2 Наименование лекционных занятий и их содержание

Модуль 1 Гидростатика

Лекция 1. Основные физические свойства. Гидростатическое давление.

План лекции:

1. Основные физические свойства: плотность, сжимаемость, закон Ньютона для жидкостного трения, вязкость.

2. Растворимость газов в жидкостях, условия перехода жидкости в газообразное состояние. Давление насыщенных паров, кавитация. Модель идеальной жидкости.

3.Силы, действующие в жидкостях.

4. Гидростатическое давление и его свойства.

Жидкость есть физическое тело, не обладающее способностью сохранять форму и принимающее форму оболочки или сосуда, в который оно заключено.

Плотностью называют количество покоящейся массы жидкости заключенной в единице ее объема.

Свободный объем, занимаемый жидкостью, изменяется, хотя и незначительно, с изменением температуры и давления. Изменение объема, вызванное температурными изменениями, характеризуется коэффициентом температурного расширения , а сжимаемость жидкости при изменении давления – коэффициентом объемного сжатия . Хотя значения коэффициентов и очень малы и, при практических расчетах, могут быть приняты равными нулю, существуют явления, когда сжимаемость жидкостей необходимо учитывать (гидравлический удар).

В состоянии покоя жидкость, в отличие от твердого тела, не может иметь касательных напряжений, и именно поэтому она принимает форму сосуда, в котором заключена. Однако, при движении жидкости, между двумя смежными слоями, текущими с различными скоростями, возникает трение, которое уравновешивает внутренние касательные силы. Это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости называется вязкостью.

Жидкость, которая подчиняются известному закону Ньютона, называется ньютоновской.

.

Характеристиками вязкости являются динамический и кинематический коэффициенты вязкости.

При аналитических исследованиях часто пользуются понятием «идеальная жидкость», которая характеризуется абсолютной неизменяемостью объема и полным отсутствием вязкости.

Свойство жидкостей изменять свое агрегатное состояние на газообразное называется парообразованием. Парообразование, происходящее на поверхности жидкости, называется испарением, а парообразование по всему объему – кипением. Давление, при котором жидкость закипает при данной температуре, называется давлением насыщенных паров или давлением парообразования .

С понижением давления и ростом температуры из жидкости выделяется часть ранее растворенных в ней газов. Если давление , в некотором объеме жидкости, окажется меньше давления насыщенных паров , то внутри объема возникают пузырьки, заполненные «насыщенными парами». При этом получается двухфазная система (вода плюс пузырьки пара). Образование большого количества пузырьков, каверн-пустот, которые приводят к нарушению сплошности жидкости, называют кавитацией. Эти пузырьки, перемещаясь в массе жидкости, и, попадая в зоны с более низкой температурой или повышенным давлением, разрушаются (захлопываются). Схлопывание пузырьков сопровождается сильными ударами, которые способствуют разрушению поверхности твердых стенок, ограничивающих поток – кавитационная эрозия.

На любую жидкость, находящуюся в состоянии равновесия действует две группы сил – поверхностные и массовые. Под влиянием этих сил в каждой точке покоящейся жидкости возникает гидростатическое давление. Давление в точке обладает двумя свойствами: первое – давление в точке направлено по нормали к площадке действия и является сжимающим; второе – величина давления в точке не зависит от ориентации площадки действия.

Как известно, единица измерения давления – паскаль (Па). Для практических вычислений очень часто применяются кратные единицы – килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа) (1 кПа = 10³ Па, 1 МПа = 10⁶ Па).

Величина атмосферного давления в какой-либо точке зависит от положения этой точки над уровнем моря.

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции:

1 Физические свойства жидкости;

2 Размерность основных физических величин;

3 Давление насыщенных паров. Явление кавитации;

4 Поверхностные силы;

5 Массовые силы;

6 Гидростатическое давление. Свойства гидростатического давления.