Что называется коэффициентом вязкости жидкости

Вязкость (пример формула)

При течении реальной вязкой жидкости происходит и давление в жидкости постепенно падает. Однако и этом сохраняет силу правила Бернулли, устанавливающее связь между давлением и скоростью движения жидкости, хотя само уравнение количественно не выполняется.

Силы взаимного притяжения имеются не только между молекулами самой жидкости, но также между молекулами жидкости и твердых тел, с которыми жидкость соприкасается, например стенок сосуда, в котором юна находится, или трубы, по которой она протекает.

Если эти силы больше сил, действующих между молекулами самой жидкости, то жидкость прилипает к стенке или ее смачивает. В этом случае при течении жидкости прилегающий к стенке слой молекул остается неподвижным. Остальная масса жидкости разделяется на молекулярные слои, двигающиеся с постепенно возрастающими от слоя к слою скоростями. Такое течение жидкости называется ламинарным.

Что такое ламинарное течение жидкости

Для пояснения ламинарного течения жидкости рассмотрим сугубо схематическую модель, состоящую из стопки тонких однородных пластинок, расположенных на неподвижной плоскости П, на каждую из которых действуют равные, одинаково направленные силы F (рис. 2, а). Под действием силы F каждая из пластинок будет, преодолевая трение, смещаться относительно нижележащей пластинки. Однако сама нижележащая плас тинка при этом смещается относительно еще более нижележащей и т. д В результате пластинки смещаются относительно исходного положения неравномерно: верхние больше, чем нижние, и через некоторое время стопка принимает вид, показанный на рис. 2, б.

Нечто подобное происходит и при ламинарном течении вязкой, смачивающей стенки сосуда жидкости. Постоянное по величине давление вызывает скольжение соприкасающихся слоев молекул жидкости один относительно другого. В результате центральные слои двигаются со значительно большей скоростью, чем периферические. Общеизвестно, например, что течение реки в средней части быстрее, чем у дна и стенок русла.

При ламинарном течении жидкости по трубе постоянного сечения скорость движения слоев молекул постепенно увеличивается от периферии к оси трубы. Однако при этом разность между скоростями двух соседних слоев имеет наибольшую величину у стенок трубы и постепенно уменьшается к центру ∆υ’ >∆υ» (рис. 3, а). Если концы векторов скорости соединить плавной кривой, то получится кривая, называемая в математике параболой.

Опыт с жидкостью

Это можно показать на следующем опыте. Наполним стеклянную трубку с краном на две трети бесцветной вязкой жидкостью, например глицерином, сверху нальем такую же, но подкрашенную жидкость так, чтобы между ними была видна резкая горизонтальная граница. Если открыть кран и дать жидкости вытекать из трубки, то вследствие большей скорости движения центральных слоев жидкости по сравнению с пристеночными граница постепенно изменяет форму и делается все более и более вытянутой вниз в средней части.

Характер течения жидкости можно наблюдать также при помощи следующего прибора (рис. 4). Стеклянная трубка В соединена с резервуаром А, заполненным чистой водой. В трубку с торца вставлен стержень Г из легко-растворяющейся краски. При движении из резервуара А вода растворяет конец стержня Г и в общий ток воды вступает окрашенная струйка. По картине дальнейшего движения этой струйки можно судить о характере движения частиц в общем потоке жидкости.

Скорость движения воды в трубке можно регулировать краном Б. При сравнительно небольшой скорости движения окрашенная струйка не смешивается с основным потоком (рис. 4, а) — течение имеет ламинарный характер. Ламинарное течение жидкости происходит при небольших скоростях движения в трубах с относительно гладкими стенками, без резких изменений площади сечения или направления течения, а также при отсутствии множественных разветвлений.

Турбулентное течение

Если в нашем опыте увеличить скорость движения воды, то окрашенная струя начинает колебаться, теряет резкую границу, образует завихрения и при еще большей скорости разрывается и смешивается с общим потоком воды (рис. 4, б). Это связано с тем, что при значительной разнице в скоростях пристеночных и центральных слоев в этих слоях появляется разница в давлении жидкости (правило Бернулли). В связи с этим частицы жидкости из периферических слоев, где давление выше, пере ходят в центральные слои, где давление меньше, в результате чего и об разуются завихрения. Подобное течение жидкости называется турбулентным.

