ВЛАСТИВОСТІ РІДИН, Основні фізико-механічні властивості рідини
Після вивчення глави 2 бакалавр повинен:
знати
- • основні фізико-механічні властивості рідин;
- • закон Ньютона для дотичної напруги;
- • основні формули температурної залежності в'язкості;
- • поняття "ньютонівські" та "неньютонівські рідини";
- • відмінність температурних залежностей в'язкості рідин, що стискаються і стискаються;
- • прилади та способи визначення в'язкості краплинних рідин, що не стискаються;
вміти
- • використовувати закон Ньютона для дотичної напруги стосовно ньютонівських і неньютонівських рідин;
- • розрізняти рідини, що стискаються і стискаються;
- • практично використовувати прилади для визначення в'язкості крапельних рідин;
володіти
- • апаратом розрахунку в'язкості у градусах Енглера;
- • навичками визначення в'язкості краплинних рідин.
Основні фізико-механічні властивості рідини
Рідинаминазивають фізичні тіла, що легко змінюють свою форму під дією поверхневих і масових сил.
Розрізняють два роди рідин:
- 1) крапельні (несжимаемые);
- 2) газоподібні (стискані).
У гідравліці приймається, що рідина є суцільним середовищем. Для цього повністю відволікаються від внутрішніх молекулярних рухів у рідині і розглядають рухи елементарних обсягів, досить великих порівняно з відстанями між молекулами, завдяки чому рух рідини розглядається не як рух великої кількості дискретних частинок - молекул, а як рух безперервного середовища з параметрами, що безперервно змінюються ( тиск,щільність і т.д.).
Такий прийом розгляду руху рідини відкриває широкі можливості для використання диференціального та інтегрального обчислень до розв'язання задач гідравліки, оскільки лише у разі безперервних функцій ці обчислення можна успішно застосовувати.
Розглянемо основні фізико-механічні властивості рідини: щільність, питома вага та питомий об'єм.
Виділимо у рідині деякий об'єм ΔV. Нехай маса рідини в цьому обсязі дорівнює Δт.Тоді буде називатися середньою в даному об'ємі щільністю рідини (якщо рідина неоднорідна).
Зменшуючи ΔV до нуля і знаходячи межу
отримаємо справжнє значення щільності у цій точці.
Ця межа має сенс, якщо рідина вважати безперервним суцільним середовищем. Таким чином, щільністю рідкого середовища в даній точці називається межа, якого прагне середня щільність в даному об'ємі при прагненні цього об'єму до нуля.
Щільність- це маса одиниці обсягу: . Якщо тіло однорідне, топитома вага– це вага одиниці об'єму:; оскільки, те, чи, тобто. питома вага прямо пропорційна щільності.
Одиниця виміру частки у системі МКГСС – кгс/м3, у системі СІ – Н/м3 = кг/ (м2 • с2). Аналогічно одиниця виміру щільності в МКГСС – кгс • с2/м4, СІ – Н • с2/м4 = кг/м3. Наприклад, для води приg =9,81 м/с2 γ = 1000 кгс/м3, р = 1000/9,81 = 101,9 кгс • с2/м4. Зазначимо, що числове значення частки, вираженого в кгс/м3, збігається з числовим значенням щільності, вираженої в кг/м3, оскільки 1 кгс = 9,81 кг • м/с2.
Питомий обсяг -обсяг одиниці маси-є величина, обернена щільності:. Як показують численні дослідження, щільність рідини в точці є функція тиску та температури:r=f(p,t). Цю залежність називають рівнянням стану.
Досвід показує, що щільності краплинних рідин із зростанням тиску змінюються дуже мало. Наприклад, зі збільшенням тиску від 1 до 100 атм (атм – фізична атмосфера, 1 атм = 1,01 • 105 Па) початковий обсяг води зменшується на 0,5% і, отже, щільність збільшується на 0,5%. Щільність газів із зростанням тиску значно зростає. Щільність краплинних рідин із зростанням температури змінюється, як правило, незначно.
Для нафти та нафтопродуктів за формулою Менделєєва маємо
де r15 - щільність приt= 15 ° С; β – коефіцієнт об'ємного розширення.
При збільшенні температури від 15 до 100 С щільність нафти зменшується приблизно на 7%. Щільність газів значно змінюється із зміною температури. Так, для ідеальних газів справедливе рівняння Клапейрона, чи, звідки, тобто. щільність газів перебуває у зворотному пропорційної залежності від температури.