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Viscosità: quando agisce?

25/06/2019, 19:53

Buona sera.

Mi risulta che a livello microscopico gli urti tra le molecole di un gas, come quelli con un corpo macroscopico (le pareti di un recipiente) possano considerarsi perfettamente elastici. Ma lo sono davvero?


In secondo luogo ho il seguente dubbio.
Nella meccanica dei fluidi riveste un ruolo molto importante la viscosità. Un flusso che scorre su una superficie tende a rallentare per attrito, allo stesso modo in cui strati di fluido a contatto dissipano energia in calore. Ma se gli urti sono elastici allora questo come avviene?

Re: Viscosità: quando agisce?

25/06/2019, 21:48

tmox ha scritto:Buona sera.

Mi risulta che a livello microscopico gli urti tra le molecole di un gas, come quelli con un corpo macroscopico (le pareti di un recipiente) possano considerarsi perfettamente elastici. Ma lo sono davvero?

No . Dove lo hai letto?
In secondo luogo ho il seguente dubbio.
Nella meccanica dei fluidi riveste un ruolo molto importante la viscosità. Un flusso che scorre su una superficie tende a rallentare per attrito, allo stesso modo in cui strati di fluido a contatto dissipano energia in calore. Ma se gli urti sono elastici allora questo come avviene?


Ogni fluido reale ha una certa viscosità, che è la resistenza agli sforzi tangenziali. Può essere di tipo newtoniano o no, ma c’è sempre. Se però è piccola in relazione al fenomeno che si sta studiando e alle altre forze agenti, la si trascura.

Siamo sempre lì: la differenza tra come la natura si comporta realmente, e l’astrazione che si fa ipotizzando situazioni ideali: le cose si semplificano trascurando alcuni parametri.

Ma non si può generalizzare. Se per esempio ti stai occupando della resistenza al moto di una nave, quella di tipo viscoso è la principale.

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 08:05

Shackle ha scritto: No. Dove lo hai letto?


Nelle assunzioni alla base della teoria cinetica dei gas. D'altronde non mi risulta che le particelle di gas in un recipiente, urtandosi, dissipino energia in calore. La pressione rimane sempre la stessa, come quindi l'energia cinetica media (sto trascurando gli scambi di calore con l'esterno).
Inoltre in fluidodinamica si considera la viscosità tra linee di flusso adiacenti, che interagiscono tangenzialmente, caratterizzate da velocità delle molecole diverse. Non si parla mai di viscosità a bordo delle stessa linea di flusso, dove le particelle di flusso si urtano "frontalmente" e "posteriormente" lungo il cammino.

Sei sicuro che l'assunzione di urti perfettamente elastici a livello molecolare sia errata?

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 09:29

In ottica classica di teoria cinetica dei gas, che in questo ambito va benissimo, gli urti possono considerarsi perfettamente elastici.

tmox ha scritto:Nella meccanica dei fluidi riveste un ruolo molto importante la viscosità. Un flusso che scorre su una superficie tende a rallentare per attrito, allo stesso modo in cui strati di fluido a contatto dissipano energia in calore. Ma se gli urti sono elastici allora questo come avviene?


Sul valore della viscosità non c'entra tanto il fatto che gli urti siano elastici o meno (ma si possono assumere elastici), c'entra il libero cammino medio (il cammino medio prima che una molecola di gas ne urti un'altra) sono gli urti tra molecole che permettono in ottica macroscopica di trasmettere lo sforzo tangenziale (di diffondere in pratica la quantità di moto delle molecole) ed è il libero cammino medio che determina quanto velocemente sia trasmesso e quindi il valore della viscosità (per questo un gas scaldato tende ad aumentare la propria viscosità).

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 10:30

Aggiungo che la teoria cinetica dei gas parte dall’ipotesi che il gas sia “ideale “, quindi il problema non si pone:
https://www.chimica-online.it/download/ ... ca-gas.htm

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 10:37

Faussone ha scritto:In ottica classica di teoria cinetica dei gas, che in questo ambito va benissimo, gli urti possono considerarsi perfettamente elastici.


