न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम

न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम#

स्निग्धता हा द्रवपदार्थांचा एक गुणधर्म आहे जो त्यांचा प्रवाहाला असलेला प्रतिकार दर्शवतो. हा द्रवातील रेणूंमधील परस्परसंवादामुळे निर्माण होतो, जे एकमेकांशी टक्कर घेतात आणि घर्षण निर्माण करतात. द्रव जितका अधिक स्निग्ध असेल तितका तो हळू वाहतो.

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमानुसार, द्रवामधील कर्तन प्रतिबल हे वेग प्रवणतेच्या सम प्रमाणात असते. दुसऱ्या शब्दांत, द्रव जितक्या वेगाने वाहतो तितका प्रवाहाला प्रतिकार जास्त असतो.

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाची गणितीय अभिव्यक्ती आहे:

$$\tau = \mu \frac{du}{dy}$$

येथे:

• $\tau$ हे द्रवामधील कर्तन प्रतिबल आहे (पास्कल, Pa मध्ये)
• $\mu$ हे द्रवाची गतिक स्निग्धता आहे (पास्कल-सेकंद, Pa·s मध्ये)
• $\frac{du}{dy}$ हे वेग प्रवणता आहे (प्रति सेकंद, s^-1 मध्ये)

गतिक आणि गतिमान स्निग्धता#

स्निग्धतेचे दोन प्रकार आहेत: गतिक स्निग्धता आणि गतिमान स्निग्धता.

• गतिक स्निग्धता हे द्रवाच्या अंतर्गत घर्षणामुळे प्रवाहाला असलेल्या प्रतिकाराचे मापन आहे. हे पास्कल-सेकंद (Pa·s) या एककांमध्ये व्यक्त केले जाते.
• गतिमान स्निग्धता हे द्रवाच्या घनतेमुळे प्रवाहाला असलेल्या प्रतिकाराचे मापन आहे. हे चौरस मीटर प्रति सेकंद (m²/s) या एककांमध्ये व्यक्त केले जाते.

गतिक स्निग्धता आणि गतिमान स्निग्धता यांच्यातील संबंध आहे:

$$\nu = \frac{\mu}{\rho}$$

येथे:

• $\nu$ ही गतिमान स्निग्धता आहे (चौरस मीटर प्रति सेकंद, m²/s मध्ये)
• $\mu$ ही गतिक स्निग्धता आहे (पास्कल-सेकंद, Pa·s मध्ये)
• $\rho$ ही द्रवाची घनता आहे (किलोग्रॅम प्रति घनमीटर, kg/m³ मध्ये)

न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम हे द्रव यामिकीचे एक मूलभूत तत्त्व आहे. हे विविध अनुप्रयोगांमध्ये द्रवांच्या वर्तनाचे आकलन आणि अंदाज लावण्यासाठी गणितीय रचना पुरवते.

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे सूत्र#

स्निग्धता हे द्रवाच्या प्रवाहाच्या प्रतिकाराचे मापन आहे. हे कर्तन प्रतिबल आणि कर्तन दर यांचे गुणोत्तर म्हणून परिभाषित केले जाते. सोप्या शब्दात, स्निग्धता म्हणजे द्रव किती जाड किंवा पातळ आहे हे.

सूत्र#

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे सूत्र आहे:

$$\mu = \frac{F}{A}\frac{l}{v}$$

येथे:

• $\mu$ हा स्निग्धतेचा गुणांक आहे (Pa·s)
• $F$ हे द्रवावर लावलेले बल आहे (N)
• $A$ हे क्षेत्रफळ आहे ज्यावर बल लावले जाते (m²)
• $l$ हे अंतर आहे ज्यावर बल लावले जाते (m)
• $v$ हा द्रवाचा वेग आहे (m/s)

उदाहरण#

द्रवाचा स्निग्धतेचा गुणांक काढण्यासाठी, तुम्ही खालील पायऱ्या वापरू शकता:

1. द्रवावर एक बल लावा.
2. ज्या क्षेत्रावर बल लावले जाते ते मोजा.
3. ज्या अंतरावर बल लावले जाते ते मोजा.
4. द्रवाचा वेग मोजा.
5. न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाच्या सूत्रात मूल्ये ठेवा.

