1. Лекция №1

1.1. Предмет гидравлики

Законы движения жидкостей и газов изучаются в механике жидкостей и газов. Историческое развитие механики жидкостей и газов шло двумя различными путями.

Первый путь - теоретический, основанный на законах механики. Он привел к созданию теоретической гидромеханики. Однако методы теоретической гидромеханики не всегда дают ответы на вопросы, выдвигаемые практикой.

Второй путь - путь широкого привлечения эксперимента – привел к созданию гидравлики, которая в начальный период была наукой чисто эмпирической.

В настоящее время теоретическая гидромеханика все чаще прибегает к эксперименту и, таким образом, различие в методах этих двух направлений постепенно исчезает.

Жидкости и газы, являющиеся объектом изучения в гидромеханике, обладают двумя основными свойствами: сплошностью и легкой подвижностью, или текучестью.

Все тела состоят из постоянно движущихся молекул, которые при своем движении взаимодействуют между собой.

Для газов, у которых длина свободного пробега молекул существенно зависит от температуры и давления, условия сплошности выражаются в том, что линейные характерные размеры области течений велики по сравнению с длиной свободного пробега молекул. Поэтому сплошность определяется не абсолютным состоянием жидкости и газа, а отношением параметров среды (длина свободного пробега для газов и амплитуда колебания молекул для жидкости) к линейным размерам, характеризующим потоки.

В твердых телах для смещения одного слоя относительно другого требуется приложить некоторую конечную силу, которая согласно закону Гука пропорциональна деформации.

Для жидкостей или газов соответствующая сила пропорциональна относительной скорости деформации. Это свойство называется легкой подвижностью, или текучестью.

Жидкости, обладающие таким свойством, называются ньютоновскими жидкостями.

Механика жидкостей и газов делится на кинематику, динамику и статику.

Часть гидромеханики, изучающая геометрические свойства движения в зависимости от времени и не касающаяся причин, вызывающих движение, называется кинематикой жидкостей.

Часть механики, занимающаяся изучением движения жидкостей в зависимости от действующих сил, называется динамикой.

Часть механики, изучающая условия равновесия, называется гидростатикой.

Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач называют гидравликой.

В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками. Гидравлика дает методы расчета и проектирования разнообразных гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники и особенно в машиностроении.

1.2. Краткие исторические сведения о развитии науки

Гидравлика как самостоятельная наука возникла в ХУШ веке. Ее начало было положено трудами академиков Российской Академии наук М.В. Ломоносовым (1711-1765), Леонардом Эйлером (1707-1783), Даниилом Бернулли (1700-1782).

М.В. Ломоносов впервые сформулировал всеобщий закон сохранения материи и энергии, а также провел ряд исследований по вопросам механики жидкости.

Л. Эйлер вывел уравнения равновесия и движения жидкости, стал основоположником классической гидромеханики.

Д. Бернулли установил связь между составляющими удельной энергии в потоке жидкости и выполнил целый ряд работ по исследованию ее движения.

В ХIХ и начале XX века были выполнены фундаментальные исследования, заложившие основы инженерной гидравлики. В этот период теоретические обобщения стали проводиться в тесной связи с экспериментальными данными.

Н.П. Петров (1836-1920) опубликовал свои работы по гидродинамической теории смазки, экспериментально подтвердил гипотезу И. Ньютона о касательном напряжении в жидкости.

Д.И. Менделеев (1834-1907) впервые предсказал существование двух режимов течения жидкости, которое позднее экспериментально подтвердил английский физик Р. Рейнольдс (1842-1912).

Развитию гидравлики как науки в значительной степени способствовали работы Н.Е. Жуковского (1847-1921) и целой группы учеников его школы.

Н.Е. Жуковским была разработана теория гидравлического удара, а также проведен ряд исследований в области гидротехники.