Viscosité
La viscosité d'un fluide est une résistance au mouvement du fluide proportionnelle aux différences de vitesse dans le fluide qui dissipe son énergie cinétique.
En résumé la viscosité limite la vitesse d'écoulement d'un liquide.
Par exemple dans un trou dans un récipient comme un bateau un liquide s'écoule d'autant plus vite que sa viscosité est faible. Avec un sirop ou du miel de très forte viscosité l'écoulement est très lent, mais s'effectue néanmoins même si les forces sont très faibles, parfois sur des mois comme avec de la résine d'un arbre comme le pin.
La viscosité dynamique η multipliée par les différences de vitesses par unité de longueur dans la direction perpendiculaire à la surface d'écoulement des courants du fluide donne la force tangentielle entre les courants du fluide divisée par la surface d'écoulement fluide considérée, qui freine ce glissement appelé aussi cisaillement mutuel des feuillets du fluide.
C'est similaire à un frottement de glissement avec une force par unité de surface proportionnelle à cette différence de vitesse divisée par la distance perpendiculaire aux surfaces d'écoulement des courant sur laquelle la vitesse tangentielle change.
La différence avec un frottement solide, comme entre deux feuilles de papier qui glissent l'une par rapport à l'autre, est que le frottement solide à une force de frottement solide minimale qui bloque tout glissement tant que la force tangentielle exercée au contact est insuffisante.
Au contraire pour un fluide avec viscosité de liquide la force de glissement par unité de surface entre feuillets liquides est proportionnelle à la différence de vitesse divisée par la distance perpendiculaire aux feuillets et donc rien n'empêche les mouvement de glissements liquides à très faible vitesse, dans un écoulement dit visqueux lent.
La moindre force provoque un mouvement du fluide, lent si visqueux. Un solide demande une force de frottement minimale, en dessous il est bloqué. Un fluide visqueux n'est jamais bloqué mais très lent.
Par exemple la confiture, le miel ou la résine très visqueux sur une cuillère vers le bas coulent lentement vers le bas mais sans cesse, ni fin, si on est patient. Un solide ne coule jamais, bloqué.
La viscosité dissipe en chaleur les différences de vitesses dans un fluide le long des parois ou dans les tourbillons et donc freine les fluides et diminue la pression dans les tuyaux, obligeant à forcer ou pomper pour écouler le fluide sur de longues distances.
Un fluide très visqueux, comme du miel, de la confiture ou de la résine, s'écoule lentement avec peine, sans aucun tourbillon, un écoulement qualifié de laminaire car la dissipation par viscosité élevée bloque leur apparition. En effet les fortes différences de vitesse entre filets de fluide proches sont bloquées par la grande force de viscosité nécessaire pour provoquer une forte différence de vitesse sur de faibles distances perpendiculairement à l'écoulement.
Un tourbillon est un mouvement de rotation du fluide sur lui même qui continue sur plusieurs tours grâce à son énergie cinétique bien plus élevée que l'énergie dissipée à chaque tour par le frottement visqueux. Par exemple dans une rivière derrière une pile de pont on voit des tourbillons sans cesse créés par le courant de l'eau et qui continuent dans ce courant. Un tel écoulement est turbulent.
Ainsi la vitesse minimale pour provoquer les tourbillons croit avec la viscosité pour laisser exister suffisamment longtemps les tourbillons sur plus d'un tour.
Ce seuil pour créer des tourbillons en vitesse est appelé nombre de Reynolds, qualitativement, il correspond à l'énergie nécessaire pour donner assez d'énergie cinétique aux tourbillons pour qu'ils vivent plus longtemps que le temps de perte d'énergie par viscosité sur un tour du tourbillon.
Sans tourbillons dans un fluide très visqueux avec écoulement laminaire ou des vitesses trop lentes il est impossible de nager, on se noie comme dans la confiture ou les sables mouvants très visqueux quelques soient les mouvements de nage effectués, et on coule irrémédiablement.
On ne peut nager que grâce aux tourbillons créés en nageant avec des mouvements assez rapides. Pareil si trop visqueux un avion ne vole pas dans un fluide visqueux sans tourbillons.
La viscosité d'un fluide est ce qui l'empêche de s'écouler sans dissiper son énergie cinétique.
Sans viscosité un fluide ne dissipe aucune énergie et donc les tourbillons très faciles à provoquer tournent éternellement et donc un tel fluide sans viscosité est un superfluide à mouvements perpétuels, qui se glisse ou fuit par le moindre trou ou fissure microscopique, et qui existe grâce à la mécanique quantique pour l'hélium 4 en dessous de 4,7°Kelvin proche du zéro absolu.
Pour un fluide d'électrons chargés sans viscosité donc avec une résistance électrique nulle dans un métal on obtient un supraconducteur avec des courants électriques perpétuels ( par exemple du plomb ou ses alliages à très basse température) et des tourbillons appelés vortex disposés en réseau régulier pour les types 2.
Étymologie[modifier | modifier le wikicode]
« Viscosité » vient du latin viscosus, « visqueux », et du latin viscum, « gui ».
Adjectif[modifier | modifier le wikicode]
visqueux (m) visqueuse (f)
- Concrètement qui est collant comme la glu du gui.
- Puis par analogie et par abstraction
- un liquide visqueux comme de la confiture.
- la lave est visqueuse.
- une purée de pommes de terre visqueuse.
- un sang visqueux.
- une poignée de porte visqueuse de sueur et de crasse.
- un monstre visqueux.
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