उदाहरणार्थ, जर तुम्ही 0.01 m² क्षेत्रफळावर 10 N बल द्रवावर लावले, आणि द्रव 1 s मध्ये 0.1 m अंतर पार करत असेल, तर द्रवाचा स्निग्धतेचा गुणांक आहे:

$$\mu = \frac{10 N}{0.01 m^2}\frac{0.1 m}{1 s} = 100 Pa\cdot s$$

अनुप्रयोग#

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे अभियांत्रिकी आणि विज्ञानात अनेक अनुप्रयोग आहेत. काही उदाहरणे:

• पाइपलाइन आणि पंप डिझाइन करणे
• मानवी शरीरात रक्ताचा प्रवाह अंदाज लावणे
• तेल आणि इतर द्रवांची स्निग्धता मोजणे
• मायक्रोफ्लुइडिक्समध्ये द्रवांच्या वर्तनाचा अभ्यास करणे

न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम हे द्रव यामिकीचे एक मूलभूत तत्त्व आहे. विविध अनुप्रयोगांमध्ये द्रवांचा प्रवाह समजून घेण्यासाठी आणि अंदाज लावण्यासाठी याचा वापर केला जातो.

द्रवांचे प्रकार#

द्रव हे पदार्थ आहेत जे वाहतात आणि त्यांच्या कंटेनरचा आकार घेतात. त्यांचे दोन मुख्य प्रकारांमध्ये वर्गीकरण केले जाते:

1. न्यूटोनियन द्रव#

न्यूटोनियन द्रव हे असे द्रव आहेत जे कर्तन प्रतिबल आणि कर्तन दर यांच्यात रेषीय संबंध दर्शवतात. याचा अर्थ न्यूटोनियन द्रवाची स्निग्धता स्थिर असते. न्यूटोनियन द्रवांची काही उदाहरणे म्हणजे पाणी, तेल आणि मध.

2. नॉन-न्यूटोनियन द्रव#

नॉन-न्यूटोनियन द्रव हे असे द्रव आहेत जे कर्तन प्रतिबल आणि कर्तन दर यांच्यात रेषीय संबंध दर्शवत नाहीत. याचा अर्थ नॉन-न्यूटोनियन द्रवाची स्निग्धता कर्तन दराबरोबर बदलते. नॉन-न्यूटोनियन द्रवांची काही उदाहरणे म्हणजे केचप, टूथपेस्ट आणि पेंट.

नॉन-न्यूटोनियन द्रवांचे प्रकार#

नॉन-न्यूटोनियन द्रवांचे अनेक वेगवेगळे प्रकार आहेत, प्रत्येकाचे स्वतःचे अद्वितीय गुणधर्म आहेत. नॉन-न्यूटोनियन द्रवांचे काही सर्वात सामान्य प्रकार:

• बिंगहॅम प्लास्टिक: बिंगहॅम प्लास्टिक हा एक द्रव आहे जो उत्पन्न प्रतिबल दर्शवतो. याचा अर्थ कर्तन प्रतिबल उत्पन्न प्रतिबलापेक्षा जास्त होईपर्यंत द्रव वाहणार नाही. बिंगहॅम प्लास्टिकची काही उदाहरणे म्हणजे टूथपेस्ट आणि मेयोनेझ.
• स्यूडोप्लास्टिक: स्यूडोप्लास्टिक द्रव हा एक द्रव आहे जो कर्तन-विरलन वर्तन दर्शवतो. याचा अर्थ कर्तन दर वाढल्यास द्रवाची स्निग्धता कमी होते. स्यूडोप्लास्टिक द्रवांची काही उदाहरणे म्हणजे केचप आणि पेंट.
• डायलेटंट: डायलेटंट द्रव हा एक द्रव आहे जो कर्तन-दाटण वर्तन दर्शवतो. याचा अर्थ कर्तन दर वाढल्यास द्रवाची स्निग्धता वाढते. डायलेटंट द्रवांची काही उदाहरणे म्हणजे कॉर्नस्टार्च आणि वाळू.

