Основні поняття гідравліки. Основні закони гідростатики.
Гідравліка або технічна механіка рідини наука про закони рівноваги і руху рідини, про способи застосування цих законів до вирішення завдань. У гідравліки, як і в механіці твердих тіл, виділяють кинематику рідини, гідростатику і гідродинаміку.
Гідростатика вивчає закони рівноваги (спокою) рідини.
Кінематика рідини є розділом гідравліки, в якому рух вивчається поза залежно від діючих сил. У кінематиці встановлюється зв'язок між геометричними характеристиками руху і часом.
Гідродинаміка вивчає закони руху рідини.
У гідравліки прийнято об'єднувати рідини, гази і пари під єдиним найменуванням - рідини. Жідкостьюв гідравліки називають фізичне тіло здатне змінювати свою форму при впливі на неї як завгодно малих сил. Здатність рідини необмежено деформуватися під дією як завгодно малих сил називаються плинністю. Це одне з основних властивостей рідин.
Плинність рідини обумовлена тим, що рідина здатна надавати досить сильну протидію стискає зусиллям і практично не чинить опору розтягують (сдвигающим) зусиллям. Саме тому рідина приймає форму судини, в якому міститься.
Ідеальна та реальна рідина.
У гідравліки розглядаються макроскопічні руху рідин, а також силове взаємодія з твердими тілами. При цьому, як правило, розміри розглянутих обсягів рідин, газів і твердих тіл виявляються незрівнянно більшими в порівнянні з розмірами молекул і міжмолекулярними відстанями. Зазначені обставини дозволяють ввести гіпотезу сплошностіізучаемой середовища і замінити реальні дискретні об'єкти спрощеними моделями, що представляють собою матеріальну середу, маса якої безперервно розподілена за обсягом. Така ідеалізація спрощує реальну систему і дозволяє використовувати для її опису добре розроблений математичні обчислення нескінченно малих і теорію неперервних функцій.
Теоретичні результати, подученний для гіпотетичної суцільного середовища, тим краще співпадуть з результатами спостережень, чим повніше і точніше враховані в ній властивості реальних рідин і газів. На жаль, ідеалізацію середовища в багатьох випадках не вдається обмежити тільки допущенням її суцільності. Складність досліджуваних явищ змушує відмовлятися від обліку і деяких інших властивостей реальних середовищ. Залежно від тих властивостей, які приписуються гіпотетичної суцільному середовищі, отримують різні її моделі.
Застосовується модель ідеальної рідини, яка характерезуется6
- рідина не стискається.
Фізичні властивості рідини.
Рідина має ряд властивостей:
Плинність проявляється в тому, що рідина в звичайних умовах не витримує зсувних та напруг, що розтягують. Дана властивість зближує рідина з газами. У гідравліки розрізняють стискувані і нестискувані рідини
Щільність середовища. характеризує масу в одиниці об'єму
де - маса тіла, кг; - обсяг тіла, м 3.
Питома вага - відношення ваги тіла до його об'єму
В'язкість - молекулярні руху в рідинах обумовлюють опір цих середовищ сдвигающим зусиллям.
Механізм виникнення сили опору можна представити таким чином. Шар рідини, що прилягає до платівці, прилипає до неї і рухається разом з платівкою зі швидкістю. Внаслідок молекулярних зв'язків цей шар захоплює за собою наступний і т. Д. Оскільки нижній шар примикає до нерухомої платівці, його швидкість дорівнює нулю. Таким чином, в рідині виникає шарувату рух з деяким розподілом швидкостей по висоті і = f (y). В даному випадку розподіл швидкостей лінійне. Внаслідок дії міжмолекулярних зв'язків між рухомими шарами рідини виникають сили в'язкості або внутрішнього тертя. Ньютон вказав на ті параметри, від яких залежить величина цієї сили. Для розглянутого шаруватого руху
де # 956; - динамічний коефіцієнт в'язкості; S - площа дотику шарів; - градієнт швидкості, що є показником інтенсивності зміни величини швидкості по нормалі до її напрямку.
де t - дотичне напруження.
Дотичне напруження в рідині залежить від відносного переміщення частинок.
Динамічний коефіцієнт в'язкості # 956; є основною кількісною характеристикою в'язкості рідин та газів.
Поряд з динамічним коефіцієнтом в'язкості в Гідрогазодинаміки широко використовують кінематичний коефіцієнт в'язкості # 957 ;, який визначається співвідношенням
де - щільність рідини.
Одиницею вимірювання кінематичного коефіцієнта в'язкості служить м 2 / с.
Кількісно стисливість оцінюється ізотермічним коефіцієнтом стисливості:
де - питомий об'єм,. Рідини, на відміну від газів, мають малу сжимаемостью. Коефіцієнт стисливості більшості рідин лежить в межах (Н / м 2) -1. Для всіх рідин він зменшується зі зростанням тиску і зростає з підвищенням температури.
Обсяг рідин і газів змінюється не лише при зміні тиску, а й при зміні температури. Як правило, рідини і гази розширюються з підвищенням температури, а щільність їх при цьому зменшується. Виняток становить вода, щільність якої зростає при підвищенні температури від 0 до 4 ° С і досягає максимуму при 4 ° С. Така аномалія пояснюється особливостями молекулярної будови води.
Кількісно зміна обсягу при зміні температури і постійному тиску оцінюється коефіцієнтом теплового об'ємного розширення
У рідин цей коефіцієнт залежить від температури і тиску, зростаючи з підвищенням першої і зменшуючись зі збільшенням другого.