Viskozite Nedir?

Çocukluk çağımızdan itibaren maddenin hallerini gerek yaptığımız küçük deneyler ile gerekse etrafımızı incelediğimizde bizi karşılayan farklılıklar ile grupluyoruz. Akışkanlar olarak isimlendirdiğimiz sıvı ve gazların davranışlarını tanımlamada kullandığımız parametrelerin başında gelen viskozite her akışkanın neden aynı şekilde akmadığına yönelik sorunun cevabını vermektedir. Sözlük anlamı olarak viskozite; akışkanların akmaya yönelik gösterdiği direnç olarak açıklanmaktadır. Bu gösterilen direnç yani viskozite değeri ne kadar yüksek ise akışkan akmaya o kadar karşı koymaya çalışmaktadır ve dolayısıyla şekil değişme hızı o kadar düşük olmaktadır. Günlük yaşantımıza baktığımızda bal, diş macunu, koyu kıvamlı sıva yağlar gibi akışkanların suya göre daha koyu, yoğun ve akışkanlığının daha az olduğunu görebilmekteyiz.

Temas halindeki iki katı cisim birbirlerine göre bağıl bir hareket yaptıklarında temas yüzeylerinde harekete ters yönde bir sürtünme kuvveti meydana gelmektedir. Benzer durum, akışkan ile katı yüzeyler arasında ve iki farklı akışkanın birbirine göre hareketlerinde veya aynı akışkanın tabakaları arasında da söz konusudur. Sürekli akım ortamında akışkan tabakaları arasında ve akışkan ile katı yüzeyler arasında kayma gerilmeleri, τ, meydana gelir ve bu kayma gerilmeleri altında akışkan parçacıkları yer ve şekil değiştirirler. Akışkanların akışına yönelik yapılan çalışmalar ile kayma gerilmesi ile açısal deformasyon hızı arasında doğrusal bir bağlantı bulunmaktadır.

Isaac Newton‘un öne sürdüğü üzere, laminer ve paralel bir akışta, tabakalar arasındaki yüzey gerilimi (τ) bu tabakalara dik yöndeki hız gradyeni (∂u/∂y) ile orantılıdır.

Bu oranlama ile bulunacak katsayı dinamik viskozite değerini bizlere vermektedir. Sıvının belli sıcaklıktaki dinamik viskozitesinin aynı sıcaklıktaki yoğunluk değerine bölünmesiyle elde edilen değer kinematik viskozite olarak adlandırılır. Viskozite değeri basınç ve sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Genel anlamda sıcaklık artışı sıvılarda viskozite değerini azaltan bir etki iken gazların viskozitesini arttırmaktadır. Basınç değişimi ise sıvılarda viskozitede çok küçük değişimlere sebep olacağından ihmal edilebilmektedir. Gazlarda ise basınç viskozitede ihmal edilemeyecek değişikliklere sebep olmaktadır.

Akış analizlerinde akışkan davranışını tanımlamaya yönelik parametrelerden biri olan viskozite Kapiler akış metotları, Düşen Küre Metodu, Döner Silindir Metodu gibi deneyler ile tespit edilmektedir.

Newton yasasına uyararak kayma hızının kayma gerilmesi ile doğru orantılı olduğu akışkanlara Newton tipi akışkanlar denmektedir. Bu tarz akışkanların viskozitesi uygulanan kuvvetten bağımsız olarak termodinamik bir özellik olarak basınç ve sıcaklık ile değişiklik göstermektedir.

Newtonian Olmayan Akışlar

Newton tipi akışkanlar için bahsettiğimiz orantıya sahip olmayıp viskozitesinin kayma gerilmesiyle değişkenlik gösteren akışkanlara non-newtonian (Newtonian Olmayan Akışkanlar) denilmektedir. Bu akışkanların viskozitesi zamana ve kayma hızına göre değişiklik gösterebilmektedir.

Dilatant Akışkanlar:

Sıkça paylaşımlarda gördüğümüz bir kap içerisindeki akışkana elini yavaşça daldıran ve daha sonrasında sertçe vurur gibi daldırmak istediğinde akışkanın katı gibi davranarak içeri girmesine izin vermeyen akışkan türü. Yani uygulanan kuvvet ve buna bağlı kayma hızı arttıkça viskozitesi artan akışkanlar. Bu özelliği sayesinde koruma giyişlerinde, kasklarda oldukça kullanılmaktadır.

Pseudoplastikler:

Kayma hızının artmasıyla viskozitenin azaldığı yani akıcılığın arttığı akışkan türüdür. En iyi örnek fırçada dururken akmayan boyanın duvara sürülerken rahatça duvara geçmesidir.

Bingham Plastikler:

 Bu maddeler kayma hızı ile kayma gerilimleri lineer olmasına karşın, belli bir büyüklüğe kadar kayma gerilime karşı koyabilirler. Kısacası düşük bir gerilimde rijit bir özellik sergiler. Fakat yüksek gerilimde ise akışkan özelliğini gösterirler. Plastik kuvvet kalkınca eski haline dönemez.