Технічні закладу, довідковий посібник, фізика, інформатика

Довідкове пособіе.Механіка рідин і газів.

Глава 7. Механіка рідин і газів.

На відміну від твердих тіл рідини і гази мають властивість плинності. внаслідок чого вони не мають постійної форми. але приймають форму того судини, в якому знаходяться. Рідини, однак, мають певний обсяг. Гази ж не мають і певного обсягу. але заповнюють весь наданий їм простір.

При стисненні рідини або газу в них виникають сили пружності, що перешкоджають подальшому стисненню. Ці сили отримали назву сил давленіяFдавл.

Сили тиску діють з боку рідини (газу) на поверхню дотичних з ними тіл і спрямовані завжди перпендикулярно до поверхні.

Модуль сили тиску Fдавл визначається не тільки властивостями самої рідини (газу), але і залежить від площадіSповерхності. на яку діє сила, - чим більше площа поверхні, тим більше і сила тиску рідини (газу) на цю поверхню.

Для того щоб характеризувати здатність самої рідини (газу) діяти з певною силою на дотичну з нею поверхню, використовують спеціальну фізичну величину - тиск.

Одиниця виміру в системі СІ - Па (паскаль),

1 Па = 1 Н / 1м 2

У вигляді математичної формули це визначення можна записати в такий спосіб:

Тиск є скалярною величиною, т. Е. Характеризується тільки своїм числовим значенням.

Значення тиску збігається чисельно зі значенням сили тиску Fдавл. діючої на одиницю площі поверхні.

Тиск характеризує здатність стислій рідини (газу) діяти з певною силою на поверхні навколишніх тіл.

Тиск не залежить від площі поверхні навколишніх тіл, але є характеристикою рідини (газу) і визначається тільки ступенем стиснення і властивостями самої рідини (газу).

Якщо нам відомо тиск p рідини, то ми легко визначимо силу Fдавл. з якої ця рідина (газ) діє на поверхню площею S за такою формулою:

Спочиваюча рідина (газ) може бути стиснута або зовнішніми силами. діючими на її поверхню (поверхневими силами), або силою тяжіння. коли верхні шари рідини (газу) своєю вагою тиснуть на нижні шари. Таким чином, тиск p буде складатися з двох складових: p п - тиску, створеного поверхневими силами. і p в - тиску, обумовленого вагою самої рідини (газу).

Для спочиває рідини справедливий закон Паскаля.

Тиск p п. Створене поверхневими силами, передається безізмененія в кожну точку спочиває рідини.

де r - щільність рідини (газу),

g = 9,8 м / с 2 -прискорення вільного падіння,

У рідині, що рухається (газі) виникають сили в'язкого тертя. дія яких проявляється при русі рідини (газу) на значну відстань або при протіканні рідини (газу) крізь вузькі отвори і призводить до зменшення тиску рідини (газу).

Якщо труба досить широка і не дуже довга. силами в'язкого тертя можна знехтувати. У цьому випадку тиск рідини (газу) в трубі постійного перетину буде скрізь однаковим.

Якщо ж труба має непостійне перетин, то тиск в різних ділянках труби все одно буде відрізнятися. Справа в тому, що кількість рідини (газу), що протікає через будь-який поперечний переріз труби повинно бути однаковим. Щоб вузька частина труби змогла пропускати ту ж саму кількість рідини (газу), що і широка, швидкість рідини (газу) в ній повинна бути вище. Тому при впадання рідини (газу) в вузьку частину труби її швидкість збільшується. Збільшення швидкості призводить до зменшення ступеня стиснення рідини (газу) і, отже, до зменшення її тиску. Якщо ж рідина (газ) потрапить після цього в широку частину труби, її швидкість знову зменшиться, а тиск збільшиться. Цей закон був сформульований Данилом Бернуллі і носить його ім'я.

Чим більше швидкість рідини (газу), що тече в трубі, тим менше її тиск.

Для регулювання тиску рідини (газу), що протікає по трубі використовують дроселі (від німецького слова drosseln - душити, скорочувати).

Дросель - це вузький отвір, при протіканні через яке тиск рідини (газу) зменшується.

Зменшення тиску відбувається з? За дії сил в'язкого тертя і буде тим більше, ніж меньшеразмер отвори і чим вишескорость рідини (газу).

Сили в'язкого тертя перешкоджають рідини (газу) безперешкодно проходити через дросель, що призводить до зниження швидкості і, як наслідок цього, - до збільшення тиску рідини (газу) перед входом в дросель.

Оскільки дросель впливає на швидкість протікання рідини (газу), його можна використовувати для регулювання витрати рідини (газу).

Витрата - це кількість рідини (газу), що протікає по трубі за одиницю часу. (Одиниця виміру в системі СІ - м 3 / с)