Диффузия импульса

Диффузия импульса чаще всего относится к диффузии или распространению импульса между частицами ( атомами или молекулами ) материи , часто в жидком состоянии.Этот перенос импульса может происходить в любом направлении потока жидкости. Диффузию импульса можно объяснить либо внешним давлением , либо напряжением сдвига , либо тем и другим.

Диффузия из-за давления

При приложении давления к несжимаемой жидкости скорость жидкости изменяется. Жидкость ускоряется или замедляется в зависимости от направления давления относительно направления потока. Это связано с тем, что давление на жидкость вызвало диффузию импульса в этом направлении. Понимание точной природы диффузии является ключевым аспектом в понимании диффузии импульса из-за давления.

Диффузия импульса из-за касательных напряжений

Жидкость, текущая вдоль плоской пластины, будет прилипать к ней в точке контакта, и это известно как условие прилипания . Это результат сил сцепления между плоской пластиной и жидкостью. Наличие стены оказывает эффект до определенного расстояния. в жидкости (в направлении, перпендикулярном площади стенки и потоку), и это известно как пограничный слой .

Любой слой жидкости, не соприкасающийся со стенкой, будет течь с определенной скоростью и будет зажат между двумя слоями жидкости. Теперь слой чуть выше него (текущий с большей скоростью) попытается перетащить его в направлении потока, тогда как слой чуть ниже него (текущий с меньшей скоростью) попытается замедлить его. Притяжение между слоями жидкости является результатом сил сцепления, а вязкость — это свойство, которое объясняет природу и силу сил сцепления внутри жидкости.

Обычно наблюдается тот факт, что текущая жидкость оказывает на пластину определенную силу, пытаясь притянуть ее в направлении своего потока. Плоская пластина оказывает на жидкость равную силу. ( третий закон Ньютона )

Эксперименты с потоком жидкости, параллельным плоской пластине, показывают, что сила, известная как напряжение сдвига, может быть выражена математически как

$\tau =-\mu du/dy$

Обратите внимание, что это справедливо только для одномерного потока жидкости в прямоугольных координатах. $\tau$ - напряжение сдвига в любом слое жидкости, где $du/dy$ (т.е. градиент скорости в направлении, перпендикулярном потоку и площади плоской пластины), – локальный градиент и $\mu$ это вязкость.

Единицами напряжения сдвига являются сила/единица площади. Это $N/m^{2}$ в системе МКС. Это также можно интерпретировать как $kg/m{\cdot }s^{2}$. Однако это также единицы потока импульса. Именно по этой причине напряжение сдвига в жидкости также можно интерпретировать как поток импульса. Диффузия импульса происходит в направлении уменьшения скорости. Это означает, что импульс передается от жидкости в верхних слоях (которая имеет больший импульс) к жидкости, находящейся близко к стенке (которая имеет меньший импульс из-за своей более низкой скорости).

Фраза «диффузия импульса» также может относиться к диффузии вероятности того, что отдельная частица будет иметь определенный импульс. В этом случае в пространстве импульсов распространяется функция распределения вероятностей, а не (сохраняющаяся) величина импульса, которая распространяется среди многих частиц.