Турбулентное течение возникает при высоких скоростях течения, а также при резких сужениях просвета, значительной шероховатости стенок или в местах множественного разветвления русла или трубы, по которой течет жидкость. Для него характерны звуковые явления (шум, журчание и т. п.), возникающие вследствие образующегося при этом колебательного движения частиц жидкости.

Измерение вязкости жидкости

Ламинарное течение жидкости используется для измерения внутреннего трения или вязкости жидкости. Рассмотрим силу трения, возникающую между двумя параллельными соприкасающимися слоями жидкости, двигающимися со скоростями υ₁ и υ₂.

Разность скоростей ∆υ=υ₂ — υ₁, отнесенная к расстоянию х между осями соответствующих слоев жидкости: ∆υх = (υ₂ — υ₁)/х или разность скоро стей, приходящаяся на единицу расстояния между слоями жидкости, называется градиентом скорости в направлении, перпендикулярном оси трубы (градиентом какой-либо физической величины называется изменение ее, приходящееся на единицу расстояния, вдоль которого это изменение рассматривается).

По формуле Ньютона сила F внутреннего трения между двумя слоями жидкости прямо пропорциональна площади S их соприкосновения и градиенту скорости ∆υх между этими слоями:

F = η(∆υх)S

где коэффициент пропорциональности η зависит от природы жидкости (также и от ее температуры) и называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом вязкости жидкости

Если ∆υх =1 и S = 1, то η = F следовательно, коэффициентом вязкости называется величина численно равная силе трения, возникающей при ламинарном течении между двумя слоями жидкости, соприкасающихся па площади, равной единице, при градиенте скорости между ними, также равном единице.

Единицей измерения коэффициента вязкости в системе СИ является н •сек/м 2 , в системе СГС — дин сек•см 2 , эта единица называется пуазом (nз): 1 н •сек/м 2 =10 пз.

С повышением температуры коэффициент вязкости значительно снижается. Это связано с тем, что при повышении температуры силы притяжения между молекулами жидкости (вследствие увеличения расстояния между ними) уменьшаются.

Непосредственное измерение силы трения между слоями жидкости затруднительно. Поэтому вязкость жидкости определяют косвенно путем наблюдения или скорости ее течение в капиллярной трубке (способ ка пиллярного вискозиметра) или скорости падения в ней небольших тел сферической формы (способ Стокса). При этом для упрощения задачи путем сравнительных измерений находят относительную вязкость данной жидкости η_отн, под которой понимают отношение коэффициентов вязкости данной жидкости η и воды. Тогда, зная, что вязкость воды при 20°С равняется 0,01 пз, можно найти коэффициент вязкости заданной жидкости: η =0,01η_отн.

Определение вязкости

Определение вязкости методом капиллярного вискозиметра основано на том, что согласно формуле Гагена — Пуазейля объем V вязкой жидкости, протекающий по тонкой трубке за определенный промежуток времени, при прочих равных условиях (в частности, при одинаковой температуре) обратно пропорционален коэффициенту вязкости ч жидкости. Следовательно, для двух сравниваемых жидкостей коэффициенты вязкости обратно пропорциональны объемам:

Применяемый в клинике прибор для определения вязкости крови состоит из двух градуированных пипеток А к Б, укрепленных на общей подставке П. В средней части пипеток имеются одинаковые капилляры а и б. Слева концы пипеток соединены тройником В, от которого идет резиновая трубка Д со стеклянным наконечником Е. Нижняя пипетка имеет слева разобщительный кран Г. При измерении, открыв кран Г и втягивая ртом воздух через наконечник E, наполняют пипетку Б водой до метки 0.

Затем, закрыв кран Г, аналогичным образом наполняют до такого же уровня пипетку А исследуемой кровью (все исследование должно производиться быстро, чтобы кровь не успела свернуться). Затем открывают кран Г и, энергично втягивая ртом воздух, всасывают жидкости из обеих пипеток так, чтобы кровь дошла до цифры 1. При этом вода как менее вязкая жидкость дойдет до более высокой цифры, которая и укажет относительную вязкость крови.

При наличии больших количеств жидкости определение коэффициента вязкости может быть сделано методом Стокса. Стоке эмпирически установил, что при не слишком быстром движении тела сферической формы в вязкой жидкости сила F_B сопротивления движению прямо пропорциональна скорости υ, радиусу r тела и коэффициенту вязкости ηжидкости: F_B = 6 π rηυ.

