وحدة قياس اللزوجة ؟ وكيفية استخدامها

تعتبر السوائل من أكثر ما نتعامل معه في حياتنا اليومية، من كوب الماء الذي نشربه، أو فنجان الشاي الذي نحتسيه في الصباح، أو طبق العسل الشهيّ، إلى الوقود السائل الذي نزوّد به السيارة، فكل هذه الأشياء من السوائل، ولكن قوام كل واحدة منها يختلف عن قوام الآخر.   وعليه فإن هذا القوام المختلف، يؤثر في الخصائص الفيزيائية للسوائل، من سرعة جريان، وقابلية الضغط، وما إلى ذلك تبعًا لاختلاف نسبة القوام من سائل لآخر، وهذا القوام ما يطلق عليه اللزوجة، وقد استطاع العلماء قياسه للاستفادة منه؛ ولذلك سوف نتناول وحدة قياس اللزوجة من خلال مقالنا هذا.

ماهيّة اللزوجة

يختلف قوام السائل، من سائل لآخر، هذا القوام كما ذكرنا ما يطلق عليه فيزيائيًا، مصطلح “اللزوجة”، وعليه يمكن تعريف لزوجة السائل بأنها: “مقاومة السائل للجريان، لأسباب ترجع إلى خصائصه الكيميائية، ومدى تماسك جزيئاته فيزيائيًا”، وتتدرّج اللزوجة من الثخانة، أي قوة التماسك، إلى السلاسة، أي سرعة الإنسيابية.

العوامل التي تقوم عليه اللزوجة

توجد هناك عدة عوامل تؤثر على سرعة جريان السائل، أو لزوجته، سواء بالسلب أو الإيجاب يمكن تناولها على النحو الآتى:

النوع: تختلف لزوجة السائل تبعًا لنوعه، فلزوجة الماء تختلف عن لزوجة العسل، وكذلك تختلف عن لزوجة الكحول، وما إلى ذلك من المواد، فالمواد ذات النوع الواحد تكون ذات لزوجة واحدة.

الحرارة:  تتأثر لزوجة السائل تأثرًا عكسيًا، فكلما زادت حرارة السائل، زادت المسافات البينية بين جزيئاته، وبالتالي تزداد درجة انسيابيته، أي قلت لزوجته، وتختلف نسبة التميّع للسائل من سائل لآخر، فجميع السوائل لا تتأثر ميوعتها بنفس الدرجة لنفس درجة الحرارة.

نسبة الشوائب: عندما تتم إضافة أي نوع من السوائل إلى نوع سائل آخر، فهذا السائل المضاف يعتبر بمثابة شوائب للسائل المضاف إليه، وعليه فإذا كانت لزوجة السائل المضاف أقل من لزوجة السائل المضاف إليه، انخفضت لزوجة السائل المضاف إليه بنفس درجة الخلط، والعكس صحيح.

تفسير اللزوجة

اللزوجة خاصية داخلية للسائل، ولكن يمكن تفسيرها فيزيائيًا كالآتي:

وجود قوى تماسك بين السائل وسطح الوعاء الذي يوضع فيه، وتزداد اللزوجة كلما زادت قوى التماسك لهذا السائل.
وجود قوى ترابط بين جزيئات السائل وبعضها البعض، فتزداد درجة اللزوجة، كلما زادت قوى الترابط هذه، وبالعكس يكون أكثر انسيابية، كلما قلّت قوى الترابط بين جزيئاته.

وحدة قياس اللزوجة

توجد عدة طرق لقياس لزوجة السائل، نذكر منها ما يلي:

استخدام قانون ستوكس:

وهو عبارة عن أن اللزوجة تمثلها العلاقة بين كتلة معلومة لكرة، وسرعتها، عند سقوطها سقوطًا حرًا في سائل، وهي العلاقة الرياضية التالية:

اللزوجة = 6 × 3.14 × نق × السرعة، حيث يمثل الرقم 6 ثابت العلاقة بين حجم الكرة ونصف قطرها، وكذلك الثابت 3.14، وهو العلاقة بين محيط الدائرة ونصف قطرها، وتستخدم وحدة قياس النيوتن/م2 أو الباسكال/ثانية.

سرعة تدفق السائل:

لقياس لزوجة سائل، يتم ضغط السائل داخل أنبوب ذو نصف قطر معلوم، ويتم تحديد قوة الضغط الواقعة على سطح السائل، في فوّهة الأنبوبة بالنيوتن لكل متر مربع أو بالباسكال لكل ثانية، وسرعة تدفق السائل من الفوهة الأخرى.

استخدامات اللزوجة في الحياة العملية

استطاع العلماء استخدام خصائص اللزوجة في تطبيقات الحياة العملية، يمكن ذكر بعضها في النقاط التالية:

الطب: تتأثر سرعة ترسيب الدمّ بمدى لزوجته؛ ولهذا تم الاستفادة من هذه الخاصية، في معرفة مدى تلاصق الكرات الحمراء بالدمّ ببعضها بعضًا، والتي يترتب عليها زيادة نصف قطرها، مما يدل على الإصابة ببعض الأمراض، مثل النقرس، وروماتيزم القلب.

الصناعة: تمّت الاستفادة من خاصية اللزوجة، في صناعة مواد أكثر لزوجة، كالشحم وزيت التشحيم، فيستخدم الزيت والتشحيم، لتقليل احتكاك الأجزاء المعدنية المتحركة في الآلات، وبالتالي خفض درجة حرارتها وتآكلها.

الملاحة: تمكّن الخبراء من الاستفادة من معامل اللزوجة، في تحديد السرعة المناسبة للسيارات، والطائرات، والسفن؛ وذلك بتحديد معامل الاحتكاك الذي يزيد عنده مقاومة الهواء، أو الماء، وبالتالي اختيار السرعة المناسبة لتوفير الوقود.

البيئة: لاحظ خبراء البيئة تكاثر النباتات الطافية، مثل ورد النيل على حواف الأنهار دون وسطها، فتبين أن لزوجة الماء تزداد عند حواف الأنهار؛ بسبب قوة الاحتكاك الناشئة مع الشواطئ؛ مما يقلل من سرعة جريان الماء؛ وبالتالي زيادة تكاثر النباتات الضارة، وعليه قاموا بإضافة مواد تقلل من لزوجة الماء عند حواف الأنهار للقضاء على تلك النباتات.

بذلك نكون قد استعرضنا سويًا خاصية اللزوجة للسوائل المختلفة، وأنها تتوقف على عوامل عدّة، ويتم قياسها بعدّة طرق باستخدام النيوتن/ م٢، أو الباسكال/ ثانية.