斯托克斯定律

斯托克斯定律

球形物體在粘滯層流中克服的阻力:F=6πηυR。式中,R是球體的半徑,υ是它是相對於液體的速度,η是液體的粘滯係數,該式稱為斯托克斯定律。

簡要概述


當物體在粘滯性流體中作勻速運動時,物體表面附著一層液體,這一液層與其相鄰液層之間有內摩擦力,因此物體在移動過程中必須克服這一阻滯力,如果物體是球形的,而且液體相對於球體作層流運動。若設R是球體的半徑,υ是它是相對於液體的速度,η是液體的粘滯係數,該式成為斯托克斯定律,則根據斯托克斯的計算,球體所受的阻力為:F=6πηυR。

求沉降速度


設有質量為m,半徑為r的小球,在粘滯係數為η的流體中下沉。小球在靜止時速度為零,其所受的粘滯阻力亦為零。若小球所受的重力大於所受的浮力,則小球加速地下降,速度增加,粘滯阻力亦增加。當達到重力,阻力和浮力平衡時,小球則勻速下降。
設這時小球相對於粘滯液體的速度為υ,並令ρ代表小球的密度,ρ代表流體的密度,那麼小球的重力mg=4/3*πr^3ρg,小球所受浮力4/3*πρr^3g,小球所受阻力為6πηrυ,則平衡方程:4/3*πρr^3ρg=4/3*πρr^3g+6πηrυ。
由此得:υ=2/9*(r*r*g/η)*(ρ-ρ)。
速度υ稱為收尾速度或沉降速度,當小球在粘滯流體中下沉時,若小球的半徑r,ρ,ρ,則可以通過測得沉降速度υ獲得液體的粘滯係數。若ρ,η和ρ為已知,也可以通過測量速度υ,可求小球的半徑或質量。