Сили, що діють на рідину
Загальна характеристика рідини
Рідиною називається фізичне тіло, що володіє плинністю і приймає форму посудини, в якому воно знаходиться. Плинність - основний зовнішній ознака рідини. Рідини ділять на два види: краплинні і газоподібні.
Краплинні рідини (здатні утворювати краплі) характеризуються великим опором стисненню (майже повної нестислива) і малим опором розтягують і дотичним зусиллям. Ця властивість обумовлена незначністю сил зчеплення і сил тертя між частинками рідини. До крапельним рідин відносяться вода, спирт, гас, бензин, ртуть, нафта і т.д.
Газоподібні рідини (гази) мають великий сжимаемостью, що не чинять опору ні розтягуються, ні дотичним зусиллям і мають малу в'язкість.
Надалі будемо застосовувати термін «рідина» для крапельних рідин, спеціально розглядаючи випадки газів.
Системи одиниць вимірювання
Для вивчення механічних величин в основному застосовуються 3 системи одиниць вимірювання: фізична СГС, технічна МКГСС і міжнародна система СІ.
У фізичній системі за основні одиниці прийняті: довжини - 1 сантиметр; маси - 1 грам і часу 1 секунда.
У технічній системі за основні прийняті одиниці: довжина -1 метр; сили -1 кілограм-сила (1 кгс або скорочено 1 кг) і часу - 1 с. При цьому кілограм-сила (1кг) в технічній системі являє собою силу, здатну повідомити кілограму маси (1 кг) прискорення вільного падіння g = 9,81 м / с 2.
В системі СІ основними одиницями є: одиниця довжини - 1 метр (1 м); одиниця маси - 1 кілограм (1кг); одиниця часу - 1 секунда (1 с).
У цій системі за одиницю сили, що є похідною величиною, прийнятий 1 ньютон (1 Н) - сила, що повідомляє одному кілограму маси прискорення 1 м / с 2. Корисно мати на увазі, що 1 кг = 9,807 Н; 1 Н = 0,102 кг.
Сили, що діють на рідину
Внаслідок плинності (рухливості частинок) в рідини діють сили не зосереджені, а безперервно розподілені по її обсягу або по поверхні. Ці сили, що діють на рідину і є по відношенню до неї зовнішніми, ділять на масові (об'ємні) і поверхневі.
Масові сили пропорційні масі рідини або газу (для однорідної рідини пропорційні її обсягу). До масових силам відносяться сила тяжіння, відцентрова сила і т.д. Масові сили діють на кожну частку рідини і характеризуються ускорениями. Наприклад, сила тяжіння є найбільш поширеною масової силою, характеризується прискоренням сили тяжіння g = 9,81 м / с 2.
Поверхневі сили безперервно розподілені по поверхні рідини. Вони обумовлені безпосереднім впливом сусідніх обсягів на даний або ж впливом інших тіл (твердих або газоподібних), що межують з даної рідиною. З такими ж силами, але в протилежному напрямку, рідина діє на сусідні з нею тіла.
Можна уявити, як в загальному випадку поверхнева сила # 916; R - діюча на майданчик і спрямована під кутом до неї, може бути розкладена на нормальну (перпендикулярну до поверхні) і дотичну складові. Перша називається силою тиску. а друга - силою тертя. Зазвичай в гідравліки масові сили розглядають віднесеними до одиниці маси, а поверхневі - до одиниці площі. Так як масова сила дорівнює добутку маси на прискорення, то, розділивши її на масу, отримаємо масову силу, віднесену до одиниці маси. Результатом буде одинична масова сила, чисельно рівна відповідному прискоренню.
Одинична поверхнева сила (вся поверхнева сила, поділена на площу), називається напругою поверхневої сили і розкладається на нормальне і дотичне напруження. Нормальна напруга, тобто напруга сили тиску, називається гідродинамічним тиском (в разі спокою - гідростатичним тиском) або просто тиском, позначається буквою p і направлено по внутрішній нормалі, тобто є стискає. Якщо сила тиску рівномірно розподілена по майданчику. то середній тиск визначається за формулою
Отже, тиск - це сила, яка діє на одиницю площі і спрямована по нормалі.
Дотичне напруження в рідині, тобто напруга тертя, позначається буквою і виражається так
За одиницю тиску в системі СІ прийнятий Паскаль - тиск, що викликається силою 1 Н, рівномірно розподіленим по нормальної до неї поверхні площею 1 м 2. У техніці основною одиницею тиску є атмосфера (технічна атмосфера), кг / - тиск, що викликається силою 1 кг рівномірно розподіленої за нормальною до неї поверхні площею 1.
Дотичне напруження має ту ж розмірність і ту ж одиницю виміру в системі СІ, що і тиск.