Если небольшой шарик радиуса r из вещества с плотностью ρ свободно падает в жидкости с плотностью ρ₁ то в случае его равномерного движения можно считать, что три действующие на него силы: сила тяжести (Р = (4/3) π r 3 ρg), выталкивающая сила (Q = (4/3) π r 3 ρ₁g) и сила сопротивления F_B взаимно уравновешиваются:

Р = Q + F_B, откуда F_B = Р — Q или 6 π rηυ = (4/3) π r 3 g (ρ — ρ₁). Отсюда коэффициент вязкости жидкости:

η = (2/9)gr2(( ρ — ρ1)/υ)

Для измерения берут высокий узкий цилиндр, в средней части которого имеются две метки а и Ь и набор металлических шариков диаметром 0,2—0,3 мм. Цилиндр заполняют исследуемой жидкостью. Затем берут шарик, опускают его в жидкость по оси цилиндра и наблюдают по секундомеру за его падением.

При прохождении шариком первой метки секундомер запускают, при прохождении второй — останавливают. Зная расстояние h между метками и время падения шарика, вычисляют его скорость υ. Радиус шарика определяют, пользуясь микроскопом с небольшим увеличением и окулярной шкалой. Коэффициент вязкости исследуемой жидкости находится из предыдущего соотношения.

Величина вязкости

В большинстве случаев коэффициент динамической вязкости измеряется в сантипуазах (сП) в соответствии с системой единиц СГС (сантиметр, грамм, секунда). На практике вязкость связана соотношением массы жидкости к ее объему, то есть с плотностью жидкости:

• ρ – плотность жидкости;
• m – масса жидкости;
• V – объем жидкости.

Отношение между динамической вязкостью (μ) и плотностью (ρ) называется кинематической вязкостью ν (ν – по-гречески – ню):

Кстати, методы определения коэффициента вязкости разные. Например, кинематическая вязкость по-прежнему измеряется в соответствии с системой СГС в сантистоксах (сСт) и в дольных величинах – стоксах (Ст):

• 1Ст = 10 -4 м 2 /с = 1 см 2 /с;
• 1сСт = 10 -6 м 2 /с = 1 мм 2 /с.

Вязкость аморфных материалов[ | ]

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс[10]:

• Q — энергия активации вязкости (Дж/моль);
• T — температура ();
• R — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль·К);
• A — некоторая постоянная.

Вязкое течение в аморфных материалах характеризуется отклонением от закона Аррениуса: энергия активации вязкости Q изменяется от большой величины Q H > при низких температурах (в стеклообразном состоянии) на малую величину Q L > при высоких температурах (в жидкообразном состоянии). В зависимости от этого изменения аморфные материалы классифицируются либо как сильные, когда ( Q H − Q L ) Читайте также: Блок управления зеркалами ЛАРГУС (джойстик) RENAULT 255706283R (оригинал)

η ( T ) = A L T ⋅ exp ⁡ ( Q H R T ) , Tcdot exp left(>>right),>

с высокой энергией активации Q H = H d + H m =H_+H_> , где H d > — энтальпия разрыва соединительных связей, то есть создания конфигуронов, а H m > — энтальпия их движения. Это связано с тем, что при T

Коэффициент динамической вязкости жидкостей уменьшается при условии нагревания вещества. Другими словами, чем выше температура жидкости, тем менее вязкой она становится.

Лабораторная работа №11

Фамилия И.О. _________________ Группа __________ Дата ______

Введение

Вязкость (внутренне трение) обуславливается силой трения, возникающей при относительном смещении слоев жидкости. Вязкость жидкости характеризуется коэффициентом вязкости. Эта величина определяет свойства жидкости и связывает силу внутреннего трения в жидкости со скоростью ее частиц.

Физический смысл коэффициента вязкости можно выяснить из следующих соображений. При установившемся потоке жидкости в трубе различные слои движущейся жидкости имеют различные скорости. Наибольшую скорость имеет слой, текущий по центральной части трубы. Слой, непосредственно прилегающий к стенкам трубы, благодаря прилипанию частичек жидкости к стенкам трубы, имеет скорость . Поэтому распределение скорости текущей жидкости по трубе определяется величиной (градиент скорости), которая показывает изменение скорости на единицу длины радиуса трубы. Согласно закону Ньютона, сила внутреннего трения между слоями определяется формулой:

где η – коэффициент вязкости;

— градиент скорости;

S – площадь поверхности, к которой приложена сила.

