Ньютоновская жидкость

Нью́тоновская жи́дкость (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости в такой жидкости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость[1][2].

Определение

Простое уравнение, описывающее силы вязкости в ньютоновской жидкости, во многом определяющие её поведение, основано на сдвиговом течении:

 ,

где:

  •   — касательное напряжение, вызываемое жидкостью, Па;
  •   — динамический коэффициент вязкости — коэффициент пропорциональности, Па·с;
  •   — производная скорости в направлении, перпендикулярном направлению сдвига, с−1.

Это уравнение обычно используют при течении жидкости в одном направлении, когда вектор скорости течения можно считать сонаправленным (параллельным) во всех точках рассматриваемого объёма жидкости.

Из определения, в частности, следует, что ньютоновская жидкость продолжает течь, даже если внешние силы очень малы, лишь бы они не были строго нулевыми. Для ньютоновской жидкости вязкость, по определению, зависит только от температуры и давления (а также от химического состава, если жидкость не является беспримесной), и не зависит от сил, действующих на неё. Типичная ньютоновская жидкость — вода.

Если жидкость несжимаема и вязкость постоянна во всем объёме жидкости, то касательное напряжение в прямоугольной системе координат выражается уравнением:

 

с сопутствующим тензором напряжения   (также часто обозначается  ):

 ,

где, согласно традиционным обозначениям тензора:

  •   — касательное напряжение на  -й грани элемента жидкости в  -м направлении;
  •   — скорость в  -м направлении;
  •   —  -я координата направления.

Если жидкость не подчиняется этим отношениям (вязкость изменяется в зависимости от скорости тока жидкости), то её в противоположность называют неньютоновской жидкостью: растворы полимеров, ряд твердых суспензий и большинство очень вязких жидкостей.

Примечания

  1. «Физическая энциклопедия». В 5 томах. М.: «Советская энциклопедия», 1988
  2. Ньютоновская жидкость — статья из Физической энциклопедии

См. также