Вопрос Закон вязкости (внутреннего трения) Ньютона

, где - касательное напряжение внутреннего трения, - скорость среды в пространстве, - (скорость деформации) для текучих тел, - коэф-т внутреннего трения или динамический коэф-т вязкости (единица СГС — пуаз: 1 П = 0,1 Па×с);

Эта зависимость – з-н вязкого трения Ньютона, а подчиняющиеся этому закону жидкости – ньютоновскими.

Ньютоновские жидкости: вода и др. жидкости, обладающие высокой текучестью, газы.

Принято считать касательные напряжения всегда положительными. В правой части зависимости для определения t берется знак «плюс», если градиент скорости по нормали положителен, и знак «минус», если отрицателен.

Значение продольной силы внутреннего трения, возникающей между соседними слоями жидкости, движущимися с разными скоростями при прямолинейном движении, по гип. Ньютона и исследованиям Н.П. Петрова опр-ся по формуле: Т = ± m S dU/dn

где S – площадь поверхности соприкасающихся слоев. Повышение температуры способствует снижению динамической вязкости.

Значение динамической вязкости зависит:

- от рода жидкости;

- от ее температуры;

- от ее плотности (чем больше плотность жидкости, тем больше ее вязкость);

- от давления (зависит относительно мало).

Кинематическим коэффициентом вязкости называется величина (единица СГС — Стокс, − плотность среды).

Кроме обычных (ньютоновских) жидкостей, для которых характерна зависимость, описывающая закон вязкого трения, существуют аномальные (неньютоновские) жидкости. К ним относятся смазочные масла, нефтепродукты – битумы, асфальт, глины (при определенной степени насыщения).

Для таких жидкостей закон внутреннего трения выражается в виде:

t = t^¢ ± m dU/dn

Подобные жидкости обнаруживают текучесть только в том случае, если сдвигающие силы превышают некоторую начальную величину t^¢.

Жидкость состоит из молекул, которые при определенных условиях с некоторой силой притягиваются друг к другу.

 

 

6вопрос Пове́рхностное натяже́ние

Поверхностное натяжение жидкости обуславливается силами взаимного притяжения молекул поверхностного слоя, стремящихся сократить свободную поверхность жидкости.

Сила поверхностного натяжения применительно к модели жидкости как сплошной однородной несжимаемой среды. Эту силу характеризует коэффициент поверхностного натяжения s [H/м].

Коэффициент поверхностного натяжения – величина, = силе, с кот. две соседние части свободной поверхности взаимодействуют друг с другом в пределах разделяющей их линии единичной длины.

Силы поверхностного напряжения удерживают свободную поверхность от разрушения, стягивают ее, стремясь свести к минимуму.

Как известно, из всех возможных форм тела, минимум поверхности имеет шар. Шаровую форму и приобретают капли жидкости под действием только сил поверхностного натяжения, когда исключено влияние других сил.

Величина поверхностного натяжения s зависит:

-от природы жидкости;

-от температуры жидкости.

Искривление своб. Пов-ти изменяет молекулярное давление, обусловленное силами взаимного притяжения молекул поверх-ого слоя.

Однородность молекулярных связей внутри жидкости нарушается на ее границах. Со стороны газов и не смачиваемых твердых тел они оказываются слабее, чем внутри самой жидкости. В этом случае в месте контакта жидкости с твердым телом свободная поверхность принимает выпуклые (6) очертания, что приводит к местному снижению уровня.

Со стороны смачиваемых твердых тел связи оказываются прочнее. Здесь силы взаимодействия в состоянии подтянуть ближайшие молекулы жидкости выше уровня свободной поверхности. Свободная поверхность принимает очертания вогнутой (1) поверхности.

Высота капиллярного поднятия в трубке радиусом r: , где Q - угол между смоченной поверхностью и касательной к мениску.

Высота подъема смачивающей жидкости в стеклянной трубке диаметром d для полусферического мениска:

Зависимость поверхностного натяжения от температуры имеет вид: s = s_о - b × Dt, где s_о – поверхностное натяжение при соприкосновении с воздухом;

b - удельное поверхностное натяжение.

Влияние поверхностного натяжения приходится учитывать:

-при работе с жидкостными приборами для измерения давления;

-При истечении жидкости из малых отверстий;

-При рассмотрении вопросов очистки вод методом фильтрования;

-при образовании капель в свободных струях.

Особенно сильно поверхностное натяжение проявляется в трубках малого диаметра, в тонких капиллярах, например, в глинистых грунтах. В глинистых грунтах поднятие жидкости может достигать нескольких метров.

Вопрос Модели жидкости

Однородная жидкость представляет собой не сплошное тело, а состоящее из молекул, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Отсюда, жидкость имеет как бы дискретную структуру.

Однако при решении различных задач пренебрегают этим и рассматривают жидкость как сплошную (непрерывную) среду – континуум.

Модель сплошной среды позволяет применять в гидравлике математический аппарат непрерывных функций и бесконечно малых величин. Упрощенное представление о сплошности жидкости налагает требование ограничить размеры рассматриваемых объектов такими величинами, чтобы они не теряли физических свойств жидкости. Заменяя молекулы частицами, мы говорим, что их размеры соответствуют размеру группы частиц.

Заменяя для расчета реальную жидкость сплошной средой, мы приписываем этой сплошной среде те механические свойства, которые были найдены экспериментально для действительной жидкости.

Допущение о несжимаемости жидкости с помощью относительно простых методов расчета дает результаты, хорошо совпадающие с опытом в большинстве случаев, встречающихся в практике дорожно-мостового строительства. Но игнорировать сжимаемость жидкости нельзя, когда, например, природа явления связана с упругими деформациями среды.

идеальная жидкость или невязкая жидкость.

Идеальная жидкость представляется:

абсолютно несжимаемой;

абсолютно не расширяющейся;

с абсолютной подвижностью частиц;

с отсутствием сил внутреннего трения, т.е. вязкость =0.

Рассматривая вместо реальной жидкости идеальную жидкость, мы в ряде случаев не делаем большой ошибки (относительно сжимаемости и расширяемости жидкости).

Модель несжимаемой, невязкой, однородной жидкости является исходной для целой группы частных моделей, учитывающих основные особенности движения в тех или иных случаях.

Для инженерной практики наиболее часто бывает достаточно знать только средние или суммарные характеристики движения жидкости по пути ее перемещения без детализации по поперечным сечениям и по времени. В этом случае наиболее эффективной оказывается одномерная модель движения жидкости.