Für ein Fluid, das sich in einer stromlinienförmigen Bewegung durch ein zylindrisches Rohr bewegt, bleibt eine Fluidschicht in unmittelbarem Kontakt mit der Wand des Rohrs effektiv in Ruhe. Die von der Wand entfernten Schichten weisen allmählich zunehmende Geschwindigkeiten auf, die das Maximum an der Achse des Zylinders erreichen.
Die Moleküle der Flüssigkeitsschicht in unmittelbarem Kontakt mit der Wand ruhen, weil Flüssigkeitsmoleküle dieser Schicht mit denen der Wand kollidieren und sie zum Wackeln bringen. Dabei übertragen sie Energie und Impuls auf die Wand. Doch statt zur Ruhe zu kommen, strömen die Flüssigkeitsmoleküle aus muss aufgrund des Rückstoßes eine Rückwärtsbewegung erhalten. Aber das wird durch die Kollisionen mit den Molekülen der sich vorwärts bewegenden Schicht aufgehoben direkt darunter (was dazu führen könnte, dass es in Ruhe ist). Aber warum nicht die Schicht auch zur Ruhe kommen?
Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, besteht darin, sich vorzustellen, dass die Flüssigkeit in dem Rohr aus einer sehr großen Anzahl extrem dünner, zylindrisch symmetrischer Flüssigkeitshüllen besteht, die ineinander eingebettet sind. Der äußerste Mantel steht in direktem Kontakt mit den Rohrwänden und der innerste folgt der Mittelachse des Rohres.
Stellen Sie sich nun vor, dass diese Hüllen in Längsrichtung des Rohres aneinander vorbeigleiten können, aber an der Schnittstelle zwischen ihnen eine kleine Reibung entsteht. Wenn wir auf die innerste Hülle drücken, beginnt sie sich als Reaktion darauf zu bewegen, zieht aber aufgrund der Reibung, die sie miteinander verbindet, auch die nächste Hülle heraus.
Diese Hülle beginnt sich als Reaktion auf die Kraft zu bewegen, aber auch sie ist durch Reibung mit der nächsten sie umgebenden Hülle in Kontakt und wird schließlich ebenfalls in Bewegung versetzt.
Dieser Prozess setzt sich fort, bis wir versuchen, den äußersten Mantel, der die Rohrwand berührt, in Bewegung zu versetzen. Da die äußerste Ummantelung im Wesentlichen an die Rohrwand „geklebt“ ist – was Sie sich als eine Ummantelung vorstellen können, die sich nicht bewegen kann – widersteht sie dem Herunterrutschen des Rohrs und zieht sich an der sich bewegenden Ummantelung unmittelbar darin zurück.
Auf diese Weise koppelt Flüssigkeitsreibung – Viskosität – die Bewegung dieser konzentrischen Flüssigkeitshüllen genau so zusammen, dass sich ein Geschwindigkeitsmaximum in der Mitte des Rohrs und eine Nullgeschwindigkeit an der Innenfläche des Rohrs ergeben.
Aber das wird durch die Kollisionen mit den Molekülen der sich vorwärts bewegenden Schicht L2 direkt darunter aufgehoben (was dazu führen könnte, dass sie in Ruhe ist). Aber warum kommt die Schicht L2 nicht auch zur Ruhe?
Betrachten Sie es transaktional. Ist die Rate, mit der ein Luftmolekül Impuls auf andere Luft übertragen kann, dieselbe Rate, mit der Luft Energie auf einen festen Gegenstand übertragen kann? Nein, das feste Objekt wirkt effektiv als unendliche Masse, während ein anderes Luftmolekül eine ähnliche Masse hat und wir daher erwarten würden, dass die Streuung viel gleichmäßiger ist.
Während also Luft bei L1 kontinuierlich Impuls in die Wand bei R1 abstrahlt , strahlt L2 bei R2 Impuls in L1 ab . Solange R2 kleiner als R1 ist , würden Sie erwarten, dass es einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Schichten gibt.
Time4Tea
Chet Miller