Основные свойства жидкостей и газов (1244988)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВОбъектом изучения в гидромеханике являются жидкости, определяющим свойством которых являетсятекучесть. В отличие от твердых тел жидкости оказывают весьма малое сопротивление перемещению своихчастей друг относительно друга, поэтому сколь угодно малые силы, действующие на жидкость, могут вызватьсколь угодно большие относительные перемещения.Жидкости, обладающие такими свойствами, называют ньютоновскими.

Существуют также жидкости, необладающие свойством текучести - например, коллоидные растворы, битумы и др. Законы движения такихжидкостей (и близких к ним по свойствам движения сыпучих тел) изучают в научной дисциплине реологии.Для реологических жидкостей характерно внутреннее трение, аналогичное сухому трению между твердымителами. Последнее проявляется в том, что при страгивании с места (из состояния покоя) необходимопреодолеть начальное сопротивление, называемое трением покоя. В ньютоновских жидкостях, движениекоторых изучается в гидромеханике, трения покоя нет, поэтому любая сколь угодно малая касательная силавызывает смещение одного слоя жидкости относительно другого.

В связи с этим иногда жидкость определяюткак среду, в которой в состоянии покоя (равновесия) всякое сопротивление деформации равно нулю.Однако, при движении жидкости сопротивление деформации возникает, причем, в отличии от твердыхтел, это сопротивление пропорционально не величине деформации (закон Гука для твердых тел), а величинескорости деформации сдвига (закон Ньютона).

Это свойство жидкости оказывать сопротивление деформации,пропорциональное скорости деформации, называют вязкостью.Следующим свойством жидкости является сопротивление изменению объема. Оказывая очень малоесопротивление действию касательных сил, жидкости оказывают значительное сопротивление деформациивсестороннего сжатия. Это свойство определяется понятием сжимаемость.Все особенности свойств жидкостей и газов по сравнения со свойствами твердых тел объясняется ихмолекулярным строением. Известно, что между молекулами, составляющими любые тела, действуют силыпритяжения. Эти силы наиболее значительны в твердых телах, в чем можно убедится хотя бы по тем усилиям,которые приходится затрачивать для того, чтобы разделить твердое тело на части. В жидкостях силыпритяжения между молекулами много слабее, чем в твердых телах.

Поэтому жидкость не имеет собственнойформы, а принимает форму того сосуда, в котором находится. В газах силы взаимного притяжения междумолекулами почти вовсе не проявляются. (Они становятся более или менее заметными только при весьмавысоких давлениях и низких температурах, когда расстояния между молекулами сильно уменьшаются).Последняя особенность газов, связанная с тем, что расстояния между молекулами у них намного превосходятрасстояния между молекулами жидкости, объясняется отличие свойств газов от свойств капельных жидкостей.Наиболее заметно свойства жидкостей и газов различаются в следующем.Незначительность сил сцепления между молекулами газов, обусловленная большими расстояниямимежду ними, приводит к тому, что молекулы газа разлетаются во все стороны и газ распространяется по всемуобъему, который ему предоставлен.

Тогда как жидкость, налитая в сосуд или находящаяся в состоянииневесомости, образует свободную поверхность.Большие расстояния между молекулами газа обуславливает большую сжимаемость газов, в то время каксжимаемость жидкостей настолько незначительна, что в очень многих практических случаях жидкостьрассматривают как несжимаемую.Таким образом, с точки зрения механики капельные жидкости и газы имеют между собой много общегои отличаются от твердых тел неспособностью противостоять сдвигу и растяжению. В то же время различиемежду капельными жидкостями и газами с механической точки зрения сводятся в основном к различию ихсжимаемости.В тех случаях, когда сжимаемость газов не влияет существенно на их движение (а это происходит присравнительно небольших скоростях и ускорениях движения) можно не делать различий при изучении движениягазов и жидкостей.

Именно в этом случае понятие “жидкость” используют в гидромеханике в обобщенном,собирательном смысле. Если необходимо отличить плохо сжимаемую жидкость от хорошо сжимаемого газа, тоговорят о капельной жидкости.Когда изменением объема газа при его движении можно пренебречь, то изучать это движение можно,опираясь только на законы механики.В случае движения газов с относительно высокими скоростями, приближающимися к скорости звука ипревосходящими ее, влияние сжимаемости газа становится настолько существенным, что весьма сказывается нахарактере движения. Тогда при изучении движения газа приходится опираться не только на законы механики,но и на законы термодинамики.Поэтому в гидродинамике имеется относительно самостоятельный раздел, в котором изучают движениегазов при высоких скоростях и ускорениях с учетом влияния их сжимаемости.

Этот раздел называется газовойдинамикой. Свои особенности имеет движение плазмы. Так как плазма представляет собой среду, состоящуюиз заряженных частиц – ионов, то для изучения ее движения приходится использовать также законыэлектродинамики.Перечисленные общие свойства жидкостей – текучесть, вязкость и сжимаемость – являютсяобъективными физическими свойствами капельных и газов. В гидромеханике жидкостям приписывают ещеодно свойство – сплошность, т.е.

считают, что вещество жидкости непрерывно, сплошь, без пустот занимает1предоставленный ей объем. Это свойство, по существу, является упрощающим предположением, котороепринимают для облегчения решения поставленных задач. Аналогичное упрощение, т.е. предположение осплошности принимают и механике твердых тел, в частности, в теории упругости. Из физики известно, чтожидкости состоят из постоянно движущихся, колеблющихся и взаимодействующих между собой молекул,причем считается, что общей объем молекул составляет ничтожно малую часть того объема, который занимаетжидкость.

