Основные физические свойства

       РЕАЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Многие свойства жидкостей изучаются в общей физике, а не в гидравлике. Гидравлика, представляет собой особый раздел профессиональной физики и занимается вопросами механики жидкости.

 

2.1. Плотность

Одним из основных свойств жидкости является плотность.

Как известно из общей физике, плотностью  называют отношение массы жидкости к ее объему, т. е. 

                                         ,                          a    (2.1)

где ,  – изменение массы и объема жидкости. Размерность плотности

.

Единицами измерения плотности являются: кг/м³ в системе СИ и кгс×c²/м⁴ в технической системе.

Введем обозначение:

                                           ,                                             (2.2)

где G – есть вес жидкости,  – вес единицы объема жидкости (ранее эту единицу называли «удельным весом» или «объемным весом»). Размерность удельного веса

                                       .

Единица измерения удельного веса в системе СИ Н/м³.

Удельный вес и плотность жидкости связаны следующим соот­но­-шением:

                                 ,                                  (2.3)

где g – ускорение свободного падения.      

  

Вязкость

Между слоями жидкости, движущимися со скоростями, отли­чаю­щимися друг от друга на величину du, возникает касательное напряжение t:

                                     ,                               (2.4)   

где  – сила трения, S – площадь соприкасающихся слоев.

        Свойство жидкости, обусловливающее возникновение в ней при ее движении касательных напряжений («напряжений трения»), называется вязкостью.

Величинами, которые могут оценить это свойство, являются коэффициент динамической вязкости ) и коэффициент кинематической вязкости , связанные между собой соотношением . Вязкость жидкости очень слабо зависит от давления и сильно зависит от температуры. Для капельной жидкости с повышением температуры вязкость уменьшается, а для газообразной, наоборот, увеличивается.

Кроме обычных (ньютоновских) жидкостей, характеризующихся зависимостью(2.4), существуют аномальные жидкости, к которым относятся коллоидные растворы, смазочные масла, нефтепродукты. Для таких жидкостей закон внутреннего трения выражается в виде

                                           ,                                (2.5)

где t₀ – касательное напряжение в покоящейся жидкости, после преодоления которого, жидкость приходит в движение.     

 

Способность жидкости менять свой объем

Сжимаемость – свойство жидкости уменьшать объем под действием давления. Она оценивается коэффициентом сжимаемости показывающим относительное изменение объема жидкости W на единицу изменения давления : 

                                          .                                 (2.6)

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называет­ся модулем упругости жидкости E (Па):

                                          .                                     (2.7)

Тепловое расширение – свойство жидкости изменять объем при нагревании, которое характеризуется коэффициентом теплового расширения (° C^{- 1}), численно равным относительному приращению объема W с повышением температуры T на один градус при постоянном давлении:

                                    .                           (2.8)

Как правило, при нагревании объем жидкости увеличивается.

Примеры

Пример 2.1. Удельный вес бензина . Определить его плотность.

Решение:

Пример 2. 2. Плотность дизельного мазута . Определить его удельный вес.

Решение: ; .

Пример 2.3. При гидравлическом испытании трубопровода диа­метром d = 200 мм и длиной 250 м давление в трубе было повышено до 3 МПа. Через час давление снизилось до 2 МПа. Сколько воды вытекло через неплотности?

Решение:

1. Определим объем воды в трубопроводе:

 м³.

2. Найдем изменение давления за время испытания:

 МПа.

3. Принимая коэффициент объемного сжатия воды _Р = 5×10^-7 , находим количество воды, вытекающей через неплотности, по формуле

 л.

 

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ

Кинематика жидкости изучает связь между геометрическими характеристиками движения и времени (скоростью и ускорением).

Динамика жидкости изучает законы движения как результат действия сил.