Вискозитет

Поведение на течност с малък (горе) и голям (долу) вискозитет

Вискозитетът е мярка за съпротивлението на флуид срещу преместването на едни негови пластове спрямо други. Възприема се като „гъстота“ или съпротивление при изливане. Вискозитетът представя вътрешното съпротивление (напрежение) на флуида да изтича и може да бъде считан като мярка за триенето на флуида. Така водата е „рядка“, тъй като има малък вискозитет, докато растителното масло е „гъсто“, защото има голям вискозитет.

Теоретична обосновка на Нютон

Когато срязващо усилие е приложено на твърдо тяло, тялото се деформира, докато деформацията породи противодействаща сила, която балансира приложената сила до достигане на равновесие. Когато напречно усилие е приложено върху флуид (тъй както вятърът духа върху повърхността на океана) флуидът започва да тече и продължава да тече, докато е приложено усилието. Когато усилието е премахнато, по принцип потокът се разпада поради вътрешно разсейване на енергията. Колкото е по-гъст флуидът, толкова по-голямо е съпротивлението му на срязващи напрежения и по-бързо е затихването на потока му.

Принципно във всеки поток слоевете се движат с различни скорости и „гъстотата“ на флуида възниква от напрежението на срязване между слоевете, което изключително се съпротивлява на всяка приложена сила.

Исак Нютон постулира, че за прав, паралелен и равномерен поток, срязващото напрежение $\tau$ между слоевете е пропорционално на градиента на скоростта, ∂u/∂y, по посока перпендикулярна на слоевете, с други думи относителното движение на слоевете.

$\tau =\mu {\frac {\partial u}{\partial y}}$.

Тук константата μ е известна като коефициент на вискозност, вискозитет, или динамичен вискозитет. Много флуиди като водата и повечето газове удовлетворяват критерия на Нютон и са известни като нютонови (идеални) флуиди. Не-нютоновите флуиди проявяват по-сложна от линейната зависимост между срязващите напрежения и градиента на скоростта.

В доста изчислителни случаи се използва отношението на вискозната сила към инерционната сила; последната е характеризирана от плътността на флуида ρ. Това отношение се характеризира от кинематичния вискозитет, определен като:

$\nu ={\frac {\mu }{\rho }}$.

Джеймс Кларк Максуел нарича вискозитета бягаща еластичност поради аналогията на съпротивлението при еластичната деформация на твърдите тела при напрежения на срязване. Вискозитетът е основният механизъм за разсейване енергията на движението на флуида, предимно като топлина.

В системата SI единицата за динамичен вискозитет е паскал-секунда (Pa·s), която е идентична на 1 N·s/m² или 1 kg/(m·s). В системата CGS единицата за динамичен вискозитет е пуаз; 1 Pa·s = 10 пуаза.

В системата SI единицата за кинематичен вискозитет е m²/s. В системата CGS единицата за кинематичен вискозитет е стокс.