Рідина як об’єкт вивчення гідравліки
Передачу енергії в гідравлічних системах забезпечують робочі рідини, тому щоб ефективно їх застосовувати, треба знати які властивості вони мають.
Рідини, як і всі речовини, мають молекулярну будову. Вони займають проміжне положення між газами та твердими тілами. Це визначається величинами міжмолекулярних сил і характером рухів складових молекул.
Молекули рідини знаходяться у безперервному хаотичному тепловому русі, що відрізняється від хаотичного теплового руху газів та твердих тіл. У рідинах цей рух здійснюється у вигляді коливань (10 13 коливань в секунду) щодо миттєвих центрів та стрибкоподібних переходів від одного центру до іншого. Тепловий рух молекул твердих тіл полягає у коливаннях щодо стабільних центрів. Тепловий рух молекул газу виглядає як безперервні стрибкоподібні зміни місць.
При цьому слід зауважити, що зміна температури та тиску призводять до змін властивостей рідин. Встановлено, що при підвищенні температури та зменшенні тиску властивості рідин наближаються до властивостей газів, а при зниженні температури та збільшенні тиску – до властивостей твердих тіл.
Термін «рідина» застосовується для позначення і власне рідини, яку розглядають як стисливе або мало стисливе середовище, і газу, який можна розглядати як рідину, що стискається.
Гіпотеза суцільності
Розглядати і математично описувати рідину як сукупність величезної кількості окремих частинок, що у постійному непрогнозованому русі, на рівні науки неможливо. З цієї причини рідина розглядається як якесь суцільне деформоване середовище, що має можливість безперервно заповнювати простір,якому вона укладена. Іншими словами, під рідинами розуміють всі тіла, для яких характерна властивістьплинності, заснована на явищі дифузії. Плинністю можна назвати здатність тіла як завгодно сильно змінювати свій обсяг під дією скільки завгодно малих сил. Таким чином, у гідравліці рідину розуміють як абстрактне середовище –континуум, який є основою гіпотези суцільності. Континуум вважається безперервним середовищем без порожнеч і проміжків, властивості якого однакові в усіх напрямках. Це означає, що всі характеристики рідини є безперервними функціями і всі похідні приватні по всіх змінних також безперервні.
Інакше такі тіла (середовища) називаютькрапельними рідинами. Краплинні рідини - це такі, які в малих кількостях прагнуть прийняти кулясту форму, а у великих утворюють вільну поверхню.
Дуже часто в математичних описах гідравлічних закономірностей використовуються поняття «частка рідини » або «елементарний об'єм рідини ». До них можна ставитися як до нескінченно малого обсягу, в якому знаходиться досить багато молекул рідини. Наприклад, якщо розглянути кубик води зі сторонами розміром0,001 см, то в обсязі буде3,3∙10 13 молекул. Частка рідини покладається досить малою в порівнянні з розмірами області, зайнятої рідиною, що рухається або покоїться.
Суцільне середовище є модель, яка успішно використовується при дослідженні закономірностей спокою та руху рідини. Правомірність застосування такої моделі рідини підтверджена практикою гідравліки.
Лекція 2. Основні фізичні властивості рідин
Щільність
Щільність рідинияк будь-яких інших тіл, являє собою масу одиниці об'єму, і для нескінченно малого об'єму рідиниdW масоюdM може бути визначена за формулою:
Для однорідних рідин можна вважати, що
деM – маса рідини,
W – обсяг рідини.
[кг/м 3 ], [кг/дм 3 ], [кг/л], [г/см 3 ].
Щільність рідини залежить від температури та тиску. Усі рідини, крім води, характеризуються зменшенням густини зі зростанням температури. Щільність води має максимум приt = 4 про C і зменшується за будь-яких інших температур. У цьому виявляється одна з аномальних властивостей води. Температура, коли щільність води максимальна, зі збільшенням тиску зменшується. Так, при тиску14 МПа вода має максимальну щільність при0,6 про C.
Щільність прісної води дорівнює1000кг/м 3, солоної морської води -1020 ÷ 1030, нафти та нафтопродуктів –650 ÷ 900 кг/м 3, ртуті -13596 кг/м 3.
При зміні тиску густина рідин змінюється незначно. Найчастіше щільність рідини у розрахунках можна приймати постійної. Проте трапляються випадки, коли зміною щільності нехтувати не можна, т.к. це може призвести до значних помилок.
Питома вага
Питомою вагою рідини називається вага одиниці її обсягу. Ця величина виражається формулою для нескінченно малого обсягу рідиниdW з вагоюdG :
Для однорідних рідин можна вважати:
,
деG - вага рідини.
Питома вага рідини та щільність пов'язані співвідношенням:
,
деg – прискорення вільного падіння.
Одиницівимірювання:[Н/м 3 ], [Н/дм 3 ], [Н/л], [Н/см 3 ], 1Н=1кг·м/с 2.
Значення прискорення вільного падінняg на землі змінюється від9,831 м/с 2 на полюсах до9,781 м/ з 2 на екваторі.