粘滯性

在我們的周圍，存在著各種各樣的摩擦現(xiàn)象。我們能走路、坐定和工作，這都離不開摩擦。摩擦是普遍存在的。潺潺的流水里，甚至連能自由流動(dòng)的空氣里也存在著摩擦。人們把流體體內(nèi)摩擦也稱作黏滯性。物理學(xué)上用黏滯系數(shù)h（單位為泊）來表示流體黏滯性的大小。葡萄糖漿的黏滯系數(shù)η=6.6x10^11泊，較大，水的黏滯系數(shù)η=8.01x10^-3泊，較小。實(shí)際上所有流體都有不同程度的黏滯性。而且對于大多數(shù)液體，η隨溫度上升而下降。什么流體的黏滯系數(shù)最?。?957年12月1日，美國加利福利亞技術(shù)學(xué)院宣布：在液氦Ⅱ里，黏滯系數(shù)小得測量不到。它是沒有黏滯系數(shù)的理想流體 。

粘滯性壓強(qiáng)

壓強(qiáng)變化對分子動(dòng)量交換影響甚微，所以氣體的黏度隨壓強(qiáng)的變化很?。簤簭?qiáng)增加將使分子間距減小，所以壓強(qiáng)對液體的黏性的影響相對較大 。

在低于100大氣壓情況下，壓強(qiáng)變化對液體黏度的影響很小，可忽略不計(jì)。在高壓的作用下氣體與液體的黏度均隨壓力的升高而増大 。

粘滯性溫度

黏度是流體黏性的度量，受流體溫度和壓力的影響。但壓力的影響很小，通常只需考慮溫度的影響。溫度對液體和氣體黏性的影響規(guī)律截然不同。溫度升高時(shí)，液體的黏性降低。這是因?yàn)橐后w的黏性主要是由液體分子之間的內(nèi)聚力引起的，溫度升高，內(nèi)聚力減弱，故黏性降低。溫度升高時(shí)，氣體的黏性增加。因?yàn)樵斐蓺怏w黏性的主要原因在于氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)，溫度越高，熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，所以黏性就越大。流體的黏度一殿無法直接測量，往往是先測量與其有關(guān)的物理量，再通過相關(guān)方程進(jìn)行計(jì)算得到。人們對黏度的測量早己開始，并且發(fā)展了許多相當(dāng)成熟的方法，如傳統(tǒng)的毛細(xì)管法、管流法、落球法、旋轉(zhuǎn)法及振動(dòng)法等 。2100433B

流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在某一斷面處的各質(zhì)點(diǎn)的流速是不相同的。靠近管壁的流速為零，而越靠近管中心流速越大，由于各層流的流速不等，各點(diǎn)層流之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，在相鄰的流層之間產(chǎn)生了阻礙相對運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦阻力，稱粘滯力。液體具有粘滯力的性質(zhì)稱為粘滯性 。

牛頓內(nèi)摩擦定律或牛頓剪切定律對流體的黏性作了理論描述，即流體層之間單位面積的內(nèi)摩擦力或剪切應(yīng)力與速度梯度或剪切速率成正比 。

粘滯性流體分子間的引力

流體分子間的引力，當(dāng)流體微團(tuán)發(fā)生相對位移時(shí)，必須克服相鄰分子間的引力，從而表現(xiàn)出內(nèi)摩擦力 。

粘滯性流體分子的熱運(yùn)動(dòng)

流體的動(dòng)力黏度主要與流體的種類及溫度有關(guān)。在通常壓強(qiáng)范圍內(nèi)，壓強(qiáng)對流體黏性的影響很小，可以忽略不計(jì)。溫度對流體的黏性影響很大，而且溫度對液體和氣體黏性的影響完全相反，液體黏性隨溫度升高而減小，氣體黏性隨溫度升高而增大。這是因?yàn)橐后w的分子間距小，分子間的吸引力是構(gòu)成液體黏性的主要因素，溫度升高，分子間的吸引力減小，液體的黏性降低。構(gòu)成氣體黏性的主要因素是氣體分子作不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)氣體分子間的動(dòng)量交換。溫度升高，氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子間的動(dòng)量交換加劇，使氣體黏性增強(qiáng) 。

分子力和分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。

流體都是具有粘性的。流體在管道中流動(dòng)，需要在管道兩端建立壓強(qiáng)差或位置高度差；輪船在河流中行駛、飛機(jī)在空中飛行都需要?jiǎng)恿Φ奶峁?，這都是為了克服由于流體粘性所產(chǎn)生的阻力。

流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為流體的粘性，粘性是流體的固有物理屬性，但粘性只有在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下才能顯示出來。

在理論力學(xué)中所說的“與物體速度一次方成正比的阻力”，指的就是粘滯阻力。在空氣中運(yùn)動(dòng)速度不十分快的物體，受到的阻力主要是粘滯阻力。

形成流體粘性的原因有兩個(gè)方面：一是流體分子間的引力，當(dāng)流體微團(tuán)發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須克服相鄰分子間的引力，這種作用類似物體間的相互摩擦，從而表現(xiàn)出摩擦力；二是流體分子的熱運(yùn)動(dòng)，當(dāng)流體層之間作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，使流體層之間產(chǎn)生質(zhì)量交換，由于流層之間的速度差別，必然產(chǎn)生動(dòng)量交換，從而產(chǎn)生力的作用，使得相鄰的流體層之間產(chǎn)生摩擦力。不論氣體和液體，都存在分子之間的引力和熱運(yùn)動(dòng)，只是所占比重不同而已。對于氣體，由于分子距比較大，分子間的引力相對較小，而分子的熱運(yùn)動(dòng)卻非常強(qiáng)烈，因此構(gòu)成氣體粘性的主要原因是分子的熱運(yùn)動(dòng)；對于液體，分子距非常小，分子之間的相互約束力非常大，分子的熱運(yùn)動(dòng)非常微弱，所以構(gòu)成液體的粘性主要原因是分子間的引力。

粘滯阻力（viscosity resistance）

物體在粘滯性流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于緊靠物體表面的流體附于物體的表面而被帶走，于是在物體表面附近形成速度梯度，因而流層之間有內(nèi)摩擦力，物體受到內(nèi)擦阻力。這種由于流體的粘滯性直接產(chǎn)生的阻力叫做粘滯阻力。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度不大，且物體的形狀是適宜的流線型時(shí)，物體的后邊沒有渦旋發(fā)生。在此情形下，物體所受的阻力就是粘滯阻力。

通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)，得出如下的規(guī)律:若物體相對于流體的運(yùn)動(dòng)速度很小時(shí)，其所受阻力F與物體相對于流體的運(yùn)動(dòng)速度v、流體的粘滯系數(shù)η及物體的線度l成正比。這一規(guī)律稱為斯托克定律。其比例系數(shù)隨物體的形狀而定，對于球形物體來說，其線度以半徑r表示。其比例系數(shù)為6π，即球形物體在粘滯性流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受到的粘滯阻力位：F=6πηrv，該式稱為斯托克定律。