2.Основні властивості рідин та газів

Рідина - це фізичне тіло, яке має властивість плинності та характеризується малим зчепленням між частками, внаслідок чого рідина не має своєї форми і приймає форму посудини в якій знаходиться.

Рідини поділяються на два види:

- крапельні;

- газоподібні.

Крапельні - характеризуються великим опором стисканню і малим опором розтягуючим і дотичним зусиллям. В посудині вони утворюють граничні вільні поверхні.

Газоподібні - відрізняючись від крапельних, майже не мають опору стисканню, вони не утворюють граничну вільну поверхню, а заповнюють весь об’єм, який їм дається.

Гідравліка вивчає крапельні рідини.

До основних фізичних властивостей рідин відносять:

- густину,

- питому вагу,

- стисливість,

- в’язкість (кінематичну, динамічну),

- теплове розширення,

- пружність.

1. Густина - фізична величина, яка дорівнює відношенню маси рідини до її об’єму.

, (1)

де  - густина рідини, (кг/м³⁾,маса рідини в одиниці об’єму

м - маса рідини, (кг) ;

v - об’єм рідини, (м³) .

Густина однозначно визначається термодинамічними параметрами стану (тиском та температурою). В практичних розрахунках густина води береться =10³кг/м³

2. Питома вага - фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню ваги рідини до її об’єму

, (2)

де  - питома вага, (Н/м³) - вага одиниці об’єму рідини,

G - вага рідини, (Н).

Між питомою вагою  та густиною  існує наступний зв’язок

(3)

де g - прискорення вільного падіння g= 9,81м/с²

Головним вогнегасячим засобом є вода. При зміні температури від 4 до +50С густина води змінюється від 1000 до 988 кг/м² і в практичних розрахунках береться  = 10³ кг/м³. В’язкість з’являється тільки при русі рідини. Між частинками або шарами рідини, що рухається з різними швидкостями, завжди виникає сила внутрішнього тертя, що протидіє руху це в’язкість.

3. В’язкість - властивість рідини чинити опір відносному зсуву (ковзанню) сумісних шарів відносно один одного .

Сила внутрішнього тертя, що віднесена до одиниці поверхні дотичних шарів рідини називається дотичною напругою.

3-й закон Ньютона (закон тертя) , (4)

 — динамічний коефіцієнт в`язкості.

Градієнт швидкості tg , де кут , показаний на малюнку

n  нормаль до поверхні

Величина кута  зменшується до осі труби, де =0, і максимальна біля стінок труб. Коефіцієнт називається динамічним коефіцієнтом в’язкості, який з підвищенням температури зменшується для крапельних рідин і збільшується для газів.

В рідинах молекули деякий час коливаються біля положення рівноваги, потім перескакують в нове положення і цей процес повторюється. При таких умовах необхідно виходити безпосередньо із середньої швидкості, яку одержує частка, по відношенню до інших, якщо на неї діє зовнішня сила, в той час, як інші частки не почувають дії зовнішніх сил. Таким чином, плинність рідини збільшується із збільшенням температури рідини, тобто в’язкість рідини при підвищенні температури зменшується.

В рівняння гідродинаміки часто входить відношення в’язкості до густини, що називається коефіцієнтом кінематичної в’язкості 

(5)

 у крапельних рідинах зменшується при підвищенні температури, як і  так як густина  слабко залежить від температури. У газів же,  при підвищенні температури швидко зменшується, а кінематична в’язкість сильно підвищується.

4. Стисливість - спроможність рідини змінювати свій об’єм при зміні тиску.

Стисливість характеризується коефіцієнтом стисливості

, (1/Па) (6)

де V₀- початковий об’єм рідини, м³

- зміна об’єму рідини,м³

- зміна тиску, Па

(Па) - модуль об’ємної пружності.

Об’ємна пружність мало змінюється при зміні температури і тиску.

5. Теплове розширення - властивість рідини змінювати свій об’єм при зміні температури.

Коефіцієнт температурного розширення

, (1/k) (7)

де - початковий об’єм рідини,м³

- зміна об'єму рідини, м³

- зміна температури, К