Малюнок 6.1 - Трубка Піто
Розглянемо лінію струму, яка впирається своїм кінцем в центр трубки Піто. Швидкість рідини змінюється від величини (швидкості потоку далеко від отвору трубки) до нуля (перед отвором трубки). Тому, відповідно до рівняння Бернуллі, тиск, як перед отвором трубки, так і всередині трубки Піто, буде більше, ніж тиск рідини в точках, розташованих далеко від отвору. Це пов'язано з тим, що далеко від отвору потік необуреним, а перед отвором - обурений. Різниця тисків буде дорівнює величині. Це означає, що манометр, з'єднаний з трубкою Піто, покаже повний тиск. рівне
- - тиск необуреного потоку, зване статичним тиском;
- - тиск обуреного потоку, зване динамічним тиском.
Якщо в трубці Піто зробити бічний отвір, тоді швидкість і тиск поблизу такого отвору будуть приблизно рівні швидкості і тиску необуреного потоку далеко від отвору трубки. Тому манометр, прикріплений до такій трубці, називається зондом і показує статичний тиск рідини (рисунок 6.2).
Малюнок 6.2 - Зонд
По різниці повного і статичного тисків можна знайти величину динамічного тиску. а отже і швидкість течії рідини. якщо щільність рідини вважається заздалегідь відомою. Якщо зонд і трубку Піто змонтувати разом і під'єднати їх до диференціального манометру. який вимірює різницю тисків. можна отримати прилад для вимірювання швидкості рідини.
6.2 Сили внутрішнього тертя. В'язкість.
Всім рідин в більшій чи меншій мірі властива в'язкість або внутрішнє тертя.
В'язкість - це явище припинення руху в рідині після припинення причин виникнення даного руху.
Погрозами в рідину дві паралельні один одному пластини, довжина яких перевищує відстань між ними (рисунок 6.3).
Малюнок 6.3 - Рух двох паралельних один одному пластин в рідини
Одна платівка починає рух зі швидкістю під дією сили. Для збереження сталості швидкості необхідно дію сили тертя в протилежному напрямку і рівною за величиною, тобто .
Змінюючи величини. площа пластин і відстань між ними. можна отримати вираз:
У вираженні (6.2) величина залежить від виду і стану рідини (температури і т.п.) і називається коефіцієнтом внутрішнього тертя. коефіцієнтом в'язкості або просто в'язкістю рідини.
Друга пластина при русі першої теж прийде в рух в протилежному напрямку під дією сили. яка врівноважується силою.
Вплив пластин один на одного здійснюється через рідину, укладену між пластинами, передаючись від одного шару рідини до іншого. Дослідження швидкості частинок в різних шарах рідини показують, що процес зміни швидкості уздовж осі носить наступний характер:
Частинки рідини біля пластин приблизно рівні швидкостям пластин, тому справедливо співвідношення
Підставляючи (6.4) в (6.2) отримуємо
З виразу (6.5) можна виразити коефіцієнт в'язкості:
Визначимо одиниці виміру в'язкості:
Таким чином, одиницею виміру в'язкості є Паскаль на секунду [Па с].
Коефіцієнт в'язкості залежить і від температури рідини. При підвищенні температури величина коефіцієнта в'язкості зменшується.
6.3 Ламинарное і турбулентний течії
Ламінарний плин - протягом, при якому ковзають щодо один одного шари рідини, не перемішуються.
Турбулентний плин - протягом, в якому шари рідини перемішуються.
При турбулентному плині швидкість частинок в кожній точці весь час змінюється. Таким чином, протягом є нестаціонарним. Характер перебігу визначається безрозмірною величиною - числом Рейнольдса:
У вираженні (6.7) величина - є середня по перетину труби швидкість потоку.
В'язкість рідини є динамічною в'язкістю. За допомогою співвідношення виду визначається кінематична в'язкість. За допомогою кінематичної в'язкості так само можна визначити значення числа Рейнольдса:
Число Рейнольдса може служити критерієм подібності для течії рідин.
6.4 Перебіг рідини в круглій трубі
При русі рідини в круглій трубі:
- у стінок труби швидкість рідини дорівнює нулю;
- на осі труби швидкість рідини є максимальною.
Розглянемо процес ламінарного течії рідини в круглій трубі.
Для того, щоб відстежити динаміку зміни швидкості рідини по подовжньому перетину труби. розглянемо дію сил на внутрішній уявний циліндр, що є частиною шару рідини:
1. Оскільки протягом ламинарное, воно є стаціонарним. Тому швидкість переміщення частинок рідини постійна. Векторна сума зовнішніх сил, прикладених до рідини, дорівнює нулю.
2. На підстави внутрішнього уявного циліндра (рисунок 6.4)