Τι είναι το κινηματικό ιξώδες;

Το κινηματικό ιξώδες είναι μια ιδιότητα υγρών και αερίων που αντιπροσωπεύει πόσο εύκολα μπορεί να ρέει μια δεδομένη ουσία. Σε πρακτικούς όρους, σχετίζεται στενά με το πόσο παχύρρευστη είναι η ουσία. Τόσο το απόλυτο όσο και το κινηματικό ιξώδες αλλάζουν ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Για να ληφθεί κινηματικό ιξώδες, το απόλυτο ιξώδες μιας ουσίας διαιρείται με την πυκνότητά της. Το κινηματικό ιξώδες αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό γράμμα nu, το οποίο μοιάζει με ένα “v;” το απόλυτο ιξώδες αντιπροσωπεύεται από το mu, το οποίο μοιάζει με ένα “u;” και η πυκνότητα αντιπροσωπεύεται από το rho, το οποίο μοιάζει με ένα “p”. Η εξίσωση, λοιπόν, είναι v = u/p.

Το απόλυτο ιξώδες, που ονομάζεται επίσης δυναμικό ιξώδες, μετρά την αντίσταση μιας ουσίας στη ροή. Προσδιορίζεται πειραματικά τοποθετώντας ένα υγρό ή αέριο μεταξύ δύο πλακών και εφαρμόζοντας μια γνωστή ποσότητα πίεσης για να μετακινηθεί η επάνω πλάκα — το δυναμικό ιξώδες εξαρτάται από την πίεση, τον χρόνο που εφαρμόστηκε και την απόσταση που μετακινήθηκε η πλάκα σε αυτήν χρόνος. Το δυναμικό ή απόλυτο ιξώδες βασίζεται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) μονάδων pascal-second (Pa*s), που σημαίνει ότι εάν ασκηθεί πίεση 1 Pa για 1 δευτερόλεπτο, η πλάκα θα κινηθεί την ίδια απόσταση με απόσταση μεταξύ των δύο πλακών. Το Centipoise (cP) είναι επίσης μια κοινή μονάδα για το δυναμικό ιξώδες — 1 cP είναι το ιξώδες του νερού γύρω από τη θερμοκρασία δωματίου. Οι αυτοκρατορικές μονάδες, λίβρα-δευτερόλεπτα ανά τετραγωνικό πόδι (lb*s/ft^2), χρησιμοποιούνται πολύ σπάνια.

Η πυκνότητα μετρά τη μάζα μιας ουσίας σε σχέση με τον όγκο της, που σημαίνει ότι έχει μονάδες μάζας ανά όγκο. Οι μονάδες είναι kg/m^3 σε μονάδες SI ή γυμνοσάλιαγκες/ft^3 σε αυτοκρατορικές μονάδες. Η πυκνότητα μπορεί να γίνει κατανοητή συγκρίνοντάς την με το βάρος – ένα κομμάτι ενός πιο πυκνού υλικού θα ζυγίζει περισσότερο από το ίδιου μεγέθους κομμάτι ενός λιγότερο πυκνού υλικού.

Δεδομένου ότι το κινηματικό ιξώδες είναι το δυναμικό ιξώδες διαιρούμενο με την πυκνότητα, έχει μονάδες τετραγωνικών μέτρων ανά δευτερόλεπτο (m^2/s) στο σύστημα SI ή τετραγωνικά πόδια ανά δευτερόλεπτο (ft^2/s) στο αυτοκρατορικό σύστημα. Όσον αφορά το απόλυτο ιξώδες, οι αυτοκρατορικές μονάδες δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ. Τα centistokes (cSt) είναι συνήθως χρησιμοποιούμενες μονάδες — ένα cSt είναι το κινηματικό ιξώδες του νερού σε θερμοκρασία δωματίου περίπου. Ένα cSt ισούται με 10^-6 m^2/s.

Η θερμότητα επηρεάζει τις ιδιότητες του υλικού, επομένως και οι δύο τύποι ιξώδους αλλάζουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Όταν ένα υγρό θερμαίνεται, ρέει πιο εύκολα και έτσι μειώνεται το ιξώδες. Το κινηματικό ιξώδες επηρεάζεται κάπως λιγότερο από το απόλυτο ιξώδες, καθώς η θερμότητα μειώνει επίσης την πυκνότητα επειδή τα μόρια απομακρύνονται περισσότερο καθώς θερμαίνεται μια ουσία. Το ιξώδες των αερίων αυξάνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες — καθώς ένα αέριο διαστέλλεται, ασκεί μεγαλύτερη πίεση στην πλάκα, καθιστώντας δυσκολότερη την κίνηση.