2 Основные определения и физические свойства жидкости
Жидкостьюназывается физическое тело, не способное самостоятельно сохранять свою форму вследствие неограниченной подвижности частиц и полного отсутствия сопротивления разрыву.
Все жидкости делятся на два класса: капельные и газообразные.
Капельная жидкостьимеет объем, но под действием собственного веса принимает форму сосуда, в котором она находится. Если объем капельной жидкости меньше объема сосуда, то жидкость занимает часть объема сосуда и образует свободную поверхность.
В отличие от капельных жидкостей газы, как упругие жидкости, не имеют своих определенных форм и объема. Они всегда занимают весь объем сосуда или резервуара в котором находятся.
При теоретическом изучении различных процессов, происходящих с жидкостями, в гидравлике широко используется понятие «идеальная» (совершенная) жидкость. Под этим понятием подразумевается абсолютно подвижная, несжимаемая жидкость.
Поэтому, изучая то или другое явление, обычно воображают, что явление происходит с идеальной жидкостью, т.е. считают, что сил сцепления и сил трения между частицами нет. Каждую частицу можно представить себе как бы «затвердевшей», тогда к ней могут быть применены общие законы механики твердого тела. При этом учитываются все силы, под действием которых находятся частицы жидкости, за исключением сил трения и сцепления, чем в значительной степени упрощается рассмотрение всего явления в целом.
Естественно, что полученные при таком упрощении выводы не могут вполне соответствовать действительным результатам явления. Строго говоря, введение упомянутых упрощений равносильно рассмотрению другого явления, лишь в большей или меньшей степени похожего на данное. И вот здесь на помощь приходит опыт. Экспериментальным путем выясняется степень расхождения полученных теоретических выводов с действительностью и устанавливаются способы исправления этих теоретических выводов и формул с целью приспособить их для практического пользования.
3 Вес, масса и плотность жидкости
Все существующие в природе реальные жидкости обладают массой. Эта масса подвержена действию земного притяжения, поэтому всякая реальная жидкость, как и все материальные тела, имеет вес. Масса тела не зависит от местонахождения его на земной поверхности. Вес тела, в отличие от массы, при разной величине земного притяжения в различных точках земной поверхности является величиной изменяющейся.
Количество массы тела, содержащееся в единице объема, называется плотностью, обозначается через и определяется по формуле:
,
(1)
где M – масса жидкости в объемеV.
Плотность измеряется в кг/м3.
Плотность жидкости зависит от ее температуры. С повышением температуры плотность жидкости уменьшается.
Удельный вес (объёмный вес)
Удельным весом жидкости называется вес ее единицы объема.
,
(2)
где G– вес жидкости.
Размерность удельного веса Н/м3.
Удельный вес также называется объемным весом.
Существует очень важная связь между удельным весом жидкости и ее плотностью в виде соотношения:
,
(3)
где g– ускорение силы тяжести.
Отсюда плотность жидкости может быть определена по формуле:
.
(4)
Удельный, или объемный вес жидкости, как и плотность, зависит от температуры. Плотность и удельный вес некоторых жидкостей приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Плотность ρи удельный весγжидкостей
|
Жидкость |
t, ° С |
ρ, кг/м3 |
γ, кН/м3 |
|
Вода |
0 |
999,87 |
9,80 |
|
4 |
1000,00 |
9,80 | |
|
20 |
998,23 |
9,78 | |
|
50 |
988,07 |
9,68 | |
|
Морская вода |
15 |
1020…1030 |
10,0…10,10 |
|
Ацетон |
15 |
790 |
7,74 |
|
Бензин |
15 |
680…740 |
6,66…7,25 |
|
Глицерин |
20 |
1260 |
12,23 |
|
Керосин |
15 |
790…820 |
7,74…8,04 |
|
Веретенное масло |
20 |
889 |
8,71 |
|
Машинное масло |
20 |
898 |
8,90 |
|
Трансформаторное масло |
20 |
887 |
8,69 |
|
Натуральная нефть |
15 |
700…900 |
6,86…8,82 |
|
Ртуть |
0 |
13596 |
133,33 |
|
Скипидар |
18 |
870 |
8,53 |