एक कप चाय में एक चम्मच मिलाने के लिए यह आपको दिखा सकता है कि रोजमर्रा की जिंदगी में तरल पदार्थों की गतिशीलता को समझना कितना प्रासंगिक है। तरल पदार्थों के प्रवाह और व्यवहार का वर्णन करने के लिए भौतिकी का उपयोग करना आपको जटिल और जटिल ताकतों को दिखा सकता है जो एक कप चाय को हिलाने जैसे सरल कार्य में जाते हैं। कतरनी दर एक उदाहरण है जो तरल पदार्थों के व्यवहार की व्याख्या कर सकता है।
कतरनी दर फॉर्मूला
एक तरल पदार्थ "कतरनी" होता है जब द्रव की विभिन्न परतें एक दूसरे से आगे बढ़ती हैं। कतरनी दर इस वेग का वर्णन करती है। एक अधिक तकनीकी परिभाषा यह है कि कतरनी दर प्रवाह वेग ढाल लंबवत, या एक समकोण पर, प्रवाह की दिशा में है। यह तरल पर दबाव डालता है जो इसकी सामग्री में कणों के बीच के बंधन को तोड़ सकता है, यही कारण है कि इसे "कतरनी" के रूप में वर्णित किया गया है।
जब आप किसी प्लेट या किसी अन्य प्लेट या परत के ऊपर किसी सामग्री की परत की समानांतर गति का निरीक्षण करते हैं, तो फिर भी, आप दोनों के बीच की दूरी के संबंध में इस परत के वेग से अपरूपण दर निर्धारित कर सकते हैं परतें। वैज्ञानिक और इंजीनियर सूत्र का उपयोग करते हैं
= वी / एक्सकतरनी दर के लिएγ("गामा") s. की इकाइयों में-1, चलती परत का वेगवीऔर परतों के बीच की दूरीममीटर में।यह आपको परतों की गति के एक कार्य के रूप में कतरनी दर की गणना करने देता है यदि आप मानते हैं कि शीर्ष प्लेट या परत नीचे के समानांतर चलती है। अपरूपण दर इकाइयाँ आम तौर पर s. होती हैं-1 विभिन्न उद्देश्यों के लिए।
अपरूपण तनाव
आपकी त्वचा पर तरल पदार्थ जैसे लोशन को दबाने से द्रव की गति आपकी त्वचा के समानांतर हो जाती है और उस गति का विरोध करती है जो द्रव को सीधे त्वचा पर दबाती है। आपकी त्वचा के संबंध में तरल का आकार प्रभावित करता है कि लोशन के कण कैसे टूटते हैं क्योंकि उन्हें लगाया जा रहा है।
आप कतरनी दर से भी संबंधित कर सकते हैंγकतरनी तनाव के लिएτ("ताऊ") चिपचिपाहट के लिए, प्रवाह के लिए एक तरल पदार्थ का प्रतिरोध,η("एटा") के माध्यम से
\gamma = \frac{\eta}{\tau}
मैंएन जोτदबाव के समान इकाइयाँ हैं (N/m2 या पास्कल पा) औरηकी इकाइयों में(एन / एम2 एस)।श्यानताआपको द्रव की गति का वर्णन करने का एक और तरीका देता है और एक कतरनी तनाव की गणना करता है जो द्रव के पदार्थ के लिए अद्वितीय है।
यह अपरूपण दर सूत्र वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को उनके द्वारा उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए अत्यधिक तनाव की आंतरिक प्रकृति का निर्धारण करने देता है इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला और बहुलक बाढ़ जैसे रासायनिक तंत्र जैसे तंत्र के बायोफिजिक्स का अध्ययन करने में।
अन्य कतरनी दर सूत्र
