粘性とは
ある物体に力を加えたとき、物体はその力によって変形するが、その変形は力を取り除いてももう元には戻らない。
このような性質を粘性、また粘性を示す物体を粘性体といい、水などの液体に代表されます。
弾性体の場合は外から加えられた力は各分子間の結合の歪みとなって物体内に蓄えられるのに対し、粘性体の場合は分子が移動するときに、隣接する分子との間に生じる摩擦熱として、与えられたエネルギーが散逸してしまいます。その為、力を取り除いたあとも、変形が回復することはありません。
例えば、2枚の平行な板の間に液体を満たし、一方の板を平行に一定の力で動かした場合を考えてみます。すると、板の動きに連れられて、液体も移動し始めますが、このとき、動く板に近い液体ほど流れる速度は速くなります。
このように、板の動きに連れられて液体が流れるのも、その流れが板から離れるほど遅くなるのも、すべて、液体の流れが液体を構成する分子間に働く摩擦抵抗によって起こっているためと考えられます。
また、弾性変形が時間には依存しないのに対し、粘性変形は時間に依存します。(液体に力を与えた場合、その液体は時間とともに徐々に移動していき、最終的に、加えられたエネルギーを摩擦熱として消費しきったところで変形が収まる)
これらのことから、粘性応力S(粘性体を変形させるときにかかる力)は次のような式で表すことができます。
S = η*(dγ/dt)
ここで、dγ/dtをずり(ずれ)速度といいます。
また、ηを粘性率といい、それぞれの粘性体固有の定数になります。
ずり速度とはつまり、液体を構成する分子の移動速度です。分子の移動速度が速い(分子の運動エネルギーが大きい)ほど、分子間の摩擦抵抗も大きくなるため、粘性抵抗が大きくなることになります。
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