2. Модели жидкости.

Для решения многообразных сложных задач, часто приходится прибегать к изучению рассматриваемых процессов на упрощенной модели, учитывающей лишь неко­торые свойства жидкости.

Одна из таких моделей, позволяющих изучать общие закономерности - модель идеальной жидкости. В этом случае жидкость счита­ется несжимаемой и лишенной вязкости.

Идеальной жидкостью называют воображаемую жидкость, которая характеризуется:

а) абсолютной неизменяемостью объема (при изменении давления и темпе­ратуры);

б) полным отсутствием вязкости, т. е. сил трения при любом ее движении.

Для изучения технических процессов применяется модель реальной жидкости (эта жидкость малосжимаема, при движении в ней проявляются силы внутреннего трения).

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.

В покоящейся жидкости касательные напряжения всегда отсутствуют. В движущейся жидкости касательные напряжения обычно имеют место: именно при движении жидкости по поверхностям скольжения жидких слоев друг по другу возникает трение, которое и уравновешивает внутренние каса­тельные силы.

3. Силы, действующие на жидкость.

В состоянии покоя или движения на жидкость действуют различные силы.

1. Силы массовые (или объемные) действуют на все частицы данного объема жидкости; к таким силам относятся сила тяжести, сила инерции, центробежные силы и т. п.

2. Поверхностные силы приложены к той или иной поверхности, ограничивающей рассматриваемый объем жидкости или проведенной внутри этого объема; к таким силам относятся нормальные и касательные силы, т.е. силы гидродинамического давления, силы трения, силы упругости.

Массовые силы пропорциональны массе жидкости, а для однородных жидкостей - пропорциональны объему, в связи, с чем их часто называют объемными. Общая закономерность для таких сил выражается следующим соотношением:

F_m = paW,

где р - плотность жидкости, кг/м³; а - ускорение, м/с²; W - объем жидкости, м³.

Поверхностные силы пропорциональны площади той поверхности жидкости, на которую они действуют. В общем виде такую закономерность можно выразить формулой

F_p = pω,

где р - единичная сила или напряжение, Н/м²; ω - площадь действия силы, м².

Лабораторная работа № 1 Определение динамической вязкости жидкости

Цель работы: экспериментально определить динамическую вязкость µ жидкости; сравнить полученные данные с табличными значениями вязкости.

Приборы и оборудование: вискозиметр Стокса, секундомер.

Вискозиметр Стокса входит в состав устройства I (комплекс «Приборы») портативной лаборатории «Капелька» /6/; он представляет собой цилиндриче­скую полость с помещённым вовнутрь шариком, заполненную исследуемой жидкостью (рис. 1, прибор 3). Вязкость определяется по скорости падения ша­рика в жидкости.

Рис. 1. Схема комплекса «Приборы» /6/:

1 - термометр; 2 - ареометр; 3 - вискозиметр Стокса; 4 - плотномер-вискозиметр;

5 - капиллярный вискозиметр; 6 - сталагмометр

Последовательность проведения опыта:

1) подготовить к работе секундомер;

2) быстро повернуть устройство I в вертикальной плоскости на 180^о; тогда шарик окажется в верхней части цилиндра и начнёт двигаться вниз;

3) с помощью секундомера зафиксировать время t, прохождения шариком отрезка l между двумя метками в приборе 3,

4) по термометру устройства I (прибор 1) определить температуру Т жидкости.

Опыт повторить три раза, после чего вычислить среднеарифметическое значение времени t. Результаты измерений занести в табл. 1.1.

Обработка опытных данных:

1) записать в отчёт паспортные значения диаметров шарика (d) и цилин­дрической ёмкости (D), плотности жидкости (р) и материала шарика (р_ш),

2) вычислить опытное значение динамической вязкости исследуемой жидкости по эмпирической формуле

µ = , Па с (4)

и все данные занести в табл. 1.1;

Таблица 1.1. Результаты опытного определения динамической вязкости жидкости

р, кг/м3	рш, кг/м3	d, м	D, м	l, м	µ', Па с	t, с	µ, Па с
900	1136	0,008	0,0231	0,07		15,96	2,09

Т=25^оС; t₁=14,54; t₂=17,55; t₃=15,79

1. Погрешность (ошибка) = ((17,55-15,79)/15,79) 100%=10,03%

2) µ = =

3) сравнить полученное опытное значение µ с табличным, см. табл. 2 приложения.

Таблица 2. Физические свойства жидкостей при температуре 20 ^оС /6/

Жидкость	р, кг/м3	β, МПа-1	β', К-1	, м2/с	Ɠ Н/м
Масло индустриальное	900	0,72	0,73	110	25