[Править]Уравнения движения

6.2. Общие свойства газов  и жидкостей

Согласно классической механике газы и жидкости характеризуются как сплошные среды, в которых при     равновесии касательные напряжения не возникают, так как они не обладают упругостью формы (кроме жидких пленок и поверхностных слоев жидкости).

Касательные напряжения могут только вызвать изменение формы элементарных объемов тела, а не   величины самих объемов.  Для таких деформаций в жидкостях и газах усилий не требуется, так как в них, при равновесии, касательные напряжения не возникают.

Газы и жидкости обладают только объемной упругостью. В состоянии равновесия напряжения в них всегда нормальны к площадке, на которую они действуют, т.е.

Соответственно напряжение на площадках к координатным осям

     где   - координатные орты.

После подстановки последнего выражения в (6.10)  получим

Скалярно умножив правую и левую части выражения (6.14) на    найдем, что

Таким образом, получили закон Паскаля: в состоянии равновесия величина нормального напряжения (давления) в газах или жидкостях не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует.

В случае газов нормальное напряжение всегда  направлено внутрь газа, т.е. является давлением.

Как исключение, в жидкостях могут реализоваться натяжения (отрицательное давление), т.е. жидкость оказывает сопротивление на разрыв.

Так как обычные жидкости неоднородны, то в них напряжения также имеют характер давления. При переходе давления в натяжение происходит нарушение сплошности среды. С этим положением связано то обстоятельство, что газы обладают неограниченным расширением, т.е. полностью занимают весь объем сосуда, в котором они заключены, а жидкости характеризуются собственным объемом в сосуде.

Давление, существующее в жидкости, вызвано ее сжатием. Поэтому упругие свойства жидкостей, по отношению к малым деформациям (касательные напряжения не возникают), характеризуются коэффициентом сжимаемости

или модулем всестороннего сжатия

Формула (6.16) справедлива и для газов. Температура жидкости при сжатии остается постоянной. Малую сжимаемость жидкости можно проверить на ряде опытов. Например, при выстреле из винтовки в сосуд с водой, он разрывается на мельчайшие осколки. Это происходит потому, что при  попадании пули в воду она должна либо сжать ее на величину своего объема, либо вытеснить наверх.

 Но для вытеснения   недостаточно времени. Поэтому происходит мгновенное сжатие - в жидкости возникает большое давление, которое и разрывает стенки сосуда. Аналогичные явления наблюдаются при взрывах глубинных бомб.  Вследствие малой сжимаемости воды, в ней развиваются громадные давления, приводящие к разрушению подводных лодок.

Замечание: согласно теории “Великого Объединения” после горячего сингулярного состояния (10-20 млрд. лет назад) впервые мгновения возникновения Вселенной, за период 10^-34 -10^-32 с от начала расширения, решающую роль

 сыграла гравитация вакуума.

Свойства вакуума таковы, что вместе с плотностью энергии должны появиться и натяжения (как в упругом теле). Согласно теории, при температуре 10²⁷ К и выше, существовало скалярное поле, которое обладало свойствами физического вакуума

У такого поля имелось огромное отрицательное давление (натяжение), равное плотности энергии всего поля. Такое поле называют “ложным вакуумом”, его плотность 10⁷⁴г/cм³ = сonst.

В момент времени менее 10^-34 с плотность расширяющейся реальной Вселенной была больше и гравитационные свойства “ложного вакуума” не проявлялись. При t=10^-34c эти плотности стали равными. В этот момент и проявились свойства “ложного вакуума”, вызвавшие стремительное расширение Вселенной при постоянной плотности “ложного вакуума”. За период 10^-34 -10^-32 с размеры Вселенной увеличились в 10⁵⁰ раз.

Но состояние раздувающейся Вселенной неустойчиво. Температура и плотность обычной материи резко уменьшаются при таком темпе расширения. В это время происходит фазовый переход из состояния “ложного вакуума” с огромной плотностью в состояние, когда вся плотность массы (и энергии) переходит в плотность массы обычной материи. Это снова приводит к разогреванию Вселенной до 10 ²⁷ К. Такой  процесс сопровождается флуктуациями плотности первичного вещества Вселенной в силу квантовой природы материи. В веществе материи возникают звуковые волны.

После дальнейшей эволюции вещества материи происходит возникновение протогалактик и других космических объектов. В настоящее время размер наблюдаемой области Метагалактики составляет  10¹⁰ световых лет, а  полный  размер  ее  10³³ световых лет.

Под жидкостью в гидравлике принимают сплошную среду, обладающую свойством текучести.

Текучесть жидкости обусловлена тем, что жидкость способна оказывать достаточно сильное противодействие сжимающим усилиям и практически не оказывает сопротивления растягивающим (сдвигающим) усилиям. Именно поэтому жидкость принимает форму сосуда, в котором заключена.

С точки зрения механических свойств жидкости делят на:

-малосжимаемую (капельную);

-сильносжимаемую (газообразную).

Капельные жидкости обладают объемом, который практически не меняется под воздействием сил, поэтому в малых количествах они принимают сферическую форму, а  в больших образуют свободную поверхность.

Газообразные жидкости способны к весьма значительному уменьшению объема под действием давления и неограниченному расширению при его отсутствии.

Т.о. капельные жидкости легко меняют форму и с трудом объем. Газы же легко изменяют как объем и, так и форму.