Wyjaśnienie różnicy między lepkością a wyporem

Lepkość i wyporność to dwa czynniki, które wpływają na płyny, takie jak ciecze i gazy. Na pierwszy rzut oka terminy wydają się być bardzo podobne, ponieważ oba wydają się sprawiać, że płyn jest odporny na każdy obiekt, który przez niego przechodzi. W rzeczywistości jest to nieprawdziwe, ponieważ oba terminy w rzeczywistości odnoszą się do bardzo konkretnych sił wywieranych zewnętrznie lub wewnętrznie. Wahania obu czynników powodują, że ciecze i gazy zachowują się bardzo odmiennie.

Wyporność odnosi się do szczególnej siły skierowanej w górę wywieranej przez ciecz lub gaz na zanurzony w niej przedmiot. Jest to główna siła, która pozwala przedmiotowi unosić się w powietrzu. Jednak pływający obiekt musi wypierać większą masę wody niż sama masa, aby unosić się na wodzie. W przeciwnym razie skierowana do góry siła wyporu nie będzie wystarczająco duża, aby zapobiec jej zatonięciu. Jest to związane z gęstością wody; na przykład, jeśli woda jest gęstsza, cięższy obiekt będzie musiał przemieszczać się w mniejszym stopniu, aby utrzymać się na powierzchni, ponieważ woda będzie miała większą masę.

Lepkość jest po prostu definiowana jako opór przepływu cieczy lub gazu. Im mniej skłonny jest przepływ gazu lub cieczy, tym bardziej jest lepki. Lepkość cieczy i gazów jest spowodowana ich składem molekularnym; bardzo lepkie ciecze lub gazy mają strukturę molekularną, która powoduje duże tarcie wewnętrzne podczas ruchu. To tarcie naturalnie przeciwdziała przepływowi. Ciecze i gazy o niskim tarciu wewnętrznym będą bardzo łatwo przepływać. Lepkość różni się od wyporu tym, że opisuje siły wewnętrzne w substancji, a nie siłę skierowaną do góry wywieraną przez substancję na inną substancję.

Chociaż oba czynniki wyporu i lepkości pozwolą obiektowi unosić się na powierzchni przez ograniczony czas, lepkość nie jest skuteczna w utrzymywaniu obiektu na powierzchni w nieskończoność. Kiedy przedmiot wchodzi do cieczy, wypierana przez niego ciecz jest zmuszana do spływania w dół na obie strony, ustępując obiektowi. W bardzo lepkiej cieczy przepływ ten będzie znacznie spowolniony, co oznacza, że ​​przedmiot może przez jakiś czas siedzieć na „przemieszczonej” cieczy, zanim zatonie. Jednakże, mimo że tarcie spowalnia ruch wewnętrzny, ten ruch nadal zachodzi powoli, ale pewnie i przedmiot w końcu zatonie, jeśli czynnikiem będzie sama lepkość.

Zastosowanie ciepła w różny sposób wpływa również na wyporność i lepkość. Ogrzewanie lepkiej substancji zmniejszy jej lepkość, ponieważ zawarte w niej cząsteczki zyskują więcej energii i są w stanie łatwiej pokonać wewnętrzne tarcie. Wpływ ciepła na wyporność zależy jednak od rodzaju ogrzewanej cieczy lub gazu. Ogólnie rzecz biorąc, ogrzewanie cieczy zmniejsza jej gęstość, zmniejszając jej potencjał do wywierania siły wyporu, ponieważ zmniejsza się masa wypartego płynu na objętość. Jednak niektóre ciecze, w tym woda, mogą zwiększyć gęstość po nieznacznym podgrzaniu. Woda jest najgęstsza przy 39,2 stopniach Fahrenheita, więc ogrzewanie wody z 38 stopni do 39 stopni Celsjusza w rzeczywistości zwiększy jej potencjał siły wyporu.