Comprendre les gradients de vitesse dans les fluides

Jasand Pruski

Comprendre les gradients de vitesse dans les fluides


J’ai donc du mal à comprendre les gradients de vitesse conceptuellement, j’ai peu de formation en physique passé la physique 101 (je suis biologiste), mais je travaille actuellement dans un laboratoire de recherche sur l’endothélium avec beaucoup de physique des fluides. Je suis venu avec un exemple dans ma cuisine et j’ai essayé de le travailler sur la base de vidéos YouTube de mécanique des fluides que je regardais.

Si vous avez un grand verre et que vous le remplissez d’eau, faites-le tourner autour de son axe long (pour que le fond ne bouge pas mais tourne comme un disque), il semble que l’eau à l’intérieur ne bouge pas aussi rapidement que vous tournez le verre. Je suppose que sur la base du « antidérapant », l’eau qui touche le verre se déplace à la vitesse du verre qu’il touche … l’eau au centre de la colonne bouge probablement le moins. Si vous arrêtez de tourner le verre, l’eau continue de bouger (inertie) mais elle s’arrête lentement (vous ne savez pas pourquoi) …

Ma question est donc la suivante: où l’eau se déplace-t-elle le plus rapidement à ce moment-là, vous arrêtez de faire tourner la tasse / colonne … à l’origine, la vitesse au centre était la plus faible et la vitesse sur le verre était la plus élevée, mais le verre sera-t-il la source de friction et l’arrêter? la vitesse est-elle donc jeûnée initialement à la périphérie, mais la couche avec la vitesse la plus rapide s’éloigne vers le centre de la tasse / colonne?

Réponses


 user158242

Juste pour ajouter mon hypothèse:

 » Donc, ma question est la suivante: où l’eau se déplace-t-elle le plus rapidement à ce moment-là, vous arrêtez de faire tourner la tasse / colonne … à l’origine, la vitesse au centre était la plus faible et la vitesse sur le verre était la plus élevée, mais le verre est-il la source de frottements et l’arrête-t-il?  »

 » Cependant, si vous pouviez arrêter la tasse instantanément, la vitesse la plus élevée sera théoriquement située infiniment près du mur.  »

La seule chose non expliquée est que la force nette totale agissant sur l’eau de «rotation» n’est pas seulement l’action / réaction de l’eau avec le verre (frottement cinématique) mais également l’action de l’eau de rotation (avec une vitesse angulaire relativement plus faible) avec le segment transversal de rotation de l’eau avec la vitesse la plus élevée et cetera – qui est en fait une unité naturelle appelée gradient de vitesse. Cependant, même si le gradient de vitesse peut être difficile à mesurer, le rappel des interactions moléculaires au sein d’un fluide newtonien peut donner un excellent visuel lors de l’examen de la viscosité du fluide.

Jasand Pruski

Je suis désolé d’être très correctif en physique, je suis heureux d’apprendre que c’est le gradient de vitesse que je lis tellement. Merci!


 fibonatique

L’eau est un fluide visqueux. Sa viscosité est beaucoup plus faible que celle des fluides familiers comme le miel, mais l’eau en contient également. L’eau se comportera comme un fluide newtonien , ce qui signifie qu’il y aura une relation linéaire entre les contraintes de cisaillement (forces internes agissant sur l’eau) et le taux de déformation de cisaillement (gradient de vitesse). La courbe représentant cette relation contient également l’origine.

Cela signifie en effet qu’il n’y aura pas de glissement à la surface de la tasse, mais en raison de l’inertie de l’eau, il faudra un certain temps avant que le reste de l’eau ne change également de vitesse. Cependant, dans le monde réel, vous ne pouvez pas arrêter la tasse instantanément, de sorte qu’une partie de l’eau, la plus proche de la paroi de verre, aura ralenti lorsqu’elle s’est arrêtée. Ainsi, la vitesse la plus élevée de l’eau sera située quelque part entre le mur et le centre, en fonction de l’échelle de temps à laquelle la tasse s’arrête. Cependant, si vous pouviez arrêter la tasse instantanément, la vitesse la plus élevée sera théoriquement située infiniment près du mur.

Jasand Pruski

« une relation linéaire entre les contraintes de cisaillement (forces internes agissant sur l’eau) et le taux de déformation de cisaillement (gradient de vitesse). » intéressant, ce n’était pas couvert dans les vidéos que j’ai regardées … je vais devoir approfondir ceci … « La courbe représentant cette relation contient également l’origine. » je ne suis pas sûr de comprendre la signification de cette déclaration … « théoriquement, la vitesse la plus élevée sera située infiniment près du mur. » et puis il se déplace vers le centre mais jamais vers le centre même?

fibonatique

La vitesse au centre est nulle, car elle tourne autour d’elle, donc seulement si tout est au repos, on pourrait dire que le centre a la vitesse la plus élevée, mais le reste de l’eau aussi. Et avec: « La courbe représentant cette relation contient également l’origine. » Je veux dire que si la contrainte de cisaillement est nulle, la contrainte de cisaillement est également nulle, car il existe également des fluides non newtoniens qui ne se comportent pas comme ça.

 

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