Viskoossus
Viskoossus mõõdab vedeliku või gaasi sisemist vastupanu nihkedeformatsioonile. See ei ole sama mis tihedus: sarnase tihedusega vedelikud võivad voolata väga erineva kergusega.
Interaktiivne arvutus
Mudel ja põhiseos
Newtoni vedelikus on nihkepinge τ=η dv/dy. Lineaarne seos ei kehti paljude polümeeride, suspensioonide ja muude mitte-Newtoni vedelike korral.
Seost tuleb alati lugeda koos eeldustega. SI-ühikud, vektorite suunad ja taustsüsteemi valik ei ole vormistusdetailid: need määravad, mida tegelikult arvutatakse ja kas valemit võib kasutada ilma lisaliikmeteta.
Füüsikaline tähendus
Laminaarses voolus silindrilises torus annab Poiseuille’i seadus Q=πΔPr⁴/(8ηL). Sõltuvus r⁴ teeb toru raadiuse hüdraulilise takistuse jaoks erakordselt oluliseks.
Füüsikaline pilt on kasulikum kui valemi päheõppimine. Tasub küsida, milline suurus kannab energiat või impulssi, milline vastastikmõju tekitab vastuse ning milline sümmeetria lubab probleemi lihtsustada. Siis muutuvad nii märk kui ka suurusjärk arusaadavaks.
Mis tulemust muudab
Enamiku vedelike viskoossus väheneb temperatuuri tõustes, gaasidel aga tavaliselt suureneb. Seetõttu tuleb viskoossuse võrdlemisel temperatuur alati ära märkida.
Hea kvantitatiivne kontroll algab võrdelisustest. Kui pikkus kahekordistub, mass kasvab või väljatugevus muutub, näitab seos kohe, kas tulemus muutub lineaarselt, ruuduga või pöördvõrdeliselt. See annab enne arvutamist tugeva mõistlikkuse kontrolli.
Piirangud ja mõõtmine
Reynoldsi arv võrdleb inertsi- ja viskoossusmõjusid ning aitab hinnata, kas vool on laminaarne või turbulentne. Ühte universaalset kriitilist väärtust pole kõigi geomeetriate jaoks.
Reaalses süsteemis esinevad kaod, ebaühtlus ja mõõtkava piirangud. Mõõtetulemust tuleb vaadelda koos määramatusega ning kontrollida, kas ideaalne mudel on endiselt piisav. Väike kõrvalekalle ei tähenda automaatselt arvutusviga, vaid võib olla mudeli piirangu loomulik tagajärg.
Tõlgendus ja rakendus
Viskoossust mõõdetakse näiteks rõhulangu, langeva kuuli või pöörleva nihke abil. Meetod tuleb valida vastavalt sellele, kas aine käitub Newtoni vedelikuna ja milline on nihkekiiruste vahemik.
Rakenduses kontrollime vastust vähemalt kolmel viisil: mõõtmed, märk ja piirjuhud. Kui mõni parameeter läheneb nullile või muutub väga suureks, peab ennustus jääma füüsikaliselt mõistlikuks. Selline kontroll leiab eksimuse sageli kiiremini kui kogu arvutuse kordamine.
Lahendatud ülesanded
Ülesanne 1
Arvuta: rakenda Poiseuille’i seadust. Antud: r → 2r.
Lahendus: Q → 16Q
Ülesanne 2
Arvuta: rakenda Poiseuille’i seadust. Antud: η → 2η.
Lahendus: Q → Q/2
Ülesanne 3
Arvuta: rakenda Poiseuille’i seadust. Antud: ΔP → 3ΔP.
Lahendus: Q → 3Q