Из этой формулы следует:

Если предположить, что S равняется единице поверхности и градиент скорости равен единице, то η = F , то есть коэффициент вязкости численно равен силе внутреннего трения между слоями, действующей на единицу поверхности при градиенте скорости равном единице.

В системе СИ коэффициент вязкости измеряется в Ньютон секундах на квадратный метр и имеет размерность

Основными методами измерения коэффициента вязкости являются метод истечения жидкости из капилляра, разработанный Пуазейлем и метод падения шарика, разработанный Стоксом.

В настоящей работе описывается метод Стокса. Маленький шарик, изготовленный из материала, плотность которого больше плотности исследуемой жидкости, опускается в исследуемую жидкость, находящуюся в длинной трубке. На движущейся шарик действуют три силы:

где r – радиус шарика;

ρ – плотность материала шарика;

g – ускорение силы тяжести ( ).

2. Сила Архимеда, направленная против движения шарика:

здесь ρ₁ – плотность вязкой жидкости.

3. Сила внутреннего трения (сила сопротивления движения шарика). Эта сила также направлена против движения шарика. Стокс на основании теоретических исследований установил, что если шарик движется в жидкости, не вызывая при своем движении никаких завихрений, то сила сопротивления движения шарика определяется формулой

где — скорость падения шарика, r – радиус шарика, η – коэффициент вязкости жидкости.

Следует учесть, что при движении шарика имеет место не трение шарика о жидкость, а трение отдельных слоев жидкости друг о друга, так как шарик обволакивается тонким слоем жидкости, и этот слой жидкости движется вместе с шариком.

Сила трения с увеличением скорости движения шарика возрастает, следовательно, при движении шарика скорость его может достигнуть такой величины, при которой все три силы, действующие на шарик, будут уравновешены, то есть равнодействующая их будет равна нулю. Такое движение шарика будет равномерным, и шарик будет двигаться по инерции с постоянной скоростью. Уравнение динамики для такого движения будет:

При движении шарика в цилиндрическом сосуде с радиусом R и высотой h учет на личия стенок, дна сосуда и верхней поверхности приводит к следующему выражению для коэффициента вязкости, установленному теоретически

здесь R – радиус цилиндра, h – высота жидкости.

Для шариков малых радиусов 1-2 мм и трубок достаточно большого диаметра малая величина. Ею можно в наших расчетах пренебречь и расчеты вести по формуле (53).

Следует помнить, что коэффициент вязкости зависит от температуры. При повышении температуры коэффициент вязкости уменьшается. Поэтому при определении коэффициента вязкости следует указать температуру.

Порядок выполнения работы

1. Получив у лаборанта микрометр и несколько стальных и чугунных шариков, определить диаметры шариков при помощи микрометра с точностью до 0,01 мм. Плотность стали принять равной , плотность свинца — , плотность масла —

2. Температуру считать равной комнатной температуре.

3. Измерить расстояние между метками на трубке, в которой должен двигаться шарик.

4. Секундомером определить время прохождения шариком расстояния между красными линиями ab (рис.22).

Глаз следует поместить так, чтобы отсутствовала ошибка на параллакс. Опыт повторяют с двумя-тремя шариками.

5. Скорость определяется из соотношения

6. Данные опыта подставить в формулу (53).

7. Для каждого шарика отдельно измеряют время падения и рассчитывают коэффициент вязкости. Затем определяют

8. Найти относительную и абсолютную ошибки измерения.

Динамическая вязкость

Эту величину рассчитывают по так называемой формуле Пуазейля:

η = ((π * Р * r 4 ) / 8 * v * L)) * t

Расшифруем незнакомые обозначения:

P – это давление, под которым происходит движение жидкого вещества;

v – это его объем;

L – длина капилляра, по которому протекает жидкость;

r – диаметр этого капилляра;

t – время, за которое это протекание происходит.

Измеряется эта величина в Па/с(паскаль-секунда, система СИ) или в пз (пуазах, система СГС).

Моторные масла от разных производителей

Как и во всем, при производстве моторного масла существуют свои «фавориты», а также компании, которые предлагают потребителям более дешевые составы.

