1. Классификация сил, действующих в жидкости

Поскольку жидкость обладает свойством текучести и легко деформируется под действием минимальных сил, то в жидкости не могут действовать сосредоточенные силы, а возможно существование лишь сил распределенных по объему (массе) или по поверхности. В связи с этим действующие на жидкости распределенные силы являются по отношению к жидкости внешними. По характеру действия силы можно разделить на две категории: массовые силы и поверхностные.

М ассовые силы. Силы, действующие на каждую частицу жидкости с массой М = V, то есть силы, распределенные по массе, называются массовыми (объемными). К ним относятся: сила тяжести, силы инерции (кориолисова сила инерции, переносная сила инерции). К массовым силам относятся также гравитационные силы, подчиняющиеся закону всемирного тяготения Ньютона (силы притяжения Луны и Солнца при рассмотрении водных масс морей и океанов Земли).

Массовые силы характеризуются плотностью распределения F_A или напряжением массовых сил. Если V – элементарный объем, содержащий точку А (рис. 2.1), и F – массовая сила, действующая на массу М = V жидкости в этом объеме, то в данной точке А плотность распределения массовой силы при стягивании объема V к точке А:

. (2.1)

Таким образом, плотность массовой силы представляет собой массовую силу, отнесенную к единице массы. Ее составляющие по осям координат будут соответственно F_x, F_y, F_z. Плотность массовых сил имеет размерность ускорения (м/с²).

Определим вектор напряжения массовых сил в наиболее важном частном случае действия силы тяжести.

Вес элементарной частицы:

.

При выборе направления оси Z вверх массовая сила:

,

где k – орт оси Z.

На основании (2.1) получаем:

.

Поверхностные силы. Силы, действующие на каждый элемент  поверхностей, ограничивающих жидкость, и на каждый элемент поверхностей, проведенных произвольно внутри жидкости, называются поверхностными. Поверхностные силы делятся на две группы: нормальные к поверхности силы и касательные к поверхности. К нормальным поверхностным силам относится сила давления Р, к касательным поверхностным силам относится сила трения Т.

П оверхностные силы, аналогично массовым силам, характеризуются плотностью распределения поверхностных сил или напряжением поверхностных сил. Различают нормальное напряжение в точке и касательное напряжение в точке.

Рассмотрим объем жидкости, выделим в объеме элементарную поверхность площадью  и наметим точку А (рис. 2.2). Пусть на выделенную поверхность действует нормальная сила Р и касательная сила Т. Тогда, плотность распределения нормальных сил определится как – называется нормальным напряжением в точке А. Плотность распределения касательных сил – называется касательным напряжением в точке А.

Массовые и поверхностные силы могут быть внешними и внутренними. Внешние силы действуют на рассматриваемую массу и поверхность жидкости извне и приложены соответственно к каждой частице жидкости, составляющей массу, и к каждому элементу поверхности, ограничивающей жидкость. Внутренние силы представляют собой силы взаимодействия частиц жидкости. Они являются парными, их сумма в данном объеме жидкости всегда равна нулю.

Массовые силы, действующие в жидкости, влияют на гидродинамические реакции, возникающие на теле, через напряжения поверхностных сил.