Силы, действующие в жидкостях

При применении законов механики необходимо выделять некоторый объем жидкости и рассматривать его изолированно от окружающей среды. Все силы, действующие на изолированный объем жидкости по характеру их действия делятся на объемные (или массовые) силы и силы поверхностные.

Под объемной силой понимают силу, которая приложена ко всякой частице рассматриваемого объема и пропорциональна массе этой частицы. К объемным силам относятся сила тяжести, силы инерции, центростремительные силы. Они характеризуются проекциями на оси координат X, Y, Z сил, действующих на единицу массы жидкости.

Если направить ось Oz вертикально вверх, для силы тяжести будем иметь:

X=0; Y=0; Z=-g, (3.1)

где g = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести.

Если жидкость неподвижна относительно поверхности земли (абсолютно покоящаяся жидкость) или движется раномерно как одно целое (находится в относительном покое), сила тяжести будет единственной, действующей на нее объемной силой. Для жидкости, движущейся в направлении оси ox c ускорением a:

X=-a; Y=0; Z=-g. (3.2)

Поверхностные силы характеризуются напряжением r, т.е. силой, действующей на поверхность единичной площади. Если на площадку ΔS действует сила (вектор) ΔR,

(3.3)

Проекция напряжения r на нормаль к поверхности будет нормальным напряжением σ, проекция r на плоскость площадки ΔS – касательным напряжением τ. Более подробно напряжения σ и τ будут рассмотрены в дальнейшем.