Stokes' Gesetz

Stellen Sie sich ein Objekt vor, das sich durch eine Flüssigkeit bewegt. Die Fluidschichten in der Nähe des Objekts werden mitgerissen und erfahren eine Relativgeschwindigkeit, was zu einer viskosen Kraft auf das Objekt führt. Die viskose Kraft hängt von der Form, Größe, Geschwindigkeit und den Flüssigkeitseigenschaften des Objekts ab.

Bei einem kugelförmigen Körper, der sich in einer Flüssigkeit bewegt, ist die viskose Kraft proportional zum Radius, der Geschwindigkeit und der Viskosität der Flüssigkeit.

Wenn man die Gleichung dimensional löst, ergibt sich die Abhängigkeit der viskosen Kraft von diesen Parametern. Der erhaltene Ausdruck ist das Stokessche Gesetz, das darauf hinweist, dass die viskose Kraft direkt proportional zur Geschwindigkeit des Objekts ist.

Wird eine Kugel durch eine Flüssigkeit fallen gelassen, zieht das Gewicht des Objekts sie nach unten, während die zähflüssigen und auftriebsstarken Kräfte nach oben wirken.

Mit zunehmender Geschwindigkeit durch Beschleunigung nimmt die viskose Kraft zu. Wenn die viskose Kraft das Gewicht und den Auftrieb ausgleicht, fällt die Kugel mit einer konstanten Geschwindigkeit, die als Endgeschwindigkeit bezeichnet wird.

Bei einer hochviskosen Flüssigkeit kann die Endgeschwindigkeit experimentell gemessen werden. Dann kann mit Hilfe des Stokesschen Gesetzes die Viskosität ermittelt werden.