С 1963 г. в СССР (ГОСТ 9867-61 «Международная система единиц») с целью унификации единиц измерения во всех областях науки и техники рекомендована для практического использования международная (интернациональная) система единиц (СИ, SI) - это система единиц измерения физических величин, принятая XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. В основу ее положены 6 основных единиц (длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура и сила света), а также 2 дополнительные единицы (плоский угол, телесный угол); все остальные единицы, приводимые в таблице, являются их производными. Принятие единой для всех стран международной системы единиц призвано устранить трудности, связанные с переводами численных значений физических величин, а также различных констант из какой-либо одной, действующей в настоящее время системы (СГС, МКГСС, МКС А и т. д.), в другую.
| Наименование величины | Единицы измерения; значения в системе СИ | Обозначения | |
|---|---|---|---|
| русское | международное | ||
| I. Длина, масса, объем, давление, температура | |||
| Метр - мера длины, численно равная длине международного эталона метра; 1 м=100 см (1·10 2 см)=1000 мм (1·10 3 мм) |
м | m | |
| Сантиметр = 0,01 м (1·10 -2 м)=10 мм | см | cm | |
| Миллиметр = 0,001 м(1·10 -3 м) = 0,1 см=1000 мк (1·10 3 мк) | мм | mm | |
| Микрон (микрометр) = 0,001 мм (1·10 -3 мм) = 0, 0001 см (1·10 -4 см)= 10 000 |
мк | μ | |
| Ангстрем=одной десятимиллиардной метра (1·10 -10 м) или одной стомиллионной сантиметра (1·10 -8 см) | Å | Å | |
| Масса | Килограмм - основная единица массы в метрической системе мер и системе СИ, численно равная массе международного эталона килограмма; 1 кг=1000 г |
кг | kg |
| Грамм=0,001 кг (1·10 -3 кг) |
г | g | |
| Тонна= 1000 кг (1·10 3 кг) | т | t | |
| Центнер=100 кг (1·10 2 кг) |
ц | ||
| Карат - внесистемная единица массы, численно равная 0,2 г | ct | ||
| Гамма=одной миллионной грамма (1·10 -6 г) | γ | ||
| Объем | Литр=1,000028 дм 3 = 1,000028·10 -3 м 3 | л | l |
| Давление | Физическая, или нормальная, атмосфера - давление, уравновешиваемое ртутным столбом высотой 760 мм при температуре 0°= 1,033 ат= = 1,01·10 -5 н/м 2 =1,01325 бар= 760 тор= 1, 033 кгс/см 2 |
атм | atm |
| Техническая атмосфера - давление, равное 1 кгс/смг = 9,81·10 4 н/м 2 =0,980655 бар =0,980655·10 6 дин/см 2 = 0, 968 атм= 735 тор | ат | at | |
| Миллиметр ртутного столба= 133,32 н/м 2 | мм рт. ст. | mm Hg | |
| Тор - наименование внесистемной единицы измерения давления, равное 1 мм рт. ст.; дано в честь итальянского ученого Э. Торричелли | тор | ||
| Бар - единица атмосферного давления = 1·10 5 н/м 2 = 1·10 6 дин/см 2 | бар | bar | |
| Давление (звука) | Бар-единица звукового давления (в акустике): бар - 1 дин/см 2 ; в настоящее время в качестве единицы звукового давления рекомендована единица со значением 1 н/м 2 = 10 дин/см 2 |
бар | bar |
| Децибел - логарифмическая единица измерения уровня избыточного звукового давления, равная 1/10 единицы измерения избыточного давления- бела | дБ | db | |
| Температура | Градус Цельсия; температура в °К (шкала Кельвина), равна температуре в °С (шкала Цельсия) + 273,15 °С | °С | °С |
| II. Сила, мощность, энергия, работа, количество теплоты, вязкость | |||
| Сила | Дина - единица силы в системе СГС(см-г-cек.), при которой телу с массой в 1 г сообщается ускорение, равное 1 см/сек 2 ; 1 дин- 1·10 -5 н | дин | dyn |
| Килограмм-сила- сила, сообщающая телу с массой 1 кг ускорение, равное 9,81 м/сек 2 ; 1кг=9,81 н=9,81·10 5 дин | кГ, кгс | ||
| Мощность | Лошадиная сила =735,5 Вт | л. с. | HP |
| Энергия | Электрон-вольт - энергия, которую приобретает электрон при перемещении в электрическом поле в вакууме между точками с разностью потенциалов в 1 в; 1 эв= 1,6·10 -19 дж. Допускается применение кратных единиц: килоэлектрон-вольт (Кзв)=10 3 эв и мегаэлектрон-вольт (Мэв)= 10 6 эв. В современных энергию частиц измеряют в Бэв - миллиардах (биллионах) эв; 1 Бзв=10 9 эв |
эв | eV |
| Эрг=1·10 -7 дж; эрг также используется как единица измерения работы, численно равная работе, совершаемой силой в 1 дин на пути в 1 см | эрг | erg | |
| Работа | Килограмм-сила-метр (килограммометр) - единица работы, численно равная работе, совершаемой постоянной силой в 1 кГ при перемещении точки приложения этой силы на расстояние в 1 м по ее направлению; 1кГм=9,81 дж (одновременно кГм является мерой энергии) | кГм, кгс·м | kGm |
| Количество теплоты | Калория - внесистемная единица измерения количества теплоты, равного количеству теплоты, необходимого для нагревания 1 г воды от 19,5 °С до 20,5 ° С. 1 кал=4,187 дж; распространена кратная единица килокалория (ккал, kcal), равная 1000 кал | кал | cal |
| Вязкость (динамическая) | Пуаз - единица вязкости в системе единиц СГС; вязкость, при которой в слоистом потоке с градиентом скорости, равным 1 сек -1 на 1 см 2 поверхности слоя, действует сила вязкости в 1 дин; 1 пз = 0,1 н·сек/м 2 | пз | P |
