrifikantin. Dhe janë krijuar përzierje të tilla lubrifikante që funksionojnë mirë edhe në mot shumë të ftohtë.
Por lëngu më i zakonshëm në natyrë - uji përdoret rrallë si lubrifikant. Ka një viskozitet të ulët dhe, përveç kësaj, shkakton korrozion të shumë metaleve.
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/51.jpg)
Pakujdesia me zjarrin është shkaktari kryesor i zjarrit për të gjitha strukturat.
Por për mullinjtë e erës, të cilët tani praktikisht janë zhdukur, një nga shkaqet kryesore të zjarrit ishte një erë e fortë, pasi me një erë të fortë boshti i tyre shpesh merrte flakë nga fërkimi !!!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/52.jpg)
Nëse uji me presion të lartë aplikohet në një zorrë zjarri të kanavacës, ai mund të çahet. Dhe nëse ju merrni një pëlhurë gomuar më të fortë? Zjarrfikësit amerikanë kryen një eksperiment të tillë. Zorra nuk u prish, por kur shkalla e rrjedhës së ujit arriti në 100 litra në sekondë, zorra mori flakë nga fërkimi i ujit në muret e kanavacës!
Interesante!
Ekziston një lëng që rrit fërkimin. Ky është një budalla!
Kur lubrifikoni sipërfaqet e fërkimit me një lubrifikant, fërkimi i thatë zëvendësohet nga fërkimi viskoz dhe zvogëlohet.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/47.jpg)
Lëngjet janë një lubrifikant fërkimi, por kur tërhiqni gozhdë nga një produkt druri që ka rënë në shi për një kohë të gjatë ose në një vend të lagësht, duhet të bëni shumë më tepër përpjekje sesa kur tërhiqni nga një produkt i thatë! Fakti është se boshllëqet midis grimcave të drurit të fryrë nga lagështia rriten, dhe gozhda ngjeshet më fort nga fijet e drurit, ndërsa forca e fërkimit rritet.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/29.jpg)
Kur një valë e baticës lëviz përgjatë dyshemesë së oqeanit, forcat e fërkimit bëjnë që rrotullimi i Tokës të ngadalësohet dhe dita të zgjatet.
Fërkimi viskoz çon në humbjen e energjisë mekanike të trupit në lëvizje, sepse e ngadalëson atë. Por kjo nuk do të thotë që, për shembull, një aeroplan do të jetë më mirë të fluturojë në një mjedis pa fërkim viskoz. Një aeroplan në ajër të tillë nuk do të mund të ngrihet fare, sepse. ngritja e krahut të saj dhe shtytja e helikës së saj do të jenë zero!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/46.jpg)
Shpejtësia lineare e një sateliti që lëviz në shtresa të rralla të atmosferës rritet për shkak të rezistencës së ajrit! Paradoksi shpjegohet me faktin se rrezja e orbitës zvogëlohet dhe një pjesë e energjisë potenciale të satelitit shndërrohet në energji kinetike.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/81.jpg)
Për një anije me një zhvendosje prej rreth 35,000 tonë dhe një gjatësi prej rreth 180 m, humbja e fërkimit ndaj ujit me një goditje prej 14 nyjesh është afërsisht 75% e fuqisë totale, dhe 25% e mbetur shpenzohet për tejkalimin e rezistencës së valës. . Është interesante se ky lloj i fundit i humbjes zvogëlohet ndjeshëm kur trupi lëviz në një pozicion të zhytur.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/79.jpg)
Atmosfera jonë pranë sipërfaqes së tokës është rreth 800 herë më pak e dendur se uji, por gjithashtu mund të krijojë një kundërveprim të madh ndaj lëvizjes. Kështu, një tren i zakonshëm me një shpejtësi prej 200 km/h shpenzon rreth 70% të fuqisë së tij totale për të kapërcyer rezistencën e ajrit. Edhe me një formë të rregulluar mirë, kjo shifër nuk bie nën gjysmën e fuqisë totale.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/80.jpg)
Tashmë avioni i parë ndjeu qartë forcën gjigante të rezistencës ajrore. Dhe që nga ai moment, ulja e zvarritjes për shkak të riorganizimit më të mirë është bërë një nga problemet kryesore në zhvillimin e aviacionit. Në fund të fundit, fërkimi kundër ajrit jo vetëm që thith energjinë e motorëve, por gjithashtu çon në mbinxehje të rrezikshme të avionit në shtresa të dendura të atmosferës. Por në të njëjtën kohë, fluksi i ardhshëm shërben si një nga burimet e ngritjes së avionëve.