अपरूपण दर सूत्र के अधिक जटिल उदाहरण अपरूपण दर को तरल पदार्थ के अन्य गुणों जैसे प्रवाह वेग, सरंध्रता, पारगम्यता और सोखना से संबंधित करते हैं। यह आपको जटिल में कतरनी दर का उपयोग करने देता हैजैविक तंत्र, जैसे बायोपॉलिमर और अन्य पॉलीसेकेराइड का उत्पादन।
ये समीकरण स्वयं भौतिक घटनाओं के गुणों की सैद्धांतिक गणना के माध्यम से उत्पन्न होते हैं, साथ ही परीक्षण के माध्यम से आकार, गति और समान गुणों के लिए किस प्रकार के समीकरण जो तरल पदार्थ के अवलोकन से सबसे अच्छे मेल खाते हैं गतिकी। द्रव गति का वर्णन करने के लिए उनका उपयोग करें।
कतरनी दर में सी-कारक
एक उदाहरण,ब्लेक-कोजेनी/कैनेलासहसंबंध, ने दिखाया कि आप समायोजन करते समय एक पोर-स्केल प्रवाह सिमुलेशन के औसत से कतरनी दर की गणना कर सकते हैं "सी-फैक्टर," एक ऐसा कारक जो तरल पदार्थ के सरंध्रता, पारगम्यता, द्रव रियोलॉजी और अन्य मूल्यों के गुणों के बारे में बताता है भिन्न। यह निष्कर्ष सी-कारक को स्वीकार्य मात्रा की एक सीमा के भीतर समायोजित करने के बारे में आया था जो प्रयोगात्मक परिणामों ने दिखाया था।
अपरूपण दर की गणना के लिए समीकरणों का सामान्य रूप अपेक्षाकृत समान रहता है। कतरनी दर के समीकरणों के साथ आने पर वैज्ञानिक और इंजीनियर परतों के बीच की दूरी से विभाजित गति में परत के वेग का उपयोग करते हैं।
कतरनी दर बनाम। श्यानता
विभिन्न, विशिष्ट परिदृश्यों के लिए विभिन्न तरल पदार्थों की कतरनी दर और चिपचिपाहट के परीक्षण के लिए अधिक उन्नत और सूक्ष्म सूत्र मौजूद हैं। कतरनी दर बनाम तुलना इन मामलों के लिए चिपचिपाहट आपको दिखा सकती है कि एक दूसरे की तुलना में अधिक उपयोगी है। धातु के सर्पिल जैसे वर्गों के बीच अंतरिक्ष के चैनलों का उपयोग करने वाले स्क्रू को स्वयं डिज़ाइन करना उन्हें उन डिज़ाइनों में आसानी से फिट करने दे सकता है जिनके लिए उनका मतलब है।
की प्रक्रियाबाहर निकालना, एक आकार बनाने के लिए स्टील डिस्क में उद्घाटन के माध्यम से सामग्री को मजबूर करके उत्पाद बनाने की एक विधि, आपको धातुओं, प्लास्टिक और यहां तक कि पास्ता या अनाज जैसे खाद्य पदार्थों के विशिष्ट डिजाइन बनाने की अनुमति दे सकती है। इसमें निलंबन और विशिष्ट दवाओं जैसे फार्मास्यूटिकल उत्पाद बनाने में अनुप्रयोग हैं। एक्सट्रूज़न की प्रक्रिया कतरनी दर और चिपचिपाहट के बीच अंतर को भी प्रदर्शित करती है।
समीकरण के साथ
\gamma = \frac{\pi DN}{60h}
पेंच व्यास के लिएघमिमी में, पेंच गतिनहींप्रति मिनट क्रांतियों में (आरपीएम) और चैनल गहराईएचमिमी में, आप एक स्क्रू चैनल के बाहर निकालना के लिए कतरनी दर की गणना कर सकते हैं। यह समीकरण मूल अपरूपण दर सूत्र के समान है (= वी / एक्स)दो परतों के बीच की दूरी से चलती परत के वेग को विभाजित करने में। यह आपको कतरनी दर कैलकुलेटर के लिए एक आरपीएम भी देता है जो विभिन्न प्रक्रियाओं के प्रति मिनट क्रांतियों के लिए जिम्मेदार है।
