Folyadék fizikai tulajdonságai
A hidraulika alapfogalmai. A hidrosztatika alaptörvényei.
A hidraulika vagy a technikai folyadék mechanika az egyensúly és a folyadékmozgás törvényeinek tudománya, a törvények alkalmazásának módja a problémák megoldására. A hidraulikában, mint a szilárd anyagok mechanikájában, megkülönböztetik a folyadék, a hidrostatika és a hidrodinamika kinematikáját.
A hidrostatika tanulmányozza a folyadék egyensúlyának (pihenésének) törvényeit.
A folyadék kinematikája a hidraulika olyan szakasza, amelyben a mozgást tanulmányozzák függetlenül attól, hogy milyen hatást gyakorol. A kinematikában a mozgás és az idő geometriai jellemzői közötti kapcsolat jön létre.
A hidrodinamika tanulmányozza a folyadékmozgás törvényeit.
A hidraulikában gyakoriak a folyadékok, gázok és gőzök kombinálása egyetlen név alatt - folyadékok. A folyadék a hidraulikában olyan fizikai test, amely megváltoztathatja alakját, ha önkényesen kisebb erőknek van kitéve. A fluidum fokozatosan deformálódhat az önkényesen kis erők hatására, amelyet fluiditásnak neveznek. Ez a folyadékok egyik fő tulajdonsága.
A fluiditás folyékonysága annak köszönhető, hogy a folyadék képes megfelelően erős ellenállást kifejteni a nyomóerőkkel szemben, és gyakorlatilag nem ellenáll a húzóerőnek. Ez az oka annak, hogy a folyadék olyan edény formáját ölti, amelyben zárva van.
Ideális és valós folyadék.
A hidraulikában a folyadékok makroszkópikus mozgását, valamint a szilárd anyagokkal való erő kölcsönhatását veszik figyelembe. Ebben az esetben a vizsgált folyadékok, gázok és szilárd anyagok térfogatának mérete általában aránytalanul nagy, összehasonlítva a molekulák és az intermolekuláris távolságok méreteivel. Ezek a körülmények lehetővé teszik a vizsgált közeg folytonosságának hipotézisét, és a valódi diszkrét objektumokat egyszerűsített modellekkel helyettesítik, amelyek olyan anyagi közegek, amelyek tömege folyamatosan eloszlik a kötetben. Ez az idealizáció leegyszerűsíti a valódi rendszert, és lehetővé teszi számunkra, hogy leírjuk a jól kidolgozott matematikai végtelen számításokat és a folyamatos funkciók elméletét.
Az elméleti eredmények egy hipotetikus, folyamatos médiumra vonatkozóan, annál jobbak, hogy egybeesnek a megfigyelések eredményével, annál teljesebb és pontosabban figyelembe veszi a valós folyadékok és gázok tulajdonságait. Sajnos a környezet idealizálását sok esetben nem korlátozhatja csak a folytonosság feltételezése. A vizsgált jelenségek bonyolultsága miatt meg kell tagadni a valós média bizonyos más tulajdonságainak figyelembe vételét. Attól függően, hogy azok a tulajdonságok, amelyek egy hipotetikus folytonos közeghez tartoznak, különböző modelleket kapnak.
Az ideális folyadékmodellt használják, ami jellemzi6
- a folyadék nem tömöríthető.
Folyadék fizikai tulajdonságai.
A folyadék számos tulajdonsággal rendelkezik:
A folyóképesség abban nyilvánul meg, hogy a folyadék normál körülmények között nem képes ellenállni a nyírási és a húzófeszültségeknek. Ez a tulajdonság a folyadékot gázokkal együtt hozza. A hidraulika megkülönbözteti az összenyomható és összenyomhatatlan folyadékokat
A közeg sűrűsége. jellemezve a tömegegységnyi térfogatot
ahol - testsúly, kg; - testtérfogat, m 3.
Specifikus tömeg - a testtömeg és a térfogat aránya
Viszkozitás - molekuláris mozgást folyadékokban meghatározására ellenállása ilyen környezetek nyíróerők.
Az ellenállási erő megjelenésének mechanizmusa a következőképpen ábrázolható. A lemezhez közeli folyadékréteg tapad és hozzáér a lemezhez egy sebességgel. A molekuláris kötések miatt ez a réteg bevonja a következő réteget, stb. Mivel az alsó réteg egy rögzített lemezhez csatlakozik, annak sebessége nulla. Így egy réteges mozgás jelenik meg a folyadékban egy bizonyos sebességeloszlással az u = f (y) magasság mentén. A vizsgált esetben a sebességeloszlás lineáris. A folyadék mozgó rétegei közötti intermolekuláris kötések hatására viszkózus vagy belső súrlódási erők lépnek fel. Newton rámutatott azon paraméterekre, amelyeken ezen erő nagysága függ. A megfontolt réteges mozgásra
ahol # 956; - dinamikus viszkozitási együttható; S a rétegek érintkezési területe; - sebességi gradiens, amely a sebesség változásának a normális irányában az irány felé mutat.
ahol t a tangenciális stressz.
A folyadék tangenciális feszültsége a részecskék relatív mozgásától függ.
Dinamikus viszkozitási együttható # 956; a folyadékok és gázok viszkozitásának fő kvantitatív jellemzője.
A hidrodinamikai dinamikus viszkozitási együttható mellett a kinematikus viszkozitási együttható # 957 ;, amelyet a kapcsolat határoz meg
hol van a folyadék sűrűsége.
A kinematikus viszkozitási együttható mérési egység m 2 / s.
Az összenyomhatóságot az izotermikus összenyomhatósági együtthatóval becsüljük meg:
hol van az adott térfogat ,. A folyadékok, ellentétben a gázokkal, alacsony összenyomhatósággal rendelkeznek. A legtöbb folyadék összenyomhatósági együtthatója a (N / m 2) -1 tartományban van. Minden folyadék esetében csökken a növekvő nyomás és növekszik a hőmérséklet.
A folyadékok és a gáz mennyisége nemcsak a nyomásváltozás hatására változik, hanem a hőmérséklet változásakor is. A folyadékok és gázok általában növekvő hőmérséklet mellett, sűrűségük csökken. Kivételt képeznek a víz, amelynek sűrűsége a növekvő hőmérséklet 0-4 ° C-kal nő, és maximum 4 ° C-os értéket ér el. Az ilyen rendellenességet a víz molekuláris szerkezetének sajátosságai magyarázzák.
Mennyiségi értéken a hõmérséklet és az állandó nyomásváltozás térfogatváltozását a termikus térfogatnövelõ tényezõ
Folyadékokban ez az együttható a hőmérséklet és a nyomás függvénye, növekszik az első növekedéssel és a növekvő másodperccel csökken.