6. 3 Головне поняття рідина. Рідина реальна та ідеальна (рідина ньютонівська і не ньютонівська)

В природі розрізняють 4 агрегатних стану речовини: тверде, рідинне, газовий стан і плазму.

Рідина – є об’єктом вивчення в гідравліці, гідрології та інших прикладних науках інженерного спрямування.

Рідина займає поміжне положення між твердими і газовими тілами. Властивості рідин при низьких температурах і високому тиску ближче до властивостей твердих тіл, а при високій температурі і низькому тиску – до властивостей газів.

При зміні тиску або температури рідке тіло може переходити у тверде або газоподібне (наприклад, при дуже високих тисках у звичайній воді утворяться кристали льоду) і навпаки, при зниженні твердості в рідині можуть з'явиться пухирці, заповнені пором (газом). [1, стор. 11].

Рідини – це речовини, що знаходяться в конденсованому агрегатному стані, проміжному між твердим і газоподібним тілами. Це визначення в більш вузькому розумінні стосується краплинних рідин. Такі рідини не мають своєї форми, а приймають форму об’єму тієї посудини, в яку вони налиті.

Рідиною – називають фізичне тіло, якому притаманні властивості текучості, в силу чого рідина не має своєї власної форми і приймає форму того сосуду в котрому вона розташовується.

Рідина – є фізичне тіло, що характеризується двома особливими властивостями:

1. Вона досить мало змінює свій обсяг при зміні тиску або температури; щодо цього рідина схожа із твердим тілом.

2. Вона має плинність, завдяки чому рідина не має власної форми й приймає форму посудини, у якому вона перебуває; щодо цього рідина відрізняється від твердого тіла і є подібною з газом [1, стор. 11].

267. Рідина – фізичне тіло, що володіє:

а) у відмінності від твердого тіла плинністю (701);

б) у відмінності від газу досить малою змінюваністю свого обсягу (при зміні тиску або температури).

Примітка: Іноді рідина в широкому змісті слова називають і газ; при цьому рідина у вузькому змісті слова, задовольняє дві умови (див. п.п. а) і б), іменують дотичною рідиною [2, стор. 30].

Реальні рідини поділяються на два види: крапельні та газоподібні.

Крапельні рідини характеризуються більшим опором стисканню (практично повний опір силам стикання) і малим опором дотичним зусиллям і зусиллям на розтягуванням, які обумовлені незначністю дії сил щеплення і сил тертя між частинами рідини. До краплинних рідин відносять воду, нафту і нафтопродукти, бензин, керосин, ртуть, спирт і таке інше.

Газоподібні рідини характеризуються великою силою стискання і не оказують опір ні дотичним зусиллям ні зусиллям які направлені на розтягування, крім того вони мають малу в’язкість. До газоподібних рідин належать усі гази: неон, фреон, пропан, бутан і таке інше.

При вивченні дисципліни «Гідравліка та сільськогосподарське водопостачання» розглядаються і вивчаються тільки краплинні рідини, однак більшість властивостей крапельних рідин притаманні газоподібним рідинам, а також більшість механічних законів однаково для обох видів рідин.

Для полегшення вивчення законів руху рідини використовують визначення «ідеальної» і «реальної» рідини.

Ідеальними рідинами називають нев’язкі рідини, яким притаманна абсолютна рухомістю, коли відсутні сили тертя і дотичної напруги і повною незмінністю об’єм рідини під дією зовнішніх сил.

Реальними рідинами називають в’язкі рідини, які характеризуються стисканістю, чинять опір зусиллям на розтягування і зсуву характеризується достатньою рухомістю, коли мають місце сили тертя і дотична напруга.

Крім того, реальна рідина може бути ньютонівської і неньотонівською (бінгемовські)

В ньютонівських рідинах при русі одного шару рідини відносно іншого величина дотичної напруги (сили внутрішнього тертя) пропорційна швидкості зсуву У разі коли рідина знаходиться в стані відносного покою ці напруги дорівнюють нулю. Така закономірність вперше була встановлена Ньотоном в 1686 р., тому ці рідини (бензин, керосин, гліцерин та інші) називають ньютонівськими рідинами.

267. Рідина ідеальна – уявлювана модель [403] ідеальної рідини, що представляє собою безперервне рідке тіло [267], що характеризується абсолютною незмінюваністю обсягу (при зміні тиску або температури) і повною відсутністю в'язкості [123].

Примітка: Іноді вважають, що ідеальна рідина характеризується відсутністю здатності: а) випаровуватися й б) пручатися розтяганню [2, стор. 31].

Рідину - мають повну нерухомість.

Неньютонівськім рідинам не притаманна підвищена рухомість і на відзнаку від ньютонівських рідин наявність дотичних зусиль (сили внутрішнього тертя) і її знаходженням в стані спокою і рівноваги. Ця особливість вперше була визначена Шведовим Ф. Н. (1889 р.), а потім Бенгамом (1916 р.), тому такі рідини (бітум, гідравлічні суміші, розчини глини, колоїдні розчини, нафтопродукти при їх температурах близьких до застигання і таке інше) отримали і іншу назву - бінгамовські.

Рідина неньютонівска - уявлювана модель рідини [403], що представляє собою рідке безперервне тіло [267], для якого поздовжні дотичні напруження внутрішнього тертя [434] при прямолінійному русі рідини прямо пропорційні градієнту швидкості по нормалі [191] у ступені m, у відмінній від одиниці (див. рис. 1)

;

де: - коефіцієнт динамічної в'язкості або коефіцієнт в'язкості, або коефіцієнт молекулярної (фізичної) в'язкості [2, стор. 31 і 28].

Рис. 1.

276. Рідина ньютонівска – уявлювана модель рідини [403], що представляє собою безперервне рідке тіло [267], для якого поздовжні дотичні напруження внутрішнього тертя [434] при прямолінійному русі рідини прямо пропорційні першого ступеня градієнта швидкості по нормалі [191] (див. рис. 2)

[2, стор. 31].

Рис. 2