| Вязкость (кинематическая) | Стокс - единица кинематической вязкости в системе СГС; равна величине вязкости жидкости, имеющей плотность 1 г/см 3 , оказывающей сопротивление силой в 1 дин взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см 2 , находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и перемещающихся друг относительно друга со скоростью 1 см в сек | ст | St |
| III. Магнитный поток, магнитная индукция, напряженность магнитного поля, индуктивность, электрическая емкость | |||
| Магнитный поток | Максвелл - единица измерения магнитного потока в системе СГС; 1 мкс равен магнитному потоку, проходящему через площадку в 1 см 2 , расположенную перпендикулярно к линиям индукции магнитного поля, при индукции, равной 1 гс; 1 мкс= 10 -8 вб (вебера) - единицы магнитного тока в системе СИ | мкс | Mx |
| Магнитная индукция | Гаусс - единица измерения в системе СГС; 1 гс есть индукция такого поля, в котором прямолинейный проводник длиной 1 см, расположенный перпендикулярно вектору поля, испытывает силу в 1 дин, если по этому проводнику протекает ток в 3·10 10 единиц СГС; 1 гс=1·10 -4 тл (тесла) | гс | Gs |
| Напряженность магнитного поля | Эрстед - единица напряженности магнитного поля в системе CГC; за один эрстед (1 э) принята напряженность в такой точке поля, в которой на 1 электромагнитную единицу количества магнетизма действует сила в 1 дину (дин); 1 э=1/4π·10 3 а/м |
э | Oe |
| Индуктивность | Сантиметр - единица индуктивности в системе СГС; 1 см= 1·10 -9 гн (генри) | см | cm |
| Электрическая емкость | Сантиметр - единица емкости в системе СГС = 1·10 -12 ф (фарады) | см | cm |
| IV. Сила света, световой поток, яркость, освещенность | |||
| Сила света | Свеча - единица силы света, Значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 св на 1 см 2 | св | cd |
| Световой поток | Люмен - единица светового потока; 1 люмен (лм) излучается в пределах телесного угла в 1 стер точечным источником света, обладающим во всех направлениях силой света в 1 св | лм | lm |
| Люмен-секунда - соответствует световой энергии, образуемой световым потоком в 1 лм, излучаемым или воспринимаемым за 1 сек | лм·сек | lm·sec | |
| Люмен-час равен 3600 люмен-секундам | лм·ч | lm·h | |
| Яркость | Стильб- единица яркости в системе СГС; соответствует яркости плоской поверхности, 1 см 2 которой дает в направлении, перпендикулярном к этой поверхности, силу света, равную 1 се; 1 сб=1·10 4 нт (нит) (единица яркости в системе СИ) | сб | sb |
| Ламберт - внесистемная единица яркости, производная от стильба; 1 ламберт=1/π ст= 3193 нт | |||
| Апостильб= 1/π св/м 2 | |||
| Освещенность | Фот - единица освещенности в системе СГСЛ (см-г-сек-лм); 1 фот соответствует освещенности поверхности в 1 см 2 равномерно распределенным световым потоком в 1 лм; 1 ф=1·10 4 лк (люкс) | ф | ph |
| V. Интенсивность радиоактивного излучения и дозы | |||
| Интенсивность | Кюри - основная единица измерения интенсивности радиоактивного излучения, кюри соответствующая 3,7·10 10 распадам в 1 сек. любого радиоактивного изотопа |
кюри | C или Cu |
| милликюри= 10 -3 кюри, или 3,7·10 7 актов радиоактивного распада в 1 сек. | мкюри | mc или mCu | |
| микрокюри= 10 -6 кюри | мккюри | μ C или μ Cu | |
| Доза | Рентген - количество (доза) рентгеновых или γ -лучей, которое в 0,001293 г воздуха (т. е. в 1 см 3 сухого воздуха при t° 0° и 760 мм рт. ст.) вызывает образование ионов, несущих одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака; 1 р вызывает образование 2,08·10 9 пар ионов в 1 см 3 воздуха | р | r |
| миллирентген = 10 -3 p | мр | mr | |
| микрорентген = 10 -6 p | мкр | μr | |
| Рад - единица поглощенной дозы любого ионизирующего излучения равна рад 100 эрг на 1 г облучаемой среды; при ионизации воздуха рентгеновыми или γ-лучами 1 р равен 0,88 рад, а при ионизации тканей практически 1 р равен 1 рад | рад | rad | |
| Бэр (биологический эквивалент рентгена) - количество (доза) любого вида ионизирующих излучений, вызывающее такой же биологический эффект, как и 1 р (или 1 рад) жестких рентгеновых лучей. Неодинаковый биологический эффект при равной ионизации разными видами излучений привел к необходимости введения еще одного понятия: относительной биологической эффективности излучений -ОБЭ; зависимость между дозами (Д) и безразмерным коэффициентом (ОБЭ) выражается как Д бэр =Д рад ·ОБЭ, где ОБЭ=1 для рентгеновых, γ-лучей и β -лучей и ОБЭ=10 для протонов до 10 Мэв, быстрых нейтронов и α-ча стиц естественных (по рекомендации Международного конгресса радиологов в Копенгагене, 1953) | бэр, рэб | rem | |
Примечание. Кратные и дольные единицы измерения, за исключением единиц времени и угла, образуются путем их умножения на соответствующую степень числа 10, а их названия присоединяются к наименованиям единиц измерения. Не допускается применение двух приставок к наименованию единицы. Например, нельзя писать миллимикроватт (ммквт) или микромикрофарада (ммф), а необходимо писать нановатт (нвт) или пикофарада (пф). Не следует применять приставок к наименованиям таких единиц, которые обозначают кратную или дольную единицу измерения (например, микрон). Для выражения продолжительности процессов и обозначения календарных дат событий допускается применение кратных единиц времени.
