3. Важнейшие физические свойства жидкостей

Важнейшими физическими свойствами жидкостей яв­ляются плотность, вязкость и сжимаемость.

Плотностью, как известно, называется отноше­ние массы тела к его объему.

В гидравлике плотность обозначается греческой бук­вой ρ. Если объем обозначить V, а массу m , то

(1)

Из формулы (1) следует, что размерность ρ равна раз­мерности m, деленной на размерность V, т. е. [кг/м³].

Плотность жидкости зависит от температуры. Однако изменение плотности с изменением температуры незначи­тельно, и поэтому при расчетах обычно принимают плот­ность постоянной. Для воды считают ρ = 1000 кг/м³.

Вязкостью называется свойство жидкости ока­зывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости.

Для ознакомления с законами вязкости жидкостей рас­смотрим случай слоистого движения жидкости (рис.2). Пусть скорость движения какого-нибудь слоя равна u, а скорость соседнего слоя больше на величину du. Расстоя­ние между этими слоями составляет dy. Тогда величина , называемая градиентом скорости, будет характери­зовать изменение скорости (при переходе от слоя к слою) на единицу длины расстояния между слоями.

Рис.2.

Ньютон установил, что сила трения τ, приходящаяся на единицу площади, прямо пропорциональна плотности и градиенту скорости и зависит от вязкости жидкости, т. е.

(2)

где ν - коэффициент, зависящий от вязкости жидкости и называемый кинематическим коэффициен­том вязкости (кинематической вязкостью). Произведение (νρ) обозначается буквой μ и носит название динамическим коэффициентом вязкости (динамической вязкостью)

(3)

Величина τ всегда положительна, поэтому в формуле (2) следует ставить знак плюс или минус в зависимости от знака .

Пользуясь формулой (2), легко установить размерность [м²/с]. Коэффициент кинематической вязкости зависит от рода жидкости и ее температуры. В табл. 1 приведены значения ν для пресной воды при различной температуре.

Таблица 1.

tOС	0	5	10	12	15	20	30	40	50
ν .106,м2/с	1,79	1,52	1,31	1,24	1,14	1,01	0,81	0,66	0,55

При ориентировочных расчетах можно принимать для пресной воды ν= 10^-6 м²/сек.

Следует отметить, что вязкость многих нефтепродуктов с изменением температуры изменяется в очень широких пределах.

С ж и м а е м о с т ь ю называется свойство жидкости изменять свой объем при изменении давления.

Сжимаемость жидкостей весьма незначительна, и поэтому и большинстве случаев практики ею обычно пренебрегают. Модуль объемной упругости воды приблизительно равен Е=2^.10⁹ H/м²

4. Понятия реальной и идеальной жидкости.

Как показывает опыт, жидкости, встречающиеся в природе, т. е. реальные жидкости, столь мало изменяют свой объем при обычном изменении давления и температуры, что этим изменением объема практически можно пренебрегать. Поэтому в гидравлике жидкость рассматривается как абсолютно несжимаемое тело (здесь приходится делать исключение только при изучении одного вопроса - вопроса о так называемом гидравлическом ударе, когда даже малую сжимае­мость жидкости приходится учитывать).

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

а) абсолютной неизменяемостью объема;

б) полным отсутствием вязкости, т. е. сил трения при ее движении. Идеальная жидкость, в отличие от реальной («вязкой») жидкости, в природе не существует. Ее создают в воображении как чисто отвлеченную модель.

Из сказанного выше ясно, что:

1. при изучении покоящейся жидкости нет надобности различать реальную и идеальную жидкости;

2. при изучении же движения жидкости приходится считаться с различием между двумя названными жидкостями: в случае реальной жидкости необходимо дополнительно учитывать силы трения, т. е. вязкость.