Son güncelleme: 21.08.2023
Akışkanların akmaya karşı göstermiş olduğu dirence viskozite denir. Akışkanın viskozitesi ne kadar yüksek ise akmaya karşı direnç o kadar fazladır bu dirençten kaynaklı olarak kayma gerilmesi meydana gelir ve kayma gerilmesi ne kadar artarsa şekil değişme hızı o kadar düşük olur.
Kayma gerilimini daha iyi anlamak için sıvıyı üst üste koyulmuş kağıt destesi olarak düşünebiliriz. Sıvı yüzeyine (kağıt destesine) kuvvet uygulandığında hareketin başlaması için gereken birim alana uygulanan kuvvete kayma gerilmesi denir. Kayma gerilmesi akış düzlemlerinin (kağıt destesindeki her bir üst üste kağıdın) yer değiştirmesine neden olur. Katılarda gerilme (stress), gerinim (strain: deformasyon, şekil değiştirme) ile ilişkili iken akışkanlarda gerilme, şekil değiştirme hızı ile ilişkilidir.
Yapılan deneysel çalışmalarda kayma gerilmesi ile açısal deformasyon hızı arasında lineer bir bağlantı bulunmaktadır. Aşağıdaki denklem ile dinamik viskozite elde edilir.
Sıvı tabakalarının birbirine göre hareketini engelleyen, sıvıların iç sürtünmesi olarak da tanımlanan kuvvete dinamik viskozite (mutlak viskozite) denir. Katı bir nesneyi akışkanın içinden geçirmek için gereken enerji miktarını hayal edin. Suyu karıştırmak bala kıyasla daha az enerji gerektirir, çünkü suyun dinamik viskozitesi daha düşüktür.
Akışkanların viskoziteleri sıcaklık ve basınca bağlı olarak değişmektedir. Sıvıların viskozitesi molekül yapıları ve moleküller arası etkileşmelerle yakından ilgilidir. Herhangi bir boru içinde akan bir sıvının akış hızı akımı sağlayan yürütücü kuvvet ile akımı engellemeye çalışan direncin büyüklüğüne bağlıdır. Sıcaklığın artması ile sıvıların viskozitesi azalırken, gazların viskoziteleri artmaktadır. Bunun sebebi sıvı içerisindeki moleküller boşluklar bulunur ve moleküller sürekli olarak bu boşluklara doğru hareket eder. Bir molekülün boşluğa taşınması için aktivasyon enerjisine ihtiyaç duyar. Yüksek sıcaklıklarda aktivasyon enerjisi çok daha kolay bulunabileceğinden sıcaklık yükseldikçe sıvı daha kolay bir şekilde akar.
Sıvıların viskozitelerindeki basınca bağlı değişim çok küçük olacağından ihmal edilebilir olsa da, gazlarda bu değişim ihmal edilemeyecek seviyededir.
Newton Tipi Akışkanlar
Kayma hızının kayma gerilmesiyle doğru orantılı olduğu akışkanlara newton tipi akışkanlar denmektedir. Newton tipi akışkanların viskozitesi gerçek bir termodinamik özellik olup sıcaklık ve basınç ile değişmektedir. Hızlı (ani) bir kuvvet uygulanınca akışkan özelliğini değiştirmeyen akışkanlara newton yasasına uygun akışkanlar denir.
Newtonian Olmayan Akışkanlar
Newton olmayan akışkanlar, değişken bir viskoziteye ve kayma gerilmesiyle değişken bir ilişkiye sahip olan akışkanlar newton yasasına uymaz bu tür akışkanlara newtonian olmayan akışkan denir. Genelde yoğun ve kompleks karışımlardır. Non-newtonien akışkanlar yüksek basınç altında sıkışma eğilimi göstermektedir. Bu sebeple kalp ve diğer organlar ile medikal analizlerde non-newtonien akışkanlar sıkça kullanılır. Örnek olarak kan, ketçap, boya, şampuan, krema, pekmez ve bazı kayganlaştırıcılar verilebilir.
Dilatant Akışkanlar: Kayma hızı arttıkça akışkanın viskozitesi ani bir şekilde artar. Ani bir hız ile karşılaşınca katı gibi davranır. Koruma giysilerinde genellikle bu tür akışkan malzemeler kullanılır.
Pseudoplastikler: Kayma hızı artıkça malzemenin viskozitesi azalır. Bu tür malzemelere en güzel örnek boyadır. Boya fırçadan akmadan durur iken duvara sürtme hızımız arttıkça duvara daha rahat sürülür.
Bingham Plastik: Bu malzemeler belirli bir kayma gerilmesine kadar kaymadan durağan davranırlar. Belli bir kayma gerilmesinden sonra lineer olarak kayma hızı kayma gerilmesine göre artar. Kayma gerilmesi ortadan kaldırıldığında eski halini almazlar. Diş macunu bu tür malzemelere örnek olarak verilebilir.
