Lepkość jest ważnym parametrem w dynamice płynów – tak ważnym, że naukowcy pracujący w tej dziedzinie definiują dwa różne rodzaje, każdy z własnymi jednostkami. Powszechną jednostką pomiaru lepkości dynamicznej jest puaz (P), który jest równy 1 gramowi na centymetr-sekunda. Odpowiadającą jednostką lepkości kinematycznej jest stoke (St), co odpowiada 1 centymetrowi2 na sekundę. Obie jednostki są duże i ze względów praktycznych częściej używa się centypuazów (cP) i centystoksów (cSt), które są równe jednej setnej odpowiedniej całej jednostki. Łatwym sposobem zamiany lepkości kinematycznej na dynamiczną jest pomnożenie wartości w centystoksach przez ciężar właściwy cieczy, aby uzyskać odpowiednią wartość w centypuazach.
Dwa rodzaje lepkości
Definicja lepkości dynamicznej – lub bezwzględnej – to siła styczna na jednostkę powierzchni potrzebna do przemieszczenia jednej płaszczyzna pozioma płynu względem innej płaszczyzny z jednostkową prędkością przy zachowaniu odległości jednostkowej między samoloty. Innymi słowy, jest to miara wewnętrznego oporu płynu na przepływ. Każdy, kto próbował przebić nóż przez melasę wie, że ma ona wyższą lepkość dynamiczną niż woda.
Lepkość kinematyczna jest definiowana jako stosunek lepkości dynamicznej do gęstości. Dwa płyny o tej samej lepkości dynamicznej mogą mieć bardzo różne wartości lepkości kinematycznej, w zależności od ich gęstości.
Pomiar lepkości
Aby zmierzyć lepkość dynamiczną, należy przyłożyć pewien rodzaj znanej siły zewnętrznej. Powszechnym sposobem pomiaru tej wielkości jest obracanie sondy w cieczy i pomiar wielkości momentu obrotowego lub siły obrotowej potrzebnej do poruszania sondą z określoną prędkością. Ponieważ lepkość kinematyczna nie zależy od ruchu lub siły zewnętrznej innej niż siła grawitacji, powszechnym sposobem jej pomiaru jest umożliwienie przepływu płynu przez skalibrowaną rurkę kapilarną.
Podczas pomiaru lepkości dynamicznej i kinematycznej ważne jest uwzględnienie temperatury, ponieważ lepkość zmienia się wraz z temperaturą.
Ciężar właściwy ułatwia konwersję
Ciężar właściwy cieczy, gazu lub ciała stałego to jego gęstość podzielona przez gęstość wody. Ponieważ woda ma gęstość 1 g/cm3 (1 g/ml), ciężar właściwy jest wartością bezwymiarową zasadniczo równą gęstości. Ten skrót ułatwia śledzenie jednostek podczas konwersji lepkości dynamicznej na kinematyczną i odwrotnie. Dla dowolnego płynu lepkość kinematyczna w centystoksach x ciężar właściwy = lepkość dynamiczna w centypuazach. Jeśli wykonasz te same obliczenia, używając gęstości zamiast ciężaru właściwego, musisz przeliczyć lepkość na centystokes na stokes, pomnóż przez gęstość płynu w g/ml i zamień wynik w puasie z powrotem na centypuaz.
Kilka przykładów
W przypadku wody zamiana między centystoksami a centypuazami jest łatwa, ponieważ woda ma ciężar właściwy równy 1. Lepkość kinematyczna wody w temperaturze 70 stopni Fahrenheita (21 stopni Celsjusza) wynosi 1 centystokes, a lepkość dynamiczna to 1 centypuaz.
W temperaturze 68 stopni Fahrenheita (20 stopni Celsjusza) miód ma gęstość 1,42 g/ml (ciężar właściwy 1,42). Jego lepkość dynamiczna wynosi 10 000 cP, więc lepkość kinematyczna wynosi 10 000 cp/1,42 = 7042 cSt.