La viscosité cinématique est une caractéristique physique fondamentale de tous les fluides gazeux et liquides. Cet indicateur est d'une importance capitale pour déterminer la traînée des corps solides en mouvement et la charge qu'ils subissent. Comme vous le savez, dans notre monde, tout mouvement se produit dans l'air ou dans l'eau. Dans ce cas, les corps en mouvement sont toujours affectés par des forces dont le vecteur est opposé à la direction de déplacement des objets eux-mêmes. En conséquence, plus la viscosité cinématique du milieu est élevée, plus la charge subie par le solide est forte. Quelle est la nature de cette propriété des liquides et des gaz ?
La viscosité cinématique, définie comme le frottement interne, est due au transfert de quantité de mouvement des molécules de substance perpendiculairement à la direction du mouvement de ses couches à des vitesses différentes. Par exemple, dans les liquides, chacune des unités structurelles (molécule) est entourée de toutes parts par ses voisines les plus proches, situées approximativement à une distance égale à leur diamètre. Chaque molécule oscille autour d'une position dite d'équilibre, mais, prenant l'élan de ses voisines, elle fait un saut brusque vers un nouveau centre d'oscillation. En une seconde, chacune de ces unités structurelles de matière a le temps de changer de lieu de résidence environ cent millions de fois, effectuant entre des sauts de un à des centaines de milliers d'oscillations. Bien sûr, plus une telle interaction moléculaire est forte, plus la mobilité de chaque unité structurelle sera faible et, par conséquent, plus la viscosité cinématique de la substance sera élevée.
Si une molécule est soumise à des forces externes constantes provenant de couches voisines, alors dans cette direction la particule effectue plus de déplacements par unité de temps que dans la direction opposée. Par conséquent, son errance chaotique se transforme en un mouvement ordonné avec une certaine vitesse, en fonction des forces qui agissent sur lui. Cette viscosité est typique, par exemple, des huiles moteur. Ici, le fait que les forces externes appliquées à la particule considérée effectuent un travail sur une sorte d'écartement des couches à travers lesquelles la molécule donnée se comprime est également important. Un tel impact augmente finalement la vitesse du mouvement thermique aléatoire des particules, qui ne change pas avec le temps. En d'autres termes, les liquides se caractérisent par un écoulement uniforme, malgré l'influence constante des forces externes multidirectionnelles, puisqu'ils sont équilibrés par la résistance interne des couches de matière, qui détermine simplement le coefficient de viscosité cinématique.
Avec l'augmentation de la température, la mobilité des molécules commence à augmenter, ce qui entraîne une certaine diminution de la résistance des couches de matière, car dans toute substance chauffée, des conditions plus favorables sont créées pour la libre circulation des particules dans la direction de la force appliquée. Cela peut être comparé au fait qu'il est beaucoup plus facile pour une personne de se faufiler dans une foule en mouvement aléatoire que dans une foule immobile. Les solutions de polymères ont un indicateur significatif de viscosité cinématique, mesurée en Stokes ou Pascal secondes. Cela est dû à la présence dans leur structure de longues chaînes moléculaires liées rigidement. Mais à mesure que la température augmente, leur viscosité diminue rapidement. Lorsque les produits en plastique sont pressés, ses molécules filamenteuses et étroitement entrelacées sont forcées dans une nouvelle position.
La viscosité des gaz à une température de 20°C et une pression atmosphérique de 101,3 Pa est de l'ordre de 10-5Pas. Par exemple, la viscosité cinématique de l'air, de l'hélium, de l'oxygène et de l'hydrogène dans de telles conditions sera égale à 1,8210-5, respectivement; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0.8810-5 Pas. Et l'hélium liquide a généralement la propriété étonnante de superfluidité. Ce phénomène, découvert par l'académicien P. L. Kapitsa, réside dans le fait que ce métal dans un tel état d'agrégation n'a presque pas de viscosité. Pour lui, ce chiffre est quasiment nul.
