Viskositätkräften

Viskositätkräfte sind innere Reibungskräfte in Flüssigkeiten und Gasen, die durch Geschwindigkeitsgradienten zwischen benachbarten Schichten verursacht werden. Sie wirken, indem sie relative Bewegungen der Fluidteile abbremsen und so den Impuls zwischen den Schichten transportieren.

In einfachen, Newtonschen Flüssigkeiten ist die Schubspannung τ, die tangential auf eine Ebene wirkt, proportional zur Änderungsrate der Schergeschwindigkeit: τ = μ • (du/dy), wobei μ die dynamische Viskosität ist und du/dy der Geschwindigkeitsgradient senkrecht zur Strömung. Die Viskosität beschreibt die Zähigkeit des Fluids und damit, wie stark die inneren Kräfte gegen relative Strömung arbeiten. Die kinematische Viskosität ν ist definiert als ν = μ/ρ.

In den Navier–Stokes-Gleichungen erscheinen die Viskositätkräfte als μ ∇^2 v (für inkompressible, Newtonsche Fluide). Sie verursachen Momentumdiffusion, begrenzen Turbulenz und wandeln Strömungsenergie in Wärme um.

Nicht-Newtonsche Fluide zeigen eine Abhängigkeit der Viskosität von der Schergeschwindigkeit, der Zeit oder beidem; damit sind τ und du/dy nicht linear miteinander verknüpft. Eigenschaften wie Fließprofile und Reibungslasten unterscheiden sich deutlich von Newtonschen Fällen.

Anwendungen umfassen Rohrströmungen (Poiseuille-Fluss), Schmierfilme und Lagerungen, rheologische Messungen sowie Mikrofluss-Systeme. Die Viskosität beeinflusst Reibung, Wärmeverlust und Energieeffizienz technischer Systeme und bildet daher eine zentrale Größe in der Fluidmechanik und der Prozesstechnik.