Вязкость

Вязкость - сопротивление, оказываемое телом движению отдельной егочасти без нарушения связи целого. Такое движение составляетхарактеристику жидкостей, как "капельных", так и "упругих", т.е. газов.Малейшая Сила приводит в движение часть жидкого тела и вызывает вжидкости "течения", длящиеся и по прекращении действия силы. Приопределении В. предстоит иметь прежде всего в виду тела жидкие,капельно-жидкие и упруго-жидкие. По определению Ньютона, жидкостьпредставляет тело, обладающее такою подвижностью, что отдельные частиего могут совершенно свободно перемещаться внутри тела, как бы скользябез трения. Таково определение идеальной жидкости, реальные же жидкостиобнаруживают лишь определенную степень подвижности. Движение, сообщенноечасти жидкости, постепенно замедляется и наконец совершеннопрекращается, превращаясь в теплоту. Причина, задерживающая свободноедвижение частей жидкости, причина мешающая жидкости "течь", называется"внутренним трением" или В. жидкости. Чтобы поддерживать течениежидкости с некоторою постоянной скоростью, необходимо непрерывноедействие силы, необходимо постоянное давление, величина которого и можетслужить мерой В. Величина В. характеризует как бы степень несовершенстважидкости. И в обычном языке "густой" или "вязкой" жидкости мыпротивопоставляем "жидкую" (напр., мы говорим: "жидкое вино, жидкоемолоко" и т.п.), т.е. такую, которая представляет высокую степеньподвижности. Как бы ни были, однако, велики величины В., пока мы имеемдело с жидкостями, явления движения их должны представлять лишьколичественные различия. И при огромной В. всякая, даже весьма малаясила, должна вызывать конечную скорость "течения". Только в том случае,когда величина В. является бесконечной, когда конечная Сила вызываетбесконечно малую скорость течения, т.е. когда тело вовсе не течет придействии некоторой силы, оно лишено свойств жидкости. При решениивопроса о том, приложимо ли и к твердым телам Понятие о В., необходиморассмотреть: представляют ли и в каких условиях твердые тела бесконечнуювеличину В. Твердые тела характеризуются упругостью. Сила, приложенная купругому телу, вызывает изменение формы - деформацию, наступающуюнемедленно, и никаких длящихся движений в частях упругого тела непроисходит. Опыт показывает, что твердые тела упруги лишь в известныхпределах деформации. За этими пределами упругости твердые телаобнаруживают большую или меньшую "пластичность", свойство в основетождественное с "текучестью" жидкостей. Многие твердые тела обладаютвесьма низким пределом упругости и при действии даже весьма малых силявляются пластичными. Подвергая такие тела значительному давлению, можновызвать движете, вполне отвечающее "течению" жидкостей. По опытамТреска, свинец при большом давлении выдавливается из отверстий сосудаподобно жидкости, а по опытам Спринга - при давлении в несколько тысячатмосфер почти все твердые тела (даже и весьма хрупкие при обычныхусловия) являются пластичными. Высокую степень пластичности обнаруживаютне только даже аморфные, но и кристаллические тела. Примеромпластичности кристаллического тела может служить пластичность льда.Замечательны "текучие кристаллы" Лемана, обнаруживающие признакикристаллического сложения (при оптическом исследовании) только тогда,когда их тяжесть уравновешена окружающею жидкостью; при недостаточномсоблюдении этого условия кристаллы эти текут, как жидкость, и необнаруживают кристаллического сложения. При низком пределе упругостиразличие между твердым телом и жидкостью сглаживается и решить, имеем лимы в таком случае дело с весьма вязкой жидкостью или с весьма пластичнымтвердым телом, нелегко. Глицерин, напр., мы можем признать ещежидкостью, хотя и весьма вязкою, но чем считать вазелин, воск и т.п.?Критерием является существование предела упругости. Но при низкомпределе упругости и при большой В. установить существование пределаупругости невозможно. При этих условиях пришлось бы неизбежно прилагатьмалые силы, а при малых силах и большой В. скорость "течения" такничтожна, что легко ускользает от наблюдения. Опыт показывает, чтомногие мало пластичные тела, как, например, вар, даже чугун и мрамор,при весьма продолжительном действии сравнительно слабых сил испытываютизменения формы, не исчезающие по прекращении действия силы. Весьманаглядно обнаруживает явления пластичности стекло. Если оставить,например, термометр в горизонтальном положении, подпертым в крайнихточках, то через несколько лет