Визначення науки гідромеханіки

Загальні закономірності, що зв'язують механічні рухи і взаємодії тіл, що знаходяться у твердому, рідкому і газоподібному станах, вивчаються наукою, званої механікою, що є частиною фізики. Залежно від стану тіла механіка поділяється на окремі напрями.

Закони руху абсолютно твердих тіл вивчаються в теоретичній механіці, пружних тіл - в теорії пружності, пластичних тіл - в теорії пластичності.

Закони руху і рівноваги рідин і газів вивчаються в механіці рідин і газів, або в гідромеханіці. Гідромеханіка розділяється на гідростатику і гідродинаміку, що включає кінематику рідини.

Кінематика рідини - розділ гідромеханіки, в якому розглядаються види і форми руху рідин, що не з'ясовуючи причин цього руху (поступальний, деформаційне і вихровий руху).

У гідростатиці вивчаються умови рівноваги рідин і газів.

У гідродинаміці вивчаються закони руху рідин і газів і встановлюються залежності для основних факторів руху. Зовнішні сили, що діють на тіло, вважаються відомими. Потрібно визначити тиск і швидкість руху середовища.

У гідромеханіці в якості основного методу дослідження використовується строгий математичний аналіз. Паралельно гідромеханіці (спочатку незалежно) розвивалася наука, звана гідравлікою.

Гідравліка є прикладною інженерної наукою про рівновагу та рух рідин, що базується в основному на експериментальних даних і використовує наближені методи розрахунку. Тут використовуються емпіричні і напівемпіричні залежності (засновані на експериментальних даних), осредненние величини та інші допущення, що спрощують розглянуту проблему з метою оцінки головних характеристик досліджуваного явища.

Таким чином, гидромеханика і гідравліка - це дві споріднені науки, у багатьох випадках вивчають однакові проблеми, але різними методами. Відзначимо, що в ряді випадків доводиться вирішувати проблеми, сполучаючи методи гідравліки і гідромеханіки. Тому іноді вельми скрутно провести межу між цими двома науками.

Реальні та ідеальні рідини

При швидкостях руху рідин і газів, значно менших швидкості звуку, для вивчення характеристик руху з деякими припущеннями можна використовувати одні й ті ж закони руху. У зв'язку з цим під терміном "рідина" надалі будемо мати на увазі і гази, вважаючи краплинні рідини нестисливими рідинами, а гази - стисливими рідинами.

Термін "нестисливої рідина" для крапельних рідин пов'язаний з тим, що ці рідини практично не змінюють свій об'єм зі зміною тиску. У зв'язку з цим в гідромеханіці прийнято цим зміною обсягу в крапельних рідинах нехтувати.

У гідромеханіці приймається гіпотеза про суцільності рідини. Умова суцільності виконується у випадку, якщо розміри розглянутих об'ємів рідини значно перевершують характеристики молекул та їх руху (розміри, довжина вільного пробігу і інш.). Отже, в гідромеханіці відволікаються від дискретного молекулярно-атомної будови речовини, вважаючи, що весь простір безперервно заповнене речовиною.

Одним із властивостей рідини є плинність - властивість рідини приймати форму тієї посудини, в якій вона знаходиться. Плинність обумовлена тим, що рідина в стані, що покоїться нездатна пручатися внутрішнім дотичним зусиллям, тобто зусиллям, чинним уздовж поверхні зсуву. Отже, рідини мало пручаються деформацій зсуву (взаємною ковзанню шарів рідини), тобто мають гарну рухливістю, або плинністю.

Для оцінки здатності рідини чинити опір деформаціям зсуву вводиться поняття в'язкості. Плинність - це величина, зворотна в'язкості.

Облік внутрішнього тертя (в'язкості) значно ускладнює вивчення законів руху рідини, у зв'язку з чим в гідромеханіці вводиться поняття ідеальної (нев'язкої) рідини. Ідеальна рідина характеризується абсолютною рухливістю (відсутністю сил взаємодії між молекулами) і абсолютної незмінюваність в обсязі при зміні температури або під дією будь-яких сил. Таким чином, в ідеальній рідині відсутні дотичні напруження при її русі, тобто вона не пручається сдвигающим зусиллям.

Введення поняття ідеальної рідини виявилося досить корисним в гідромеханіці, зважаючи на те що для багатьох математичних задач можуть бути отримані аналітичні рішення, що дозволяють якісно оцінити досліджувані процеси в реальної рідини. Для отримання більш точних кількісних оцінок вводяться додаткові коефіцієнти, що враховують вплив того чи іншого фактора.

