Неможливо уявити навколишній світ без рідин. До властивостей будь-який з них можна віднести здатність текти під дією сили тяжіння, зберігати обсяг навіть при дуже високому тиску, здатність кипіти, підтримуючи свою температуру постійною, і багато інших. У цій статті ми розглянемо плинність рідин і їх в'язкість.
Плинність різних рідин різна. Наприклад, вода з чайника навіть з вузьким «носиком» витече менше ніж за хвилину, а, наприклад, мед або згущене молоко виллються набагато повільніше. Плинність однієї і тієї ж рідини теж непостійна - може змінюватися в залежності від температури. Наприклад, підігрів мед, ми помітимо, що він став більш текучим. Приклад з техніки: якщо двигун автомобіля довгий час не прогрівати, мастило згуститься і його плинність зменшиться, що приведе до значного погіршення його мастильних характеристик. Тому в масло додають особливі речовини, які роблять його добре текучим навіть при низьких температурах і при перервах в роботі двигуна.
Плинність рідини обумовлена рухливістю її частинок (молекул, атомів, іонів) один по відношенню до одного. А різна плинність різних рідин пояснюється неоднаковою рухливістю різних частинок. Якщо молекули рідини складні, мають «зелене» будова, то і їх взаємна рухливість невелика, так як «гілки» створюють взаємні перешкоди для переміщення часток один по відношенню до одного.
Зміна плинності однієї і тієї ж рідини при зміні температури пояснюється зміною розмірів проміжків між її частками. Наприклад, зі збільшенням температури відстані між частинками рідини збільшуються, що полегшує їх взамние переміщення.
Як же виміряти і кількісно порівняти плинність різних рідин? Найпростіший спосіб - вимірюючи час протікання відомого об'єму рідини через вузьку трубку (капіляр) при відомій різниці тисків на вході і виході з трубки. Відповідно, використовувана для таких вимірювань одиниця - 1 Па · с (паскаль-секунда).
На малюнку показаний прилад, який реалізує цей спосіб - капілярний віскозиметр. З його допомогою можна проводити вимірювання в діапазонах від 10 мкПа · с до 10 кПа · с. Найпростіший капілярний віскозиметр представляє собою посудину певного обсягу з капіляром (верхня частина малюнка). Наливається в посудину рідина під впливом сили тяжіння і, відповідно, певного перепаду тиску P випливає через капіляр діаметром 2R і довжини L в іншу посудину.
Назва приладу «вискозиметр» (від лат. Viscosus - в'язкий) підкреслює, що плинність і в'язкість - взаємопов'язані поняття. Чим більше в'язкість, тим менше плинність і навпаки. Якщо, наприклад, перемішувати різні рідини паличкою або ложкою, то буде виникати опір їх рухові. Воно виникає при зсуві одних шарів рідини щодо інших і називається внутрішнім тертям. Воно пояснюється тим, що частинки рідини рухливі, тому передають кінетичну енергію, одержувану від стороннього предмета, що рухається, іншим частинкам. В результаті передачі енергії іншим, перш перебували в спокої, верствам рідини, перемішуємо шар втрачає енергію, одержувану від рухомого предмета. Це і сприймається нами як опір руху.
У фізиці замість поняття «плинність» частіше використовують термін з протилежним значенням - в'язкість. Під цим розуміють здатність рідин чинити опір переміщенню однієї їх частини (шару) щодо іншої частини (шару).
Розглянемо рух кульки в рідині. Шар рідини, що безпосередньо прилягає до кульки, буде переміщатися з тією ж швидкістю, що і кулька: найтонший шар рідини буде захоплюватися рухомим кулькою. У міру віддалення від нього шари рідини будуть переміщатися зі все меншими швидкостями, що звертаються в нуль у нерухомих стінок посудини. Загальна сила тертя (опору руху) буде складатися, в основному з сил тертя численних (умовних) шарів рідини один про одного, а силою тертя об кульку можна знехтувати. На цьому принципі працюють кулькові віскозиметри. Основа їх конструкції - кулька, потопаючий в трубці з рідиною. Вискозиметр вимірює час, за яке кулька пройде певну відстань. Далі за спеціальними таблицями виробляють розрахунок в'язкості.
В'язкість - важлива характеристика речовин. Значення в'язкості потрібно враховувати при перекачуванні рідин по трубопроводах. В'язкість розплавлених металів і шлаків вельми істотна в сталеливарному виробництві. За в'язкості часто судять про готовність або як продуктів або напівфабрикатів, оскільки в'язкість тісно пов'язана зі структурою речовини і відображає ті зміни речовин, які відбуваються під час технологічних процесів.
Віскозиметри застосовують в різних областях науки і техніки. Наприклад, для вимірювань в'язкості нафти і нафтопродуктів, лікарських препаратів, крові людини і інших рідин. Це дозволяє побічно судити про інших, що не вимірюваних настільки простим методом, характеристиках досліджуваних рідин. При цьому важливо пам'ятати, що в'язкість, як і плинність, сильно змінюється при коливаннях температури. Тому вимірювання потрібно проводити, дотримуючись сталість температури.