Важнейшие единицы международной системы единиц (СИ)
Основные единицы
(длина, масса, температура, время, сила электрического тока, сила света)
| Наименование величины | Обозначения | ||
|---|---|---|---|
| русское | международное | ||
| Длина | Метр - длина, равная 1650763,73 длин волн излучения в вакууме, соответствующая переходу между уровнями 2р 10 и 5d 5 криптона 86 * |
м | m |
| Масса | Килограмм - масса, соответствующая массе международного эталона килограмма | кг | kg |
| Время | Секунда - 1/31556925,9747 часть тропического года (1900) ** | сек | S, s |
| Сила электрического тока | Ампер - сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2·10 -7 н на каждый метр длины | а | A |
| Сила света | Свеча - единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного (абсолютно черного) излучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 се на 1 см 2 *** | св | cd |
| Температура (термодинамическая) | Градус Кельвина (шкала Кельвина) - единица измерения температуры по термодинамической температурной шкале, в которой для температуры тройной точки воды**** установлено значение 273,16° К | °К | °K |
** Т. е. секунда равна указанной части интервала времени между двумя последовательными прохождениями Землей на орбите вокруг Солнца точки, соответствующей весеннему равноденствию. Это дает большую точность в определении секунды, чем определение ее как части суток, поскольку длительность суток меняется.
*** Т. е. за единицу принята сила света определенного эталонного источника, испускающего свет при температуре плавления платины. Прежний международный эталон свечи составляет 1,005 нового эталона свечи. Таким образом, в пределах обычной практической точности их значения можно считать совпадающими.
**** Тройная точка - температура таяния льда при наличии над ним насыщенного водяного пара.
Дополнительные и производные единицы
| Наименование величины | Единицы измерения; их определение | Обозначения | |
|---|---|---|---|
| русское | международное | ||
| I. Плоский угол, телесный угол, сила, работа, энергия, количество теплоты, мощность | |||
| Плоский угол | Радиан - угол между двумя радиусами круга, вырезающий на окружности рад дугу, длина которой равна радиусу | рад | rad |
| Телесный угол | Стерадиан - телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы стер и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы | стер | sr |
| Сила | Ньютон- сила, под действием которой тело с массой в 1 кг приобретает ускорение, равное 1 м/сек 2 | н | N |
| Работа, энергия, количество теплоты | Джоуль - работа, которую совершает действующая на тело постоянная сила в 1 н на пути в 1 м, пройденном телом в направлении действия силы | дж | J |
| Мощность | Ватт - мощность, при которой за 1 сек. совершается работа в 1 дж | Вт | W |
| II. Количество электричества, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, электрическая емкость | |||
| Количество электричества, электрический заряд | Кулон - количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника в течение 1 сек. при силе постоянного тока в 1 а | к | C |
| Электрическое напряжение, разность электрических потенциалов, электродвижущая сила (ЭДС) | Вольт - напряжение на участке электрической цепи, при прохождении через который количества электричества в 1 к совершается работа в 1 дж | в | V |
| Электрическое сопротивление | Ом - сопротивление проводника, по которому при постоянном напряжении на концах в 1 в проходит постоянный ток в 1 а | ом | Ω |
| Электрическая емкость | Фарада- емкость конденсатора, напряжение между обкладками которого меняется на 1 в при зарядке его количеством электричества в 1 к | ф | F |
| III. Магнитная индукция, поток магнитной индукции, индуктивность, частота | |||
| Магнитная индукция | Тесла- индукция однородного магнитного поля, которое на участок прямолинейного проводника длиной в 1 м, помещенного перпендикулярно направлению поля, действует с силой в 1 н при прохождении по проводнику постоянного тока в 1 а | тл | T |
| Поток магнитной индукции | Вебер - магнитный поток, создаваемый однородным полем с магнитной индукцией в 1 тл через площадку в 1 м 2 , перпендикулярную направлению вектора магнитной индукции | вб | Wb |
| Индуктивность | Генри - индуктивность проводника (катушки), в котором индуктируется ЭДС в 1 в при изменении тока в нем на 1 а за 1 сек. | гн | H |
| Частота | Герц - частота периодического процесса, у которого за 1 сек. совершается одно колебание (цикл, период) | Гц | Hz |
| IV. Световой поток, световая энергия, яркость, освещенность | |||
| Световой поток | Люмен - световой поток, который дает внутри телесного угла в 1 стер точечный источник света в 1 св, излучающий одинаково во всех направлениях | лм | lm |
| Световая энергия | Люмен-секунда | лм·сек | lm·s |
| Яркость | Нит - ярность светящейся плоскости, каждый квадратный метр которой дает в направлении, перпендикулярном плоскости, силу света в 1 св | нт | nt |
| Освещенность | Люкс - освещенность, создаваемая световым потоком в 1 лм при равномерном его распределении на площади в 1 м 2 | лк | lx |
| Количество освещения | Люкс-секунда | лк·сек | lx·s |
Вязкость является важнейшей физической константой, характеризующей эксплуатационные свойства котельных и дизельных топлив, нефтяных масел, ряда других нефтепродуктов. По значению вязкости судят о возможности распыления и прокачиваемости нефти и нефтепродуктов.
