2. Физические свойства жидкости

2.1. Предмет «Гидравлика». Основные понятия. Модели жидкой среды

Понятие "гидравлика" произошло от греческого слова hydraulikos, включающего два слова hydor – вода и aulos – труба, и первоначально означало учение о движении воды по трубам.

Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ее телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидравликой. Если помимо жидкостей изучают движение газов (воздуха) и обтекание ими тел, то науку называют аэрогидравликой.

Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач называют гидравликой.

В гидравлике рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т.е. течения в открытых и закрытых руслах (каналах). В понятие «русло» и «канал» включают различные трубопроводы, насадки, элементы гидромашин и другие устройства, внутри которых протекает жидкость.

В природе различают четыре агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Жидкость занимает промежуточное положение между твердыми веществами и газами.

Жидкость – физическое вещество, обладающее большой подвижностью частиц и всегда принимающее форму сосуда, в котором она находится.

Термину "жидкость" в гидромеханике часто придают более широкий смысл, чем это принято в обыденной жизни. В понятие "жидкость" включают все вещества, которым свойственна текучесть, т.е. способность сильно изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. Таким образом, в это понятие включают как жидкости обычные, называемые капельными, так и газы. Первые отличаются тем, что в малом количестве под действием поверхностного натяжения принимают сферическую форму, а в большом – обычно образуют свободную поверхность раздела с газом.

Важной особенностью капельных жидкостей является то, что они ничтожно мало изменяют свой объем при изменении давления, поэтому их обычно считают несжимаемыми. Газы, наоборот, могут значительно уменьшатся в объеме под действием давления и неограниченно расширяться при отсутствии давления, т.е. они обладают большой сжимаемостью.

В гидравлике рассматриваются главным образом капельные жидкости, газообразные - в смежных разделах механики жидкости (термодинамике и аэромеханике).

Следует заметить, в гидравлике жидкость рассматривают как непрерывную среду, заполняющую пространство без пусто и промежутков.

Различают следующие модели жидкой среды:

а) иде­альную;

б) ньютоновскую;

в) неньютоновскую.

Для облегчения и упрощения ряда теоретических выводов в гидравлике иногда используют понятие иде­альной жидкости, обладающей абсолютной несжимаемо­стью, полным отсутствием температурного расширения и не оказывающей сопротивления растягивающим и сдви­гающим усилиям. Отсюда, идеальная жидкость — жид­кость фиктивная, не существующая в действительности.

Жидкость, обладающая вязкостью, называют ньютонов­ской жидкостью, то есть для нее справедлив закон Ньютона.

Жидкости, для которых неприемлем закон Ньюто­на, называют неньютоновскими или аномальными жид­костями (суспензии и коллоидальные растворы и т. д.).

В общих курсах гидравлики обычно изучают лишь ньютоновские жидкости; неньютоновские, как правило, здесь не рассматриваются, этим занимается реология — специальная наука, выделившаяся в самостоятельный раздел механики.

К основным физическим характеристикам жидкостей, с которыми приходится иметь дело при гидравлических расчетах относятся: 1) плотность; 2) удельный вес; 3) вяз­кость; 4) адсорбция и кавитация.