Mobil

Компания Mobil является одной из крупнейших по производству высококачественных моторных масел. Для примера, возьмем моторное масло 0w30, характеристики которого свидетельствуют о том, что этот продукт больше всего подойдет для тех, кто предпочитает экстремальные условия езды. Синтетическое масло, стоимостью 700 рублей за литр производится исключительно по передовым технологиям, благодаря чему данный состав повышает экономию топлива и защищает двигатель от износа. Присадки, используемые в этом масле, считаются самыми лучшими на сегодняшний день. Они производятся по технологии Supersyn.

Еще один интересный продукт от именитой компании – это моторное масло «Мобил» супер 3000 5w40. Характеристики жидкости отвечают большинству требований автопроизводителей. Синтетический продукт относится к классу «Экстра» и обладает отличными показателями. Масло сохраняет мотор в чистоте и не образует нагара, хорошо показывает себя при холодном старте двигателя, а также позволяет значительно снизить выброс вредных веществ в атмосферу. Стоит такая жидкость от 400 рублей за литр. Применяется как для легковых, так и для грузовых автомобилей, а также внедорожников.

Shell

Еще один «монстр» среди производителей качественного моторного масла – это компания Shell. Производитель давно зарекомендовал себя с самой лучшей стороны, но и как в первом случае продукт с таким брендом стоит недешево. Для примера, возьмем жидкость, пользующуюся большой популярностью среди автовладельцев, а именно — моторное масло Шелл Хеликс 5w40. Характеристики этого продукта внушают доверие, так как, по словам самого производителя, уникальный состав позволяет обеспечить более надежную защиту мотора, нежели дешевые аналоги. Как показывает практика в процессе эксплуатации авто на таком масле действительно остается намного меньше осадков и загрязнений. Полностью синтетическое масло моторное Shell Helix Ultra 5w40, характеристики которого позволяют его использовать на такой машине, как Ferrari, рекомендуется для залива в BMW, Volksvagen, Reno, Fiat, Saab, Porsche и Rover.

Лукойл

Моторные масла Лукойл технические характеристики которого впечатляют, изготавливаются на базе современных синтетических составов. Эта компания также имеет широкую известность в нашей стране. Характеристика моторного масла 5w30 от Лукойл отвечает требованиям высокофорсированных бензиновых «движков», а также дизельных «легковушек», микроавтобусов и грузовиков. Кроме этого, жидкость может использоваться в двигателях, предусматривающих турбонаддув.

Моторное масло 5w30, технические характеристики которого позволяют менять его не так часто как аналоги, хорошо зарекомендовало себя для автомобилей «Форд» и «Рено». В ходе тестирования жидкость продемонстрировала возможность высокоинтеллектуальной защиты мотора. Также продукция Лукойл адаптирована для холодного климата. Стоит такое масло порядка 550 рублей за литр.

Castrol

Говоря о производителях нельзя не упомянуть компанию Castrol. Вся продукция этой фирмы обладает своими отличительными особенностями, для примера возьмем моторное масло «Кастрол» 5w40. Характеристики этой жидкости также отвечают основным требованиям, но, помимо этого, она позволяет уменьшить расход топлива и повысить экологичность мотора. Все дело в присадках, которые входят в состав масла (модификатор трения и загуститель). Эти компоненты позволяют в определенных условиях уменьшать вязкость масла, благодаря чему улучшаются параметры «движка». Стоит такая жидкость от 500 рублей за литр.

Также компания выпускает продукт для особо холодных условий — моторное масло 0w40. Характеристики этой жидкости позволяют использовать ее для новых силовых агрегатов, работающих на бензине или дизеле. Масло отличается отличными показателями при особо низких температурах, благодаря чему вы получите быстрый холодный пуск. Смазывающая пленка масла остается на деталях даже, если нагрузка была превышена. Стоит такое масло около 1 000 рублей за 1 литр.

Детальное рассмотрение параметров, указанных в таблице

Дело в том, что когда проектировались таблицы и рассматривался алгоритм создания зависимости вязкости масла от температуры, учитывались имеющиеся на тот момент технологии автомобилестроения.

То есть в конце XX века все двигатели строились по приблизительно одной и той же технологии. Температура, контактная нагрузка, создаваемое масляным насосом давление, схема и исполнение магистралей находились примерно на одном и том же технологическом уровне.

Именно под технологии того времени создавались первые таблицы, увязывающие вязкость масла и температуру, при которой оно может эксплуатироваться. Хотя на самом деле стандарт по SAE в чистом виде не привязывается к температуре окружающей среды, а лишь оговаривает вязкостные показатели масла при определенной температуре.