Различают динамическую, кинематическую, условную и эффективную (структурную) вязкость.
Динамической (абсолютной) вязкостью [μ ], или внутренним трением, называют свойства реальных жидкостей оказывать сопротивление сдвигающим касательным усилиям. Очевидно, это свойство проявляется при движении жидкости. Динамическая вязкость в системе СИ измеряется в [Н·с/м 2 ]. Это сопротивление, которое оказывает жидкость при относительном перемещении двух ее слоев поверхностью 1 м 2 , находящихся на расстоянии 1 м друг от друга и перемещающихся под действием внешней силы в 1 Н со скоростью 1 м/с. Учитывая, что 1 Н/м 2 = 1 Па, динамическую вязкость часто выражают в [Па·с] или [мПа·с]. В системе СГС (CGS) размерность динамической вязкости - [дин·с/м 2 ]. Эта единица называется пуазом (1 П = 0,1 Па·с).
Переводные множители для расчета динамической [μ ] вязкости.
| Единицы | Микропуаз (мкП) | Сантипуаз (сП) | Пуаз ([г/см·с]) | Па·с ([кг/м·с]) | кг/(м·ч) | кг·с/м 2 |
| Микропуаз (мкП) | 1 | 10 -4 | 10 -6 | 10 7 | 3,6·10 -4 | 1,02·10 -8 |
| Сантипуаз (сП) | 10 4 | 1 | 10 -2 | 10 -3 | 3,6 | 1,02·10 -4 |
| Пуаз ([г/см·с]) | 10 6 | 10 2 | 1 | 10 3 | 3,6·10 2 | 1,02·10 -2 |
| Па·с ([кг/м·с]) | 10 7 | 10 3 | 10 | 1 3 | 3,6·10 3 | 1,02·10 -1 |
| кг/(м·ч) | 2,78·10 3 | 2,78·10 -1 | 2,78·10 -3 | 2,78·10 -4 | 1 | 2,84·10 -3 |
| кг·с/м 2 | 9,81·10 7 | 9,81·10 3 | 9,81·10 2 | 9,81·10 1 | 3,53·10 4 | 1 |
Кинематической вязкостью [ν ] называется величина, равная отношению динамической вязкости жидкости [μ ] к ее плотности [ρ ] при той же температуре: ν = μ/ρ. Единицей кинематической вязкости является [м 2 /с] - кинематическая вязкость такой жидкости, динамическая вязкость которой равна 1 Н·с/м 2 и плотность 1 кг/м 3 (Н = кг·м/с 2). В системе СГС (CGS) кинематическая вязкость выражается в [см 2 /с]. Эта единица называется стоксом (1 Ст = 10 -4 м 2 /с; 1 сСт = 1 мм 2 /с).
Переводные множители для расчета кинематической [ν ] вязкости.
| Единицы | мм 2 /с (сСт) | см 2 /с (Ст) | м 2 /с | м 2 /ч |
| мм 2 /с (сСт) | 1 | 10 -2 | 10 -6 | 3,6·10 -3 |
| см 2 /с (Ст) | 10 2 | 1 | 10 -4 | 0,36 |
| м 2 /с | 10 6 | 10 4 | 1 | 3,6·10 3 |
| м 2 /ч | 2,78·10 2 | 2,78 | 2,78·10 4 | 1 |
Нефти и нефтепродукты часто характеризуются условной вязкостью , за которую принимается отношение времени истечения через калиброванное отверстие стандартного вискозиметра 200 мл нефтепродукта при определенной температуре [t ] ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20°С. Условная вязкость при температуре [t ] обозначается знаком ВУ, и выражается числом условных градусов.
Условная вязкость измеряется в градусах ВУ (°ВУ) (если испытание проводится в стандартном вискозиметре по ГОСТ 6258-85), секундах Сейболта и секундах Редвуда (если испытание проводится на вискозиметрах Сейболта и Редвуда).
Перевести вязкость из одной системы в другую можно при помощи номограммы .
В нефтяных дисперсных системах в определенных условиях в отличие от ньютоновских жидкостей вязкость является переменной величиной, зависящей от градиента скорости сдвига. В этих случаях нефти и нефтепродукты характеризуются эффективной или структурной вязкостью:
Для углеводородов вязкость существенно зависит от их химического состава: она повышается с увеличением молекулярной массы и температуры кипения. Наличие боковых разветвлений в молекулах алканов и нафтенов и увеличение числа циклов также повышают вязкость. Для различных групп углеводородов вязкость растет в ряду алканы - арены - цикланы.
Для определения вязкости используют специальные стандартные приборы - вискозиметры, различающиеся по принципу действия.
Кинематическая вязкость определяется для относительно маловязких светлых нефтепродуктов и масел с помощью капиллярных вискозиметров, действие которых основано на текучести жидкости через капилляр по ГОСТ 33-2000 и ГОСТ 1929-87 (вискозиметр типа ВПЖ, Пинкевича и др.).
Для вязких нефтепродуктов измеряется условная вязкость в вискозиметрах типа ВУ, Энглера и др. Истечение жидкости в этих вискозиметрах происходит через калиброванное отверстие по ГОСТ 6258-85.
Между величинами условной °ВУ и кинематической вязкости существует эмпирическая зависимость:
Вязкость наиболее вязких, структурированных нефтепродуктов определяется на ротационном вискозиметре по ГОСТ 1929-87. Метод основан на измерении усилия, необходимого для вращения внутреннего цилиндра относительно наружного при заполнении пространства между ними испытуемой жидкостью при температуре t .
