1.5 Сили, що діють в рідині

Усі сили, що діють у рідині, можна розподілити на внутрішні і зовнішні (рисунок 1.12).

Рисунок 1.12

Внутрішні – це сили взаємодії між окремими частинками рідини. До внутрішніх сил відносяться сили пружності і сили в’язкості (тертя) .

Зовнішні – це сили, які прикладені до окремих частинок або до виділеного елементарного об’єму з боку других матеріальних тіл, в тому числі і з боку оточуючої рідини. До зовнішніх сил відносяться масові і поверхневі сили.

Масові сили – це сили, які прикладені до всього об’єму рідини і зумовлені масою цього об’єму. Масові сили пропорційні масі рідини, а для однорідної рідини – пропорційні об’єму.

До масових сил відносяться:

а) сила тяжіння ;

б) сила інерції ;

в) відцентрова сила ;

г) сила Коріолісова .

До речі, в майбутньому швидкість будемо розподіляти на такі складові:

а) абсолютна швидкість - це швидкість відносно поверхні Землі;

б) переносна швидкість - це швидкість стінок каналу чи бака, де знаходиться рідина;

в) відносна швидкість - це швидкість рідини відносно стінок каналу чи бака, які рухаються.

Масові сили прийнято відносити до одиниці маси:

, (1.18)

де , , - проекції одиночних масових сил на відповідні осі координат.

Відомо, що будь-яка масова сила є добутком маси на прискорення. Тому кількісно одинична масова сила дорівнює відносному прискоренню. Наприклад, якщо об’єм рідини знаходиться тільки у полі тяжіння, то на нього діє одинична масова сила ( ; в даному випадку , , ) (рисунок 1.13).

Рисунок 1.13

Поверхневі сили – це сили, що діють лише на поверхні об’єму, що розглядається. До поверхневих сил відносяться сили тиску і сили тертя .

Поверхневі сили безперервно розподілені по поверхні рідини і, якщо розподілені рівномірно, пропорційні площі поверхні.

Звичайно поверхнева сила, яка діє на поверхні, має напрямок під кутом, тому її можна розкласти на нормальну і дотичну складові (рисунок 1.14).

Рисунок 1.14

Поверхневу силу, яка діє нормально до будь-якої площадки, називають силою тиску .

Поверхневу силу, яка діє по дотичній до будь-якої площадки, називають силою тертя .

Поверхневі сили прийнято відносити до одиниці площі. Ці одиничні сили будемо називати напругою (нормальна і дотична напруги). Нормальну напругу (напругу сили тиску) називають гідромеханічним тиском (для стану спокою – гідростатичним тиском) і позначають  ; дотичну напругу в рідині (напругу сили тертя) позначають  :

,

. (1.19)

Одиниці вимірювання нормальної і дотичної напруги – Па.

На рисунку 1.15 відображені напрямки дії нормальної і дотичної напруги.

Рисунок 1.15

Слід зауважити, що на рух матеріального тіла впливають тільки зовнішні сили. Внутрішні сили не здатні змінити рух матеріального тіла – ні його напрямок, ні розмір швидкості. Тому у подальшому ми будемо враховувати лише зовнішні сили, що діють у рідині.