Физические и химические свойства воды, страница 7

где: τ-сила внутреннего трения, отнесенная к единице поверхности; μ-коэффициент динамической вязкости, в пуазах (1 П=1дн с/см2=1г/(см с);  du/dy-вертикальный градиент скорости.

            Турбулентная вязкость формируется в турбулентном потоке и обусловлена интенсивным перемешиванием смежных слоев жидкости. Вязкость изменяется в зависимости от плотности жидкости. вязкость воды мала, однако при формировании ветровых течений и циркуляций в водоемах она приобретает определенное значение. Вязкость действует как фактор, оказывающий сопротивление движению, и способствует затуханию течений при прекращении ветра. И наоборот, при длительном ветре благодаря вязкости в движение приходят слои, подстилающие верхний, двигающийся под  влиянием ветра. Вязкость оказывает влияние на скорость опускания взвешенных наносов: с повышением температуры коэффициент вязкости и плотность воды уменьшаются, в результате скорость падения частиц возрастает. С ростом минерализации воды вязкость также увеличивается.

Поверхностное натяжение и смачивание.   Поверхностное натяжение представляет собой проявление сил притяжения, действующих между молекулами воды на поверхности раздела вода-воздух или вода –воздух -твердое тело. Образование поверхностной  пленки объясняется тем, что молекула на поверхности жидкости лишь со стороны жидкости окружена молекулами жидкости, вследствие чего ее энергия вдвое больше энергии молекулы, находящейся внутри жидкости. Стремясь занять положение с минимальной потенциальной энергией, молекулы жидкости на поверхности стремятся втянуться внутрь объема. Жидкость под действием внутренних сил молекулярного притяжения стремятся уменьшить свою свободную поверхность. В результате на границе свободной поверхности действует сила поверхностного натяжения, направленная касательно к поверхности жидкости и равна:

                                            δ =LP                                       (   )

Где: δ- коэффициент поверхностного натяжения (H/m);  L-длина контура поверхности границы. Р - сила поверхностного натяжения;

Величина коэффициента поверхностного натяжения изменяется в зависимости от температуры (с ростом температуры поверхностное натяжение воды уменьшается ) и минерализации (с увеличением солености коэффициент поверхностного натяжения слегка возрастает). Однако вода обладает самым высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, за исключением ртути! Так, коэффициент поверхностного натяжения для воды при 200С равен 0.0727 Н/м а для ртути-0.467 Н/м.

Вода относится к смачивающим жидкостям, когда сцепление с твердым телом больше по сравнению со сцеплением молекул самой жидкости. На границе соприкосновения с твердым телом вода смачивает его поверхность, а действие силы поверхностного натяжения приводит к тому, что поверхность воды в непосредственной близости к твердому телу искривляется, несколько приподнимаясь. Если соприкосновение воды с твердыми стенками происходит в порах и пустотах достаточно большого диаметра, то основная часть заключенной в них воды остается плоской. Если же диаметр пор и пустот настолько мал, что он делается соизмеримым с радиусом кривизны пристенного искривления поверхности воды, то искривленные края с обеих стенок сливаются и образуют вогнутый мениск. При образовании вогнутого мениска давление на его поверхность за счет поверхностного натяжения оказывается меньше, чем давление на плоской поверхности воды. Разность давления под плоской и изогнутой поверхностью воды называется менисковой силой. В результате возникновения менисковой силы на границе сплошного слоя воды образуется превышение давления над давлением в порах и капиллярах, которое и является причиной подъема воды в капиллярах. Высота поднятия жидкости в капилляре рассчитывается по зависимости:

                                   h=2s/R g r                               (   )

where: s-сила поверхностного натяжения; R- радиус кривизны поверхности мениска; g-ускорение свободного падения; r-плотность воды.

Из формулы следует, что высота поднятия воды в капилляре тем больше, чем меньше радиус его кривизны.