Кроме стандартных методов определения вязкости иногда в исследовательских работах используются нестандартные методы, основанные на измерении вязкости по времени падения калибровочного шарика между метками или по времени затухания колебаний твердого тела в испытуемой жидкости (вискозиметры Гепплера, Гурвича и др.).
Во всех описанных стандартных методах вязкость определяют при строго постоянной температуре, поскольку с ее изменением вязкость существенно меняется.
Зависимость вязкости от температуры
Зависимость вязкости нефтепродуктов от температуры является очень важной характеристикой как в технологии переработки нефти (перекачка, теплообмен, отстой и т. д.), так и при применении товарных нефтепродуктов (слив, перекачка, фильтрование, смазка трущихся поверхностей и т. д.).
С понижением температуры вязкость их возрастает. На рисунке приведены кривые изменения вязкости в зависимости от температуры для различных смазочных масел.
Общим для всех образцов масел является наличие областей температур, в которых наступает резкое повышение вязкости.
Существует много различных формул для расчета вязкости в зависимости от температуры, но наиболее употребляемой является эмпирическая формула Вальтера:
Дважды логарифмируя это выражение, получаем:
По данному уравнению Е. Г. Семенидо была составлена номограмма на оси абсцисс которой для удобства пользования отложена температура, а на оси ординат - вязкость.
По номограмме можно найти вязкость нефтепродукта при любой заданной температуре, если известна его вязкость при двух других температурах. В этом случае значение известных вязкостей соединяют прямой и продолжают ее до пересечения с линией температуры. Точка пересечения с ней отвечает искомой вязкости. Номограмма пригодна для определения вязкости всех видов жидких нефтепродуктов.
Для нефтяных смазочных масел очень важно при эксплуатации, чтобы вязкость как можно меньше зависела от температуры, поскольку это обеспечивает хорошие смазывающие свойства масла в широком интервале температур, т. е. в соответствии с формулой Вальтера это означает, что для смазочных масел, чем ниже коэффициент В, тем выше качество масла. Это свойство масел называется индексом вязкости , который является функцией химического состава масла. Для различных углеводородов по-разному меняется вязкость от температуры. Наиболее крутая зависимость (большая величина В) для ароматических углеводородов, а наименьшая - для алканов. Нафтеновые углеводороды в этом отношении близки к алканам.
Существуют различные методы определения индекса вязкости (ИВ).
В России ИВ определяют по двум значениям кинематической вязкости при 50 и 100°С (или при 40 и 100°С - по специальной таблице Госкомитета стандартов).
При паспортизации масел ИВ рассчитывают по ГОСТ 25371-97, который предусматривает определение этой величины по вязкости при 40 и 100°С. По этому методу согласно ГОСТ (для масел с ИВ меньше 100) индекс вязкости определяется формулой:
Для всех масел с ν 100 ν, ν 1 и ν 3 ) определяют по таблице ГОСТ 25371-97 на основе ν 40 и ν 100 данного масла. Если масло более вязкое (ν 100 > 70 мм 2 /с), то величины, входящие в формулу, определяют по специальным формулам, приведенным в стандарте.
Значительно проще определять индекс вязкости по номограммам .
Еще более удобная номограмма для нахождения индекса вязкости разработана Г. В. Виноградовым. Определение ИВ сводится к соединению прямыми линиями известных величин вязкости при двух температурах. Точка пересечения этих линий соответствует искомому индексу вязкости.
Индекс вязкости - общепринятая величина, входящая в стандарты на масла во всех странах мира. Недостатком показателя индекса вязкости является то, что он характеризует поведение масла лишь в интервале температур от 37,8 до 98,8°С.
Многими исследователями было подмечено, что плотность и вязкость смазочных масел до некоторой степени отражают их углеводородный состав. Был предложен соответствующий показатель, связывающий плотность и вязкость масел и названный вязкостно-массовой константой (ВМК). Вязкостно-массовая константа может быть вычислена по формуле Ю. А. Пинкевича:
В зависимости от химического состава масла ВМК его может быть от 0,75 до 0,90, причем, чем выше ВМК масла, тем ниже его индекс вязкости.
В области низких температур смазочные масла приобретают структуру, которая характеризуется пределом текучести, пластичности, тиксотропностью или аномалией вязкости, свойственными дисперсным системам. Результаты определения вязкости таких масел зависят от их предварительного механического перемешивания, а также от скорости истечения или от обоих факторов одновременно. Структурированные масла, так же как и другие структурированные нефтяные системы, не подчиняются закону течения ньютоновских жидкостей, согласно которому изменение вязкости должно зависеть только от температуры.
Масло с неразрушенной структурой имеет значительно большую вязкость, чем после ее разрушения. Если понизить вязкость такого масла путем разрушения структуры, то в спокойном состоянии эта структура восстановится и вязкость примет первоначальное значение. Способность системы самопроизвольно восстанавливать свою структуру называется тиксотропией . С увеличением скорости течения, точнее градиента скорости (участок кривой 1), структура разрушается, в связи с чем вязкость вещества снижается и доходит до определенного минимума. Этот минимум вязкости сохраняется на одном уровне и при последующем возрастании градиента скорости (участок 2) до появления турбулентного потока, после чего вязкость вновь нарастает (участок 3).
Зависимость вязкости от давления
Вязкость жидкостей, в том числе и нефтепродуктов, зависит от внешнего давления. Изменение вязкости масел с повышением давления имеет большое практическое значение, так как в некоторых узлах трения могут возникать высокие давления.
