ما هي اللزوجة الحركية؟
تصف اللزوجة الحركية (\(\nu\)) مقاومة المائع للجريان تحت تأثير الجاذبية، مع أخذ كثافته في الحسبان. وتُعرَّف بأنها نسبة اللزوجة الديناميكية (المطلقة) \(\mu\) إلى الكثافة \(\rho\). وبالنسبة للهواء، تُعد هذه الخاصية أساسية في الديناميكا الهوائية، وتصميم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)، وفي أي حساب يتضمن عدد رينولدز. تعمل هذه الحاسبة الشاملة مع أي مائع، غير أن القيم الافتراضية مضبوطة على الهواء في الظروف القياسية.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل اللزوجة الديناميكية \(\mu\) بوحدة الباسكال-ثانية (\(\text{Pa}\cdot\text{s}\))، وكثافة الهواء \(\rho\) بوحدة الكيلوغرام لكل متر مكعب (\(\text{kg/m}^3\)). تعرض الحاسبة اللزوجة الحركية بالوحدات الدولية (\(\text{m}^2\text{/s}\))، كما تحوّلها إلى السنتي ستوك (\(\text{mm}^2\text{/s}\)، أي ما يعادل \(10^{-6}\ \text{m}^2\text{/s}\))، وهي الوحدة الأكثر شيوعًا في جداول الهندسة. عند درجة حرارة 20 °C ومستوى سطح البحر، تبلغ لزوجة الهواء الديناميكية \(\mu \approx 1.825 \times 10^{-5}\ \text{Pa}\cdot\text{s}\) وكثافته \(\rho \approx 1.204\ \text{kg/m}^3\).
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي $$\nu = \dfrac{\mu}{\rho}$$ تقيس اللزوجة الديناميكية \(\mu\) الاحتكاك الداخلي بين طبقات المائع، بينما تقيس الكثافة \(\rho\) الكتلة لكل وحدة حجم. وبقسمة الأولى على الثانية، نُسوِّي قيمة الاحتكاك بالنسبة إلى قصور المائع الذاتي، فنحصل على اللزوجة الحركية بوحدة المساحة على الزمن (\(\text{m}^2\text{/s}\)). ولأن كثافة الهواء تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاض الضغط، فإن لزوجته الحركية تتزايد بشكل ملحوظ مع الارتفاع عن سطح الأرض.
مثال محلول
لنأخذ \(\mu = 1.825 \times 10^{-5}\ \text{Pa}\cdot\text{s}\) و \(\rho = 1.204\ \text{kg/m}^3\). عندئذٍ يكون $$\nu = \frac{1.825 \times 10^{-5}}{1.204} = 1.5158 \times 10^{-5}\ \text{m}^2\text{/s}$$ أي نحو 15.16 سنتي ستوك — وهي قيمة قريبة من القيمة المرجعية المعتمدة للهواء عند درجة حرارة 20 °C.
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات التي ينبغي استخدامها؟ استخدم \(\text{Pa}\cdot\text{s}\) لقيمة \(\mu\) و \(\text{kg/m}^3\) لقيمة \(\rho\) للحصول على \(\nu\) بوحدة \(\text{m}^2\text{/s}\). كما تعرض الأداة القيمة بالسنتي ستوك لمزيد من السهولة.
كيف تؤثر درجة الحرارة في لزوجة الهواء؟ ترتفع اللزوجة الديناميكية ارتفاعًا طفيفًا مع زيادة الحرارة، لكن الكثافة تنخفض بوتيرة أسرع، وبالتالي تزداد اللزوجة الحركية زيادة واضحة كلما أصبح الهواء أسخن أو أقل كثافة.
هل يمكنني استخدامها مع غازات أو سوائل أخرى؟ نعم. تنطبق المعادلة \(\nu = \dfrac{\mu}{\rho}\) على أي مائع نيوتوني؛ ما عليك سوى إدخال قيمتي \(\mu\) و \(\rho\) الخاصتين بذلك المائع.