Но в гидродинамике не принимают во внимание молекулярное строение жидкости и считают, чтовещество жидкости как бы непрерывно “размазано” по всему её объему.Допустимость указанного предположения, подтверждаемого решением огромного числа задач за почтитрехвековую историю гидромеханики, обусловлена тем, что эффект движения и взаимодействия молекулпроявляются в ничтожно малом объеме, размеры которого имеют порядок межатомных расстояний в твердыхтелах, амплитуд колебаний молекул в капельных жидкостях и среднего значения длины свободного пробегамолекул газа.

В то же время в механике, как правило, изучают процессы, происходящие в объемах, на многопорядков превосходящих объемы молекул. Можно сказать, что гидромеханика изучает только макромеханикужидкостей, т.е. равновесие и движение больших объемов жидкости, обусловленные внешними силами. Именноэто обстоятельство и позволяет отвлечься от рассмотрения микроструктуры жидкости и не учитыватьмолекулярные и атомные процессы.Указанное упрощение реального свойства жидкости в значительной степени упростило исследованиезадач гидромеханики. Действительно, если вещество жидкости сплошь занимает определенный объем, тофизические параметры, количественно характеризующие конкретные свойства жидкости, являютсянепрерывными функциями пространственных координат.

Поэтому для постановки и решения задач в областигидромеханики можно использовать мощный математический аппарат математического анализа, аппаратисчисления бесконечно малых, аппарат дифференциальных уравнений, а также оперировать такими понятиямикак элементарные объемы и частицы жидкости.Количественную оценку применимости предположения о сплошности в задачах движения твердого телав газовой среде дает критерий Кнудсена, в соответствии с которым необходимо оценить отношение среднейдлины свободного пробега молекул газа l к размеру L, характерному для движущегося в среде тела.

Этоотношение называют числом Кнудсена Kn:Kn lLКак показывают исследования, при Kn<0,1 газ можно рассматривать как сплошную среду. При Kn>1 газследует рассматривать как молекулярный поток, а при 0,1<Kn<1 следует исходить из положений кинетическойтеории газов. Например, при полетах на больших высотах средняя длина свободного пробега молекул воздухаможет оказаться соизмеримой с размерами тела, совершающего полет, а, следовательно, предположение осплошности окажется неприемлемым.Предположение о сплошности нарушается также в случае кавитации, т.е. появления в жидкостипузырьков газа, например, при кипении или при значительном уменьшении давления.При изучении процессов в жидкостях и газах вводят ряд величин (параметров), которые количественнохарактеризуют эти процессы, например, давление, температура, плотность, вязкость, теплопроводность идругие.

В качестве основных параметров обычно принимают давление, плотность и температуру, так как этитри величины полностью определяют состояние газа и от них, в конечном счете, зависят и все другиепараметры. Кроме того, давление, плотность и температура легче других параметров поддаютсянепосредственному измерению.ПлотностьДля характеристики распределения массы в пространстве, сплошь занятом веществом, используютвеличину, которую называют плотностью. Среднее значение плотности среды в некотором малом объеме Wопределяется как отношение массы m, заключенной в этом объеме, к объему, т.е.cpmWТак как плотность может изменятся при переходе от одной точки пространства к другой, то вводятвеличину плотности в данной точке, рассматривая исчезающе малый объем среды возле этой точки. = lim W0m m W WПри этом предполагают, что рассматриваемая точка при стремлении объема W к нулю все времяостается внутри объема.Плотность движущейся среды (жидкости или газа) зависит от температуры и давления, которые в своюочередь могут зависеть от характера движения.В международной системе единиц СИ плотность имеет размерность кг/м3.2В технике иногда вместо плотности пользуются весовой плотностью или удельным весом , которыйопределяют как отношение не массы, а веса малого объема вещества к этому объему.

Очевидно, что  = g, гдеg – ускорение силы тяжести. Размерность удельного веса в системе СИ будет Н/м3.Иногда для характеристики распределения массы в пространстве при расчетах применяют величину,обратную плотности, которою называют удельным объемом.=1/ [м3/кг]Давление.Давление характеризует напряженное состояние вещества, т.е. распределение напряжений, возникающихв веществе при взаимодействии его частиц друг с другом (возникающие при этом силы называются“внутренними”) и со внешними по отношению с рассматриваемой частью вещества факторами, например,гравитационное взаимодействие, взаимодействие жидкости с поверхностью твердого тела (“внешние силы”).Силы, возникающие при этих взаимодействиях, в первом случае называются внутренними, во втором –внешними.

По характеру действия силы принято делить на массовые (или объемные), т.е. действующие накаждую частицу рассматриваемого объема вещества, например, гравитационные; поверхностные, т.е.действующие на поверхность, и сосредоточенные (точечные).Напряженное состояние может быть различным в различных точках рассматриваемой части вещества.Для описания напряженного состояния в конкретной точке через нее проводят плоское сечение, мысленно какбы разделяя вещество плоскостью (при этом по отношении к частицам, лежащим в сечении, внутренние силыоказываются внешними), выделяют в данном сечении ограниченную площадку, определяют действующие наэту площадку силы.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций