Вязкость масла: пределы и возможности для автомобилей

В автомобилях для обеспечения работы движущихся частей используются различные смазочные жидкости, и ключевым параметром здесь является вязкость — способность материала течь без деформации (известная как сдвиг). Смазочные жидкости должны сохранять свои свойства при различных температурах, не становясь слишком жидкими, чтобы эффективно уменьшать трение между поверхностями. Исследования показывают, что существует верхний предел вязкости, который значительно превышает значения, указанные на бутылках моторного масла.

На практике верхний предел вязкости оказывается неограниченным. Это связано с тем, что при рассмотрении более высоких значений вязкости речь идет не о привычных жидкостях, а о минералах, образующих горные породы, которые текут под поверхностью планеты при крайне высоких температурах. Профессор Масаки Ёсида из университета Рицумейкан в Японии решил выяснить физический верхний предел вязкости и опубликовал свои результаты о «абсолютном космическом пределе» в журнале Physics of Fluids в прошлом месяце.

Профессор Ёсида установил значение 10^30±2 паскаль-секунд (Па с), которое измеряет динамическую вязкость и отражает способность материала течь определенное количество за секунду под заданным давлением. Для сравнения, вязкость воды составляет примерно 10^-3 Па с, а вязкость меда — около 10^1 Па с. Материал с такой вязкостью течет настолько медленно, что время для любого измеримого движения превышает возраст Земли. На практике такой материал является жестким, что и объясняет, почему он обычно не рассматривается в исследованиях гидродинамики.

Мне было бы немного страшно представить двигатель, который мог бы создавать внутренние температуры, достаточно высокие, чтобы требовать моторное масло с такой вязкостью. Динамическая вязкость моторных масел обычно измеряется в миллипаскаль-секундах (МПа с), что составляет одну тысячу от Па с. Для не зимних сортов это значение делится на плотность масла (известную как кинематическая вязкость). В обоих случаях весовое число на бутылке определяется путем измерения вязкости при различных температурах и создания индекса на основе этих измерений.

Для определения этого «космического предела» исследование опиралось на десятилетия геодезических данных (связанных с формой самой Земли), лабораторные эксперименты по деформации горных пород и симуляции, основанные на знаниях геологических процессов, происходящих под поверхностью Земли на протяжении миллионов лет. Материалы с наивысшими уровнями вязкости не являются смазочными, это строительные блоки горных пород, которые текут, когда движутся тектонические плиты.

Какова была цель всего этого? Для исследователей это устраняет понятие «бесконечной вязкости», часто используемое в гидродинамических исследованиях, предоставляя конкретный верхний предел. Хотя это значение таково, что не влияет на более традиционные исследования, именно поэтому ученые ранее описывали вязкость как «бесконечную». В пресс-релизе университет Рицумейкан также утверждает, что полученные результаты могут быть полезны для изучения геологической активности в прошлом и настоящем, а также высоковязких неньютоновских жидкостей, вязкость которых изменяется под воздействием силы (например, кетчуп, который становится более жидким при встряхивании бутылки). Это также служит интересным напоминанием о том, что те же принципы, которые поддерживают работу вашего двигателя, также поддерживают жизнь на планете.