מתח פני השטח לעומת צמיגות
צמיגות ומתח פני השטח הן שתי תופעות חשובות מאוד לגבי המכניקה והסטטיקה של נוזלים. תחומים כמו הידרודינמיקה, אווירודינמיקה ואפילו תעופה מושפעים מההשלכות של תופעות אלו. חיוני להיות בעל ידע מעמיק בתופעות אלו כדי להצטיין בתחומים כאלה. מאמר זה ישווה בין צמיגות ומתח פני השטח ויציג את ההבדלים בין השניים.
מהו מתח פני השטח?
שקול נוזל הומוגני. לכל מולקולה בחלקים המרכזיים של הנוזל יהיה בדיוק אותה כמות כוח המושכת אותה לכל צד.המולקולות שמסביב מושכות את המולקולה המרכזית באופן אחיד לכל כיוון. עכשיו שקול מולקולת פני השטח. יש לו רק כוחות הפועלים עליו לעבר הנוזל. כוחות ההדבקה באוויר-נוזל אינם אפילו כמעט חזקים כמו כוחות הלכידות הנוזליים. לכן, מולקולות פני השטח נמשכות לכיוון מרכז הנוזל, ויוצרות שכבה דחוסה של מולקולות. שכבת פנים זו של מולקולות פועלת כסרט דק על הנוזל. אם ניקח את הדוגמה מהחיים האמיתיים של סטרידר המים, הוא משתמש בסרט הדק הזה כדי למקם את עצמו על פני המים. זה מחליק על השכבה הזו. אם זה לא בשביל השכבה הזו, זה היה טובע מיד. מתח פני השטח מוגדר ככוח המקביל למשטח המאונך לקו יחידת אורך המצויר על פני השטח. יחידות מתח הפנים הן Nm-1 מתח פני השטח מוגדר גם כאנרגיה ליחידת שטח. זה גם נותן למתח פני השטח יחידה חדשה Jm-2 מתח פני השטח, המתרחש בין שני נוזלים בלתי ניתנים לערבב, ידוע בתור מתח המשטח.
מהי צמיגות?
צמיגות מוגדרת כמדד להתנגדות של נוזל שמתעוות על ידי מתח גזירה או מתח מתיחה. במילים נפוצות יותר, צמיגות היא "החיכוך הפנימי" של נוזל. זה מכונה גם עובי של נוזל. צמיגות היא פשוט החיכוך בין שתי שכבות של נוזל כאשר שתי השכבות נעות זו לזו. סר אייזק ניוטון היה חלוץ במכניקת הזרימה. הוא הניח כי עבור נוזל ניוטוני, מתח הגזירה בין השכבות הוא פרופורציונלי לשיפוע המהירות בכיוון המאונך לשכבות. הקבוע הפרופורציונלי (גורם מידתיות) המשמש כאן הוא צמיגות הנוזל. הצמיגות מסומנת בדרך כלל באות היוונית "µ". ניתן למדוד צמיגות של נוזל באמצעות ויסקומטרים וריאומטרים. יחידות הצמיגות הן פסקל-שניות (או Nm-2s). מערכת ה-cgs משתמשת ביחידת ה-"poise" הקרויה על שם ז'אן לואי מארי פואסי למדידת צמיגות.ניתן למדוד צמיגות של נוזל גם על ידי מספר ניסויים. צמיגות הנוזל תלויה בטמפרטורה. הצמיגות יורדת ככל שהטמפרטורה עולה.
τ=μ ∂u/∂y
משוואות צמיגות ומודלים מורכבים מאוד עבור נוזלים שאינם ניוטונים.
מה ההבדל בין מתח פני השטח לצמיגות?
• מתח פני השטח יכול להיחשב כאירוע המתרחש בנוזלים עקב הכוחות הבין-מולקולריים הלא מאוזנים, בעוד שהצמיגות מתרחשת עקב כוחות על מולקולות נעות.
• מתח פני השטח קיים גם בנוזלים נעים וגם בנוזלים שאינם נעים, אך הצמיגות מופיעה רק בנוזלים נעים.
