ความหนืด

ความหนืด
ลักษณะของแรงหนืด
แรงหนืดในของเหลวจะมีค่ามากขึ้น เมื่อวัตถุทีผ่านของเหลวมีความเร็วมากขึ้น จากผลการทดลองได้ขนาดของแรงหนืดที่เกิดกับวัตถุทรงกลม มีขนาดดังนี้

F = 6nrv

โดย F = แรงหนืดมีหน่วยเป็นนิวตัน
n = ค่าความหนืดของของเหลวมีหน่วยเป็น ( นิวตัน / เมตร2) วินาที
r = รัศมีของทรงกลมโลหะ ( เมตร )
v = อัตราเร็วของทรงกลมในของเหลว ( เมตร / วินาที )
หมายเหตุ ค่า 6nr มีค่าคงที่ ดังนั้นแรงหนืดที่เกิดกับวัตถุทรงกลม จะได้ F= kv

ตัวอย่างที่แสดงถึงลักษณะของแรงหนืด








(a) การเคลื่อนที่ของลูกกลมเหล็ก (b) แรงที่เกิดขึ้นกับลูกกลมเหล็ก

ในการปล่อยลูก เหล็กลงในกระบอกแก้วที่มีน้ำมันหล่อลื่นอยู่ ถ้าจับเวลาขณะที่ลูกเหล็กผ่านระยะ 5, 10, 15, … ซม. แล้วหาความเร็วของลูกเหล็กทุก ๆ ระยะ 5 ซม .
จะพบ ความเร็วของลูกเหล็กในช่วง 5 ซม. แรกน้อยกว่าความเร็วในช่วง 5 ซม. ถัดมา
และความเร็วในช่วงหลังๆ จะเท่ากันตลอด แสดงว่าในช่วงต้นๆ ลูกเหล็กเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง ต่อมาเมือลูกเหล็กมีความเร็วสูงขึ้น ลูกเหล็กจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
สาเหตุที่ทำให้ลูกเหล็กเคลื่อนที่แบบนี้ก็คือ ในขณะที่ลูกเหล็กเคลื่อนที่ในน้ำมันหล่อหลืนลูกเหล็กได้ถูกกระทำด้วยแรง 3 แรงคือ แรงดึงดูดโลก, แรงลอยตัว, แรงหนืดของน้ำมัน ในช่วงต้นๆ แรงหนืดของน้ำมันมีค่าน้อย ทำให้ลูกเหล็กเคลื่อนที่ด้วยความแรงลัพธ์ที่มีค่าเท่ากับผลด่างของ mg, แรงลอยและหนืด ( = mg-BF-kv ) แต่ในช่วงหลัง แรงหนืดของน้ำมันขึ้นจนกระทั้งทำให้แรงลัพธ์ที่กระทำต่อลูกเหล็กเป็นศูนย์ ลูกเหล็กจึงไปด้วยความคงที่
จากตัวอย่างนี้จะเห็นว่า แรงหนืดจะมีค่ามากขึ้นเมื่อวัตถุที่ผ่านของเหลวมีความเร็วสูงขึ้น
ความรู้ในเรื่องความหนืดของเหลวแต่ละชนิด เช่น พวกน้ำมันต่างๆ มีประโยชน์ในการ
เลือกใช้น้ำมันหล่อลื่นให้เหมาะกับเครื่องจักรชนิดต่างๆ
น้ำมันมีความหนืดสูงเคลื่อนตัวได้ช้า จะสามารถจับบนชิ้นส่วนของเครื่องจักรได้ดี จึงช่วยในการลดการกระแทกหรือเสียดสี แต่มีข้อเสียคือจะมีแรงหนืดไปต้านเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนนั้นๆ ทำให้กำลังของเครื่องจักรเสียบ้าง ดังนั้นสำหรับเครื่องจักรขนาดเล็ก เช่น จักรเย็บผ้า หรือนาริกา ซึ่งไม่ต้องการให้มีการสูญเสียกำลังมาก จึงต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นที่มีความหนืดน้อย