द्रवांचे अनुप्रयोग#

द्रवांचे दैनंदिन जीवनात विविध अनुप्रयोग आहेत. द्रवांचे काही सर्वात सामान्य अनुप्रयोग:

• वाहतूक: वाहने, विमाने आणि बोटी यासारख्या विविध वाहतूक अनुप्रयोगांमध्ये द्रवांचा वापर केला जातो.
• वीज निर्मिती: जलविद्युत प्रकल्प आणि अणुऊर्जा प्रकल्प यासारख्या विविध वीज निर्मिती अनुप्रयोगांमध्ये द्रवांचा वापर केला जातो.
• औद्योगिक प्रक्रिया: उत्पादन, अन्न प्रक्रिया आणि रासायनिक प्रक्रिया यासारख्या विविध औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये द्रवांचा वापर केला जातो.
• वैद्यकीय अनुप्रयोग: रक्तदान आणि अंतःशिरा उपचार यासारख्या विविध वैद्यकीय अनुप्रयोगांमध्ये द्रवांचा वापर केला जातो.

द्रव हे आपल्या दैनंदिन जीवनाचा एक आवश्यक भाग आहेत. वाहतूक ते वीज निर्मिती ते वैद्यकीय अनुप्रयोगांपर्यंत विविध क्षेत्रांमध्ये त्यांचा वापर केला जातो. द्रवांचे विविध प्रकार आणि त्यांचे गुणधर्म समजून घेतल्यास, ते कसे काम करतात आणि त्यांचा प्रभावीपणे वापर कसा करायचा हे आपल्याला चांगले समजू शकते.

स्निग्धतेचे प्रकार#

स्निग्धता हा द्रवाचा एक गुणधर्म आहे जो त्याच्या समीप स्तरांमधील सापेक्ष गतीला विरोध करतो. हे द्रवाच्या प्रवाहाच्या प्रतिकाराचे मापन आहे. स्निग्धतेचे तीन मुख्य प्रकार आहेत:

1. गतिक स्निग्धता#

गतिक स्निग्धता, ज्याला परिपूर्ण स्निग्धता असेही म्हणतात, हा स्निग्धतेचा सर्वात सामान्य प्रकार आहे. हे द्रवाच्या कर्तन बलांना असलेल्या प्रतिकाराचे मापन आहे. गतिक स्निग्धतेचे SI एकक पास्कल-सेकंद (Pa·s) आहे.

गतिक स्निग्धता ही द्रवाची “जाडी” म्हणून विचारात घेतली जाऊ शकते. गतिक स्निग्धता जितकी जास्त तितका द्रव जाड. उदाहरणार्थ, मधाची गतिक स्निग्धता पाण्यापेक्षा जास्त असते.

2. गतिमान स्निग्धता#

गतिमान स्निग्धता हे गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली द्रवाच्या प्रवाहाच्या प्रतिकाराचे मापन आहे. हे गतिक स्निग्धता आणि घनता यांचे गुणोत्तर म्हणून परिभाषित केले जाते. गतिमान स्निग्धतेचे SI एकक चौरस मीटर प्रति सेकंद (m²/s) आहे.

गतिमान स्निग्धता ही द्रवाची “प्रवाहिता” म्हणून विचारात घेतली जाऊ शकते. गतिमान स्निग्धता जितकी जास्त तितका द्रव कमी प्रवाही. उदाहरणार्थ, गुळाची गतिमान स्निग्धता पाण्यापेक्षा जास्त असते.

