Поверхностное натяжение.

Гидро- и гемодинамика.

Гидродинамика – раздел физики, изучающий основные законы движения жидкостей и их взаимодействие с окружающими твёрдыми телами.

Гемодинамика – раздел физики, изучающий движение крови по сосудистой системе. Основа гемодинамики – гидродинамика.

Важнейшие свойства жидкости – поверхностное натяжение и вязкость.

Поверхностное натяжение.

На молекулу жидкости, расположенную у её поверхности действуют силы взаимодействия с соседними молекулами жидкости и газа. Причём векторная сумма всех сил, действующих со стороны жидкости, больше, чем со стороны газа. В результате молекула с поверхности жидкости переходит в глубину. Чтобы переместить эту молекулу на поверхность, ей нужно сообщить дополнительную энергию, т.е. совершить работу. Отношение работы по перемещению молекул на поверхность к площади этой поверхности – постоянная величина для данной жидкости при данной температуре – коэффициент поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения – величина, численно равная работе по созданию единицы площади свободной поверхности жидкости при постоянной температуре. Размерность: Дж/м².

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от строения жидкости (коэффициент поверхностного натяжения растворов меньше, чем растворителя) и температуры (с увеличением температуры он уменьшается).

Коэффициент поверхностного натяжения – отношение силы поверхностного натяжения к длине контура (силы поверхностного натяжения направлены перпендикулярно контуру). Размерность: Н/м.

Смачивание – явление, возникающее, когда силы поверхностного натяжения на границе твёрдого тела с газом больше, чем на границе твёрдого тела с жидкостью, при котором молекула поверхностного слоя жидкости движется вверх по стенке, увлекая за собой соседние молекулы. Угол между твёрдой поверхностью и касательной к поверхности жидкости называют краевым. В данном случае он менее 90⁰. Капля растекается по поверхности жидкости.

Несмачивание – явление, возникающее, когда силы поверхностного натяжения на границе твёрдого тела с газом меньше, чем на поверхности твёрдого тела с жидкостью, при котором молекула поверхностного слоя жидкости движется вниз по стенке, увлекая за собой соседние молекулы. Краевой угол более 90⁰. Жидкость на поверхности собирается в капли.

Под искривлённой поверхностью жидкости создаётся дополнительное давление – давление Лапласа.

, где R- радиус трубки, r – радиус мениска, Ф – краевой угол.

Капиллярность – движение жидкости в капилляре под действием давления Лапласа.

Методы измерения коэффициента поверхностного натяжения:

1. Метод Ребиндера (максимального давления в пузырьке воздуха).

С открытием крана аспиратора давление в системе падает ниже атмосферного:

.

Уровни жидкости в манометре меняются:

.

2. Метод отрыва капли.

Вязкость.

Вязкостью, или внутренним трением жидкостей и газов, называется их свойство оказывать сопротивление перемещению одной своей части относительно другой. Вязкость обусловлена наличием межмолекулярных сил притяжения (поэтому понятно то, что вязкость жидкостей больше вязкости газов).

Реальная жидкость обладает вязкостью. Жидкость, не обладающая вязкостью и к тому же абсолютно несжимаемая, называется идеальной. Идеальная жидкость – физическая абстракция, но маловязкие жидкости по ряду свойств приближаются к идеальной.

Вязкость проявляется во взаимном влиянии различно двигающихся слоёв жидкости (газа): быстрее движущийся слой ускоряет движение близлежащих слоёв, медленно движущийся – тормозит.

Обусловленные вязкостью силы действуют по касательной к слоям, а величина их определяется уравнением Ньютона:

, где

F – сила внутреннего трения

-эта–коэффициент пропорциональности, коэффициент вязкости, динамическая вязкость

S – площадь соприкасающихся слоёв

- градиент скорости – быстрота изменения скорости по мере изменения расстояния между слоями (по перпендикуляру).

Формулировка: сила внутреннего трения пропорциональна площади соприкасающихся слоёв и градиенту скорости.

Если выделить в жидкости 2 слоя со скоростями и на расстоянии , то .

Измеряется в [Паскаль^.секунда]

численно равна силе внутреннего трения между слоями жидкости единицы площади при единичном градиенте скорости.

Динамическая вязкость зависит от рода жидкости (газа) и от температуры. С ростом температуры скорость теплового движения и кинетическая энергия молекул увеличивается. Однако, влияние этого эффекта на внутреннее трение в жидкостях и газах противоположно. В жидкостях легче преодолеваются силы межмолекулярного притяжения, и вязкость уменьшается. В газах молекулы, исходно расположенные на весьма больших расстояниях, часто оказываются рядом и сталкиваются, в результате чего вязкость увеличивается.

Наряду с понятием динамической вязкости существует понятие вязкости кинематической, более полно учитывающей влияние внутреннего трения на характер течения жидкости или газа.

Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности жидкости и измеряется в .

Методы измерения вязкости:

1. Метод стокса (падающего шарика) – основан на измерении движения твёрдого тела в вязкой жидкости.

Установка: колба с жидкостью, шарик

Сила трения, возникающая при движении твёрдого тела в вязкой жидкости – сила Стокса: ; сила тяжести: ; сила Архимеда: .

Расчётная формула:

1. Метод капиллярной вискозиметрии – основан на формуле Пуазейля.
1. вискозиметр Оствальда

Расчётная формула:

1. вискозиметр Гесса

Расчётная формула:

Классификация жидкостей по их реологическим показателям:

Реология – раздел механики, занимающийся изучением деформаций и течения материалов.

Различают жидкости ньютоновские и неньютоновские. Коэффициент вязкости ньютоновских жидкостей не зависит от градиента скорости, т.е. при неизменной температуре и для данной жидкости это величина постоянная. Именно для таких жидкостей имеет место пропорциональность между градиентом скорости и силой вязкости; говорят, что эти жидкости подчиняются уравнению Ньютона.

Коэффициент вязкости неньютоновских жидкостей зависит от градиента скорости, причём эта зависимость может быть двоякой: с ростом градиента скорости у вязко-упругих жидкостей коэффициент вязкости увеличивается, а у вязко-пластичных – уменьшается.

Следовательно, сила внутреннего трения вязкоупругих жидкостей растёт быстрее, чем это следует из уравнения Ньютона, а вязкопластичные – напротив, медленнее.

в/у F в/у

ньют ньют

в/пл

в/пл

кровь

0 0

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: