Die kinematische Viskosität ist eine grundlegende physikalische Eigenschaft aller gasförmigen und flüssigen Medien. Dieser Indikator ist von entscheidender Bedeutung für die Bestimmung des Widerstands bewegter fester Körper und der Belastung, der sie ausgesetzt sind. Wie Sie wissen, findet in unserer Welt jede Bewegung in der Luft- oder Wasserumgebung statt. Auf bewegte Körper wirken dabei immer Kräfte, deren Vektor der Bewegungsrichtung der Objekte selbst entgegengesetzt ist. Je größer also die kinematische Viskosität des Mediums ist, desto stärker wird der Festkörper belastet. Was ist die Natur dieser Eigenschaft von Flüssigkeiten und Gasen?
Kinematische Viskosität, definiert als innere Reibung, entsteht durch die Impulsübertragung von Stoffmolekülen senkrecht zur Bewegungsrichtung ihrer Schichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Beispielsweise ist in Flüssigkeiten jede der Struktureinheiten (Moleküle) auf allen Seiten von ihren nächsten Nachbarn umgeben, die ungefähr einen Abstand von ihrem Durchmesser haben. Jedes Molekül schwingt um eine sogenannte Gleichgewichtslage, macht aber, indem es von seinen Nachbarn Impuls erhält, einen scharfen Sprung in Richtung eines neuen Schwingungszentrums. In einer Sekunde hat jede solche strukturelle Einheit der Materie Zeit, ihren Aufenth altsort etwa hundertmillionenmal zu wechseln und zwischendurch Sprünge von einer bis zu Hunderttausenden von Schwingungen zu machen. Je stärker eine solche molekulare Wechselwirkung ist, desto geringer ist natürlich die Mobilität jeder Struktureinheit und desto größer ist dementsprechend die kinematische Viskosität der Substanz.
Werden auf ein Molekül konstante äußere Kräfte aus benachbarten Schichten einwirken, dann macht das Teilchen in dieser Richtung mehr Verschiebungen pro Zeiteinheit als in der entgegengesetzten Richtung. Daher verwandelt sich sein chaotisches Wandern in eine geordnete Bewegung mit einer bestimmten Geschwindigkeit, abhängig von den auf ihn einwirkenden Kräften. Diese Viskosität ist beispielsweise typisch für Motorenöle. Wichtig ist dabei auch, dass die auf das betrachtete Teilchen wirkenden äußeren Kräfte Arbeit an einer Art Auseinanderdrücken der Schichten verrichten, durch die sich das jeweilige Molekül hindurchzwängt. Ein solcher Aufprall erhöht letztendlich die Geschwindigkeit der thermischen Zufallsbewegung von Partikeln, die sich mit der Zeit nicht ändert. Mit anderen Worten, Flüssigkeiten zeichnen sich trotz des ständigen Einflusses multidirektionaler äußerer Kräfte durch eine gleichmäßige Strömung aus, da sie durch den Innenwiderstand der Materieschichten ausgeglichen werden, der nur den Koeffizienten der kinematischen Viskosität bestimmt.
Mit zunehmender Temperatur beginnt die Beweglichkeit der Moleküle zuzunehmen, was zu einer gewissen Abnahme des Widerstands der Materieschichten führt, da in jeder erhitzten Substanz günstigere Bedingungen für die freie Bewegung von Partikeln in der Richtung geschaffen werden der aufgebrachten Kraft. Dies kann damit verglichen werden, dass es für eine Person viel einfacher ist, sich durch eine sich zufällig bewegende Menge zu quetschen als durch eine stehende. Polymerlösungen haben einen signifikanten Indikator für die kinematische Viskosität, gemessen in Stokes- oder Pascal-Sekunden. Dies ist auf das Vorhandensein langer, starr gebundener Molekülketten in ihrer Struktur zurückzuführen. Mit steigender Temperatur nimmt ihre Viskosität jedoch schnell ab. Beim Pressen von Kunststoffprodukten werden die fadenförmigen, verschlungenen Moleküle in eine neue Position gezwungen.
Die Viskosität von Gasen bei einer Temperatur von 20°C und einem atmosphärischen Druck von 101,3 Pa liegt in der Größenordnung von 10-5Pas. Beispielsweise beträgt die kinematische Viskosität von Luft, Helium, Sauerstoff und Wasserstoff unter solchen Bedingungen jeweils 1,8210-5; 1, 9610-5; 2, 0210-5; 0,8810-5 Pas. Und flüssiges Helium hat generell die erstaunliche Eigenschaft der Suprafluidität. Dieses Phänomen, das von Akademiker P. L. Kapitsa, liegt darin, dass dieses Metall in einem solchen Aggregatzustand fast keine Viskosität hat. Für ihn ist diese Zahl fast null.
