Biskositate

Biskositate ezberdineko bi likidoen simulazioa. Eskuineko likidoak biskositate altuagoa izango du ezkerrekoa baino

Biskositatea edo likatasuna deformatzen den likido batek esfortzu horren indar deformatzailearen aurka egiten duen erresistentziari deritzo. Ohiko hizkuntzan eta soilik likidoei dagokienean, "loditasun" bezala itzul liteke, adib. eztiak likatasun handi duen bitartean urak gutxiago du.

Biskositatea fluido guztiak duten propietate fisiko bat da eta hori fluido baten aurkitzen diren eta abiadura ezberdinetan mugitzen diren partikulen arteko kolisioetatik sortzen da, mugimenduari erresistentzia indar bat sortuz teoria zinematikoaren arabera. Fluido bat tubo baten barnealdetik pasarazten denean, fluido honen partikulak azkarrago mugitzen dira tuboaren ardatzetik gertu eta geldoago tuboaren paretetatik gertu direnak. Horregatik, ezinbestekoa da indar ebakitzaileak existitzea marruskadura indarrak ezarritako erresistentzia indarrak gainditu eta fluidoa mugitu ahal izateko. Hori ez balitz gertatuko, ez litzateke mugimendurik existituko.

Biskositaterik ez duen fluido bati superfluido deritzo, horien biskositatea zero edo ia zero izango da. Beraz, elementu superfluido bat zirkuitu itxi batean izango bagenu etengabe mugimenduan egongo litzateke.

Fenomeno fisiko hau tenperatura oso bajuetan ematen da, 0ºC -tik (-273K) oso hurbil. Tenperatura horretan ia elementu guztiak izozten dira, Helioa (He) izan ezik, kasu horretan helioa ingurugiro presioaren bidez likidotzen da -269ºC (4.2K). Puntu horretan, bere biskositatea zero bihurtzen da.

Erreologia da biskositatea aztertzen duen fisikaren atala eta neurtzeko erabiltzen den tresna biskosimetroa izango da.

Biskositate likido eta gasetan bakarrik aurkitzen da, hau da, fluidoetan eta bere adierazpena μ letraren bidez egiten da.

Biskositatearen azalpena

Biskositatearen teoria erraz ulertzeko ondorengo adibidea oso argigarria da. Irudikatu bloke solido bat nori indar tangentzial bat aplikatzen zaio: borragoma bat gainazal solido baten gainean, mahai baten gainean adibidez, eta indar honek gainazalaren norabidean tira egingo dio. Kasu honetan gorputz solidoak erresistentzia erakutsiko dio aplikatutako indar tangentzialari, baina hala ere deformatu egingo da.

Borragoma bata bestearen gainean dauden xafla finez osatuta dagoela irudikatzen badugu, emaitza xafla edota geruza horien arteko mugimendu erlatiboa izango da (c), beheko irudian ikusi dezakegun bezala.

Likidoetan geruzen arteko mugimendu erlatibo hori biskositatea deitzen da.

Newton -en biskositate legea

Fluido baten partikulen abiadura handiagoa da gainazal solidoetatik gertu, fluidoaren erdikaldetik baino. Hodi baten barrutik pasatzen den fluidoa hartzen bada eredu bezala, hodiaren hormetatik gertuago dauden partikulak geldoago mugitzen dira, hodiaren ardatzetik gertu daudenak baino. Hori gertatzearen arrazoia gainazalek ezarritako marruskadura erresistentzia indarren ondorio da. Kapak duten energiaren zati bat beroan bihurtuko da.

Ikus dezagun fluido bat bi gainazalen artean aurkitzen dena beheko irudian, y distantzia batera aurkitzen direnak, distantzia hori txikia denen dy deituko da. Suposatuko dugu hasieran sistema geldik aurkitzen dela (t=0), baina gero goiko gainazala mugitzen hasiko da x norabidean, v abiadura konstante batekin.

