Удельный вес жидкости

Лекция №1.

Основные физические свойства жидкостей и газов.

Науку изучающую законы равновесия и движения жидкостей, а также способы применения этих законов к решению практических задач называют гидравликой.

Жидкость и ее свойства. Модель сплошной среды и ее гидравлические параметры.

Определение жидкости.

Жидкостью называются физические тела, обладающие текучестью, т.е. способностью легко и быстро изменять свою форму под действием сил, незначительной величине. Благодаря этому жидкость не имеет собственной формы и принимает форму того сосуда, в котором она находится.

Текучесть жидкости объясняется тем, что в покоящемся состоянии она не способна сопротивляться касательным усилиям, действующим вдоль поверхности сдвигаю

Поэтому всякий объем жидкости способен как угодно изменять свою форму под давлением сколь угодно малых сил.

Различают жидкости капельные и газообразные. Примером капельных жидкостей является вода, спирт, глицерин, минеральные масла, нефть, ртуть и т.д. важной особенностей капельных жидкостей является то, что они ничтожно мало изменяют свой объем при изменении давления или температуры, поэтому их обычно считают несжимаемыми.

Модель сплошной среды и ее гидродинамические параметры.

Известно, что жидкость, как любое физическое тело состоит из молекул и атомов, которые в свою очередь имеют сложную структуру. Однако в гидравлике отвлекаются от молекулярного строения жидкости и используют модель сплошной среды, т.е. считают, что масса не сосредоточена в молекулах и атомах, а непрерывным, сплошным образом распределения в пространстве, занятом физическим телом (жидкостью) это позволяет не принимать во внимание особенности молекулярного строения тех или иных жидкостей, а считать их одинаковыми или различными в зависимости от таких интегральных характеристик, как плотность, вязкость, теплопроводность, скорость и т.п.

Другими словами модель сплошной среды представляется как множество материальных точек с непрерывным распределением по их множеству кинематических, динамических и других физических характеристик, обусловленных различными видами движения и образующих поля скалярных, векторных и тендерных величин, например,

1. распределение массы в сплошной среде определяется заданием скалярного поля плотности распределения массы

ρ=ρ(x,y,z,t)

2. объемное силовое воздействие – векторным полем плотности распределения

объемных сил.

F=F(x,y,z,t)

Таким образом, в соответствии со скалярными под жидкой частицей (бесконечно малым объемом) в гидравлике понимают не отдельную молекулу, а весьма малый элемент объема жидкости, содержащий много молекул. Этот объем считается достаточно большим по сравнению с длиной свободно пробела молекул и межмолекулярными расстояниями (чтобы не проявилась дискретность вещества и в то же время достаточно малым, чтобы все механические характеристики жидкой среды (плотность, давление, скорость) можно было рассматривать как функции координат точки.

Силы, действующие на жидкость.

Силы, действующие на жидкость разделяются на внешние и внутренние, объемные и поверхностные

Внешние силы – силы, которые вызывают или могут вызвать изменение количества движения объема, например, сила тяжести, сила инерции.

Внутренние силы – силы, которые не могут изменить количество движения этого объема, т.к. силы взаимодействия между частицами данного объема жидкости которые взаимно уравновешивания. Однако работа внутренних сил может изменить кинетическую или потенциальную энергию рассматриваемого объема жидкости. Примерами внутренних сил является сила давления, действующая на выделенную внутри объема жидкости и сила трения между слоями движущейся жидкости.

Применяя модель сплошной среды, различают объемные (массовые) и поверхностные силы.

Объемными (массовыми) называются силы, приложенные ко всем частицам данного объема жидкости, величина которых пропорциональна массе жидкости, а для однородной жидкости объему. Примерами объемных сил являются сила тяжести, силы инерции, электромагнитные силы и т.д.

Поверхностные называются силы, величина которых пропорциональна площади поверхности, на которую они действуют. К числу таких сил относятся силы давление и трения

Физически поверхности силы обусловлены взаимодействием молекул, расположенных по разные стороны рассматриваемой поверхности и переносом молекул сквозь эту поверхность в процесс их теплового движения.

В общем случае движения жидкости поверхностная сила R_ср, действующая по площадке S_ср направлена под некоторым углом к ней и ее можно разложить на две составляющие:

А) на нормальную F_ср – сила давления

Б) на потенциальную R_ср – сила трения

Рисунок

Как объемные, так и поверхностные силы в гидромеханике рассматриваются в виде единичных сил объемные (массовые) относятся к единице объема (массы), поверхностные к единице площади

Единичная поверхностная сила, называемая напряжением раскладывается на:

1. нормальное напряжение

P = lim(F_ср/S_ср→0)

2. касательное напряжение

τ = lim(T_ср/S_ср→0)

За единицу измерения давления в системе СИ принят Паскаль. Давление, вызываемое силой в 1Н, равномерной распределенной по поверхности в 1м².

Физико-механические свойства жидкостей.

Плотнось жидкости

Плотностью жидкости ρ называется отношением массы M к объему V

[кг/м³]

Удельный вес жидкости

Удельным весом жидкости γ называется вес единицы объема жидкости

[н/м³]

Сжимаемость

Сжимаемостью называют свойства жидкости изменять свою плотность при изменении давления или температуры. Капельные жидкости характеризуются очень малой сжимаемостью, вследствие чего коэф. объемного сжатия β_с, т.е. число, определяющее относительное изменение плотности ρ при изменении давления p равен