Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ
Плотностью однородного жидкого тела называют массу единицы объема или отношение массы тела к его объему, которое вычисляется по формуле:
ρ=Wm ,
где m — масса однородного жидкого тела, W — его объем. Размерность плотности кг/м3 ; г/cм3 .
За счет изменения объема жидкости при изменении температуры ее плотность изменяется.
Объемным весом однородного жидкого тела называется вес единицы объема тела или отношение веса тела к его объему.
γ =WG ,
где G — вес однородного тела; W — объем этого тела.
Существует взаимосвязь между объемным весом и плотностью. Согласно второму закону Ньютона, для силы тяжести можно написать следующую зависимость:
γ =ρg,
где g =9,81 м/c2 — ускорение свободного падения.
Капельные жидкости обладают свойством незначительно изменять объем при изменении температуры и давления. В подавляющем большинстве задач практики промышленного и гражданского строительства этими изменениями можно пренебречь.
Изменение объема жидкостей при изменении температуры характеризуется коэффициентом температурного расширения βt — относительным из-
менением объема жидкости при увеличении температуры t на 1 °С, т. е.
5
β = |
1 |
|
W |
. |
|
|
|||
t |
W |
|
t |
|
|
|
|||
βt имеет размерность °C−1 .
Сжимаемость капельных жидкостей при изменении давления характеризуется коэффициентом объемного сжатия, т. е. относительным изменением объема W при увеличении давления Р на единицу.
β = − |
1 |
|
W |
. |
|
|
|||
W |
W |
|
P |
|
|
|
|||
βW имеет размерность Па−1 .
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости, измеряется в Па.
E0 = β1 .
W
Вязкостью или внутренним трением жидкости называется способность жидкости оказывать сопротивление скольжению одного слоя относительно другого.
Пусть жидкость течет вдоль плоской стенки параллельными ей слоями. Вследствие тормозящего влияния стенки слои жидкости будут двигаться с разными скоростями, значения которых возрастают по мере отдаления от стенки (рис. 1).
|
Рассмотрим два слоя жидкости, движущихся |
|||||
|
||||||
|
на расстоянии y |
друг |
от друга. |
Вследствие |
||
|
разности скоростей верхний слой сдвигается от- |
|||||
|
носительно нижнего на величину |
u (за едини- |
||||
|
цу времени). Величина |
u , является абсолют- |
||||
|
ным сдвигом между слоями, а u / |
y есть гра- |
||||
|
диент |
скорости |
(относительный |
сдвиг). |
||
|
Возникающее при этом движении касательное |
|||||
Рис. 1 |
напряжение (сила трения на единицу площади) |
|||||
|
обозначим буквой τ. Тогда аналогично явлению |
|||||
сдвига в твердых телах можно предположить зависимость между напряжением и деформацией в виде
τ =μ uy ,
а если слои будут находиться бесконечно близко друг к другу, то
τ =μdudy .
Это соотношение называется законом вязкого трения Ньютона.
6