Shackle ha scritto:Aggiungo che la teoria cinetica dei gas parte dall’ipotesi che il gas sia “ideale “, quindi il problema non si pone: https://www.chimica-online.it/download/ ... ca-gas.htm


Però vorrei capire un attimo la realtà delle cose. Capire se l'urto elastico esiste o meno.
La viscosità comporta dissipazione di energia, giusto? Essa agisce comunque mediante l'urto tra particelle. Quindi dobbiamo dedurre che gli urti non siano elastici? E se così fosse, anche una massa di fluido che viaggia con velocità omogenea dissipa energia interiormente per via degli urti tra le particelle costituenti?

Questa domanda mi sovviene perché ho l'impressione che quando due strati di fluido adiacenti hanno una velocità significativamente diversa (si pensi allo strato limite), allora la viscosità agisce in modo importante, dissipando molta energia. Altrimenti se due strati di fluido adiacenti hanno velocità circa uguali la dissipazione conta poco.

Ma c'è un terzo caso sul quale non trovo informazioni: particelle sulla stessa linea di flusso. Lungo la linea di flusso la velocità punto per punto può cambiare. Le particelle che viaggiano a bordo della stessa linea di flusso interagiscono in termini di pressione. Vi sono urti. Quindi agisce la viscosità anche in questo caso? Forse la minimale differenza di velocità tra una particella e quella successiva rende la viscosità trascurabile, ma vorrei capire se concettualmente agisce anche in questa circostanza.

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 11:23

A parte tutto, conosci un fenomeno “reale “ che avviene senza dissipazione di energia? Io no. O forse bisogna arrivare a parlare di superfluidi, a temperature prossime allo zero assoluto, ma non ne so molto.
Ho dubbi sul fatto che, in una massa fluida in moto, tutte le particelle abbiano in ogni istante la stessa velocità . E per finire non ci dimentichiamo della turbolenza, che prima o poi , in certi regimi di moto, si manifesta.

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 12:22

tmox ha scritto:Però vorrei capire un attimo la realtà delle cose. Capire se l'urto elastico esiste o meno.

Shackle ha scritto:A parte tutto, conosci un fenomeno “reale “ che avviene senza dissipazione di energia? Io no

Al livello molecolare, cioè a livello quantistico, certo che esistono gli urti elastici. E certo che avvengono senza dissipazione di energia. E dove dovrebbe andare a finire l'energia dissipata? In calore? Ma il moto delle molecole E' il calore...
Caso mai, se gli urti sono abbastanza energici, una molecola può passare ad un livello di energia superiore, per poi decadere emettendo un fotone, per cui forse bisognerebbe considerare il sistema come formato da molecole E da fotoni, in equilibrio termico. Ma anche qui, non vedo come si possa parlare di dissipazione.

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 12:38

mgrau ha scritto:
tmox ha scritto:Al livello molecolare, cioè a livello quantistico, certo che esistono gli urti elastici. E certo che avvengono senza dissipazione di energia. E dove dovrebbe andare a finire l'energia dissipata? In calore? Ma il moto delle molecole E' il calore... .


Quindi stiamo dicendo che la viscosità prevedere uno scambio di quantità di moto ma nessuna dissipazione? In sostanza non nasce calore dallo sfregamento di linee di flusso?
É però indubbio che la viscosità agisca nello scorrere tra il flusso ed una parete solida, alla quale il fluido cede o sottrarre calore...

Re: Viscosità: quando agisce?

26/06/2019, 13:01

@mgrau
ho risposto in quel modo senza considerare la MQ , perché non credo che questo fosse l’intento di tmox. Quella che in fluidodinamica si considera “particella di fluido” non è in realtà ben definita , a volte si considera una singola molecola . Se parliamo di energia e quantità di moto e fotoni emessi, come in un problema di dinamica relativistica, allora è ovvio che si conserva tutto, ma andiamo fuori del tema proposto.
Ultima modifica di Shackle il 26/06/2019, 14:06, modificato 1 volta in totale.
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