Сила поверхностного натяжения.

На межфазной поверхности жидкости существует тонкий слой, в котором возникает напряжение, т.к. молекулы жидкости, находящиеся на поверхности, сильнее притягиваются молекулами внутренних слоев, чем молекулами другой фазы на межфазной поверхности. Действие сил поверхностного натяжения проявляется в стремлении жидкости уменьшить свою поверхность.

На создание новой поверхности F необходимо затратить некоторую работу А. Величина работы А, которую нужно затратить для образования единицы новой поверхности жидкости при постоянной температуре, называется коэффициентом поверхностного натяжения:

(1.6)

Вследствие поверхностного натяжения на любой искривленной межфазной поверхности жидкости возникает давление. Величина этого давления определяется формулой Лапласа:

(1.7)

где R- радиус кривизны поверхности и .

Массовые силы.

Массовые силы действуют на каждую частицу данного объема жидкости. К ним относятся: сила тяжести, центробежная сила, сила инерции и сила Кориолиса.

Сила тяжести: ,

Сила центробежная: ,

Сила инерции: ,

Сила Кориолиса:

m- масса, g- ускорение силы тяжести. - угловая скорость вращения, ускорение. r – радиус вращения. относительная скорость.

Основные физикомеханические свойства жидкости

1. Плотность:

2. Удельный вес:

3. Сжимаемость — свойство жидкости изменять свой объем при изменении внешнего давления. Оценивается коэффициентом объемного сжатия _v:

V — первоначальный объем жидкости, V — изменение объема, p — изменение давления.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости:

4. Температурное расширение — способность жидкости изменять свой объем при изменении температуры. Оценивается коэффициентом температурного расширения:

5. Поверхностное натяжение — способность жидкости занимать наименьший объем. Оценивается коэффициентом поверхностного натяжения.

6 . Вязкость — способность жидкости сопротивляться сдвигающим усилиям.

Обуславливается силами межмолекулярного сцепления и математически описывается законом вязкого трения Ньютона-Петрова, который гласит: «Напряжение внутреннего трения, возникающее между слоями жидкости при ее течении, прямо пропорционально градиенту скорости».

 — динамический коэффициент вязкости, S — площадь соприкосновения слоев, — градиент скорости.

В гидравлике кроме динамического коэффициента вязкости () используется кинематический коэффициент вязкости ().

Классификация жидкостей, модель сплошной среды

В отличие от твёрдых тел, жидкость может находиться в состоянии покоя только тогда, когда в ней отсутствуют касательные напряжения, т.е. силы, отнесённые к площади поверхности в жидкости и направленные по касательной к этой поверхности.

Жидкость в состоянии покоя не способна сопротивляться даже весьма малым касательным силам, т.к. эти силы вызовут течение жидкости, и она всегда примет форму ёмкости, в которой она находится.

Так себя ведут как капельные жидкости, так и газы.

В капельных жидкостях при обычных скоростях движения изменение давления приводит к незначительным изменениям объёма, поэтому во многих случаях их принимают несжимаемыми.

Изменение объёма газов при тех же изменениях давления значительно выше, чем у капельных жидкостей, ввиду чего газы также называют сжимаемыми жидкостями.

Реальные жидкости обладают вязкостью, которая при движении вызывает касательные напряжения, что сильно осложняет математическое описание движения. В целях упрощения решения некоторых задач гидромеханики используют понятие идеальной жидкости, не имеющей вязкости, при движении которой не возникают касательные напряжения.

По уравнениям, описывающим касательные напряжения, подразделяют капельные жидкости на ньютоновские - касательные напряжения, в которых определяются по закону внутреннего трения Ньютона - и неньютоновские - касательные напряжения в которых не подчиняются этому закону.

Получение уравнений движения жидкостей в виде дискретных сред (как совокупности молекул) представляет собой практически неразрешимую задачу. По этой причине в гидромеханике жидкость условно рассматривается как сплошная среда при сохранении свойств реальной жидкости.

Поскольку получение уравнений движения и равновесия жидкостей предполагает использование математического понятия бесконечно малых величин, принятие модели сплошной среды требует введения понятия физически бесконечно малого объёма. Этот объём должен быть достаточно малым по сравнению с объёмом тела, где изучается процесс гидромеханики, но большим по сравнению с межмолекулярными расстояниями.