Основные теоретические сведения. Методические указания и контрольные задания

1. Свойства жидкостей. Гидростатика

Гидростатика изучает законы равновесия жидкости и взаимодействие покоящейся жидкости с твердыми телами. В данном разделе изучаются физические свойства жидкостей и методы применения законов гидростатики для решения практических задач.

1) Следует изучить основные физические свойства жидкостей, уяснить понятие давления, суть закона Паскаля. Изучить основное уравнение гидростатики и следствия этого уравнения. Необходимо также установить связь сил давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности с силой Архимеда, научиться владеть понятиями центра масс, центра давления и тела давления и работать с ними.

2) При решении задач по гидростатике прежде всего нужно хорошо усвоить и не путать такие понятия, как давление p и сила давления F.

3) При решении задач на определение давления в той или иной точке неподвижной жидкости следует пользоваться основным уравнением гидростатики (1.1). Применяя это уравнение, нужно иметь в виду, что второй член в правой части этого уравнения может быть как положительным, так и отрицательным. Нужно помнить, также, что при увеличении глубины давление возрастает, а при подъеме к поверхности – уменьшается.

4) Необходимо точно различать давления абсолютное, избыточное и вакуум и обязательно знать связь между давлением, удельным весом и высотой столба жидкости, соответствующей этому давлению.

1.1. Физические свойства жидкостей

Жидкостью называется физическое тело, обладающее текучестью, то есть большой подвижностью частиц относительно друг друга. Различают капельные (истинные жидкости, приобретающие форму капли при малых объемах) и газообразные (газы) жидкости. Основные физические характеристики жидкости - плотность, сжимаемость, тепловое расширение, вязкость.

Плотность ρ - отношение массы m жидкости к ее объему V: . Единицы измерения плотности - кг/м³ (СИ), г/см³, т/м³.

Удельный вес  – отношение веса G некоторого количества жидкости к ее объему V . С плотностью жидкости удельный вес связан через ускорение свободного падения: . Единица измерения – Н/м³ (СИ).

Упругость (объемная упругость) - свойство жидкости сопротивляться изменению объема под действием внешнего давления. Она оценивается коэффициентом объемной упругости К, связывающим относительное уменьшение объема жидкости ΔV/V и изменение давления Δр: . Знак (-) показывает, что при увеличении давления на жидкость (Δр>0) ее объем уменьшается (ΔV<0). Размерность К в системе СИ– паскаль (Па).

Вязкость (внутреннее трение) - свойство жидкости сопротивляться относительному скольжению ее слоев и частиц друг относительно друга или относительно твердой поверхности. Она оценивается динамическим коэффициентом вязкости , который измеряется в паскаль-секундах (Пас) и равен касательному напряжению между соседними слоями, если градиент скорости равен 1. Кинематический коэффициент вязкости  определяют из формулы и измеряют в квадратных метрах на секунду (м²/с) или в стоксах (1Ст= 1 см²/с). Эти коэффициенты определяются видом жидкости, не зависят от скорости течения и существенно уменьшаются с возрастанием температуры.