流體的粘滯性

錢婷同學問：“用完的圓珠筆芯，如果向里面注入墨水，為什么書寫就不流利，甚至書寫不出來呢？”

為了更好地回答這個問題，從而理解有關問題中的一些知識，我們先來談談流體的粘滯性質.

流體是指能夠流動的物質，受力后很容易產生形變，氣體和液體都屬于流體.流體的重要性質之一是它在運動中所呈現出來的粘滯性質.當流體相鄰流層之間有相對滑動時，在接觸面上存在著切向的阻力，這種阻力稱為粘滯力（或稱內摩擦力）；另外，流體具有粘附于同它接觸、并有相對運動的固體表面的性質.流體的這些內在性質稱為粘滯性（或稱粘性）.

流體的粘滯性在日常生活中是容易看到的.例如，河道中流動著的河水，不同的水層（水層面與河水表面垂直）有不同的流速.圖1示意河內流水不同水層的流速分布情況.由于水粘附于河岸，所以河岸處水層的流速為零，而遠離河岸的水層流速逐漸加大，河中央水層的流速最大.流速大的水層施于流速小的水層一個拉力，而流速小的水層施于流速大的水層一個阻力.在管道中流動著的流體（氣體或液體）也有類似的情況.如果流體在截面為圓形的管道中流動，那么在管壁處的流體層流速為零，靠近管道軸線越近的流體層（層的截面為圓形）流速越大，軸線處的流體層流速最大.由此我們也可了解，在長距離輸送油或水的途中，必須建立加壓站的原因.

描述流體粘滯性質的物理量是粘滯系數η，它與溫度有密切的關系，對液體來說，η隨溫度升高而減小，對氣體恰好相反，它隨溫度升高而增大.

有了上述的知識，我們就很容易回答錢婷同學的問題.廠家生產的圓珠筆芯中用的專用墨水和筆芯頭部的鋼珠是配套的，即對專用墨水的粘滯系數有嚴格的要求，而且在低溫（如在冬天）和高溫（如在夏天）下書寫同樣流暢，而不是在低溫下，由于墨水的粘滯性系數增大，降低了墨水的流動性無法書寫，和在高溫下，由于墨水的粘滯系數減小，增強了墨水的流動性，在紙上流成一團墨水無法書寫.而錢婷同學所用的墨水就未必符合要求，難怪書寫起來就不流暢.由此可看出，一支質量好的圓珠筆芯，它的墨水的粘滯系數在日常的低溫至高溫范圍里，變化應是很小的.還如，在野外使用的機器和汽車等使用的潤滑油的粘滯系數也應在很寬的溫度內變化很小.

測定流體的粘滯系數，在許多方面有重大的實際意義.例如，在輸送流體（水、石油和天然氣）的管道設計中，機器軸承潤滑油的選擇必須考慮粘滯系數的大小，而且由于粘滯系數與流體分子結構有關，生物學和醫學上常用它來測定蛋白質的相對分子質量，還有人體中的不少病變（例如心血管病、急性炎癥等）中血液粘滯性變化很大，因此測定血液的粘滯系數可為病因診斷提供有價值的信息.

責任編輯 蔡華杰