[Править]Определение

Простое уравнение, описывающее силы вязкости, возникающие в ньютоновской жидкости (которые во многом определяют ее поведение), основано на сдвиговом течении:

,

где

 — касательное напряжение, вызываемое жидкостью [Па]

 — динамический коэффициент вязкости — коэффициент пропорциональности [Па·с]

 — производная скорости в направлении, перпендикулярном направлению сдвига [с⁻¹].

• Это уравнение обычно используют при течении жидкости в одном направлении, когда вектор скорости течения можно считать сонаправленным (параллельным) во всех точках рассматриваемого объёма жидкости.

Общая формула, дающая силу трения в жидкости: дифференциал вектора силы трения равен тензору коэффициента вязкости, умноженному на векторное произведение дифференциала вектора площади соприкасающихся слоев жидкости и ротора скорости:

где   — тензор коэффициента вязкости. Диагональными компонентами тензора вязкости является молекулярная вязкость жидкости, недиагональные компоненты — турбулентная вязкость.

Из определения, в частности, следует, что ньютоновская жидкость продолжает течь, даже если внешние силы очень малы, лишь бы они не были строго нулевыми. Например, вода является ньютоновской жидкостью, потому что она продолжает демонстрировать свойства жидкости вне зависимости от скорости перемешивания, в противоположность Неньютоновским жидкостям, вязкость которых изменяется в зависимости от скорости тока жидкости — к примеру, перемешивание может оставлять «дыру» позади (которая понемногу заполняется со временем — такое поведение наблюдается в таких веществах, как пудинг, суспензия крахмала в холодной воде и, в менее строгих рамках — песок), а при уменьшении толщины слоя жидкости происходит скачок вязкости из-за изменения скорости течения жидкости (это наблюдается у некоторых неподтекающих красок, которые легко наносятся, но становятся очень вязкими на поверхности сразу после нанесения и не стекают даже если поверхность вертикальная).

Для ньютоновской жидкости вязкость, по определению, зависит только от температуры и давления (а также от химического состава, если жидкость не является беспримесной) и не зависит от сил, действующих на неё.

Если жидкость несжимаема и вязкость — константа по всему объёму жидкости, то уравнением, выражающим касательное напряжение в прямоугольной системе координат, будет:

с сопутствующим тензором напряжения   (также часто обозначаемым по другому — как  )

где, согласно традиционным обозначениям тензора,

 — касательное напряжение на  -ой грани элемента жидкости в  -ом направлении

 — скорость в  -ом направлении

 —  -ая координата направления

Если жидкость не подчиняется этим отношениям, то её называют неньютоновской жидкостью, коими являются, к примеру, растворы полимеров, ряд твердых суспензий и большинство очень вязких жидкостей.

Вязкое (жидкое) трение

Вязкое трение (жидкое) - трение между жестким телом и жидкостью, а также между слоями жидкости или газа.

Сухое трение разделяется на:

1. Трение скольжения;

2. Трение качения.

Силы трения возникают не только при скольжении одной поверхности по другой, но также при попытке вызвать такое скольжение.

Интересно, что абсолютно сухие тела в природе практически не встречаются. При любых условиях содержания техники на поверхности твердого вещества образуются тонкие пленки атмосферных осадков, жиров и т.д. Трение между твердым телом и жидкостью или газом называется вязким или жидким трением.

Где возникает вязкое трение?

Вязкое трение возникает при движении твёрдых тел в жидкой или газообразной среде, или когда сама жидкость или газ текут мимо неподвижных твёрдых тел. Какова причина вязкого трения?  Причина возникновения вязкого трения - это внутреннее трение. Если твёрдое тело движется в неподвижной среде, прилипший к нему слой воды или воздуха перемещается вместе с ним. При этом он скользит вдоль соседнего слоя. Возникает сила трения, увлекающая этот слой. Он приходит в движение и в свою очередь увлекает следующий слой и т. д. Чем дальше от поверхности тела, тем медленнее движутся слои жидкости или газа. Сила трения между слоями тормозит более быстрые слои и, значит, само твёрдое тело. Оно тормозится непосредственно вязким трением. То же самое происходит, когда поток жидкости или газа течёт мимо неподвижного тела.  Интересные особенности вязкого трения! ОПЫТ.

Налейте в тарелку немного воды и опустите туда щепку. Подуйте на щепку – она поплывёт по воде. И даже если вы подули слабо, щепка всё равно сдвинется с места. Главное отличие вязкого трения от сухого состоит в том, что не существует вязкого трения покоя!

Как бы ни мала была сила тяги, действующая на тело, она сразу же вызывает движение тела в жидкости. Чем меньше эта сила, тем медленнее будет плыть тело.

От чего зависит сила трения в жидкости или газе? Сила трения, испытываемая движущимся телом, например, в жидкости,  зависит от скорости движения, от формы и размеров тела и от свойств жидкости.  При малых скоростях движения сила сопротивления  прямо пропорциональна скорости движения и линейному размеру тела.  Тела испытывают тем большую силу противления, чем более густой (вязкой)  будет среда. А жидкости могут быть не вязкие, как вода, или очень вязкие, как мед. У воды вязкость меньше, чем у клея, а у клея – меньше, чем у смолы.  А вязкость зависит от температуры жидкости.  Например, зимой мотор стоявшего на морозе автомобиля приходится разогревать.  Делается это для того, чтобы согреть застывшее масло, залитое в мотор Вязкость застывшего масла больше , чем у нагретого, и мотор не может быстро вращаться.  Наоборот, вязкость газов с понижением температуры падает.

При увеличении  скорости тела  меняется  сопротивления среды. Оно зависит от  характера обтекания движущегося в нем тела. На больших скоростях  позади движущегося тела возникает сложное турбулентное течение, образуются причудливые фигуры, кольца и  вихри.

Турбулентное сопротивление  движению зависит  уже от плотности среды, квадрата скорости тела и размеров (в квадрате) тела. Турбулентное сопротивление  уменьшается во много раз после придания  движущемуся телу  обтекаемой формы. Наилучшей для тела, движущегося в толще жидкости или газа, является форма, тупая спереди и острая сзади (например, у дельфинов и китов).