表面張力と粘性

粘性と表面張力は、流体力学や静水圧学の分野で非常に重要な現象である。これらの現象は、空気力学の影響さえ受けます。これらの分野で活躍するためには、これらの現象をよく理解することが不可欠です。今回は、粘度と表面張力を比較し、両者の違いを指摘します。

表面張力とは？

均質な液体を考えてみましょう。液体の中心にある分子は、それぞれ全く同じ力で左右に引っ張られています。周囲の分子は中心分子を全方向に一様に引っ張る。ここで、表面の分子を考えてみましょう。液体に作用する力だけを持っている。気液の結合力は、液液の凝集力にも及ばない。その結果、表面の分子は液体の中心部に引き寄せられ、分子の積層が形成される。分子の表面層は、液体上の薄い膜のようなものです。現実の水上ローバーを例にとると、このフィルムを使って水面に身を置くのです。この層で滑るんです。この層がなければ、すぐに溺死してしまうでしょう。表面張力は、表面上に引いた単位長さの線に垂直な面に平行な力として定義されます。表面張力の単位はNm-1であり、単位面積あたりのエネルギーとしても定義される。また、表面張力はJm-2という新しい単位が与えられます。 2つの混じり合わない流体の間に生じる表面張力を界面張力と呼びます。

粘度とは何ですか？

粘度とは、せん断応力や引張応力による流体の変形に対する抵抗力を示す指標と定義される。より一般的には、粘性は流体の「内部摩擦」と表現されます。流体の厚みともいう。粘度とは、2つの流体層が相対的に移動する際の摩擦のことです。アイザック・ニュートンは流体力学のパイオニアである。彼は、ニュートン流体では、層間せん断応力は層に垂直な方向の速度勾配に比例すると仮定している。ここで使われる比例定数（係数）は、流体の粘度です。粘度は通常、ギリシャ文字の "μ "で表されます。流体の粘度は、粘度計やレオメーターで測定することができます。cgsシステムでは、Jean-Louis-Marie-Poiseuilleにちなんで名付けられた単位「poise」を使用して粘度を測定しています。また、流体の粘性はいくつかの実験によって測定することができます。流体の粘性は温度に依存します。温度が高くなると粘度は低下します。

τ = μ∂u/∂y

非ニュートン流体の粘性方程式とモデルは非常に複雑である。