La viscosité d'un fluide
La viscosité d'un fluide est l'état d'un fluide dont les molécules sont freinées dans leur déplacement par des interactions moléculaires plus ou moins intenses. Elle dépend de la température.
Le miel a une viscosité supérieure à l'eau pure :
La viscosité définit la résistance d'un fluide à l'écoulement. Certains fluides tels que le miel présentent une viscosité supérieure à celle de l'eau. Un fluide à forte viscosité résiste au mouvement car sa composition moléculaire lui confère un frottement interne important.
Généralités
La viscosité est généralement indiquée avec la lettre grecque µ ou plus rarement avec la lettre η pour rappeler le lien avec le coefficient de frottement de la mécanique classique. On l'appelle souvent viscosité dynamique pour la distinguer de la viscosité cinématique, qui est une magnitude similaire à la viscosité dynamique, mais différente sur le plan dimensionnel. La magnitude mutuelle de la viscosité est également définie comme étant la fluidité.
En ce qui concerne ce paramètre, il existe deux séries d'unités selon que l'on parle de viscosité dynamique (ou absolue) ou de viscosité cinématique, la relation entre les deux étant la suivante : viscosité cinématique (cm2/s ou stokes) = viscosité dynamique (g/cm/s ou poise)/densité (g/cm3). L'unité SI (Système International) de viscosité cinématique est le m2/s et l'unité SI de viscosité dynamique est le Pa/s. D'autres unités existent. À noter qu'il existe aussi des abaques donnant les conversions entre les centistokes et les degrés Engler, les unités Redwood et les Saybolt Universal Seconds (S.U.S.), unités moins utilisées dans le domaine de la molysmologie. La limite des 5 centistokes (cSt) correspond généralement entre produits visqueux et peu visqueux.
Un fluide qui n'a pas de viscosité est dit idéal. En réalité, il existe des fluides de faible viscosité, appelés superfluides. Dans la langue commune, la limite de démarcation entre les liquides est souvent définie par l'eau, pour laquelle les fluides dont la viscosité de l'eau est inférieure sont identifiés comme non visqueux. De plus, les fluides à très haute viscosité tels que la poix ne semblent pas très différents des solides. La poix est environ 230 milliards de fois plus visqueuse que l'eau.
Caractéristiques générales
La viscosité d'un fluide est une mesure de sa résistance aux déformations graduelles causées par des contraintes de cisaillement ou de traction. La viscosité correspond au concept informel d '"épaisseur". Par exemple, le miel a une viscosité beaucoup plus élevée que l'eau.
La viscosité est une propriété physique caractéristique de tous les fluides, qui émerge de collisions entre des particules de fluide qui se déplacent à des vitesses différentes, ce qui entraîne une résistance à leur mouvement. Lorsqu'un fluide est forcé par un tube, les particules qui le composent se déplacent plus rapidement près de l'axe longitudinal du tube et plus lentement près des parois. Par conséquent, il est nécessaire qu'il existe une contrainte de cisaillement (telle qu'une différence de pression) pour vaincre la résistance au frottement entre les couches de liquide et que le fluide continue à se déplacer à travers le tube. Pour un même profil de vitesse radiale, la tension requise est proportionnelle à la viscosité du fluide.
Un fluide sans viscosité est appelé fluide idéal. La viscosité zéro n'apparaît que dans les superfluides à très basse température. Le reste des fluides connus ont une certaine viscosité. Cependant, le modèle de viscosité nulle est une assez bonne approximation pour certaines applications.
La viscosité de certains fluides est mesurée expérimentalement avec des viscosimètres et des rhéomètres. La partie de la physique qui étudie les propriétés visqueuses des fluides est la rhéologie.
En bref, il s'agit d'une résistance à l'écoulement.
Effets
La viscosité se manifeste dans les liquides et les gaz en mouvement. La viscosité a été définie comme la relation entre la contrainte de cisaillement et le gradient de vitesse. Cette viscosité est appelée viscosité absolue ou viscosité dynamique. Il est généralement représenté par la lettre grecque μ.
Une autre viscosité, appelée viscosité cinématique, est également connue et est représentée par ν. Pour calculer la viscosité cinématique, il suffit de diviser la viscosité dynamique par la densité du fluide : ν = µ/p (avec v = viscosité cinématique, µ = viscosité dynamique).
Imaginez un bloc solide (non fluide) soumis à une force tangentielle (par exemple : une gomme sur laquelle est placée la paume de la main qui pousse parallèlement à la table.) Dans ce cas, le matériau solide (un) s'oppose à une résistance à la force appliquée, mais se déforme (b), d'autant plus que sa rigidité est faible.
Dans les liquides, le faible frottement entre les couches adjacentes est appelé viscosité. C'est sa petite magnitude qui donne au fluide ses caractéristiques particulières; Ainsi, par exemple, si nous traînons la surface d'un liquide avec la paume de la main comme nous l'avons fait avec la gomme, les couches inférieures ne bougeront pas ou feront beaucoup plus lentement que la surface car elles sont traînées sous l'effet du petit résistance tangentielle, tandis que les couches supérieures coulent facilement. De même, si nous agitons à la cuillère un grand récipient d'eau dans lequel nous avons déposé des petits morceaux de liège, nous verrons que lorsque le centre tourne au centre, la périphérie se déplace également et que le centre des morceaux de liège tourne également à la périphérie; encore une fois, les couches d'eau cylindriques se déplacent sous l'effet de la viscosité, ce qui diminue sa vitesse lorsque nous nous éloignons du seau.
La haute viscosité du lait :
Exemple de viscosité du lait et de l'eau H2O. Les liquides à haute viscosité ne forment pas de projection.
Il convient de noter que la viscosité ne se manifeste que dans les fluides en mouvement, car lorsque le fluide est au repos, il adopte une forme dans laquelle les forces tangentielles auxquelles il ne peut pas résister n'agissent pas. C'est pourquoi, lors du remplissage d'un récipient avec un liquide, la surface de celui-ci reste plate, c'est-à-dire perpendiculairement à la seule force agissant à ce moment-là, la gravité, donc il n'y a pas de composante tangentielle.
Si la viscosité était très grande, le frottement entre les couches adjacentes le serait aussi, ce qui signifie qu'elles ne pourraient pas se déplacer les unes par rapport aux autres ou ne feraient que très peu, c'est-à-dire que nous ferions face à un solide. Si, en revanche, la viscosité était nulle, nous rencontrerions un superfluide qui possède des propriétés remarquables, telles que l'évasion des conteneurs, même s'ils ne sont pas pleins (voir hélium-II).
La viscosité est caractéristique de tous les fluides, tant liquides que gazeux, bien que dans ce dernier cas, leur effet soit généralement négligeable, ils sont plus proches d'être des fluides idéaux.
Expressions quantitatives
Il existe plusieurs modèles de viscosité applicables à des substances ayant différents types de comportement visqueux. Le modèle ou le type de fluide visqueux le plus facile à caractériser est le fluide newtonien, qui est un modèle linéaire (entre le gradient de vitesse et les contraintes tangentielles), mais il existe également des modèles non linéaires avec amincissement ou épaississement par cisaillement ou sous la forme de plastiques Bingham.
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