Зависимость вязкости от давления для некоторых масел иллюстрируется кривыми, вязкость масел с повышением давления изменяется по параболе. При давлении Р она может быть выражена формулой:
В нефтяных маслах меньше всего с повышением давления изменяется вязкость парафиновых углеводородов и несколько больше нафтеновых и ароматических. Вязкость высоковязких нефтепродуктов с увеличением давления повышается больше, чем вязкость маловязких. Чем выше температура, тем меньше изменяется вязкость с повышением давления.
При давлениях порядка 500 - 1000 МПа вязкость масел возрастает настолько, что они теряют свойства жидкости и превращаются в пластичную массу.
Для определения вязкости нефтепродуктов при высоком давлении Д.Э.Мапстон предложил формулу:
На основе этого уравнения Д.Э.Мапстоном разработана номограмма , при пользовании которой известные величины, например ν 0 и Р , соединяют прямой линией и отсчет получают на третьей шкале.
Вязкость смесей
При компаундировании масел часто приходится определять вязкость смесей. Как показали опыты, аддитивность свойств проявляется лишь в смесях двух весьма близких по вязкости компонентов. При большой разности вязкостей смешиваемых нефтепродуктов, как правило, вязкость меньше, чем вычисленная по правилу смешения. Приближенно вязкость смеси масел можно рассчитать, если заменить вязкости компонентов их обратной величиной - подвижностью (текучестью) ψ см :
Для определения вязкости смесей можно также пользоваться различными номограммами. Наибольшее применение нашли номограмма ASTM и вискозиграмма Молина-Гурвича . Номограмма ASTM базируется на формуле Вальтера. Номограмма Молина-Гуревича составлена на основании экспериментально найденных вязкостей смеси масел А и В, из которых А обладает вязкостью °ВУ 20 = 1,5, а В - вязкостью °ВУ 20 = 60. Оба масла смешивались в разных соотношениях от 0 до 100% (об.), и вязкость смесей устанавливалась экспериментально. На номограмме нанесены значения вязкости в уел. ед. и в мм 2 /с.
Вязкость газов и нефтяных паров
Вязкость углеводородных газов и нефтяных паров подчиняется иным, чем для жидкостей, закономерностям. С повышением температуры вязкость газов возрастает. Эта закономерность удовлетворительно описывается формулой Сазерленда:
Из множества угловых характеристик и динамометрических показателей наиболее наглядной представляется кривая изменения осевых сил воздействующих на палку при выполнении отталкивания руками в ОБХ. Вмонтированные под ручку тензометрические датчики, предварительно калибровались стандартными разновесами от 5 до 50 кг. Изменяющееся под нагрузкой сопротивление постоянному электрическому току фиксировалось с частотой 2000 раз в секунду.
В диапазоне скоростей от 21 км/ч до 30 км/ч общее время отталкивания руками составило от 0,34 сек до 0,26 сек , общее время цикла 1.2 - 0,9 сек. Пиковые значения максимальных усилий от 230 до 270 ньютон достигались через 0,12 - 0,08 сек от момента втыкания штырей.
Поначалу кажется, что максимальная осевая сила на каждой палке 250 н фантастически велика. Однако, в пересчете приложение к двум палкам, означает примерно 50 кг веса, с которым гонщики давили на опору. Другими словами, хорошенько нависая над стопами, спортсмены элиты наваливаются на палки примерно двумя третями своего веса .
График изменения осевой силы на каждой палке интересно скомпоновать со взятыми к примеру кадрами кинограмм П. Нортуга. Такая компиляция позволяет приблизительно оценить эффективность усилий спортсмена в зависимости от углов наклона палок с точки зрения его горизонтального продвижения.
Когда гонщик наваливается на палки, усилие отталкивания руками F пал прикладывается к ручкам и далее к штырям. Сила реакции опирания на палки передается от кистей к плечевым суставам . На них же действует и вес гонщика, направленный вертикально вниз. Суммируясь по величинам и направлениям, эти силы придают лыжнику горизонтальную составляющую отталкивания палками - силу разгона P азг, котораяпередаваясь затем на стопу, обеспечивает продвижение лыж с гонщиком на них вперед:
Разг = cos a . F пал
По мере отталкивания и отъезда лыжника от штырей уменьшается угол наклона палок - от 85 градусов к горизонту при постановке до 25 градусов в момент отрыва. За все время отталкивания, доля передачи усилия на палках горизонтальному продвижению увеличивается в 10 раз .
Однако, и само усилие прикладывается спортсменами неравномерно.
СИ : 1 ньютон равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы
Весь период отталкивания руками можно разделить на три характерных отрезка, приблизительно равных по времени в 0,1 сек каждый:
1. постановка палок (85*) - навал (70*) - вертикальный упор (55*) -средняя осевая сила на этом отрезке составляет 200 кгс/сек2:
Гонщик с замаха вонзает штыри, вынося их на 25-35 см от креплений;
Возникшая на палках сила поначалу падает, как следствие её деформации и амортизации удара постановки согнутыми предплечьями. Спортсмен подъезжает к палкам, пока отрабатывает провисание корпуса между кистей.
- “быстрые” мышечные волокна развивают максимальное натяжение (время их срабатывания 0,055-0,085 сек). Лыжник подтягивает отставшие при постановке палок стопы.
2. - разгон (47*) - протяжка стоп (40*) - сила отталкивания нарастает, но за счет набирания гонщиком инерции движения давление на тензодатчики начинает снижаться, хотя в среднем это те же 200 кгм/сек2 на втором отрезке:
- “медленные” мышечные волокна подключаются к “быстрым” (время срабатывания 0,1-0,14сек). Лыжники при средних углах наклона палок набирают инерцию, ускоряясь на самом эффективном отрезке.
