3. Жидкость – второе агрегатное состояние вещества. Отличие физических свойств жидкости от свойств газов и твердых тел.

Материальные тела могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Каждое из этих состояний характеризуется специфическими свойствами, которые определяются особенностями их молекулярной структуры, непосредственно связанной с силами взаимо­действия молекул. Этими силами являются силы притяжения и отталкивания, действующие одновременно и зависящие от расстояния r между частницами.

На некотором расстоянии r₀ друг от друга сила взаимодействия между молекулами равна нулю, т.е. силы отталкивания уравновешиваются силами притяжения. Молекула в поле таких сил обладает потенциальной энергией.

В твердых (кристаллических) телах молекулы располагаются на расстояниях порядка r₀, где потенциальная энергия минимальна, в правильном порядке, образуя кристаллическую решетку. Движение молекул, обуславливающее тепловую энергию тела, наблюдается в узлах решетки. Средняя кинетическая энергия теплового движения молекул много меньше потенциальной энергии связи молекул в узлах решетки. Устойчивость структуры центров колебания частиц в твердых телах обуславливает устойчивость сохранения объема и формы твердого тела.

В газовых средах межмолекулярное расстояние в десятки раз превышает расстояние между молекулами твердых тел, что соответствует слабым силам притяжения и малой потенциальной энергии. Тепловое движение превалирует над силами притяжения. Молекулы практически свободны. Свободное беспорядочное движение молекул газа обуславливает его расширение во все стороны, поэтому газ не имеет определенного объема и собственной формы, а занимает объем и принимает форму сосуда, в котором он находится.

Жидкости по молекулярному строению занимают промежуточное положение между кристаллическим твердым телом и газом. Поэтому они обладают плотностью, близкой к твердому телу, устойчиво сохраняют величину, занимаемого ими объема (они мало сжимаемы при изменении температуры и давления).

Любая малая сдвигающая сила, действующая в газовой среде при длительном воздействии, может вызвать значительную деформацию. Свойство среды неограниченно деформироваться под действием постоянной силы называют текучестью. Также как и газы, жидкости обладают текучестью, благодаря чему не имеют собственной формы, а принимают форму сосуда, в котором они находятся

Но в отличие от газа, жидкость, находясь в сосуде, и принимая его форму, образует свободную поверхность (если объем сосуда больше объема жидкости), эта поверхность всегда является строго горизонтальной. Тела, погруженные в жидкость, либо плавают на поверхности, или под свободной поверхностью, либо тонут.

Жидкости оказывают не значительные сопротивления растягивающим усилиям, что проявляется в свойстве липкости. Силы же сцепления между молекулами проявляются, главным образом, только на поверхности жидкости в виде сил поверхностного натяжения.

4. Реальные и идеальные жидкости. Основные свойства реальных жидкостей.

Для облегчения и упрощения ряда теоретических выводов и исследований в гидравлике (технической гидромеханике, гидрогазодинамике) иногда пользуются понятием идеальной или совершенной жидкости, которая обладает абсолютной не сжимаемостью, полным отсутствием температурного расширения и не оказывает сопротивление растягивающим и сжимающим усилиям.

Несомненно, идеальная жидкость - жидкость фиктивная, не существующая в действительности. Все встречающиеся в природе жидкости в той или иной степени характеризуются всеми перечисленными выше свойствами и носят название реальных жидкостей.

Однако, сжимаемость, температурное расширение и сопротивление растяжениям для реальных жидкостей ничтожно малы и обычно не учитываются. Таким образом, основной и по существу, единственной особенностью, отличающей идеальную жидкость от жидкости реальной, является наличие у последней сил сопротивления сдвигу, которые проявляются только при движении. Это особое свойство реальной жидкости называют вязкостью. Ввиду этого, идеальную жидкость называет невязкой - а реальную жидкость - вязкой жидкостью.

Поскольку при рассмотрении закономерностей поведения и свойств жидкостей и газов их рассматриваемые объемы оказываются несопоставимо большими по сравнению с размерами молекул и межмолекулярными расстояниями в жидкости и длиной свободного пробега молекул газа по этой причине обычно жидкости и газы воспринимаются как сплошные среды, масса которых непрерывно распределена по объему.

Указанные обстоятельства позволяют ввести гипотезу сплошности изучаемой среды и заменить реальные дискретные объекты упрощенными моделями, представляющими собой материальный континуум т.е. материальную среду, масса которой непрерывно распределена по всему объему. Такая идеализация упрощает реальную дискретную систему и позволяет использовать для ее описания хорошо разработанный математический аппарат исчисления бесконечно малых и теорию непрерывных функций.