Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный институт

институт

Автомобильные дороги и городские сооружения

кафедра

Отчет по лабораторной работе по дисциплине «Гидравлика»

Изучение физических свойств жидкости

Преподаватель __________ Б.И. Кропоткин

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент ИЭ 10-11 411012821 __________ В.А. Артемьева

Е.М. Савочкина

Ю.Д. Ковалева

М.М. Каверзина

номер группы номер зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Красноярск 2012

С одержание:

1. Введение ………………...……………………………………………… 3

1.1. Основные физические характеристики ………………………….. 3

1.2. Модели жидкости …………………………………………………. 6

1.3. Силы, действующие на жидкость ………………………………... 7

2. Лабораторная работа №1. Определение динамической вязкости жидкости…………………………………..…………………………….. 8

3. Лабораторная работа №2. Определение температурного коэффициента объёмного расширения жидкости ………………….............................. 10

4. Лабораторная работа №3. Определение плотности жидкости …..….. 11

5. Лабораторная работа №4. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости …………………………………………………… 12

6. Список использованных источников …………………………………. 15

1. Гидравлика является самостоятельным разделом механики, изучает законы равновесия и движения сплошных сред, обладающих свойством текучести, а также механическое взаимодействие этих сред с твердыми телами. К таким средам (физическим телам) относятся все жидкости, то есть капельные жидкости и газы.

   1. Основные физические характеристики:

1. Плотность р (кг/м³) - это количество вещества, содержащегося в единице объёма.

р = m/V

Плотность газов существенно зависит от температуры и давления, а у капельной жидкости она практически не меняется при колебании внешних условий.

2. Удельный вес γ (Н/м³) - это сила, с которой количество вещества р притягивается к Земле, то есть сила тяжести.

γ = pg

где g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²).

3. Сжимаемость – способность жидкости изменять свой объём под действием приложенной к ней силы. Сжимаемость тела под давлением р характеризуется коэффициентом объёмного сжатия β (м²/Н), а величина, обратная коэффициенту β - это модуль упругости Е (Па):

β = ; Е =

4. Расширение - изменение объёма тела при изменении его температуры Т, определяется температурным коэффициентом объемного расширения βт (1/К):

βт =

Перечисленные параметры являются общими для всех жидких и твёрдых тел. Но есть специфические свойства, присущие только жидкостям /1 - 4/.

При этом следует иметь в виду, что к жидкостям в широком смысле этого слова относятся и капельные жидкости, и газы, так как они в основном подчи­няются одним и тем же физическим законам (за редкими исключениями).

Например, плотность капельной жидкости практически не меняется при колебании температуры и давления, а у газов она существенно зависит от внешних условий.

5. Текучесть - это способность жидкости неограниченно деформироваться

под действием приложенной силы, так как капельная жидкость и газ в состоя­нии покоя не воспринимают касательных напряжений.

6. Вязкостью называется способность жидкой среды при движении сопротивляться сдвигу.

В потоке жидкости, движущем­ся по направлению горизонтальной оси х, в поперечном сечении (например, по оси у) скорости распределены неравномерно, т.е. наблюдается относитель­ное смещение смежных слоев. Следовательно, происходят деформации сдвига и возникают касательные напряжения (τ). Это явление описал Ньютон, он же сформулировал закон вязкостного трения жидкости:

τ = µ (1)

где коэффициент пропорциональности µ - это характеристика жидкости, называемая динамической вязкостью, Па с.

Из выражения видно, что динамическая вяз­кость численно равна единичной силе трения τ при градиенте скорости между отдельными слоями потока равном единице. Знак в формуле (1) гово­рит о том, что два соседних слоя жидкости взаимодействуют друг с другом: один слой, движущийся с большей скоростью, уско­ряет другой - знак плюс, а этот другой тормозит первый - знак минус.

Кроме обычных (ньютоновских) жидкостей, для которых ха­рактерно уравнение (1), существуют еще аномальные (ненью­тоновские) жидкости. Для таких жидкостей за­кон внутреннего трения выражается в виде

τ = µ

где - касательные напряжения в покоящейся жидкости, после преодоления, которых жидкость приходит в движение.

Вязкость зависит от температуры: в капельных жидкостях повышение температуры приводит к уменьшению вязкости, а в газах - наоборот.

Кинематическая вязкость (м²/с) связана с динамической соотноше­нием

(2)

7. Свободная поверхность капельной жидкости силами молекулярного взаимодействия стягивается до минимума; последние характеризуются коэффициентом поверхностного натяжения Ɠ (Н/м).

Поверхностное натяжение измеряется силой, приходящейся на единицу длины (периметра), а общая сила поверхностного натяжения вычисляется по формуле

F_п = Ɠl,

где Ɠ - единичная сила или коэффициент поверхностного натяжения, Н/м²; l - длина или периметр действия силы, м.

В месте со­прикосновения с твердым телом свободная поверхность искривляется: если те­ло не смачивается жидкостью, то появляется выпуклый мениск, если смачива­ется - вогнутый. В движущемся потоке жидкости непосредственно у смочен­ной поверхности русла скорость равна нулю, так как пограничный слой жидко­сти прилипает к ней и в движении не участвует.