20. Внутреннее трение (вязкость жидкости). Формула Ньютона. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Формула Гагена-Пуазейля.

В реальной жидкости вследствие взаимного притяжения и теплового движения молекул имеет место внутреннее трение, или вязкость. Ньютон установил, что сила Fтр внутреннего трения между двумя слоями жидкости, движущимися с различными скоростями зависит от природы жидкости и пропорциональная площади S соприкасающихся слоёв и градиенту скорости dv/dx между ними:

где η – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом вязкости или просто вязкостью жидкости и зависящий от её природы.

Жидкость, которая подчиняется уравнению Ньютона называют ньютоновской. Коэффициент внутреннего трения ньютоновской жидкости зависит от её строения, температуры и давления, но не зависит от градиента скорости. Ньютоновская жидкость – жидкость, вязкость которой не зависит от градиента скорости. Свойствами ньютоновской жидкости обладают большинство жидкостей (вода, растворы, низкомолекулярные органические жидкости) и все газы.

Неньютоновская жидкость – жидкость, вязкость которой зависит от градиента скорости. Свойствами неньютоновской жидкости обладают дисперсные системы (суспензии, эмульсии), растворы и расплавы некоторых полимеров, многие органические жидкости и др.

В жидкости течение может быть ламинарным или турбулентным.

Ламинарное (слоистое) течение – течение, при котором слои жидкости текут, не перемешиваясь, скользя друг относительно друга. Распределение скоростей имеет параболический характер:

Турбулентное течение – течение, при котором скорости частиц жидкости в каждой точке беспорядочно меняются. Такое движение сопровождается появлением звука. Турбулентное течение – это хаотическое, крайне нерегулярное, неупорядоченное течение жидкости.

Скорость V_кр перехода ламинарного течения в турбулентное определяется числом Рейнольдса Re:

Количество жидкости Q, протекающее через поперечное сечение в единицу времени равно Q = vср S, где S=πR2. Следовательно

–Гидравлическое сопротивление.

21. Звук. Виды звуков. Физические характеристики звука. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука. Шкала уровней интенсивности звука.

Звук – распространяющийся в виде продольных волн колебательное движение частиц упругой среды: газообразной, жидкой или твёрдой.

Звуки, встречающиеся в природе, разделяют на несколько видов.

Тон – это звук, представляющий собой периодический процесс. Основной характеристикой тона является частота. Простой тон создается телом, колеблющимся по гармоническому закону (например, камертоном). Сложный тон создается периодическими колебаниями, которые не являются гармоническими (например, звук музыкального инструмента, звук, создаваемый речевым аппаратом человека).

Шум – это звук, имеющий сложную неповторяющуюся временную зависимость и представляющий собой сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов (шелест листьев).

Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв, удар, гром).

Сложный тон, как периодический процесс, можно представить в виде суммы простых тонов (разложить на составляющие тоны). Такое разложение называется спектром.

Акустический спектр тона – это совокупность всех его частот с указанием их относительных интенсивностей или амплитуд.

Физические характеристики звука:

1. Скорость (v). Зависит от упругости, плотности и температуры среды, но не зависит от частоты колебаний. Скорость звука в газе зависит от его молярной массы (М) и абсолютной температуры (Т).

2. Звуковое давление – это амплитуда тех изменений давления в среде, которые возникают при прохождении звуковой волны.

3. Интенсивность звука – это плотность потока энергии, переносимой звуковой волной.

Связь между интенсивностью (I) и звуковым давлением (ΔΡ) выражается следующей формулой:

Характеристики слухового ощущения:

1. Высота тона обусловлена частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности звука (звук большей интенсивности воспринимается более низким).

2. Тембр – это характеристика звукового ощущения, которая определяется его гармоническим спектром. Тембр звука зависит от числа обертонов и от их относительных интенсивностей.

3. Громкостью звука называют интенсивность (силу) слуховых ощущений. Громкость звука равна уровню интенсивности звука (дБ) на частоте 1 кГц, вызывающего у «среднего» человека такое же ощущение громкости, что и данный звук. Единицу громкости звука называют фоном.

Наименьшая интенсивность звуковой волны, воспринимаемая органами слуха, называется порогом слышимости (10^-12 Вт/м²), набольшая – порогом болевого ощущения (0,1 – 10 Вт/м²).