Введение

Гидромеханика — техническая прикладная наука, изучающая законы, которым подчиняются жидкости в состоянии покоя или движения и способы приложения этих законов к решению практических инженерных задач.

В практике жидкость часто используется как рабочее тело. Множество производственных процессов связано с использованием жидкости: перекачка жидкостей по трубам, гидроразработка полезных ископаемых, гидротранспорт материалов, гидравлический привод и смазка механизмов и т. д. Поэтому инженерам горных специальностей приходится постоянно встречаться с теми или иными вопросами гидромеханики, решение которых невозможно без знания ее законов и умения практически их использовать.

Гидромеханика делится на гидростатику — учение о равновесии жидкости и гидродинамику — учение о движении жидкости.

Явления, происходящие в движущейся жидкости, во многих случаях невозможно исследовать чисто теоретическими методами. Поэтому в гидромеханике, как и в других прикладных науках, широко используется эксперимент как самостоятельный метод исследования, так и для проверки теоретических выводов.

Гидромеханика — одна из древнейших наук. С давних времен человечество сталкивалось с решением вопросов практической гидромеханики, связанных с плаванием судов, орошением и водоснабжением. Известно, что в Китае за 5000 лет до н. э. существовали оросительные системы. Найдены остатки сооружений для регулирования вод Нила и Евфрата, обнаружены следы Шахрудской оросительной системы в Средней Азии, до сих пор еще продолжают подавать воду некоторые древнеримские водопроводы-акведуки в Италии. Однако сведений о научно обоснованных расчетах таких систем и сооружений нет, видимо, все знания передавались от поколения к поколению устно.

Первым законом гидромеханики следует считать закон Архимеда, относящийся к 250 г. до н. э. На этом законе основывается теория равновесия и плавания тел. В течение последующих 18 веков ничего в области гидромеханики сделано не было. Только в XVI—XVII в.в. появились работы Леонардо да Винчи (трактат «О движении и измерении воды», (1504—1509), С. Стевина (трактат «Начало гидростатики», 1585), Г. Галилея («Рассуждения о телах, пребывающих в воде», 1612), П. Торичелли (законы истечения жидкости из сосудов через отверстия и насадки, 1643), Б. Паскаля (закон о передаче давления в жидкости, 1653) и И. Ньютона (гипотеза о внутреннем трении в жидкости, 1686).

В XVIII в. трудами российских академиков Л. Эйлера (1707—1783) и Д. Бернулли (1700—1782) были заложены теоретические основы классической гидромеханики. Эйлер в 1755 г. впервые вывел основные дифференциальные уравнения равновесия, движения и неразрывности жидкости. Бернулли в 1738 г. сформулировал знаменитое уравнение, связывающее скорость и давление в движущейся жидкости. М. В. Ломоносов (1711 —1765) открыл закон сохранения энергии (1760). Н.Е. Жуковский (1898) разработал теорию гидравлического удара в напорных трубопроводах. Большой вклад в развитие гидромеханики внесли Ж. Лагранж, Г. Гельмгольц, Г. Кирхгоф, Д. Стокс, Н. П. Петров, О. Рейнольдс, Л. Прандтль и другие ученые. Почетный академик Н. П. Петров (1836—1920) впервые экспериментально доказал и математически сформулировал закон Ньютона о жидкостном трении и на его основе разработал современную гидродинамическую теорию смазки.

Вместе с гидромеханикой в XIX в. развивалась и газовая механика, фундамент которой был заложен еще работами И. Ньютона, П. Лапласа. Активная деятельность ученых и инженеров проявилась при решении задач, связанных с созданием паровых турбин и особенно в конце века, когда возрос интерес к задачам воздухоплавания.

Из работ в области механики жидкости и газа начала XX в. следует выделить работы, связанные с движением жидкости в пограничном слое, который образуется вблизи поверхности тела и оказывает существенное влияние не только на величину сопротивления, но и на характер движения сред около твердых поверхностей.