3. आभासी स्निग्धता#

आभासी स्निग्धता हे पाईप किंवा वाहिनीतून वाहणाऱ्या द्रवाच्या प्रभावी स्निग्धतेचे मापन आहे. हे कर्तन प्रतिबल आणि कर्तन दर यांचे गुणोत्तर म्हणून परिभाषित केले जाते. आभासी स्निग्धतेचे SI एकक पास्कल-सेकंद (Pa·s) आहे.

अशांतता आणि नॉन-न्यूटोनियन वर्तनाच्या प्रभावांमुळे आभासी स्निग्धता गतिक स्निग्धतेपेक्षा वेगळी असू शकते. अशांतता म्हणजे द्रवाची अव्यवस्थित गती, आणि त्यामुळे आभासी स्निग्धता गतिक स्निग्धतेपेक्षा जास्त होऊ शकते. नॉन-न्यूटोनियन द्रव हे असे द्रव आहेत ज्यांची स्निग्धता कर्तन दराबरोबर बदलते, आणि त्यांचीही आभासी स्निग्धता गतिक स्निग्धतेपेक्षा वेगळी असू शकते.

स्निग्धता हा द्रवांचा एक महत्त्वाचा गुणधर्म आहे जो त्यांच्या प्रवाह वर्तनावर परिणाम करतो. स्निग्धतेचे तीन मुख्य प्रकार म्हणजे गतिक स्निग्धता, गतिमान स्निग्धता आणि आभासी स्निग्धता. प्रत्येक प्रकाराची स्निग्धता स्वतःची अद्वितीय व्याख्या आणि एकके आहेत, आणि वेगवेगळ्या द्रवांचे प्रवाह वर्तन वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी याचा वापर केला जाऊ शकतो.

बिंगहॅम पदार्थांची संकल्पना#

बिंगहॅम पदार्थ हा पदार्थांचा एक वर्ग आहे जो घन आणि द्रवासारखे दोन्ही वर्तन दर्शवतो. यांचे नाव युजीन बिंगहॅम यांच्या नावावर ठेवण्यात आले आहे, ज्यांनी १९१६ मध्ये प्रथम त्यांचे वर्णन केले. बिंगहॅम पदार्थ हे उत्पन्न प्रतिबलाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले जातात, जे पदार्थ वाहण्यासाठी लागू करावे लागणारे किमान प्रतिबल असते. उत्पन्न प्रतिबलापेक्षा कमी प्रतिबलाखाली, पदार्थ घनाप्रमाणे वागतो, तर उत्पन्न प्रतिबलापेक्षा जास्त प्रतिबलाखाली, तो द्रवाप्रमाणे वागतो.

बिंगहॅम पदार्थांचे गुणधर्म

बिंगहॅम पदार्थ अनेक अद्वितीय गुणधर्म दर्शवतात, ज्यामध्ये हे समाविष्ट आहे:

• उत्पन्न प्रतिबल: उत्पन्न प्रतिबल हे पदार्थ वाहण्यासाठी लागू करावे लागणारे किमान प्रतिबल असते.
• प्लास्टिक स्निग्धता: प्लास्टिक स्निग्धता हे पदार्थ उत्पन्न झाल्यानंतर प्रवाहाला असलेला प्रतिकार असतो.
• बिंगहॅम संख्या: बिंगहॅम संख्या ही एक विमीय संख्या आहे जी उत्पन्न प्रतिबल आणि प्लास्टिक स्निग्धतेचे सापेक्ष महत्त्व दर्शवते.

