مقدمه
گران‌روی (Viscosity) یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های فیزیکی سیالات است که تأثیر مستقیمی بر رفتار آن‌ها در جریان دارد. درک مفهوم گران‌روی نه‌تنها برای دانش‌آموزان شیمی و فیزیک بلکه برای مهندسان، پزشکان و صنایع گوناگون نیز ضروری است.
تعریف گران‌روی
گران‌روی معیاری برای نشان دادن مقاومت یک سیال در برابر حرکت یا جاری شدن است. هر چه گران‌روی یک ماده بیشتر باشد، حرکت آن کندتر و سخت‌تر خواهد بود. برای مثال، عسل نسبت به آب گران‌روی بیشتری دارد و آهسته‌تر جریان می‌یابد.
انواع گران‌روی
- گران‌روی دینامیکی (مطلق)
بیان‌گر نیروی لازم برای حرکت لایه‌های سیال نسبت به یکدیگر است. واحد آن پاسکال‌ثانیه (Pa·s) یا پواز (Poise) است. - گران‌روی سینماتیکی
نسبت گران‌روی دینامیکی به چگالی سیال است و با واحد متر مربع بر ثانیه (m²/s) بیان می‌شود.
عوامل مؤثر بر گران‌روی
- دما: در مایعات با افزایش دما، گران‌روی کاهش می‌یابد. اما در گازها، برعکس، گران‌روی با افزایش دما بیشتر می‌شود.
- فشار: تأثیر فشار بر گران‌روی در مایعات معمولاً اندک است اما در گازها می‌تواند قابل‌توجه باشد.
- ساختار مولکولی: مولکول‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر معمولاً گران‌روی بیشتری دارند.
- نیروهای بین‌مولکولی: سیالاتی با پیوند هیدروژنی قوی‌تر مانند آب، گران‌روی بالاتری دارند.
اندازه‌گیری گران‌روی
گران‌روی را با استفاده از وسایلی چون ویسکومتر کاپیلاری، ویسکومتر چرخشی یا دستگاه‌های مدرن رئومتر اندازه‌گیری می‌کنند. روش انتخابی بسته به نوع سیال و دقت مورد نیاز متفاوت است.
گران‌روی در صنعت و زندگی روزمره
- در صنایع غذایی (مثل تولید سس، شکلات یا لبنیات) برای کنترل بافت و کیفیت
- در روان‌سازها و روغن موتور برای عملکرد بهتر در دماهای مختلف
- در پزشکی، بررسی گران‌روی خون در ارزیابی سلامت گردش خون
- در داروسازی، تنظیم سرعت رهایش دارو
- در شیمی و مهندسی، طراحی راکتورهای شیمیایی، پمپ‌ها و لوله‌کشی‌ها
مثال‌هایی از گران‌روی سیالات رایج
| ماده | گران‌روی نسبی | ویژگی |
|---|---|---|
| آب | کم | جریان آسان |
| عسل | زیاد | جریان آهسته |
| روغن موتور | متوسط تا زیاد | بسته به دما |
| گاز هوا | بسیار کم | تراکم‌پذیر و سریع‌جریان |
گران‌روی و قانون نیوتن
سیالات نیوتنی مانند آب و الکل، گران‌روی ثابتی دارند. در مقابل، سیالات غیرنیوتنی مانند خون، خمیر دندان یا سس کچاپ، گران‌روی متغیری با نرخ برش دارند و رفتار پیچیده‌تری از خود نشان می‌دهند.
نتیجه‌گیری
گران‌روی ویژگی مهمی است که رفتار جریان سیالات را تعیین می‌کند. شناخت آن به ما کمک می‌کند تا فرآیندهای صنعتی را بهینه کنیم، طراحی‌های دقیق‌تری داشته باشیم و عملکرد بهتری در کاربردهای زیستی و روزمره تجربه کنیم.
