Питання для самоперевірки

1. У чому полягає спільність і відмінність рідких і твердих тіл?

2. У чому проявляється спільність та відмінність рідин і газів?

3. Що таке густина і питома вага?

4. Що таке стисливість і пружність і якими параметрами вони характеризується?

5. Що таке температурне розширення рідин?

6. В чому полягає гіпотеза Ньютона для внутрішнього тертя?

7. Що таке динамічна і кінематична в’язкість? Зв'язок між ними.

8. Розкрийте вплив тиску і температури на в’язкість рідин.

9. Охарактеризуйте сили зчеплення у рідини, поверхневий натяг.

10. Капілярні сили. Чим вони викликані?

11. Назвіть відмінність ньютонівських рідин від аномально-вязких.

12. Віскозиметрія, типи віскозиметрів, будова та принцип дії.

13. Охарактеризуйте розчинність газів у рідинах. Випаровування і кипіння рідин.

14. Охарактеризуйте поняття ідеальної (невязкої) рідини.

Домашнє завдання

1. Вимір вязкості. Віскозиметри. Класифікація, будова, принцип дії.

Л 1 стор. 6 – 14

Тема 1.3 Гідростатичний тиск та його властивості

Гідростатика (від грецького хюдор – вода і статіке – рівновага) – розділ гідравліки, який вивчає умови і закони рівноваги рідин під дією прикладених сил, а також дію рідини, що знаходиться в стані спокою, на занурені тіла і обмежуючі стінки посудини.

Сили, що діють на рідину

Унаслідок текучості (рухомості частинок) у рідині виникають сили, які знаходяться не в окремому місці, а розподілені по її об’єму чи по поверхні. Всі ці сили поділяються на зовнішні і внутрішні.

Зовнішні сили – це сили, які прикладеного частинок рідини з боку інших фізичних тіл чи енергетичних полів. Внутрішні сили – це сили взаємодії між частинками рідини.

На рідину, що знаходиться у стані спокою, діють дві групи зовнішніх сил:

1. Масові сили – це сили, що діють на всі частини рідини і пропорційні масі частинок. До них належать сили тяжіння і сили інерції, останні діють на рідину в стані відносного спокою. У випадку однорідної рідини масові сили будуть пропорційними об’єму рідини, тому при сталій густині рідини масові сили можна назвати об’ємними силами.

2. Поверхневі сили – це сили, які прикладені до окремих точок поверхні рідини і пропорційні її площі. До них належать сили дії з боку сусідніх об’ємів рідини чи спряженою з даною рідиною твердою чи газоподібною поверхнею.

Гідростатика краплинних рідин розглядає тільки нормальні поверхневі сили тиску і масові сили. Дотичні сили не враховуються, тому що у стані рівноваги дотичні напруження в рідині відсутні і дорівнюють нулю. Масові сили у гідравліці характеризуються їх питомими значеннями, віднесеними до одиниці маси.

Гідростатичний тиск

Розглянемо довільне однорідне тіло, яке знаходиться у стані спокою (рис. ).

Розділимо його подумки на площиною F на дві довільні частини – праву і ліву. Одну частину, нехай це буде права, відкинемо. Відкинута частина рідини чинила певну дію на рідину, що залишилася ліворуч, і тому щоб зберегти іі у стані спокою необхідно у площину розрізу прикласти сили, які замінять дію відкинутої чатини. У цьому випадку це будуть поверхневі сили.

Нехай із поверхневих сил на площину ∆F, яка включає в себе довільну точку А, приходиться сила ∆Р. У рідині, що знаходиться у стані спокою, сила ∆Р буде спрямована всередину об’єму перпендикулярно до площини. При іншому напрямку сили ∆Р іі можна було б розкласти на дві складові сили: одну – спрямовану по внутрішній нормалі, а другу по площині перерізу. У зв’язку з тим, що рідина у стані спокою не може чинити опір зсуву, то сила у площині повинна була б порушити спокій рідини. Так само був би порушений спокій, коли б сила ∆Р виявилась спроямованою по зовнішній нормалі, що призвело б до розриву суцільності рідини.

З цього приходимо до висновку, що в рідині, яка знаходиться у стані спокою, сила дії навколишньої рідини спрямована завжди по внутрішній нормалі до площини дії і називається силою гідростатичного тиску.

Сила Р, віднесена до одиниці площі, створює середній тиск:

Р_сер = Р/F.

Якщо площу ∆F, яку називають «площею дії», зменшувати навколо точки А, то одноразово з наближенням ∆F до нуля середній тиск Р_сер прямує до певної границі, яка характеризує значення гідростатичного тиску p у даній точці і в даному напрямку:

(1.13)

Рівняння (1.13) показує дійсне чи одиничне значення гідростатичного тиску в точці. З цього виразу можна визначити силу тиску, що діє на довільну елементарну поверхню:

dP = pdF (1.14)

Згідно з визначення гідростатичний тиск у системі СІ має розмірність Н/м² чи Па (паскаль). У технічній літературі, до 1980 р. тиск вимірювався у технічних атмосферах (кгс/см²), при цьому 1кгс/см² = 98100 Н/м² = 98100 Па = 98,1 кПа = 0,0981 МПа.

Властивості гідростатичного тиску

Перша властивість гідростатичного тиску, яка зводиться до того, що гідростатичний тиск завжди дів у напрямку нормалі до поверхні елемента, тобто тик спрямований всередину об’єму рідини чи перпендикулярно до поверхні твердого тіла, що обмежує рідину.

Другу властивість гідростатичного тиску можна сформулювати так – у кожній точці простору гідростатичний тиск однаковий у всіх напрямках, тобто не залежить від кута нахилу площини, на яку він діє .

Виходячи із сказаного, приходимо до висновку, що гідростатичний тиск у точці залежить тільки від просторового розташування самої точки і є функцією координат точки x, y,z, іншими словами p = f (x,y,z).

Питання для самоперевірки

1. Які сили діють на рідину в стані спокою?

2. Розкрийте поняття гідростаттичного тиску.

3. Назвіть властивості гідростатичного тиску.

Домашнє завдання

1. Одиниці вимірювання тиску

Л 2 стор 13-17