बिंगहॅम पदार्थांचे अनुप्रयोग

बिंगहॅम पदार्थांचा विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापर केला जातो, ज्यामध्ये हे समाविष्ट आहे:

• टूथपेस्ट: टूथपेस्ट हा एक बिंगहॅम पदार्थ आहे. टूथपेस्टचे उत्पन्न प्रतिबल त्याला ट्यूबमधून बाहेर वाहण्यापासून रोखते, तर प्लास्टिक स्निग्धता त्याला दातांवर समान रीतीने पसरवण्यास अनुमती देते.
• पेंट: पेंट हा एक बिंगहॅम पदार्थ आहे. पेंटचे उत्पन्न प्रतिबल त्याला ब्रशवरून ठिपके पडण्यापासून रोखते, तर प्लास्टिक स्निग्धता त्याला पृष्ठभागावर समान रीतीने पसरवण्यास अनुमती देते.
• काँक्रीट: काँक्रीट हा एक बिंगहॅम पदार्थ आहे. काँक्रीटचे उत्पन्न प्रतिबल त्याला साच्यातून बाहेर वाहण्यापासून रोखते, तर प्लास्टिक स्निग्धता त्याला जटिल आकारात ओतण्यास अनुमती देते.

निष्कर्ष

बिंगहॅम पदार्थ हा पदार्थांचा एक वर्ग आहे जो घन आणि द्रवासारखे दोन्ही वर्तन दर्शवतो. हे उत्पन्न प्रतिबलाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले जातात, जे पदार्थ वाहण्यासाठी लागू करावे लागणारे किमान प्रतिबल असते. बिंगहॅम पदार्थांचा टूथपेस्ट, पेंट आणि काँक्रीट यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापर केला जातो.

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे अनुप्रयोग#

न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम सांगतो की दोन द्रव स्तरांमधील कर्तन प्रतिबल हे त्यांच्यामधील वेग प्रवणतेच्या सम प्रमाणात असते. हा नियम पाण्यासारख्या साध्या द्रवांपासून रक्त आणि वितळलेले पॉलिमर यासारख्या जटिल द्रवांपर्यंत विविध द्रवांचे वर्तन वर्णन करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे काही अनुप्रयोग:#

• स्नेहन: स्निग्धतेचा नियम स्नेहक कसे काम करतात हे समजून घेण्यासाठी आवश्यक आहे. स्नेहक दोन पृष्ठभागांमध्ये द्रवाचा एक पातळ थर तयार करून त्यांच्यामधील घर्षण कमी करतात. स्नेहकाची स्निग्धता घर्षण कमी करण्यासाठी तो किती प्रभावी आहे हे ठरवते.
• हायड्रॉलिक्स: स्निग्धतेचा नियम हायड्रॉलिक्समध्ये देखील वापरला जातो, जो गतीमध्ये असलेल्या द्रवांच्या वर्तनाचा अभ्यास आहे. हायड्रॉलिक सिस्टीम पंप वापरून द्रव पाईप्स आणि सिलिंडरमधून हलवतात आणि यंत्रणेला शक्ती देतात. द्रवाची स्निग्धता हायड्रॉलिक सिस्टीमची कार्यक्षमता प्रभावित करते.
• रक्त प्रवाह: शरीरातून रक्त कसे वाहते हे समजून घेण्यासाठी स्निग्धतेचा नियम महत्त्वाचा आहे. रक्त हा एक नॉन-न्यूटोनियन द्रव आहे, याचा अर्थ त्याची स्निग्धता कर्तन दराबरोबर बदलते. रक्ताची स्निग्धता धमन्या आणि शिरांमधून रक्ताचा प्रवाह प्रभावित करते, आणि रक्तक्षय आणि हृदयरोग यासारख्या वैद्यकीय स्थिती निदान करण्यासाठी याचा वापर केला जाऊ शकतो.
• पॉलिमर प्रक्रिया: पॉलिमरच्या प्रक्रियेत स्निग्धतेचा नियम वापरला जातो, जे लांब, साखळीसारखे रेणू आहेत. पॉलिमर वितळण्याची स्निग्धता ते प्रक्रिया उपकरणांमधून कसे वाहते हे प्रभावित करते, आणि अंतिम उत्पादनाचे गुणधर्म नियंत्रित करण्यासाठी याचा वापर केला जाऊ शकतो.
• अन्न प्रक्रिया: स्निग्धतेचा नियम अन्न प्रक्रिया उद्योगात देखील वापरला जातो. अन्न उत्पादनांची स्निग्धता त्यांची रचना, देखावा आणि चव प्रभावित करते. अन्न उत्पादनांची स्निग्धता गाढे करणारे किंवा पातळ करणारे पदार्थ घालून नियंत्रित केली जाऊ शकते.