Значение букв и цифр на канистре

Классификация по SAE включает в себя два значения: цифра и буква «W» – зимний коэффициент вязкости, следующая за буквой «W» цифра – летний. И каждый из этих показателей комплексный, то есть включает в себя не один параметр, а несколько.

В зимний коэффициент (с буквой «W») входят следующие параметры:

• вязкость при прокачивании смазочного материала по магистралям масляным насосом;
• вязкость при проворачивании коленчатого вала (для современных двигателей этот показатель учитывается в коренных и шатунных шейках, а также в шейках распределительного вала).

О чем говорят цифры на канистре — видео

В летний коэффициент (идущий через дефис после буквы «W») включаются два основных параметра, один второстепенный, и один производный, рассчитываемый из предыдущих параметров:

• кинематическая вязкость при 100 °C (то есть при средней рабочей температуре в нагретом ДВС);
• динамическая вязкость при 150 °C (определяется для представления о вязкости масла в паре трения кольцо/цилиндр – одном из ключевых узлов в работе двигателя);
• кинематическая вязкость при температуре 40 °C (показывает, как поведет себя масло в момент летнего пуска двигателя, а также используется для изучения скорости самопроизвольного стекания масляной пленки в поддон под действием времени);
• индекс вязкости – указывает на свойство смазочного материала оставаться стабильным при изменении рабочей температуры.

Зачастую для зимнего ограничения по температуре предусматривается несколько значений. Например, для взятого в качестве примера масла 5W-30, допустимая температура окружающего воздуха при гарантированном прокачивании смазки по системе должна быть не ниже –35 °C. А для гарантированного проворачивания коленчатого вала стартером – не ниже –30 °C.

Сегодня для автомобильных масел разработано несколько методик определения всех предусмотренных стандартом показателей вязкости. Все измерения проводятся на специальных приборах – вискозиметрах.

В зависимости от исследуемой величины, могут использоваться вискозиметры различных конструкций. Рассмотрим несколько методик определения вязкости и практический смысл, который закладывается в эти величины.

Вязкость при проворачивании коленчатого вала

Смазка в шейках коленчатого и распределительного валов, а также в шарнирном соединении поршня и шатуна при понижении температуры сильно густеет. Густое масло обладает большим внутренним сопротивлением на смещение слоев относительно друг друга.

Для имитации условий проворота коленвала используется роторный вискозиметр типа CCS. Получаемое при измерении в нем значение вязкости для каждого параметра из таблицы SAE ограничено и на практике означает, насколько масло способно обеспечить холодный проворот коленчатого вала при той или иной температуре окружающего воздуха.

Вязкость при прокачивании

Измеряется в ротационном вискозиметре типа MRV. Масляный насос способен начать закачивать смазку в систему до определенного порога загустения. После этого порога эффективное прокачивание смазочного материала и его проталкивание по каналам затрудняется или вовсе парализуется.

Здесь общепринятым максимальным значением вязкости считается 60000 мПа•с. При этом показателе гарантируется свободная прокачка смазки по системе и доставка ее по каналам до всех трущихся узлов.

Кинематическая вязкость

При температуре 100 °C определяет свойства масла во многих узлах, так как эта температура актуальна для большинства пар трения при стабильной работе двигателя.

Например, кинематическая вязкость при 100 °C влияет на формирование масляного клина, на смазывающие и защитные свойства в парах трения палец / подшипник шатуна, шейка коленвала / вкладыш, распределительный вал / постели и крышки и т. д.

Именно этому параметру кинематической вязкости при 100 °C уделяется наибольшее внимание. Сегодня его измеряют в основном автоматизированными вискозиметрами различной конструкции и с применением различных методик.

Кинематическая вязкость при 40 °C. Определяет густоту масла при 40 °C (то есть приблизительно в момент летнего пуска) и его способность надежно защищать детали двигателя. Измеряется аналогичным с предыдущим пунктом образом.

Динамическая вязкость при 150 °C

Основное назначение этого параметра – понять, как ведет себя масло в паре трения кольцо/цилиндр. В этом узле в нормальных условиях при полностью исправном двигателе держится приблизительно такая температура. Измеряется на капиллярных вискозиметрах различной конструкции.

То есть из всего вышесказанного становится очевидным, что параметры в таблице вязкости масел по SAE комплексные, и однозначной их интерпретации (в том числе касательно температурных границ использования) не существует. Границы, обозначенные в таблицах, имеют условный характер и зависят от множества факторов.