он оказывается сильно изогнутым. Такимобразом, подвергая тела кратковременному действию силы, можно впасть вошибку относительно предела упругости и признать тело в известныхпределах совершенно упругим и бесконечно вязким только вследствиенедостаточной продолжительности наблюдения. Был, поэтому, возбуждаемвопрос: существует ли вообще предел упругости, или же припродолжительном действии даже малейших сил все тела испытывают длящиесяизменения формы. Существуют ли тела с бесконечно большой вязкостью исовершенно лишенные "текучести"? Опытного решения этого вопроса, как ианалогичного ему вопроса о летучести или испаряемости тел, не имеется, ивряд ли такое решение можно ждать в будущем. Во всяком случае, мы можемутверждать, что по отношению к текучести нет резкой границы междужидкими и твердыми телами. Благодаря существованию весьма вязкихжидкостей и весьма пластичных твердых тел, оба состояния связаны стольнепрерывной цепью, что можно по отношению к В. говорить о резкихразличиях только крайних членов цепи. Понятие о вязкости не связаноисключительно с представлением о жидкости. Оно приурочено лишь к томуроду движения, который свойственен высокой степени жидкостям иобнаруживается в их "течении". Чтобы определить меру вязкости,рассмотрим движение жидкости в простейших условиях, имеющих место придвижении ее с постоянной скоростью по цилиндрической трубке, еюсмачиваемой. При этом внешнее трение не имеет места, соприкасающийся споверхностью трубки слой жидкости находится в покое и течение еепредставляет скольжение бесконечного числа цилиндрических поверхностей.Такое движение по цилиндрическим поверхностям весьма наглядно обнаруженов вышеуказанных опытах Треска. Сжимая серию пластинок свинца. Тресказаставлял свинец выдавливаться через круглое отверстие внизу в формецилиндра. Разрез этого цилиндра представлял ряд концентрических слоев,совершенно подобных годичным слоям дерева. Исходя из указанногопредставления и основываясь на следующих положениях Ньютона: 1) трениедвух поверхностей жидкости пропорционально их относительной скорости, 2)пропорционально величине поверхностей, и 3) не зависит от давления, подкоторым находится жидкость, Стокс (а впоследствие и другие) вывелследующую зависимость , где V - объем вытекшей в единицу временажидкости, r - радиус трубки, l - ее длина, D - давление жидкости, m -постоянная, характеризующая В. жидкости, а p - известное отношениеокружности к диаметру. Такая же зависимость выведена была еще ране изнепосредственных опытов Пуазелем. Таким образом, зная объем протекшей потрубке в единицу времени жидкости, давление, длину и радиус трубки,можно вычислить m-постоянную В. Эта постоянная выражает силу,необходимую для того, чтобы вызвать в двух слоях жидкости, споверхностью равной 1 и расположенных на расстоянии равном 1, разностьскоростей, равную 1, при условии, что движение представит скольжениебесконечного числа параллельных плоскостей. Точное определениеабсолютной величины постоянной m сопряжено с затруднениями, вследствиетрудности точного измерения размеров трубки. Вследствие этогопредпочитают определять относительную величину этой постоянной,сравнивая время, необходимое для прохождения через одну и ту же трубкуданного объема жидкостей при данном давлении. В этом случае m: m1 = t :t1, т.е. вязкости относятся, как времена истечения. За единицу В.принимают В. воды. Описанный способ наиболее употребителен дляопределения В. Для той же цели применялись также наблюдения над качаниемдисков. В. представляет величину весьма характерную для жидкостей.Зависимость между составом и В., как показал Грэм, представляет тот, жехарактер, как и зависимость между составами и температурой кипения.Несмотря на значительное число исследований, привести зависимость междусоставом жидкостей и их вязкостью к простой формуле и поныне не удалось.В. уменьшается с температурой. Заслуживают внимания наблюдения над В.растворов. Найдено, что раствор, составленный в пропорции,представляющей и в отношении других свойств особенности, обнаруживает инаибольшую вязкость. Так из растворов спирта и воды наибольшую В.обнаруживает раствор, которому отвечает а наибольшее сжатие. НаибольшаяВ. отвечает растворам, состав которых выражается простыми частичнымиформулами. Замечательны также наблюдения над В. водных растворов солейхлористоводородной кислоты, обнаруживших соотношение между В. этихрастворов и положением элементов в периодической системе. Д. Коновалов.