8 Аномальные жидкости

Жидкости, для которых справедлив закон внутреннего трения ньютона [см формулу (11)], называются ньютоновскими. Однако существуют жидкости (коллоидальные суспензии, глинистый раствор, нефтепродукты при температуре близкой к температуре застывания, гидросмеси из мела, цемента, кормовые смеси в сельском хозяйстве и т.п.), для которых связь между касательным напряжениемτи градиентом скоростивыражается иным соотношением. Такие жидкости относятся кненьютоновскимилианомальным. Например, если соотношениеτиимеет вид

(15)

то жидкости называются вязкопластичнымии их движение начинается лишь после того, как внешней средой будет преодолено начальное напряжение сдвигаτ₀. Таким образом, вязкопластичные жидкости отличаются от ньютоновских наличием касательного напряжения в состоянии покояτ₀.

9 Идеальная жидкость

В механике жидкости для облегчения решения некоторых задач используется понятие об идеальной (совершенной) жидкости.

Под идеальной понимается воображаемая жидкость, обладающая абсолютной подвижностью частиц (т. е. лишённая вязкости), абсолютно неспособная сопротивляться разрыву. Следовательно, идеальная жидкость – модель реальной жидкости. Выводы, полученные исходя из свойств идеальной жидкости, необходимо, как правило, корректировать, вводя поправочные коэффициенты.

Контрольные вопросы:

1. В чем состоит различие между плотностью, объемным весом и относительным весом? 2. Как изменяется плотность жидкости при увеличении давления и температуры? 3. Какова связь между; коэффициентом объемного сжатия и объемным модулем упругости? 4. Что представляет собой коэффициент температурного расширения? 5. Как зависит вязкость жидкости от температуры и давления? 6. Как связаны между собой динамический и кинематический коэффициенты вязкости? 7. Как подсчитать величину капиллярного поднятия или опускания жидкости в стеклянной трубке малого диаметра? 8. От чего зависит растворимость воздуха и других газов в жидкости? 9. Что называется давлением насыщенного пара жидкости? От чего оно зависит? 10. Чем отличается идеальная жидкость от реальной? В каких случаях при практических расчётах жидкость можно считать идеальной?

1 Гидростатика

1.1 Силы, действующие на жидкость

Любой элементарный объем, выделенный в массе покоящейся или двигающейся жидкости, испытывает воздействие внутренних сил со стороны окружающей массы жидкости. Действующие на выделенный объем внутренние силы могут быть разделены на поверхностныеимассовые.Поверхностные силыдействуют только на поверхности, ограничивающие рассматриваемый объем жидкости. Поверхностные силы пропорциональны площади поверхности.Массовые силыдействуют на любую точку выделенного объема и пропорциональны ее массе, а для однородной жидкости, для которой=const, пропорциональны и ее объему.

Рассмотрим отдельно каждую из этих двух групп сил.

Поверхностные силы по характеру действия могут быть касательными и нормальными к рассматриваемой поверхности. Касательными силами являются лишь силы вязкого сопротивления, которые, как было сказано выше, проявляются только в движущейся жидкости. Следовательно, в покоящейся жидкости могут существовать только нормальные силы.Нормальные силы могут быть сжимающими или растягивающими. Так как реальные жидкости не оказывают сопротивления растягивающим силам, то таковые не могут существовать ни в покоящейся, ни в движущейся жидкости. Следовательно,нормальные силы в жидкости – всегда сжимающие, т.е. направлены нормально к рассматриваемой поверхности внутрь выделенного объема.

Массовыми силами, действующими на жидкость, могут быть силы тяжести или инерции, в частности, центробежная сила.

Массовая сила может иметь любое направление в пространстве и по второму закону Ньютона равна:

Q_м=ma,

где m- масса жидкости;

а- ускорение, сообщаемое этой массе силойQ_м.

Разложив силу Q_мпо осям координатx, y, zполучим:

Q_мx=ma_x;Q_мy=ma_y;Q_мz=ma_z,

где a_x,a_yиa_z- составляющие ускоренияапо осям координат.

Обозначим через qмассовую силу, действующую на единицу массы (т.е.т=1) и обозначим проекции единичной массовой силы на оси координат соответственноX, Y, Z. Тогда имеющееся равенство выразится так

X=a_x;Y=a_y;Z=a_z,

т.е. проекции единичной массовой силы по осям координат равны проекциям ускорения, сообщаемого этой силой, на те же оси.

В том случае, если на жидкость действуют из массовых сил только сила тяжести, создающая ускорение g, направленное вниз, то, считая положительную полуосьzнаправленной вверх получим:

X=0;Y=0;Z=–g. (1.1)