Sıvıların akışkanlığı

YKS TYT
1

Sıvıların akışkanlığı

2

Sıvıların Akışkanlığı Nedir?

Cevap:
Sıvıların akışkanlığı, bir sıvının dış kuvvetler altında kolaylıkla şekil değiştirebilme ve akabilme özelliğini ifade eder. Bu özellik, en temel anlamıyla viskozite (akıma karşı direnç) kavramı ile doğrudan ilişkilidir. Her sıvı, taneciklerinin birbirleriyle etkileşimine ve moleküler yapısına bağlı olarak farklı derecelerde akışkanlık gösterir.

Akışkanlık ve Viskozite İlişkisi

  • Viskozite: Sıvı içindeki moleküllerin sürtünmeden dolayı akışa gösterdiği dirençtir. Viskozitesi düşük olan sıvılar (örneğin su) daha kolay akar; yüksek viskoziteye sahip sıvılar (örneğin bal) ise daha zor akar.
  • Newton’un Viskozite Yasası: Sıvı içindeki kayma gerilmesi (\tau), hız gradyanı \frac{du}{dy} ile viskozite \mu arasındaki orantıyı açıklar. Matematiksel ifade şöyledir:
    \tau = \mu \frac{du}{dy}
    Burada \tau, kayma gerilmesi ¶, \mu ise dinamik viskozite (Pa·s) değeridir.

Akış Türleri

  1. Laminer Akış: Akışkanın katmanlı, düzgün bir hat boyunca ilerlediği akış türüdür. Genellikle düşük hız ve yüksek viskozite durumlarında gözlemlenir.
  2. Türbülanslı Akış: Akış çizgilerinin karıştığı, düzensiz ve girdaplı hareket görülen akış tipidir. Genellikle yüksek hız ve düşük viskozite koşullarında ortaya çıkar.
  3. Geçiş Rejimi: Laminer akıştan türbülanslı akışa geçişin gözlemlendiği karma bölgedir. Reynolds sayısı bu geçişi belirlemede yaygın olarak kullanılır. Reynolds sayısı Re şu şekilde ifade edilir:
    Re = \frac{\rho \, v \, D}{\mu}
    Burada \rho yoğunluk (kg/m³), v hız (m/s) ve D karakteristik uzunluktur (m).

Sıcaklığın Etkisi

  • Sıcaklık Arttıkça Viskozite Düşer: Birçok sıvı için, sıcaklık yükseldikçe moleküllerin arası açılır ve birbirine sürtünme azalır, sonuç olarak sıvı daha kolay akar.
  • Azalan Viskozite, Artan Akışkanlık: Örneğin motor yağının kışın daha kalın (viskoz) olması, ancak motor ısındıkça akışkanlığının artması bu etkiyi gösterir.

Farklı Sıvıların Viskozite Değerleri

Aşağıdaki tabloda bazı yaygın sıvıların yaklaşık dinamik viskozite (µ) değerlerini görebilirsiniz. Değerler, oda sıcaklığı (yaklaşık 20°C) için ortalamadır:

Sıvı Viskozite (Pa·s) Akışkanlık (1/Pa·s)
Su 1.0×10⁻³ 1.0×10³
Benzin 6.0×10⁻⁴ 1.7×10³
Zeytinyağı 8.5×10⁻² 1.18×10¹
Bal 2.0×10⁻¹ → 10¹ 5.0×10⁰ → 1.0×10⁻¹
Glikol 1.6×10⁻² 6.25×10¹

Tablodan anlaşılacağı gibi, viskozite arttıkça akışkanlık (viskozitenin tersidir) düşer ve bu da ilgili sıvının akmaya olan direncinin yükseldiğini gösterir.

Özet

  • Sıvıların akışkanlığı, viskoziteyle belirlenir.
  • Laminer akış düşük hız ve yüksek viskozite koşullarında, türbülanslı akış ise yüksek hız ve düşük viskozite koşullarında gerçekleşir.
  • Sıcaklık arttıkça viskozite azalır, dolayısıyla sıvının akışkanlığı artar.
  • Uygulamada, sıvıların doğru kullanımını belirlemek (örneğin motor yağı seçimi) için viskozite değerlerinin bilinmesi çok önemlidir.

Kaynaklar: (Çengel & Cimbala, 2020), (Munson, et al., 2013)

@Onur_Kaymak