2018-02-14
365
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАУКИ «ГИДРАВЛИКА».
ПОНЯТИЕ ЖИДКОСТИ
Слово «Гидравлика» произошло от слияния двух греческих слов, из которых первое значит «вода», а второе - «труба», «канал», «струя». Как видно, ранее считали, что гидравлика занимается изучением движения или покоя только воды. Однако в настоящее время термин «гидравлика» понимается в более широком смысле: предполагается, что объектом изучения в гидравлике является любая жидкость, а не только вода.
Как известно, различают твердые, жидкие и газообразные тела, а также плазму. При изменении давления или температуры жидкое тело может переходить в твердое или газообразное состояние. Например, при очень высоких давлениях в обычной воде образуются кристаллы льда, наоборот, при снижении давления в жидкости могут появиться пузырьки, заполненные паром (газом).
Жидкость есть физическое тело, которое весьма мало меняет свой объем при изменении давления или температуры; в этом отношении жидкость сходна с твердым телом и обладает текучестью, благодаря чему жидкость не имеет собственной формы и принимает форму того сосуда, в котором она находится; в этом отношении жидкость отличается от твердого тела и является сходной с газом.
Текучесть рассматриваемого тела обусловливается тем, что оно в покоящемся состоянии не способно сопротивляться внутренним касательным усилиям, то есть усилиям, действующим вдоль поверхности сдвига.
Жидкость, в отличие от твердого тела, находясь в покое, не имеет касательных напряжений, и именно поэтому она принимает форму сосуда, в котором заключена. Поскольку газ также обладает свойством текучести, то многие теоретические положения, разработанные применительно к жидкому телу, могут быть распространены и на случай газообразных тел.
Можно сделать вывод, что газ тоже являются жидкостью. Следовательно, жидкость можно разделить на капельную (вода нефть и др.) и на газообразную (газы, воздух).
Как показывает опыт, жидкости, встречающиеся в природе, столь мало изменяют свой объем при обычном изменении давления и температуры, что этим изменением объема практически можно пренебрегать. Поэтому в гидравлике жидкость рассматривается как абсолютно несжимаемое тело (здесь приходится делать исключение только при изучении одного вопроса – вопроса о так называемом гидравлическом ударе, когда даже малую сжимаемость жидкости приходится учитывать).
В движущейся жидкости, как показывают исследования, касательные напряжения обычно имеют место: именно при движении жидкости по поверхности скольжения жидких слоев друг по другу возникает трение, которое и уравновешивает внутренние касательные силы.
В практике встречаются случаи, когда силы трения, возникающие благодаря вязкости, оказываются небольшими сравнительно с другими силами, действующими на жидкость. В этих частных случаях вязкостью можно пренебречь и считать, что в движущейся жидкости касательные напряжения отсутствуют так же, как и в покоящейся жидкости.
При теоретических исследованиях часто пользуются понятием идеальной жидкости. Идеальной жидкостью называют воображаемую жидкость, которая характеризуется:
а) абсолютной неизменяемостью объема (при изменении давления и температуры);
б) полным отсутствием вязкости, т. е. сил трения при любом ее движении.
Идеальная жидкость, в отличие от реальной («вязкой») жидкости, в природе, разумеется, не существует. Ее создают в воображении как некоторую приближенную модель реальной жидкости.
Из сказанного выше следует, что:
1) при изучении покоящейся жидкости нет надобности различать реальную и идеальную жидкости;
2) при изучении же движения жидкости очень часто приходится считаться с различием между двумя названными жидкостями: в случае реальной жидкости необходимо дополнительно учитывать силы трения, т. е. вязкость.
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
РЕАЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Многие свойства жидкостей изучаются в общей физике, а не в гидравлике. Гидравлика, представляет собой особый раздел профессиональной физики и занимается вопросами механики жидкости.
2.1. Плотность
Одним из основных свойств жидкости является плотность.
Как известно из общей физике, плотностью 
называют отношение массы жидкости к ее объему, т. е.
, a (2.1)
где 
, 
– изменение массы и объема жидкости. Размерность плотности
.
Единицами измерения плотности являются: кг/м3 в системе СИ и кгс×c2/м4 в технической системе.
Введем обозначение:
, (2.2)
где G – есть вес жидкости, 
– вес единицы объема жидкости (ранее эту единицу называли «удельным весом» или «объемным весом»). Размерность удельного веса
.
Единица измерения удельного веса в системе СИ Н/м3.
Удельный вес и плотность жидкости связаны следующим соотно-шением:
, (2.3)
где g – ускорение свободного падения.
Вязкость
Между слоями жидкости, движущимися со скоростями, отличающимися друг от друга на величину du, возникает касательное напряжение t:
, (2.4)
где 
– сила трения, S – площадь соприкасающихся слоев.
Свойство жидкости, обусловливающее возникновение в ней при ее движении касательных напряжений («напряжений трения»), называется вязкостью.
Величинами, которые могут оценить это свойство, являются коэффициент динамической вязкости 
) и коэффициент кинематической вязкости 
, связанные между собой соотношением 
. Вязкость жидкости очень слабо зависит от давления и сильно зависит от температуры. Для капельной жидкости с повышением температуры вязкость уменьшается, а для газообразной, наоборот, увеличивается.
Кроме обычных (ньютоновских) жидкостей, характеризующихся зависимостью(2.4), существуют аномальные жидкости, к которым относятся коллоидные растворы, смазочные масла, нефтепродукты. Для таких жидкостей закон внутреннего трения выражается в виде
, (2.5)
где t0 – касательное напряжение в покоящейся жидкости, после преодоления которого, жидкость приходит в движение.
