6. 4 Методи вивчення рідини в гідравліці

Об’єктом вивчення в гідродинаміці є потік рідини. Рідини рухаються під впливом зовнішніх сил, таких як сила тяжіння, зовнішній тиск і т. інш. Рух рідин характеризується швидкістю і гідродинамічним тиском. Враховуючи, що реальні рідини володіють рядом властивостей, в тому числі і в’язкістю, які важко врахувати при вивченні руху рідин, вивчення його починається з нев’язкої (ідеальної) рідини, тобто без врахування сил тертя, а потім в отримані теоретичні залежності вносяться уточнення.

Рух рідини, якщо його розглядати як рух системи необмеженої кількості матеріальних частинок, являє собою дуже складний процес; частинки рідини рухаються по різному, кожна по своїй траєкторії, з різними швидкостями і прискореннями; вивчення цього процесу пов’язано зі значними труднощами.

В гідродинаміці розрізняють два принципово різних аналітичних методи вивчення руху рідин: метод Ж. Лагранжа та метод Л. Ейлера.

В обох випадках рідина (крапельна і газоподібна) розглядається як безперервне середовище , що займає простір скрізь де вона рухається. В якості дрібного елементу рідини приймається «частинка» дуже малих (дрібних) розмірів, але вона (частинка) не порівнюється з молекулою або атомом; внаслідок чого розглядається схема яка є неприймальною до вивчення молекулярних рухів

Метод Лагранжа полягає в розгляді руху кожної частинки рідини, тобто траєкторії її руху. Відповідно методу Лагранжа дослідженню та вивченню належить рух окремих частинок рідини.

Внаслідок значної складності його сприймання цей метод (методу Лагранжа) не набув широкого розповсюдження.

Метод Ейлера полягає в розгляді загального руху рідини в різних точках рідинного середовища в певний момент часу.

Цей метод дозволяє визначити швидкість руху рідини в любій її точці в любий момент часу, тобто характеризується побудовою поля швидкостей, а тому широко застосовується при вивченні руху рідин.

Відповідно методу Ейлера досліджується поля векторних й скалярних параметрів руху рідини, не торкаючись питань, як рухається та чи інша елементарна кожна окрема частинка; в багатьох випадках практичного використання це є дуже важливим і достатнім для вирішування задач практичного спрямування.

Два принципово різних аналітичних метода вивчення та поводження рідини що рухається: метод Лагранжа і метод Ейлера наведено на рис. 3. 2.

а) методу Ейлера	б) методу Лагранжа
Рисунок 3. 2 До ілюстрації двох аналітичних метода вивчення руху рідин

Відповідно методу Лагранжа оцінку рідини, яка рухається надають по сукупному розгляді траєкторій, у відповідності з якими рухається кожна частинка визначеного об’єму рідини.

Відповідно методу Ейлера потік рідин в будь – який момент часу можливо представити векторним полем швидкостей, які можливо віднести до нерухомих точок простору визначеного потоку рідини.

Для пояснення загальної картини руху (течії) рідини в різних точках потоку необхідно побудувати векторне поле швидкостей для даних окремих точок отримана таким чином система векторів характеризує рух рідини і має назву векторного поля або полем швидкостей, а при встановленому русі – ще й змінюється в часі.