पेंच बनाते समय कतरनी दर
इस प्रक्रिया के दौरान इंजीनियर स्क्रू और बैरल वॉल के बीच शीयर रेट का इस्तेमाल करते हैं। इसके विपरीत, स्टील डिस्क में पेंच के प्रवेश के रूप में कतरनी दर है
\gamma = \frac{4Q}{\pi R^3}
वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह के साथक्यूऔर छेद त्रिज्याआर, जो अभी भी मूल अपरूपण दर सूत्र के समान है।
आप गणना करेंक्यूपूरे चैनल में दबाव ड्रॉप को विभाजित करकेपीबहुलक चिपचिपाहट द्वाराη, अपरूपण प्रतिबल के मूल समीकरण के समानτ.यह विशिष्ट उदाहरण आपको अपरूपण दर बनाम अपरूपण दर की तुलना करने का एक और तरीका प्रदान करता है। चिपचिपाहट, और, तरल पदार्थ की गति में अंतर को मापने के इन तरीकों के माध्यम से, आप इन घटनाओं की गतिशीलता को बेहतर ढंग से समझ सकते हैं।
कतरनी दर और चिपचिपापन अनुप्रयोग
तरल पदार्थ की भौतिक और रासायनिक घटनाओं का अध्ययन करने के अलावा, कतरनी दर और चिपचिपाहट भौतिकी और इंजीनियरिंग में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में उपयोग होती है। न्यूटोनियन तरल पदार्थ जिनमें तापमान और दबाव स्थिर होने पर निरंतर चिपचिपाहट होती है क्योंकि उन परिदृश्यों में होने वाले चरण में परिवर्तन की कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होती है।
हालांकि, तरल पदार्थों के अधिकांश वास्तविक दुनिया के उदाहरण इतने सरल नहीं हैं। आप गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों की चिपचिपाहट की गणना कर सकते हैं क्योंकि वे कतरनी दर पर निर्भर करते हैं। वैज्ञानिक और इंजीनियर आमतौर पर कतरनी दर और संबंधित कारकों को मापने के साथ-साथ कतरनी करने के लिए रियोमीटर का उपयोग करते हैं।
जैसा कि आप विभिन्न तरल पदार्थों के आकार को बदलते हैं और तरल पदार्थों की अन्य परतों के संबंध में उन्हें कैसे व्यवस्थित किया जाता है, चिपचिपाहट काफी भिन्न हो सकती है। कभी-कभी वैज्ञानिक और इंजीनियर इसका उल्लेख करते हैं "स्पष्ट चिपचिपाहट"चर का उपयोग करएइस प्रकार की चिपचिपाहट के रूप में। बायोफिज़िक्स में अनुसंधान से पता चला है कि रक्त की स्पष्ट चिपचिपाहट तेजी से बढ़ जाती है जब कतरनी दर 200 s. से कम हो जाती है-1.
उन प्रणालियों के लिए जो तरल पदार्थ को पंप, मिश्रण और परिवहन करते हैं, कतरनी दरों के साथ स्पष्ट चिपचिपाहट देता है इंजीनियर दवा उद्योग में उत्पादों के निर्माण और मलहम के उत्पादन का एक तरीका है और क्रीम
ये उत्पाद इन तरल पदार्थों के गैर-न्यूटोनियन व्यवहार का लाभ उठाते हैं ताकि जब आप अपनी त्वचा पर मलहम या क्रीम रगड़ते हैं तो चिपचिपाहट कम हो जाती है। जब आप रगड़ना बंद कर देते हैं, तो तरल का कतरन भी बंद हो जाता है जिससे उत्पाद की चिपचिपाहट बढ़ जाती है और सामग्री जम जाती है।