Одиниці виміру фізичних величин, застосовуваних у гідромеханіці

Наука про точних вимірах називається метрологією. У метрології розглядаються одиниці фізичних величин, еталони, службовці для їх відтворення, способи передачі правильних значень одиниць від еталонів до зразкових робочим заходам і вимірювальним приладам, методи і засоби точних вимірювань та обробка результатів вимірювань.

Під фізичною величиною розуміється кількісна характеристика фізичного тіла, явища або процесу. Виміром називається дія, виконувана за допомогою засобів вимірювання і має на меті знаходження числового значення вимірюваної величини в прийнятих одиницях. Одиницею виміру називається значення фізичної величини, прийняте за підставу порівняння для кількісної оцінки величин того ж роду.

Одиниці виміру бувають незалежними (вихідними, основними) і похідними. Основні - одиниці, розмір яких встановлюється довільно, незалежно від розмірів інших одиниць. Сукупність одиниць, що охоплюють всі або окремі галузі вимірювання, являє собою систему одиниць. Різні системи одиниць відрізняються один від одного тим, які одиниці прийняті за основні.

При вивченні властивостей рідини необхідно прийняти певну систему одиниць виміру її характеристик. З 1 січня 1963 року в нашій країні був введений в дію ГОСТ 9867-61 "Міжнародна система одиниць", згідно з яким для всіх галузей науки і промисловості встановлюється Міжнародна система одиниць вимірювання СІ (система інтернаціональна), прийнята в 1960 р на XI Генеральної конференції з мір та ваг. У цій системі за одиницю вимірювання довжини, маси, часу і температури відповідно прийняті метр (м), кілограм (кг), секунда (с), Кельвін (К).

Раніше в гідравліці широко використовувалися фізична (СГС) і технічна (МКГСС) системи одиниць виміру. Основними одиницями вимірювання довжини, маси і часу у фізичній системі прийняті сантиметр (см), грам (г), секунда (с); в технічній - метр (м), кілограм-сила (кгс), секунда (с). Зважаючи на те що в багатьох підручниках, а також в значній частині технічної літератури використовуються одиниці виміру СГС і МКГСС, необхідно мати таблицю відповідності одиниць вимірювання фізичних величин в різних системах (табл. 1.1). У табл. 1 .1 прийняті наступні позначення: пз - пуаз; Ст - стоці; Па - паскаль; Н - ньютон; дин - дина; 1 кгс = 9,81 кг • м / с2.

Крім того, слід зазначити, що багато приладів досі проградуіровани під позасистемних одиницях.

Таблиця 1.1

Відповідність одиниць вимірювання фізичних величин в різних системах

Фізичні

величини

Одиниці виміру

СГС

МКГСС

СІ

Площа ω

см2

м2

м2

Обсяг V

см3

М3

м3

Швидкість v

см / с

м / с

м / с

Прискорення а

см / с2

м / с2

м / с2

Маса т

г

кгс • с2 / м = 9,81 кг

кг = 0,102 кгс • с2 / м

Сила F

г • см / с2 = дин

кгс = 9,81 Н = 9,81 кг • м / с2

Н = кг • м / с2 =

= 0,102 кгс = 103 дин

Питома вага γ

г / (см2 • с2) = дин / см3

кгс / м3 = 9,81 Н / м3

Н / м3 = 0,102 кгс / м3 = 100 дин / см3

Щільність ρ

г / см3

кгс • с2 / м4 = 9,81 кг / м3

кг / м3 = Н • с2 / м '= 0,001 г / см3

Тиск р

г / (см • с2) = дин / см2

кгс / см2 =

= 0,981 • 105 Па

Па = Н / м2 = кг / (м • с2) = 9,81 • 104 кгс / см2 =

= 10 дин / см2

Напруга τ

г / (см • с2)

кгс / см2 =

= 0.981 • 105 Па

Па = Н / м2 =

= 9,81 • 104 кгс / см2 = 10 дин / см2

Динамічна в'язкість μ

дин • с / см2 = г / (см • с) = пз = 0,0102 кгс • с / м2 = 0,1 Па • с

кгс • с / м2 =

= 9,81 Па • с = 9,81 кг / (м • с)

Па • с = кг / (м • с) = 0,102 кгс • с / м2 = 10 з

Кінематична в'язкість v

см2 / с = Ст = 10 4 м2 / с

м2 / с

м2 / с = 10 'см2 / с

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >