Bir fincan çayı karıştırmak için bir kaşık döndürmek, günlük yaşamdaki sıvıların dinamiklerini anlamanın ne kadar yerinde olduğunu size gösterebilir. Sıvıların akışını ve davranışını tanımlamak için fiziği kullanmak, size bir fincan çayı karıştırmak gibi basit bir göreve giren karmaşık ve karmaşık güçleri gösterebilir. Kayma hızı, sıvıların davranışını açıklayabilen bir örnektir.
Kesme Oranı Formülü
Sıvının farklı katmanları birbirini geçerken bir sıvı "kesilir". Kesme hızı bu hızı tanımlar. Daha teknik bir tanım, kesme hızının, akış yönüne dik veya dik açıdaki akış hızı gradyanı olmasıdır. Malzemesindeki parçacıklar arasındaki bağları kırabilecek sıvı üzerinde bir gerilim oluşturur, bu yüzden "kesme" olarak tanımlanır.
Bir levhanın veya başka bir levhanın veya katmanın üzerindeki bir malzeme tabakasının paralel hareketini gözlemlediğinizde, yine de, ikisi arasındaki mesafeye göre bu katmanın hızından kesme hızını belirleyebilirsiniz. katmanlar. Bilim adamları ve mühendisler formülü kullanır
y = V/xkesme hızı içinγ("gama") s birimlerinde-1, hareketli katmanın hızıVve katmanlar arasındaki mesafemmetre cinsinden.Bu, üst plakanın veya katmanın tabana paralel hareket ettiğini varsayarsanız, kesme hızını katmanların hareketinin bir fonksiyonu olarak hesaplamanıza olanak tanır. Kayma hızı birimleri genellikle s-1 farklı amaçlar için.
kesme gerilimi
Losyon gibi bir sıvıyı cildinize bastırmak sıvının hareketini cildinize paralel hale getirir ve sıvıyı doğrudan cilde bastıran harekete karşı koyar. Sıvının cildinize göre şekli, losyon parçacıklarının uygulandıkları sırada nasıl parçalandığını etkiler.
Ayrıca kesme oranını da ilişkilendirebilirsinizγkesme gerilimineτ("tau") viskoziteye, bir sıvının akmaya karşı direncine,η("eta") aracılığıyla
\gamma = \frac{\eta}{\tau}
benn hangisiτbasınçla aynı birimdir (N/m2 veya paskal Pa) veηbirimlerinde(N/m2 s).viskozitesize sıvının hareketini tanımlamanın ve sıvının kendisine özgü olan kayma gerilmesini hesaplamanın başka bir yolunu verir.
Bu kesme hızı formülü, bilim adamlarının ve mühendislerin, kullandıkları malzemelere uygulanan katıksız gerilimin içsel doğasını belirlemesine olanak tanır. elektron taşıma zinciri ve polimer taşması gibi kimyasal mekanizmalar gibi mekanizmaların biyofiziğinin incelenmesinde.
Diğer Kayma Oranı Formülleri
Kayma hızı formülünün daha karmaşık örnekleri, kesme hızını, akış hızı, gözeneklilik, geçirgenlik ve adsorpsiyon gibi sıvıların diğer özellikleriyle ilişkilendirir. Bu, kesme hızını karmaşık uygulamalarda kullanmanızı sağlar.biyolojik mekanizmalarBiyopolimerlerin ve diğer polisakkaritlerin üretimi gibi.
Bu denklemler, fiziksel fenomenlerin özelliklerinin teorik hesaplamalarının yanı sıra Akışkan gözlemleriyle en iyi eşleşen şekil, hareket ve benzer özellikler için hangi tür denklemlerin test edilmesi yoluyla dinamikler. Akışkan hareketini tanımlamak için bunları kullanın.
Kesme Hızında C faktörü
Bir örnek,Blake-Kozeny/Cannellakorelasyon, gözenek ölçeğindeki akış simülasyonunun ortalamasından kesme hızını hesaplayabileceğinizi gösterdi. "C faktörü", akışkanın gözeneklilik, geçirgenlik, akışkan reolojisi ve diğer değerlerin özelliklerinin nasıl olduğunu açıklayan bir faktör farklılık göstermek. Bu bulgu, C faktörünün deneysel sonuçların gösterdiği kabul edilebilir miktarlar aralığında ayarlanmasıyla ortaya çıktı.
Kayma hızının hesaplanması için denklemlerin genel biçimi nispeten aynı kalır. Bilim adamları ve mühendisler, kayma hızı denklemlerini ortaya çıkarırken, hareket halindeki katmanın hızını katmanlar arasındaki mesafeye bölerek kullanırlar.