• 
  Newton-en legea ulertzen laguntzen duen eskema

Fluido askorentzat modu esperimentalean baieztatu da, gainazal solidoari mugitzeko aplikatzen zaion indarra (F) plakaren azalerara aplikatuta (A), zuzenki proportzionala dela abiadurari (u) eta alderantziz proportzionala distantziari (y):

$$t=F/A=\mu (du/dy)$$

dv/dy kontzeptuari mozketa abiadura diferentziala fluidoaren loditasunarekiko deritzo. Proportzionaltasun faktorea biskositate absolutua μ izango da, batzuetan biskositate dinamikoa ere deitua.

Fluido newtondarra

Aurreko espresioa betetzen duten fluidoei, fluido newtondarrak deritze. Adibide garbi bezala ura izango genuke, hau da, biskositatea definituta dator eta konstantea da fluidoaren gaineko indar ebakitzaile eta tenperaturaren arabera.

Fluido ez newtondarrak

Fluido ez newtondar batek ez dauka tenperatura eta indar ebakitzaileen bidez biskositatea definituta eta konstante. Adibide garbietako bat eztia izango litzateke.

Fluido ez newtondar baten jokaera ulertzeko ondorengo esperimentua prestatu daiteke.

1. Bol batean ur baso bat hustu.
2. Urari arto irina gehitzen joan nahasteak loditasuna hartu arte. Masa homogeneo aurkitzen denean ikusi dezakegu nola jokatzen duen fluido ez newtondar batek.
3. Masa geldik utziz gero, likido bezala jokatzen duela ikusiko dugu. Horretarako eskuekin hartu masa eta sumatuko dugu nola urtzen den eta nola mugituko den.
4. Bestalde, bol barruan utzi eta kolpatzen badugu, solido bezala jokatuko duela egiaztatuko dugu. Eskua zikinduko zaizu eta gogor dagoela sentituko duzu.

Beraz, fluido ez newtondarraren ezaugarriak ondorengoak liratezke:

• Atseden egoera likido modura jokatuko dute baina indar bat aplikatzerakoan beraien biskositatea handituko da, solido bezala jokatuz une batez.
• Fluido horretan gutxinaka eskua sartzen joanez gero, fluido barrura sartu ahalko duzu arazo gabe. Baina eskua barruan dagoenean, azkar ateratzen saiatuz gero, fluidoa berriro solido bezala jokatuko du. Zenbat eta indar gehiago aplikatu, biskositate altuagoa izango du. Efektu honek indarra aplikatuta dagoenean bakarrik irauten du.

Unitate nagusiak

Biskositate dinamikoa, μ

Mugimenduan dagoen fluido baten partikulen deformazio abiadura tentsio lokalarekin erlazionatzen duen kontzeptua da. Fluido baten biskositatea, fluidoaren lamina ezberdinak beraien artean mugitzeko duten erresistentzia da. Biskositate dinamikoa azkar jaisten da tenperatura igoera duten likidoetan. Bestalde, biskositate dinamikoa igo egingo da, tenperatura igoera duten gasetan .

μ letraren bidez adierazten da eta unitateen Nazioarteko Unitate Sistemaren arabera, pascal-segundo ($Pa\centerdot s$) edo N·s·m^-2 edo Kg·m^-1·s^-1

Biskositate zinematikoa, v

v (ni) letra greziarrarekin adierazten da eta unitatea Nazioarteko unitate sistema -ren arabera m²/s izango da.

Tenperatura eta presioaren eragina

Tenperaturak eta presioak eragina dute biskositatean. Tenperaturaren kasuan, likidoen kasuan tenperatura igotzerakoan likidoen biskositatea jaisten da bestalde, tenperatura jaisten denean biskositatea igoko da, solidotzera egingo bait du fluidoak.

Presioaren kasuan presioa handitzerakoan handitu egingo da biskositatea eta gutxitu presioa jeisten dugun momentuan.

Ikus, gainera

• Biskositate zinematiko

Kanpo estekak

• Datuak: Q128709
• Multimedia: Viscosity / Q128709