3. - толчок (33*) - взлёт (25*) углы наклона палок самые выгодные, но кульминация отталкивания миновала и сейчас приходится на возросшую скорость, когда толчок выполняется вдогонку. Деформация датчиков уменьшается, что говорит о снижении сопротивления мышечным усилиям отталкивания. Средняя осевая сила составляет 80 кгм/сек2.
Имп.Разг.1 = соs 70* (0,34) . 200 кг.м/сек2 . 0,1 сек. 2п = 13,6 кг.м/сек
Имп. Разг.2 = соs 47* (0,68) . 200 кг.м/сек2 . 0,1 сек. 2п = 27,2 кг.м/сек
Имп.Разг.3 = cos 33* (0,84) . 80 кг.м/сек2 . 0,1 сек. 2п = 13,4 кг.м/сек
В правом верхнем углу рисунка представлена таблица приблизительных вычислений величин изменения скорости гонщика в результате отталкивания руками. Исходя из суммарного импульса силы разгона лыжника (Разг) по всем трем отрезкам отталкивания 50-60 кгм/с , увеличение скорости гонщика (изменение импульса тела ) исчисляется как:
V 1- V 2 = Имп.Разг / Вес = 50-60 кгм/сек / 70-80 кг = 0,6 - 0,9 м/сек
Достигнутое за 0,3 сек такое изменение скорости соответствует ускорению в 2 - 3 м/сек2. Соответственно, торможение за времясвободного скольжения при выпрямлении и замахе за 0,7 сек составит 0,9 - 1,2 м/сек2.
Какие практические выводы можно сделать из приведенного исследования?
1. В классическом Одновременном Бесшажном Ходе окончание отталкивания палками не несет в себе существенного вклада в увеличение горизонтального продвижения гонщиков - показания тензодатчиков фиксируют здесь нисходящие значения усилий в последней трети отталкивания руками.
2. Самой “полезной” частью отталкиванияс точки зрения эффективности приложения мышечных усилий является отрезок между углами наклона палок от 60 градусов до 35. До этого палки слишком вертикальны и большая часть усилий спортсменов расходуется на создание упора в протяжке стоп вперед. После того на растущей скорости гонщики не успевают полноценно приложиться к ускользающей опоре.
3. Поэтому, при повышении частоты отталкиваний в ОБХ, как и в КООХ вместо доталкивания привычным полным распрямлением рук - спортсмены “ставят точку” кистями у бедер и уводят их вперед на подготовку к следующему отталкиванию.
На скоростях 7-8 м/сек доработка полным выпрямлением помогла бы гонщикам удлинить отталкивание руками еще на 25-30 см, что при длине шага около 6 метров дало бы прибавку в лишний шаг на примерно на каждые 20 шагов.
Однако дополнительный ход кистей и задержка выпрямления туловища потребует и лишнего времени. Гонщик на скорости 7-8 м/сек, проносится 30 см за 0,04 сек. Чтобы снова вернуть руки в то же положение “кисти у бедер” потребуется примерно столько же времени, т.е. всего “назад-вперед” = 0,07-0,08 сек. Поскольку спортсмен не сможет раньше начать следующий шаг, на десяти шагах доталкивание отнимет у него время целого шага. Таким образом, при ОБХ выигрыш одного шага на каждых 20-ти составляет на одном километре:
1000м / 120м(20шаг) . 6 м(1шаг) = 50 м
Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питания Конвертер площади Конвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептах Конвертер температуры Конвертер давления, механического напряжения, модуля Юнга Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Конвертер времени Конвертер линейной скорости Плоский угол Конвертер тепловой эффективности и топливной экономичности Конвертер чисел в различных системах счисления Конвертер единиц измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Конвертер угловой скорости и частоты вращения Конвертер ускорения Конвертер углового ускорения Конвертер плотности Конвертер удельного объема Конвертер момента инерции Конвертер момента силы Конвертер вращающего момента Конвертер удельной теплоты сгорания (по массе) Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему) Конвертер разности температур Конвертер коэффициента теплового расширения Конвертер термического сопротивления Конвертер удельной теплопроводности Конвертер удельной теплоёмкости Конвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излучения Конвертер плотности теплового потока Конвертер коэффициента теплоотдачи Конвертер объёмного расхода Конвертер массового расхода Конвертер молярного расхода Конвертер плотности потока массы Конвертер молярной концентрации Конвертер массовой концентрации в растворе Конвертер динамической (абсолютной) вязкости Конвертер кинематической вязкости Конвертер поверхностного натяжения Конвертер паропроницаемости Конвертер паропроницаемости и скорости переноса пара Конвертер уровня звука Конвертер чувствительности микрофонов Конвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления Конвертер яркости Конвертер силы света Конвертер освещённости Конвертер разрешения в компьютерной графике Конвертер частоты и длины волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Конвертер электрического заряда Конвертер линейной плотности заряда Конвертер поверхностной плотности заряда Конвертер объемной плотности заряда Конвертер электрического тока Конвертер линейной плотности тока Конвертер поверхностной плотности тока Конвертер напряжённости электрического поля Конвертер электростатического потенциала и напряжения Конвертер электрического сопротивления Конвертер удельного электрического сопротивления Конвертер электрической проводимости Конвертер удельной электрической проводимости Электрическая емкость Конвертер индуктивности Конвертер Американского калибра проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер напряженности магнитного поля Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Радиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада Радиация. Конвертер экспозиционной дозы Радиация. Конвертер поглощённой дозы Конвертер десятичных приставок Передача данных Конвертер единиц типографики и обработки изображений Конвертер единиц измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
1 метр в секунду [м/с] = 3600 метр в час [м/ч]
Исходная величина
Преобразованная величина
метр в секунду метр в час метр в минуту километр в час километр в минуту километр в секунду сантиметр в час сантиметр в минуту сантиметр в секунду миллиметр в час миллиметр в минуту миллиметр в секунду фут в час фут в минуту фут в секунду ярд в час ярд в минуту ярд в секунду миля в час миля в минуту миля в секунду узел узел (брит.) скорость света в вакууме первая космическая скорость вторая космическая скорость третья космическая скорость скорость вращения Земли скорость звука в пресной воде скорость звука в морской воде (20°C, глубина 10 метров) число Маха (20°C, 1 атм) число Маха (стандарт СИ)
Подробнее о скорости
Общие сведения
Скорость - мера измерения пройденного расстояния за определенное время. Скорость может быть скалярной величиной и векторной - при этом учитывается направление движения. Скорость движения по прямой линии называется линейной, а по окружности - угловой.
