 |
1. Силы, действующие в жидкости. Давление.
|
|
|
|
1. Силы, действующие в жидкости. Давление.
По характеру действия силы можно разделить на две категории: массовые силы и поверхностные.
Массовые силы. Силы, действующие на каждую частицу жидкости с массой DМ = rDV, то есть силы, распределенные по массе, называются массовыми (объемными). К ним относятся: сила тяжести, силы инерции (кориолисова сила инерции, переносная сила инерции). К массовым силам относятся также гравитационные силы, подчиняющиеся закону всемирного тяготения Ньютона.
Массовые силы характеризуются плотностью распределения FA или напряжением массовых сил.
Поверхностные силы . Силы, действующие на каждый элемент Dw поверхностей, ограничивающих жидкость, и на каждый элемент поверхностей, проведенных произвольно внутри жидкости, называются поверхностными. Поверхностные силы делятся на две группы: нормальные к поверхности силы и касательные к поверхности. К нормальным поверхностным силам относится сила давленияDР, к касательным поверхностным силам относится сила тренияDТ.
Поверхностные силы, аналогично массовым силам, характеризуются плотностью распределения поверхностных сил или напряжением поверхностных сил. Различают нормальное напряжение в точке и касательное напряжение в точке.
Гидростатическое давление представляет собой напряжение сжатия в точке, расположенной внутри покоящейся жидкости
Для получения значения напряжения в точке надо определить предел отношения 
при 
:
р 
. (1)
Записанное выражение является определением гидростатического давления. Фактическое гидростатическое давление, действующее в точке называется, обычно, абсолютным давлением:
|
|
|
, (2)
Выражение (2) называется основным законом гидростатики.
Если 
(атмосферное давление), то уравнение (2) принимает вид:
. (3)
Разность между абсолютным и атмосферным давлениями называется избыточным давлением
. (4)
Избыточное давление, как разность 
может быть и больше и меньше нуля. Если избыточное давление больше нуля ( 
), то оно называется манометрическим давлением:
, (5)
Если избыточное давление меньше нуля ( 
), то оно называется вакуумметрическим давлением:
2. Общая характеристика физических свойств жидкостей и газов: плотность, удельный вес, вязкость, сжимаемость, температурное расширение, парообразование.
Жидкостью называют физическое тело, обладающее двумя особыми свойствами:
1. Она весьма мало изменяет свой объем при изменении давления или температуры.
2. Она обладает текучестью, благодаря чему жидкость не имеет собственной формы и принимает форму того сосуда, в котором она находится.
Жидкости делят на два вида: капельные и газообразные.
Капельные жидкости характеризуются большим сопротивлением сжатию и малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям, обусловленным незначительностью сил сцепления и сил трения между частицами жидкости. К капельным жидкостям относятся вода, нефть, керосин, бензин, ртуть и т. п.
Газообразные жидкости (газы) обладают большой сжимаемостью, не оказывают сопротивления ни растягивающим, ни касательным усилиям и имеют малую вязкость.
Плотность. Удельный вес Плотность характеризует распределение массы DМ жидкости по объему DV (рис. 1. 1). В произвольной точке А жидкости плотность определяется:
,
Плотность однородной жидкости равна отношению массы М жидкости к объему V:
Плотность во всех точках однородной жидкости одинакова.
|
|
|
Плотность капельных жидкостей и газов зависит от температуры и давления. В технике часто пользуются величиной удельного веса g, определяемой весом (силой тяжести) F единицы объема вещества:
.
Размерность удельного веса в системе СИ – Н/м3.
Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с ростом температуры.
Сжимаемость - Способность жидкости или газа под действием внешнего давления изменять свой объем и, следовательно, плотность, называется сжимаемостью. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия (сжимаемости) bс, м2/Н, представляющим относительное изменение объема жидкости V, м3, при изменении давления р, Па, на единицу:
.
Знак минус в формуле указывает, что при увеличении давления объем жидкости уменьшается.
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия – модуль упругости жидкости:
.
Процессы сжатия и расширения газов подчиняются известным из физики законам Бойля – Мариотта и Гей – Люссака для идеальных газов.
Вязкость Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу Т, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости
Температурное расширение жидкостей количественно характеризуется коэффициентом температурного расширения β t, представляющим относительное изменение объема V0при изменении температуры tна 1 0С:
β t=(dV/V0)·1/dt
Коэффициент температурного расширения воды увеличивается с возрастанием давления и температуры; для большинства других капельных жидкостей с увеличением давления уменьшается.
Парообразование — свойство капельных жидкостей изменять свое агрегатное состояние и превращаться в пар. Парообразование, происходящее лишь на поверхности капельной жидкости, называется испарением. Парообразование по всему объему жидкости называетсякипением; оно происходит при определенной температуре, зависящей от давления. Давление, при котором жидкость закипает при данной температуре, называется давлением насыщенных паров 
, его значение зависит от рода жидкости и ее температуры.
|
|
|
|
|
|
