Was ist Viskosität in der Physik?

Die Viskosität ist ein Maß dafür, wie widerstandsfähig eine Flüssigkeit gegen Versuche ist, sich durch sie hindurch zu bewegen. Eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität wird als "dünn" bezeichnet, während eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität als "dick" bezeichnet wird. Es ist einfacher, sich durch eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität (wie Wasser) zu bewegen als durch eine Flüssigkeit mit hoher Viskosität (wie Honig)..

Schlüsselfaktoren: Bedeutung der Viskosität

• Die Viskosität, die "Dicke" der Flüssigkeit, bezieht sich darauf, wie widerstandsfähig eine Flüssigkeit gegenüber einer Bewegung durch sie ist.
• Zum Beispiel hat Wasser eine niedrige oder "dünne" Viskosität, während Honig eine "dicke" oder hohe Viskosität hat.
• Das Gesetz der Viskosität hat wichtige Anwendungen in Bereichen wie Tintenstrahldruck, Proteinformulierungen und -injektionen und sogar in der Lebensmittel- und Getränkeherstellung.

Definition der Viskosität

Die Viskosität bezieht sich auf die Dicke der Flüssigkeit. Die Viskosität ergibt sich aus der Wechselwirkung oder Reibung zwischen Molekülen in einer Flüssigkeit. Ähnlich wie bei der Reibung zwischen sich bewegenden Feststoffen bestimmt die Viskosität die Energie, die erforderlich ist, um ein Fluid zum Fließen zu bringen.

In der Physik wird die Viskosität häufig mit Isaac Newtons Gleichung für Flüssigkeiten ausgedrückt, die dem zweiten Newtonschen Bewegungsgesetz ähnelt. Dieses Gesetz besagt, dass eine Kraft, die auf ein Objekt einwirkt, eine Beschleunigung des Objekts verursacht. Je größer die Masse des Objekts ist, desto größer muss die Kraft sein, damit es beschleunigt.

Viskositätsformel

Die Viskositätsformel wird häufig mit der Newtonschen Gleichung für Flüssigkeiten ausgedrückt:

F / A = n (dv / dr)

wo F repräsentiert Kraft und EIN Fläche darstellt. So, FA, oder Kraft geteilt durch Fläche, ist ein anderer Weg, die Viskosität zu definieren. Dv geteilt DR repräsentiert die "reine Geschwindigkeit" oder die Geschwindigkeit, mit der sich die Flüssigkeit bewegt. Das n ist eine konstante Einheit von 0,00089 Pa s (Pascal-Sekunde), bei der es sich um eine dynamische Viskositätsmesseinheit handelt. Dieses Gesetz hat einige wichtige praktische Anwendungen wie Tintenstrahldruck, Proteinformulierungen / -injektionen und Lebensmittel- / Getränkeherstellung.

Newtonsche und nicht-Newtonsche Fluidviskosität

Die meisten gängigen Flüssigkeiten, sogenannte Newtonsche Flüssigkeiten, haben eine konstante Viskosität. Es gibt einen größeren Widerstand, wenn Sie die Kraft erhöhen, aber es ist eine konstante proportionale Zunahme. Kurz gesagt, eine Newtonsche Flüssigkeit verhält sich wie eine Flüssigkeit, unabhängig davon, wie viel Kraft in sie eingebracht wird.

Im Gegensatz dazu ist die Viskosität von Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten nicht konstant, sondern variiert stark in Abhängigkeit von der ausgeübten Kraft. Ein klassisches Beispiel für eine nicht-newtonsche Flüssigkeit ist Oobleck (manchmal als "Schleim" bezeichnet und häufig in naturwissenschaftlichen Grundschulklassen hergestellt), das ein festes Verhalten zeigt, wenn eine große Menge an Kraft darauf ausgeübt wird. Ein weiterer Satz von nicht-Newtonschen Flüssigkeiten ist als magnetorheologische Flüssigkeiten bekannt. Diese reagieren auf Magnetfelder, indem sie nahezu fest werden, aber in ihren flüssigen Zustand zurückkehren, wenn sie aus dem Magnetfeld entfernt werden

Warum Viskosität im täglichen Leben wichtig ist

Während Viskosität im täglichen Leben von untergeordneter Bedeutung zu sein scheint, kann sie tatsächlich in vielen verschiedenen Bereichen sehr wichtig sein. Beispielsweise:

• Schmierung in Fahrzeugen. Wenn Sie Öl in Ihr Auto oder Ihren LKW einfüllen, sollten Sie dessen Viskosität berücksichtigen. Dies liegt daran, dass die Viskosität die Reibung beeinflusst und die Reibung wiederum die Wärme beeinflusst. Darüber hinaus beeinflusst die Viskosität auch den Ölverbrauch und die Leichtigkeit, mit der Ihr Fahrzeug bei Hitze oder Kälte startet. Einige Öle haben eine stabilere Viskosität, während andere auf Hitze oder Kälte reagieren. Wenn der Viskositätsindex Ihres Öls niedrig ist, kann es bei Erwärmung dünner werden, was zu Problemen führen kann, wenn Sie Ihr Auto an einem heißen Sommertag betreiben.
• Kochen. Die Viskosität spielt eine wichtige Rolle bei der Zubereitung und dem Servieren von Lebensmitteln. Speiseöle können ihre Viskosität beim Erhitzen ändern oder nicht, während viele beim Abkühlen viel viskoser werden. Fette, die beim Erhitzen mäßig viskos sind, werden beim Abkühlen fest. Verschiedene Küchen hängen auch von der Viskosität von Saucen, Suppen und Eintöpfen ab. Eine dicke Kartoffel-Lauch-Suppe wird zum Beispiel, wenn sie weniger viskos ist, zu französischem Vichyssoise. Einige viskose Flüssigkeiten verleihen Lebensmitteln Textur. Honig ist zum Beispiel ziemlich viskos und kann das "Mundgefühl" eines Gerichts verändern.
• Herstellung. Produktionsanlagen erfordern eine angemessene Schmierung, um reibungslos zu funktionieren. Zu viskose Schmierstoffe können Rohrleitungen verstopfen und verstopfen. Zu dünne Schmierstoffe bieten zu wenig Schutz für bewegliche Teile.
• Medizin. Die Viskosität kann in der Medizin von entscheidender Bedeutung sein, da Flüssigkeiten intravenös in den Körper eingeleitet werden. Die Blutviskosität ist ein Hauptproblem: Zu viskoses Blut kann gefährliche innere Gerinnsel bilden, während zu dünnes Blut nicht gerinnt. Dies kann zu gefährlichem Blutverlust und sogar zum Tod führen.