Измерение скорости
Среднюю скорость v находят, поделив общее пройденное расстояние ∆x на общее время ∆t : v = ∆x /∆t .
В системе СИ скорость измеряют в метрах в секунду. Широко используются также километры в час в метрической системе и мили в час в США и Великобритании. Когда кроме величины указано и направление, например 10 метров в секунду на север, то речь идет о векторной скорости.
Скорость движущихся с ускорением тел можно найти с помощью формул:
- a , с начальной скоростью u в течении периода ∆t , имеет конечную скорость v = u + a ×∆t .
- Тело, движущееся с постоянным ускорением a , с начальной скоростью u и конечной скоростью v , имеет среднюю скорость ∆v = (u + v )/2.
Средние скорости
Скорость света и звука
Согласно теории относительности, скорость света в вакууме - самая большая скорость, с которой может передвигаться энергия и информация. Она обозначается константой c и равна c = 299 792 458 метров в секунду. Материя не может двигаться со скоростью света, потому что для этого понадобится бесконечное количество энергии, что невозможно.
Скорость звука обычно измеряется в упругой среде, и равна 343,2 метра в секунду в сухом воздухе при температуре 20 °C. Скорость звука самая низкая в газах, а самая высокая - в твердых телах. Она зависит от плотности, упругости, и модуля сдвига вещества (который показывает степень деформации вещества при сдвиговой нагрузке). Число Маха M - это отношение скорости тела в среде жидкости или газа к скорости звука в этой среде. Его можно вычислить по формуле:
M = v /a ,
где a - это скорость звука в среде, а v - скорость тела. Число Маха обычно используется в определении скоростей, близких к скорости звука, например скоростей самолетов. Эта величина непостоянна; она зависит от состояния среды, которое, в свою очередь, зависит от давления и температуры. Сверхзвуковая скорость - скорость, превышающая 1 Мах.
Скорость транспортных средств
Ниже приведены некоторые скорости транспортных средств.
- Пассажирские самолеты с турбовентиляторными двигателями: крейсерская скорость пассажирских самолетов - от 244 до 257 метров в секунду, что соответствует 878–926 километрам в час или M = 0,83–0,87.
- Высокоскоростные поезда (как «Синкансэн» в Японии): такие поезда достигают максимальных скоростей от 36 до 122 метров в секунду, то есть от 130 до 440 километров в час.
Скорость животных
Максимальные скорости некоторых животных примерно равны:
Скорость человека
- Люди ходят со скоростью примерно 1,4 метра в секунду или 5 километров в час, и бегают со скоростью примерно до 8,3 метра в секунду, или до 30 километров в час.
Примеры разных скоростей
Четырехмерная скорость
В классической механике векторная скорость измеряется в трехмерном пространстве. Согласно специальной теории относительности, пространство - четырехмерное, и в измерении скорости также учитывается четвертое измерение - пространство-время. Такая скорость называется четырехмерной скоростью. Ее направление может изменяться, но величина постоянна и равна c , то есть скорости света. Четырехмерная скорость определяется как
U = ∂x/∂τ,
где x представляет мировую линию - кривую в пространстве-времени, по которой движется тело, а τ - «собственное время», равное интервалу вдоль мировой линии.
Групповая скорость
Групповая скорость - это скорость распространения волн, описывающая скорость распространения группы волн и определяющая скорость переноса энергии волн. Ее можно вычислить как ∂ω /∂k , где k - волновое число, а ω - угловая частота. K измеряют в радианах/метр, а скалярную частоту колебания волн ω - в радианах в секунду.
Гиперзвуковая скорость
Гиперзвуковая скорость - это скорость, превышающая 3000 метров в секунду, то есть во много раз выше скорости звука. Твердые тела, движущиеся с такой скоростью, приобретают свойства жидкостей, так как благодаря инерции, нагрузки в этом состоянии сильнее, чем силы, удерживающие вместе молекулы вещества во время столкновения с другими телами. При сверхвысоких гиперзвуковых скоростях два столкнувшихся твердых тела превращаются в газ. В космосе тела движутся именно с такой скоростью, и инженеры, проектирующие космические корабли, орбитальные станции и скафандры, должны учитывать возможность столкновения станции или космонавта с космическим мусором и другими объектами при работе в открытом космосе. При таком столкновении страдает обшивка космического корабля и скафандр. Разработчики оборудования проводят эксперименты столкновений на гиперзвуковой скорости в специальных лабораториях, чтобы определить, насколько сильные столкновения выдерживают скафандры, а также обшивка и другие части космического корабля, например топливные баки и солнечные батареи, проверяя их на прочность. Для этого скафандры и обшивку подвергают воздействию ударов разными предметами из специальной установки со сверхзвуковыми скоростями, превышающими 7500 метров в секунду.