В 1851 году Джордж Стокс , решая уравнение Навье — Стокса , получил выражение для силы трения (также называемой силой лобового сопротивления ), действующей на сферические объекты с очень маленькими числами Рейнольдса (например, очень маленькие частицы) в покоящейся вязкой жидкости:

${\displaystyle {\vec {F}}=-6\pi r\mu {\vec {v}}}$ ,

где

${\displaystyle F}$ — сила трения, также называемая силой Стокса,

${\displaystyle r}$ — радиус сферического объекта,

${\displaystyle \mu }$ — динамическая вязкость жидкости,

${\displaystyle v}$ — скорость частицы.

Если частицы падают в вязкой жидкости под действием собственного веса, то установившаяся скорость достигается, когда эта сила трения совместно с силой Архимеда точно уравновешиваются силой гравитации . Хотя в классической формулировке закон Архимеда выполняется только в статическом случае, а не для движущихся тел , в данном случае выражение для силы Архимеда сохраняет традиционный вид. Результирующая скорость (Стокса) равна

${\displaystyle V_{\text{S}}={\frac {2}{9}}{\frac {r^{2}g(\rho _{\text{p}}-\rho _{\text{f}})}{\mu }},}$

где

${\displaystyle V_{\text{S}}}$ — установившаяся скорость частицы (м/с) (частица движется вниз, если ${\displaystyle \rho _{\text{p}}>\rho _{\text{f}}}$ , и вверх в случае ${\displaystyle \rho _{\text{p}}<\rho _{\text{f}}}$ ),

${\displaystyle r}$ — радиус частицы (м),

${\displaystyle g}$ — ускорение свободного падения (м/с²),

${\displaystyle \rho _{\text{p}}}$ — плотность частиц (кг/м³),

${\displaystyle \rho _{\text{f}}}$ — плотность жидкости (кг/м³),

${\displaystyle \mu }$ — динамическая вязкость жидкости (Па·с).

См. также

• Седиментационный анализ
• Уравнения Навье — Стокса
• Трение

Ссылки