Kesme Oranı vs. viskozite
Farklı, özel senaryolar için çeşitli sıvıların kayma hızını ve viskozitesini test etmek için daha gelişmiş ve nüanslı formüller mevcuttur. Kesme hızı ile kesme hızının karşılaştırılması Bu durumlar için viskozite, birinin diğerinden daha faydalı olduğunu size gösterebilir. Metalik spiral benzeri bölümler arasındaki boşluk kanallarını kullanan vidaların kendilerinin tasarlanması, amaçlanan tasarımlara kolayca uymalarını sağlayabilir.
Süreciekstrüzyon, bir malzemeyi çelik disklerdeki açıklıklardan bir şekil oluşturmaya zorlayarak bir ürün yapma yöntemi, metal, plastik ve hatta makarna veya tahıl gibi gıdalar için özel tasarımlar yapmanıza izin verebilir. Bunun, süspansiyonlar ve spesifik ilaçlar gibi farmasötik ürünler yaratmada uygulamaları vardır. Ekstrüzyon işlemi ayrıca kesme hızı ve viskozite arasındaki farkı da gösterir.
denklem ile
\gamma = \frac{\pi DN}{60h}
vida çapı içinDmm olarak, vida hızıNdakikadaki devir sayısı (rpm) ve kanal derinliği olarakhmm olarak, bir vida kanalının ekstrüzyonu için kesme hızını hesaplayabilirsiniz. Bu denklem, orijinal kesme hızı formülüne (y = V/x)hareketli katmanın hızını iki katman arasındaki mesafeye bölerek. Bu aynı zamanda size farklı süreçlerin dakika başına devirlerini hesaba katan bir rpm'den kesme hızına hesaplayıcı sağlar.
Vida Yaparken Kayma Oranı
Mühendisler bu işlem sırasında vida ile namlu duvarı arasındaki kesme hızını kullanır. Buna karşılık, vida çelik diske girerken kesme hızı
\gamma = \frac{4Q}{\pi R^3}
hacimsel akış ileSve delik yarıçapı$hala orijinal kesme hızı formülüne benzerlik gösteren .
sen hesaplaSkanal boyunca basınç düşüşünü bölerekΔPpolimer viskozitesi ileη, kayma gerilimi için orijinal denkleme benzerτ.Bu özel örnekler size kesme hızı ile kesme hızı karşılaştırması için başka bir yöntem sunar. akışkanların hareketindeki farklılıkları ölçmek için kullanılan bu yöntemler aracılığıyla, bu fenomenlerin dinamiklerini daha iyi anlayabilirsiniz.
Kesme Hızı ve Viskozite Uygulamaları
Akışkanların fiziksel ve kimyasal fenomenlerini incelemek dışında, kayma hızı ve viskozite, fizik ve mühendislik genelinde çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Sıcaklık ve basınç sabit olduğunda sabit bir viskoziteye sahip olan Newton sıvıları, çünkü bu senaryolarda meydana gelen faz değişikliklerinin kimyasal reaksiyonları yoktur.
Yine de, gerçek dünyadaki sıvı örneklerinin çoğu o kadar basit değil. Newton tipi olmayan akışkanların viskozitelerini, kayma hızına bağlı olduklarından hesaplayabilirsiniz. Bilim adamları ve mühendisler tipik olarak reometreleri, kesme hızının ve ilgili faktörlerin ölçülmesinin yanı sıra kesmenin kendisini gerçekleştirmede kullanırlar.
Farklı sıvıların şeklini ve diğer sıvı katmanlarına göre nasıl düzenlendiklerini değiştirdikçe, viskozite önemli ölçüde değişebilir. Bazen bilim adamları ve mühendisler "Görünür viskozite"değişkeni kullanarakηABu tür viskozite olarak. Biyofizikteki araştırmalar, kesme hızı 200 s'nin altına düştüğünde kanın görünür viskozitesinin hızla arttığını göstermiştir.-1.
Akışkanları pompalayan, karıştıran ve taşıyan sistemler için, kesme oranlarının yanı sıra görünen viskozite, mühendisler, ilaç endüstrisinde ürün üretmenin bir yolunu ve merhemlerin üretimini ve kremler.
Bu ürünler, cildinize merhem veya krem sürdüğünüzde viskozitenin düşmesi için bu sıvıların Newton olmayan davranışından yararlanır. Sürtmeyi bıraktığınızda, sıvının kesilmesi de durur, böylece ürünün viskozitesi artar ve malzeme çöker.