निष्कर्ष#

न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम हे द्रव यामिकीचे एक मूलभूत तत्त्व आहे ज्याचे अभियांत्रिकी, विज्ञान आणि दैनंदिन जीवनात विस्तृत अनुप्रयोग आहेत. द्रवांचे वर्तन समजून घेतल्यास, आपण अशी प्रणाली डिझाइन आणि बांधू शकतो ज्यामध्ये द्रवांचा कार्यक्षम आणि प्रभावीपणे वापर केला जातो.

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न#

1. न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम काय आहे?

न्यूटनचा स्निग्धतेचा नियम सांगतो की दोन द्रव स्तरांमधील कर्तन प्रतिबल हे त्यांच्यामधील वेग प्रवणतेच्या सम प्रमाणात असते. सोप्या शब्दात, द्रव जितका अधिक स्निग्ध असेल तितका प्रवाहाला प्रतिकार जास्त असेल.

2. न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे समीकरण काय आहे?

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे समीकरण आहे:

$$ τ = η * (du/dy) $$

येथे:

• τ हे कर्तन प्रतिबल आहे (प्रति एकक क्षेत्रफळ बल)
• η ही गतिक स्निग्धता आहे (Pa·s)
• du/dy हे वेग प्रवणता आहे (m/s)

3. स्निग्धतेची एकके काय आहेत?

स्निग्धतेचे SI एकक पास्कल-सेकंद (Pa·s) आहे. इतर सामान्य एककांमध्ये पॉइझ (P) आणि सेंटिपॉइझ (cP) समाविष्ट आहेत.

4. स्निग्ध द्रवांची काही उदाहरणे कोणती?

स्निग्ध द्रवांची काही उदाहरणे:

• मध
• गूळ
• तेल
• ग्रीस
• शॅम्पू
• रक्त

5. अ-स्निग्ध द्रवांची काही उदाहरणे कोणती?

अ-स्निग्ध द्रवांची काही उदाहरणे:

• पाणी
• अल्कोहोल
• पेट्रोल
• हवा
• हेलियम

6. स्निग्धतेवर कोणते घटक परिणाम करतात?

द्रवाची स्निग्धता अनेक घटकांवर अवलंबून असते, ज्यामध्ये हे समाविष्ट आहे:

• तापमान: तापमान वाढल्यास स्निग्धता कमी होते.
• दाब: दाब वाढल्यास स्निग्धता वाढते.
• रेणूवस्तुमान: रेणूवस्तुमान वाढल्यास स्निग्धता वाढते.
• रेणू रचना: रेणू रचना जितकी जटिल होते तितकी स्निग्धता वाढते.

7. न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे काही अनुप्रयोग कोणते?

न्यूटनच्या स्निग्धतेच्या नियमाचे अभियांत्रिकी आणि विज्ञानात अनेक अनुप्रयोग आहेत, ज्यामध्ये हे समाविष्ट आहे:

• द्रव प्रणालींची रचना
• स्नेहन
• प्रवाह मापन
• रिओलॉजी
• पॉलिमर विज्ञान

8. आयझॅक न्यूटन कोण होते?

आयझॅक न्यूटन हे एक इंग्रज गणितज्ञ आणि भौतिकशास्त्रज्ञ होते ज्यांना सर्वकालीन सर्वात प्रभावशाली शास्त्रज्ञांपैकी एक मानले जाते. त्यांनी गतीचे नियम आणि वैश्विक गुरुत्वाकर्षण विकसित केले, आणि प्रकाशिकी, गणित आणि इतर क्षेत्रांमध्ये महत्त्वपूर्ण योगदान दिले.