Вязкость (внутреннее трение). Ламинарность и турбулентность. Давление в любом месте покоящейся жидкости одинаково по всем направлениям, причем давление одинаково передается по всему объему

Давление в любом месте покоящейся жидкости одинаково по всем направлениям, причем давление одинаково передается по всему объему, занятому покоящейся жидкостью.

Примечание. Б. Паскаль (1623 - 1662) – французский ученый.

Рассмотрим, как влияет вес жидкости на распределение внутреннего давления.

При равновесии жидкости давление по горизонтали всегда одинаково, иначе не было бы равновесия. Поэтому свободная поверхность покоящейся жидкости всегда горизонтальна вдали от стенок сосуда.

Если жидкость несжимаема, то ее плотность не зависит от давления. Тогда при поперечном сечении S столба жидкости, его высоте h и плотности r вес будет равен – P=r·g·S·h, а давление на нижнее основание

P =P/S =r·g·S·h/S = r·g ·h (2)

Определение 2.

Давление (r·g·h ) называется гидростатичес­ким давлением.

Согласно формуле (2), сила давления на нижние слои жидкости будет больше, чем на верхние. Этот факт устанавливается законом Архимеда.

Законом Архимеда, формулировка

На тело, погруженное в жидкость, действует со стороны этой жидкости направленная вверх выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости:

F_А=r·g·V, (3)

где r – плотность жидкости, V– объем погруженного в жидкость тела.

//Фильм: 013 «Поплавок Декарта»//

//Фильм: 010 «Действие жидкости на погруженное тело»//

//Фильм: 011 «Закон Архимеда»//

Определение 1.

Вязкость (внутреннее трение) – это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой.

При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявля­ется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медлен­нее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила.

Сила внутреннего трения F тем больше, чем больше рассматриваемая площадь поверхности слоя S, и зависит от того, насколько быстро меняется скорость течения жидкости при переходе от слоя к слою.

На рисунке представлены два слоя, отстоящие друг от друга на расстоянии Dx и движущиеся со скоростями v₁ и v₂. При этом v₁v₂ = Dv.

Направление, в котором отсчитывается расстояние между слоями, перпендикулярно скорости течения слоев.

Определение 2.

Величина называется градиентом скорости. Она показывает, как быстро меняется скорость при переходе от слоя к слою в направлении х, перпендикулярном направлению движения слоев.

Таким образом, модуль силы внутреннего трения будет равен:

(2)

где коэффициент пропорциональности , зависящий от природы жидкости, называется динамической вязкостью (или просто вязкостью).

Единица вязкости – Паскаль-секунда (Па×с): 1 Па×с равен динамической вязкости среды, в которой при ламинарном течении и градиенте скорости с модулем, равным 1 м/с на 1 м, возникает сила внутреннего трения 1 Н на 1 м² поверхности касания слоев (1 Па×с= 1 Н×с/м²).

Существует два режима течения жидкостей.

Определение 3.