где l - линейные размеры шара. Для оценки величины работы силы вязкого трения предположим, что площадь поверхности шара S ~ l 2, и изменение скорости от значения v до нуля также происходит на расстоянии l, т.е. Dv ~ v, Dz ~ l и
Fтр ~ h l 2 ~ hv l, (4-4)
откуда следует, что работа силы трения Атр равна:
Атр ~ Fтр l ~ hv l 2. (4-5)
Сравнивая (4-3) и (4-5), нетрудно получить:
~ ~ = Re. (4-6)
Подобные рассуждения можно провести для тела любой формы, поэтому безразмерная величина Re получившая название числа Рейнольдса, позволяет оценить влияние вязкости жидкости на характер ее движения. Если число Рейнольдса велико, то трением в жидкости можно пренебречь и считать жидкость идеальной. Хотя введение числа Рейнольдса проведено в некотором приближении, тем не менее, по его величине можно судить не только о роли трения, но и о характере движения жидкости. Так, например, при Re ~ 1000 движение жидкости в трубах остается ламинарным, но при Re ~ 2200 оно становится турбулентным. При малых значениях чисел Рейнольдса роль вязкости жидкости достаточно велика и вихревого движения возникнуть не может.
Уравнение неразрывности.
Как уже отмечалось, при стационарном движении жидкости (или газа) скорость ее частиц не изменяется с течением времени. Для наглядности вводится понятие линии тока, которые представляют собой линии, касательные к которым в любой точке совпадают по направлению с вектором скорости в этой же точке. В случае стационарного движения линии тока неподвижны и совпадают с траекториями частиц жидкости. Кроме того, для облегчения изучения движения жидкости вводится понятие трубки тока. Эти трубки образуются так, что линия тока, проходящая через какую-либо точку, лежащую на поверхности трубки тока, целиком лежит на этой поверхности (рис.4.2).
S Рис. 4.2 | При стационарном течении жидкости стенки трубки тока неподвижны. Жидкость, вошедшая в трубку, в дальнейшем движется все время внутри ее. Поэтому выделенную трубку можно рассматривать независимо от остальной жидкости. Предположим, что выделенная трубка тока настолько тонка, что в каждой точке ее поперечного сечения величину скорости частиц жидкости можно |
было бы считать одинаковой. Пусть в сечении S1 (рис.4.2) скорость частиц жидкости равна v1. За промежуток времени Dt через сечение пройдет объем жидкости V1=v1Dt S1. Если плотность жидкости в этом сечении равна r1, то через сечение проходит масса m1=r1V1= r1v1Dt S1. Аналогично через сечение S2 за время Dt проходит масса m2=r2v2Dt S2. При стационарном движении количество вещества, проходящее через сечения S1 и S2, должно быть одинаковым, т.е. m1=m2. Поэтому r1v1Dt S1 = r2v2Dt S2. При несжимаемости жидкости r1= r2, откуда следует, что v1 S1=v2 S2, или в общем виде
vS = const. (4-7)
Выражение (4-7) носит название уравнения неразрывности. Примером проявления свойств жидкости, описываемых этим уравнением, может служить течение рек: в узких местах скорость течения возрастает и, наоборот, в широких местах скорость течения становится меньше.
| Поделиться: |
Познавательные статьи:
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-16; просмотров: 623; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!
infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.97.14.87 (0.031 с.)