2.4. Жидкости идеальные и реальные

Идеальной называется жидкость, в которой отсутствуют (при движении) силы трения. В природе идеальные жидкости не существуют. Однако некоторые из жидкостей, обладающие малой вязкостью (воздух, вода и некоторые другие), приближаются к идеальным, поскольку в ряде случаев сопротивление, возникающее в них вследствие действия сил трения, мало и им можно пренебречь.2.5. Силы давления и силы трения

В общем случае поверхностная сила  действует на поверхность приложения наклонно к площадке и, следовательно, имеет нормальную ( ) и касательную ( ) составляющие (рис. 2.1.):

(2.1)

(черта над символом обозначает вектор). Сила называет силой давления, сила - силой трения.

Рис. 2.1. Схема действия поверхностной силы

2.6. Деформации в жидкости

Действие сил на жидкость проявляется в деформации последней. Различают деформации линейные (удлинение, сжатие), угловые (изменение углов между пересекающимися плоскостями, проведенными в жидкости) и объемные (изменение объема некоторого выделенного элемента жидкой среды). Линейные деформации возникают под действием нормальных сил (сил давления), угловые под действием касательных сил.

На рис. 2.2 изображено удлинение в направлении осиОх и сжатие в направлении оси Оу некоторого начального объема 0-1-2-3-0 под действием силы давления Р.

Рис. 2.2. Линейные деформации жидкого объема

В итоге этот первоначальный объем деформируется в объем 01.

Линейные деформации характеризуются относительными удлинениями (сжатиями) ребер параллелепипеда по осям координат. Так, на рис. 2.2. относительное удлинение по осиОх равно

(2.2.)

(обозначения ясны из рисунка). Существуют также относительные удлинения по оси Оу ( )и оси Оz( ).

Пример угловой деформации приведен на рис. 2.3. Деформация вызвана действием некоторой касательной силы Т. В общем случае деформация в жидкости определяется шестью величинами: __у, _z, _xу, _хz, _уz.

Объемная деформация характеризуется относительным объемным расширением

где v – величина объема до деформации; dv – изменение объема вследствие деформации.

2.7. Скорость деформации

Скоростью деформации называется величина деформации, происходящая в единицу времени. Поскольку деформации могут быть линейные, угловые и объемные, то могут быть соответственно линейные, угловые и объемные скорости деформации. Будем обозначать их буквой s с соответствующим индексом.

Ниже мы будем рассматривать скорости деформации как частные от деления относительной деформации на время. Получаемые при этом скорости деформации являются отнесенными к единице длины, т.е. удельными скоростями.

Скорость линейной деформации

где t – время.

Скорость угловой деформации

Скорость объемной деформации

.

2.8. Напряжения в жидкой среде

Абсолютные значения сил, действующих на жидкость, не являются достаточными для характеристики состояния жидкости в условиях действия этих сил, ибо последние зависят, при прочих равных условиях, от размеров поверхности (для поверхностных сил) или объема (для объемных сил), к которым они приложены. Поверхности и объемы приложения сил могут быть различными, часто их выбирают произвольно. Поэтому для оценки состояния жидкости и сравнения ее состояний необходимо иметь некоторую характеристику, которая, с одной стороны, определялась бы действующей силой, а с другой, не зависела бы от размеров поверхности (объема) ее приложения. Очевидно, что такой характеристикой может быть сила, отнесенная к единице поверхности или объема, к которым она приложена. Эта характеристика называется напряжением.

В соответствии с действующими в жидкости силами бывают напряжения поверхностных и объемных сил, напряжения нормальные и касательные. Напряжения поверхностных сил являются отношением поверхностной силы к площади поверхности ее приложения и имеют размерность ; напряжения объемных сил являются отношением объемной силы к величине объема, к которому она приложена, и имеют размерность .

При движении реальных жидкостей в них действуют как нормальные, так и касательные напряжения, в состоянии же покоя (т.е. равновесия) – только нормальные напряжения.

Нормальные напряжения, или напряжения давления, часто называются просто давлением.

В покоящейся жидкости существует только нормальное давление, так как нет градиента скорости.

Абсолютное давление - давление, которое измеряется от абсолютного нуля давления ( ). Иногда отсчет ведется от атмосферного давления ( ).

- манометрическое или избыточное давление, если .

- вакуумметрическое давление, если .