Основные свойства жидкостей
ФАКУЛЬТЕТ КОРАБЛЕСТРОЕНИЯ И ОКЕАНОТЕХНИКИ
КАФЕДРА N 5
ВОПРОСЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ
ПО КУРСУ:"Гидромеханика" Гр.1430-1240 7 Семестр 2009-2010 уч. г.
Основные свойства жидкостей.
- Текучесть
Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей, и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится.
В отличие от пластичных твёрдых тел, жидкость не имеет предела текучести: достаточно приложить сколь угодно малую внешнюю силу, чтобы жидкость потекла.
- Сохранение объёма
Одним из характерных свойств жидкости является то, что она имеет определённый объём. Жидкость чрезвычайно трудно сжать механически, поскольку, в отличие от газа, между молекулами очень мало свободного пространства. Давление, производимое на жидкость, заключенную в сосуд, передаётся без изменения в каждую точку объёма этой жидкости (закон Паскаля, справедлив также и для газов). Эта особенность, наряду с очень малой сжимаемостью, используется в гидравлических машинах.
- Вязкость
Кроме того, жидкости (как и газы) характеризуются вязкостью. Она определяется как способность оказывать сопротивление перемещению одной из частей относительно другой — то есть как внутреннее трение.
Когда соседние слои жидкости движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к тому, которое обусловлено тепловым движением. Возникают силы, затормаживающие упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую — энергию хаотического движения молекул.
Жидкость в сосуде, приведённая в движение и предоставленная самой себе, постепенно остановится, но её температура повысится.
- Образование свободной поверхности и поверхностное натяжение
Сферическая форма капли жидкости как пример минимизации площади поверхности, что обусловлено поверхностным натяжением в жидкостях.
Из-за сохранения объёма жидкость способна образовывать свободную поверхность. Такая поверхность является поверхностью раздела фаз данного вещества: по одну сторону находится жидкая фаза, по другую — газообразная (пар), и, возможно, другие газы, например, воздух.
Если жидкая и газообразная фазы одного и того же вещества соприкасаются, возникают силы, которые стремятся уменьшить площадь поверхности раздела — силы поверхностного натяжения. Поверхность раздела ведёт себя как упругая мембрана, которая стремится стянуться.
2. Напряженное состояние жидкости. Связь напряжений внутренних сил, действующих в жидкости.
Напряженное состояние жидкости (внутренние силы и напряжения)
В неподвижной жидкости возможен лишь один вид напряжения — напряжение сжатия, т. е. гидростатическое давление р = lim ΔР / ΔS
ΔS→0
Свойство изотропности
Величина гидростатического давления в точке покоящейся жидкости не зависит от направления площадки, для которой она вычислена.
Связь напряжений внутренних сил, действующих в жидкости
акие величины в математике и механике носят название тензора, таким образом первое свойство напряжений поверхностных сил состоит в том, что эти напряжения образуют тензор напряжений.
.
На основании изложенного можно сделать вывод, что напряжения внутренних сил в данной точке жидкости, то есть напряженное состояние жидкости, характеризуются совокупностью девяти скалярных величин, образующих так называемый тензор напряжений. Вследствие свойства взаимности число независимых величин в нем сокращается до 6.
Рассмотрим одно из основных свойств жидкости, связанное с нормальными напряжениями. Как видно из рис. 2.4, рхх, руу, рzz направлены в сторону внешней нормали, то есть нормальные напряжения – растягивающие, которым приписывается знак плюс.
Твердое тело одинаково воспринимает растягивающие и сжимающие нормальные напряжения, не меняя своего состояния; в нем при этом не образуется разрывов сплошности (пустот). Капельная жидкость, как показывает опыт, способна воспринять произвольные сжимающие усилия (отрицательные нормальные напряжения) без разрыва сплошности. Однако опыт показывает, что жидкость практически терпит разрыв при растяжении, то есть в ней могут проявляться лишь нормальные сжимающие усилия, называемые давлениями.