1.3. Понятия реальной и идеальной жидкости. Вязкость.

Жидкости, встречающиеся в природе, т.е. реальные жидкости, столь мало изменяют свой объём при обычном изменении давления и температуры, что этим изменением объёма практически можно пренебрегать.

Поэтому в гидравлике жидкость рассматривается как абсолютно несжимаемое тело (исключая задачу о гидравлическом ударе).

В покоящейся жидкости касательные напряжения всегда отсутствуют. В движущейся жидкости, как показывают исследования, касательные напряжения обычно имеют место: именно при движении жидкости по поверхностям скольжения жидких слоёв друг по другу возникает трение, которое и уравновешивает внутренние касательные силы.

Свойство жидкости, обусловливающее возникновение в ней при её движении касательных напряжений (напряжения трения), называется вязкостью.

При аналитических исследованиях часто пользуются понятием идеальной жидкости. Идеальной жидкостью называют воображаемую жидкость, которая характеризуется:

а) абсолютной неизменяемостью объёма (при изменении давления и температуры);

б) полным отсутствием вязкости, т.е. сил трения при любом движении.

1.4. Основные физические свойства реальных жидкостей.

1.4.1. Плотность жидкости ρ, вес единицы объёма γ.

Возьмём некоторый объём жидкости W, имеющей массу М и вес G. Тогда

где ρ – плотность жидкости; γ – вес единицы объёма жидкости.

Величины ρ и γ являются числами именованными:

где M, L, F, T – символы соответственно массы, длины, силы и времени. Для пресной чистой воды γ практически (после некоторого округления) равно: γ = 10 кН/м³ или γ = 0,01 Н/см³.

1.4.2. Сжимаемость жидкости.

Представим себе некоторый объём жидкости W, который при повышении на dp внешнего всестороннего давления (напряжения), действующего на него, уменьшается на dW.

Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объёмного сжатия β_w, под которым понимается относительное изменение объёма dW/W, приходящееся на единицу изменения давления:

Знак минус в формуле (1.4) показывает, что при увеличении давления на жидкость величина её объёма W уменьшается.

В отличие от капельных жидкостей газы очень сильно изменяют свой объём при изменениях давления и температуры. Зависимость изменения плотности газа от давления и температуры определяется уравнением состояния газа. При решении технических задач взаимодействие между молекулами газа в условиях далёких от сжижения (например, при обычных температурах и атмосферном давлении) можно не учитывать. То есть в указанных условиях газы можно считать совершенными (идеальными). Для идеального газа справедливо самое простое уравнение состояния Клапейрона-Менделеева

где R – удельная газовая постоянная, различная для разных газов, но не зависящая от температуры и давления, ; T – абсолютная температура, °К; р – давление, Па.

Для воздуха R = 287 Дж/(кг*°К).

В технических расчетах плотность газа приводят или к нормальным физическим условиям (t = 0°C; р = 101325 Па) или к стандартным условиям (t = 20°C; р = 101325 Па). Плотность воздуха в стандартных условиях согласно формуле (1.5) равна 1,2 кг/м³. С помощью уравнения (1.5) можно вычислить коэффициент объёмного сжатия β_w для изотермического процесса. В стандартных условиях он равен Па^-1, то есть в 20000 раз больше, чем для воды!