ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Релаксация сдвиговой вязкости в жидкостях из "Введение в физическую акустику " Здесь е д /ду — изменение угла, т. е. деформация сдвига, — перемещение точки с вертикальной координатой у по направлению оси X, а dvidy — изменение скорости v с координатой у. Вспомним, что по закону Гука 0=[ге, где р- — модуль сдвига. Таким образом, для ньютоновой жидкости напряжения пропорциональны не самой деформации, как это имеет место для твердых тел, а скорости изменения деформации, и, следовательно, сколь угодно малые силы могут вызвать сколь угодно большие деформации, если продолжительность действия силы достаточно велика. [c.55] Таким образом, для чисто ньютоновой жидкости действительная и мнимая части импеданса Zв совпадают. [c.56] Реальные жидкости, однако, далеко не в полной мере являются ньютоновыми жидкостями, т. е. не полностью текучи. Даже такая относительно мало вязкая жидкость, как вода, при приложении к ней резких напряжений (удар быстро двигающимся стержнем по струе воды [311 или попадание в струю пули) становится хрупкой и раскалывается , т. е. имеет большую упругость формы. С другой стороны, стальной шарик, падающий на кусок вара, упруго отскакивает от него, а если его положить на тот же кусок вара, он медленно в него погружается. Эти простые факты наглядно показывают наличие сдвиговых напряжений даже в маловязких жидкостях и их зависимость от скорости, с какой происходят деформации с другой стороны, длительные деформации, приложенные к некоторым телам, кажущимся твердыми, приводят к образованию медленного течения. [c.56] В диапазоне 0 о т оо сдвиг фаз между а и е изменяется от п/2 на низких частотах до нуля на высоких. [c.57] Для более точного описания экспериментальных зависимостей Х(о)) и (со) были предложены более сложные реологические связи между 0 и е, в том числе с несколькими временами релаксации. [c.57] Экспериментальные исследования релаксацип сдвиговой вязкости в жидкостях не могут проводиться методом пропускания вязких или сдвиговых волн через слой жидкости, который применяется для продольных волн, из-за сильного их поглощения и акустического рассогласования с твердым излучателем и приемником поперечных колебаний. [c.57] Заметим, что величина D, поскольку максимальное значение у =45° (так как разность фаз между а и е меняется от я/2 до нуля), меняется в пределах O ZJd она связана с добротностью (3=я/авЯ выражением D= 2Q) . Из выражений для импеданса Z имеем все связи между коэффициентом отражения г= = г ехр (—1ф), действительной и мнимой Хд частями Zjj, скоростью Сц и поглощением (ав=Вйв). [c.58] Следует отметить, что импедансный метод, вообще говоря, осложняется необходимостью проводить из мерения весьма незначительных сдвигов фазы при отражении от ис следуемой жидкости при этом, естественно, возникают трудности связанные с имеющейся нестабильностью сигналов как на акус тической стороне, так и в радиотехнических цепях. Заметим, что применяя дифференциальный метод (используя две идентичные линии задержки), оказывается возможным существенно повысить точность измерений. [c.58] Для проведения указанных измерений требуются очень чувствительные и стабильные приборы. В самом деле, например, на частоте 40 МГц изменения фазы при нанесении на поверхность воды при длине буферного стержня л 1,3 см даже для 50-го эха составляют около 10 градусов, следовательно, для получения искомых величин 2в с ошибкой порядка 10% нужно обеспечить разрешающую способность всей установки по фазе на одно отражение порядка 10 (полный набег фазы при 50 отражениях 10 градусов). Разрешение по амплитуде должно обеспечивать измерения 0,1 дБ [33]. Конечно, для более вязких жидкостей, чем вода, требования к точности измерений уменьшаются. [c.59] Уже в первые годы работами Мэзона и Мак-Скимина [32, 33] были обнаружены релаксационные зависимости О (со) и св(со), отличные от ньютоновых, прежде всего в расплавах металлов и полимерах. Они были описаны удовлетворительно для расплавов металлов моделью Максвелла и для полимеров моделью Максвелла с двумя временами релаксации. [c.59] В 1967 г. И. Л. Фабелинский с сотрудниками ([351, см. также [36]) наблюдали тонкую структуру крыла линии Рэлея в молекулярном рассеянии света в салоле, которая была ими объяснена как результат рассеяния света на сдвиговых тепловых флуктуациях в жидкости в дальнейших исследованиях это объяснение подтвердилось. [c.59] Как в [34], так и в [35] значения определялись из аппроксимации экспериментальных результатов к самым низким температурам, где сот 1 и определяющей является релаксационная сдвиговая упругость. [c.59] Как уже говорилось, акустические характеристики сильновязких жидкостей не могут быть объяснены обычной релаксационной теорией с одним временем релаксации. В работе 137] показано, что если считать время релаксации что, однако, никак не согласуется с релаксационной теорией, то результаты расчетов а (со) и с(ю) получаются близкими к экспериментальным результатам, полученным рядом авторов. Следует отметить, что впервые указали на зависимость а от частоты как V а в сильновязких жидкостях И. Г. Михайлов и С. Б. Гуревич [38, 39]. Эти авторы проводили измерения на продольных волнах в канифоли, вязкость которой изменялась при изменении температуры в определенном интервале температур. Ими была отмечена указанная зависимость а от со. [c.60] Для жидкостей с малой вязкостью теоретические соображения предсказывают, что релаксация сдвиговой вязкости может быть связана лишь со структурной перестройкой жидкости и возникает лишь на очень высоких частотах. Для таких жидкостей, как, например, вода,— на частотах не ниже 10 Гц однако до сих пор экспериментально релаксации сдвиговой вязкости воды не обнаружено. [c.60] Вернуться к основной статье