Жидкость как сплошная среда

Реальная жидкость представляет собой совокупность огромного количества отдельных весьма малых частиц, находящихся в постоянном хаотическом движении. Частица жидкости – это бесконечно малая масса жидкости, занимающая бесконечно малый объем и обладающая всеми физическими свойствами жидкости.

Дать точное математическое описание состояния жидкости на современном уровне развития науки и техники не представляется возможным. По этой причине жидкость в гидравлике рассматривают как сплошную среду, заполняющую пространство без пустот и промежутков, то есть не принимают во внимание молекулярное строение жидкости, и ее частицы, даже бесконечно малые, считают состоящими из большого числа молекул. Так, известно, что в таком малом объеме, как в кубике со сторонами размером , находится молекул воды.

Гипотеза о непрерывности или сплошности жидкой среды упрощает исследования, так как позволяет рассматривать все характеристики жидкости (скорость, плотность, давление и т.д.) как функции координат точки в пространстве и времени, причем в большинстве случаев эти функции предполагаются непрерывными и дифференцируемыми.

Сплошная среда представляет собой модель, которая успешно используется при изучении равновесия и движения жидкости. Правомерность применения такой модели жидкости подтверждена всей многолетней практикой гидравлики.

Основные физические свойства жидкостей

Жидкости и газы характеризуются определенными физическими свойствами, важнейшие из которых, с точки зрения их применения в приводах и системах технологического оборудования машиностроительных производств, следует рассмотреть подробнее.

Плотность представляет собой массу однородной жидкости, заключенную в единице объема,

, (1)

где - масса жидкости;

- объем, занимаемый жидкостью.

Для пресной воды при и атмосферном давлении, плотность , для большинства минеральных масел на нефтяной основе, при и атмосферном давлении можно принимать плотность .

Удельный вес однородной жидкости - это вес единицы ее объема:

, (2)

где - вес жидкости;

- объем, занимаемый жидкостью.

Например, для пресной воды при и атмосферном давлении удельный вес .

Между удельным весом и плотностью существует связь, которую легко найти, если учесть, что .

В соответствии с этим

, (3)

где - ускорение свободного падения.

Значение ускорения свободного падения на Земле изменяется от на полюсах до на экваторе; в расчетах принимают .

Плотность и удельный вес капельных жидкостей незначительно зависят от давления и температуры. Так, например, при повышении давления воды до ее плотность повышается лишь на %, а минерального масла, при таком же давлении, - на %. С увеличением температуры плотность жидкости, кроме воды, уменьшается. Плотность воды имеет максимум при температуре и уменьшается при любых других температурах. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды.

Плотность или удельный вес жидкости обычно измеряют ареометрами.

Вязкость

Кроме того, жидкости (как и газы) характеризуются вязкостью. Она определяется как способность оказывать сопротивление перемещению одной из частей относительнодругой — то есть как внутреннее трение.Когда соседние слои жидкости движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к тому, которое обусловлено тепловым движением. Возникают силы, затормаживающие упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую — энергию хаотического движения молекул.Жидкость в сосуде, приведённая в движение и предоставленная самой себе, постепенно остановится, но её температура повысится.