Подготовка к проверке и ее проведение

В общем случае схема испытания на ударную вязкость выглядит следующим образом:

1. Стержень закрепляется на опорных стойках – так, чтобы место контакта было строго напротив концентратора напряжения (с другой его стороны).
2. Маятник (масса которого G, а сила L) приводится в исходное положение (верхнее, 1), то есть поднимается на высоту H.
3. Провоцируется падение, в результате которого боек слетает, ударяет по образцу и совершает возвратное движение на расстояние h, то есть в позицию 2.
4. Для окончательной остановки используется тормоз.

Все занятые положения фиксируются, после чего по разности потенциалов и вычисляется работа, необходимая для хрупкого разрушения. Сейчас посмотрим, как это происходит.

Стандартное обозначение ударной вязкости в расчетах – КС, запаса энергии маятника – GH.

Базовая формула выглядит так:

• К – работа, приведшая к деформации образца;
• F – площадь поперечного сечения стержня на участке с концентратором напряжений (известная величина).

Энергия затрачивается при перемещении маятника из первой позиции во вторую в результате удара, поэтому:

K = G x H – G x h,

или, если преобразовать это соотношение:

также высоту бойка в двух положениях можно выразить через силу и углы, после чего наше уравнение будет выглядеть так:

K = G x L x (cos β – cos α), где:

• β – конечный угол;
• α – начальный.

Все показания и позиции в ходе теста фиксируются в обязательном порядке. Но прежде чем переходить к подстановке значений в формулу и к анализу полученных цифр, еще несколько слов о том, как обозначается ударная вязкость. Дело в том, что записывать ее можно еще и с третьим индексом, обозначающим тип использованного концентратора напряжений, – для большей информативности. В таком случае рассматриваемый нами показатель будет выглядеть в формулах как KCV (по Менаже), KCT или KCU (по Шарпи) соответственно.

Как действует сила Архимеда

Поскольку сила Архимеда, действующая на тело, зависит от объёма его погружённой части и плотности среды, в которой оно находится, можно рассчитать, как поведёт себя то или иное тело в определённой жидкости или газе.

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно.

Сила Архимеда в жидкости: почему корабли не тонут

Корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Но если корабль получит пробоину и пространство внутри заполнится водой, то общая плотность судна увеличится, и оно утонет.

В подводных лодках существуют специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом в зависимости от того, нужно ли уйти на глубину или подняться ближе к поверхности. Тот же самый принцип используют рыбы, наполняя воздухом специальный орган — плавательный пузырь.

На тело, плотно прилегающее ко дну, выталкивающая сила не действует. Это учитывают при подъёме затонувших кораблей. Сначала судно слегка приподнимают, позволяя воде проникнуть под него. Тогда давление воды начинает действовать на корабль снизу.

Но чтобы поднять корабль на поверхность, необходимо уменьшить его плотность. Разумеется, воздух в получившем пробоину корпусе не удержится. Поэтому его заполняют каким-нибудь лёгким веществом, например, шариками пенополистирола.

Примечательно, что эта идея впервые пришла в голову не учёным, а авторам диснеевского комикса, в котором Дональд Дак таким образом поднимает со дна яхту Скруджа Макдака. Датский инженер Карл Кройер (Karl Krøyer), впервые применивший метод на практике, по собственному признанию вдохновлялся «Утиными историями».

Сила Архимеда в газах: почему летают дирижабли

В воздухе архимедова сила действует так же, как в жидкости. Но поскольку плотность воздуха обычно намного меньше, чем плотность окружённых им предметов, выталкивающая сила оказывается ничтожно мала.

Впрочем, есть исключения. Воздушный шарик, наполненный гелием, стремится вверх именно потому, что плотность гелия ниже, чем плотность воздуха. А если наполнить шар обычным воздухом — он упадёт на землю. Плотность воздуха в нём будет такая же, как у воздуха снаружи, но более высокая плотность резины обеспечит падение шарика.

Этот принцип используется в аэростатах — воздушные шары и дирижабли наполняют гелием или горячим воздухом (чем горячее воздух, тем ниже его плотность), чтобы подняться, и снижают концентрацию гелия (или температуру воздуха), чтобы спуститься. На них действует та же выталкивающая сила, что и на подводные лодки. Именно поэтому перемещения на аэростатах называют воздухоплаванием.