Viskozite akışkanın yoğunluğuyla aynı şey mi?
Bir sıvının yavaş akması, onun mutlaka birim hacimde daha çok kütle taşıdığı anlamına gelmez. Akmaya karşı davranışla yoğunluk farklı fiziksel özelliklerdir. Günlük dilde “koyu” veya “ağır” denildiğinde bu iki özellik birbirine karışabilir.
Temsili görsel: Kavanozdan akan bal; viskozite konusu için temsili fotoğraf. Kaynak: Honey from jar.jpg; üretici: ProjectManhattan; lisans: CC BY-SA 3.0.
Yoğunluk hacim başına kütledir
Yoğunluk, kütlenin kaplanan hacme oranıdır. SI birimi kg/m³’tür. Belirli hacimde ne kadar madde bulunduğunu karşılaştırmaya yardım eder. Aynı hacimde iki sıvının kütlelerinin farklı olması, yoğunluklarının farklı olabileceğini gösterir.
Bu tanımda akışın ne kadar hızlı gerçekleştiği yer almaz. OpenStax’ın yoğunluk açıklaması da kütle ve hacim ilişkisini temel alır. Bir sıvının yüzeyden zor ayrılması veya ince bir boruda yavaş ilerlemesi, tek başına yoğunluk ölçümü değildir.
Viskozite hareket eden katmanlarla ilgilidir
Viskozite, akışkanın farklı bölümlerinin birbirine göre hareketine karşı gösterdiği dirençle ilişkilidir. Basit bir modelde iki paralel yüzey arasındaki sıvı düşünülür. Yüzeylerden biri hareket ettiğinde sıvının farklı katmanları farklı hızlarla ilerler; bu hareketi sürdürmek için kuvvet gerekir.
OpenStax, dinamik viskoziteyi bu tür bir kayma hareketi üzerinden tanımlar. Diğer koşullar aynıyken daha yüksek viskozite, aynı hız farkını sürdürmek için daha büyük kuvvet gerektirebilir. Bu, akışkanın birim hacimdeki kütlesinden farklı bir sorudur.
Birimler ayrımı görünür kılar
Dinamik viskozitenin SI birimi pascal-saniyedir. Yoğunluk ise kilogram/metreküp birimiyle yazılır. Bu birimler aynı büyüklüğün başka gösterimleri değildir. Bir sayıyı yalnız birim adını değiştirerek diğerine dönüştürmek mümkün olmaz.
Varsayımsal bir raporda bir sıvının yoğunluğu doğru verilmiş fakat viskozitesi bilinmiyor olsun. Bu tek bilgiyle belirli boruda ne hızla akacağı hesaplanamaz. Akışın basınç farkı, geometrisi ve ilgili akış özellikleri de gerekir. Burada gerçek sıvıya ait ölçüm veya ürün özelliği sunulmuyor.
Yavaş akış yalnız viskoziteyi göstermez
İnce ve uzun bir boruyla kısa ve geniş boru, aynı sıvıda farklı akış hızları verebilir. Sıvıyı hareket ettiren basınç farkı da sonucu değiştirir. İki farklı kaptan dökülen sıvıları gözle karşılaştırırken bu koşulların aynı olduğu varsayılmamalıdır.
Bu yüzden “daha yavaş aktı, demek ki daha viskoz” sonucu ancak uygun karşılaştırmayla desteklenebilir. Gözlem bir başlangıçtır; ölçülecek özelliği tek başına ayırmayabilir. Viskozite ölçümünde kullanılan düzen, geometri ve uygulanan hareketin bilinmesi önemlidir.
Sıcaklık bilgisini neden ekleriz?
Viskozite sıcaklığa bağlı olabilir. Bir sıvının farklı sıcaklıklarda aynı akış davranışını göstereceği kabul edilmez. Yoğunluk da koşullarla değişebileceğinden, sayısal özellik karşılaştırmalarında ölçüm sıcaklığı ve gerekli diğer koşullar birlikte verilmelidir.
Tek bir değer, bütün sıcaklıklarda geçerli değişmez kimlik gibi okunmamalıdır. Bununla birlikte sıcaklık değişimiyle iki özelliğin her zaman aynı oranda değiştiği de söylenemez. Yoğunluk ve viskozite kendi tanımları ve ölçümleriyle ele alınır.
Akış düzeni ayrı bir bilgidir
Katmanların düzenli hareket ettiği laminer akışla girdapların belirgin olduğu türbülanslı akış farklı davranışlar gösterebilir. OpenStax, viskoziteyi açıklarken bu ayrımı kurar. Yüksek hızda oluşan karmaşık akış etkilerini yalnız sıvının tek bir katsayısına bağlamak eksik kalabilir.
Bir karşılaştırmanın anlamlı olması için hangi akış düzeninde yapıldığının bilinmesi yararlıdır. Basit viskozite modeli belirli koşulları varsayar; bütün karışımların veya akışların aynı bağıntıya uyacağı sonucu çıkarılmaz. Kullanılan modelle gözlenen davranış birlikte değerlendirilir.
İki soruyu ayrı sorun
“Bu hacimde ne kadar kütle var?” yoğunluğa yönelir. “Bu akış koşulunda katmanların göreli hareketi hangi dirençle karşılaşıyor?” ise viskoziteyle ilgilidir. Aynı sıvı hakkında sorulabilen bu iki soru birbirini tamamlar.
Gündelik koyuluk ifadesi böylece daha açık fiziksel bilgilere ayrılır. Bir sıvıyı tanımak için yoğunluğunu bilmek değerli olabilir; akışını değerlendirmek içinse farklı özellikler de gerekir. Görülen yavaşlığı tek başına kütle yoğunluğuna eşitlememek temel ayrımdır.
