2. Определение жидкости. Жидкость, как материальный континуум.

Жидкостью называется физическое тело, обладающее весьма большой подвижностью частиц. В то время как для изменения формы твердого тела к нему нужно приложить конечные, иногда очень большие силы, изменение формы жидкости может происходить под действием даже самых малых сил. Жидкость сильно деформируется, не дробясь на частицы. она обладает текучестью. Деформация происходит даже под воздействием собственного веса, поэтому жидкость изменяет форму в сосуде, в котором она находится.

Жидкость, как и всякое физическое тело, имеет молекулярное строение, т.е. состоит из отдельных частиц-молекул, объем пространства между которыми во много раз превосходит объем самих молекул

Однако из-за чрезвычайной малости не только самих молекул, но и расстояний между ними (по сравнению с объемами, рассматриваемыми при изучении равновесия и движения жидкости) в механике жидкости ее молекулярное строение не рассматривается; предполагается, что жидкость заполняет все пространство, без образования каких либо пустот. Тем самым, вместо самой жидкости изучается ее модель, обладающая свойством непрерывности (эта модель реализует гипотезу, согласно которой жидкость представляет собой материальный континуум, т.е. заполняет пространство сплошным образом).

Это гипотеза упрощает исследование, так как позволяет рассматривать все механические характеристики жидкой среды (скорость, плотность, давление и т.д.) как функция координат точки в пространстве и времени, причем в большинстве случаев эти функции предполагаются непрерывными и дифференцируемыми.

Эту модель можно использовать до тех пор, пока в достаточно малых объёмах жидкости содержится большое количество молекул..

Жидкости с точки зрения механических свойств разделяются на два класса: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные).

Благодаря наличию в капельной жидкости некоторых сил молекулярного взаимодействия, величина их объема мало изменяется под действием внешних сил, т.е. они мало сжимаемы. При атмосферном давлении сжимаемость воды в 14000 раз меньше сжимаемости воздуха.

Несмотря на различия молекулярных структур газов и капельных жидкостей, с точки зрения законов их движения между ними во многих случаях нет различия. Этот предел зависит от отношения скорости движения газа и скорости распространения звука. Поскольку скорость распространения звука в воздухе ~ 350 м/сек, то при скоростях 70 – 75 м/сек законы движения капельных и газообразных жидкостей можно считать общими.

3. Свойства жидкости: вязкость, понятие об идеальной жидкости

Жидкость – это физическое тело, обладающее двумя свойствами: 1)Обладает текучестью, благодаря которой она не имеет формы и принимает форму того сосуда, в котором она находится.2) Она мало изменяет форму и объем при изменении давления и температуры, в чем она сходна с твердым телом

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Если рассмотреть то, как распределяются скорости различных слоёв жидкости по сечению потока, то можно легко заметить, что чем дальше от стенок потока, тем скорость движения частиц больше. У стенок потока скорость движения жидкости равна нулю. Иллюстрацией этого является рисунок, так называемой, струйной модели потока. На рисунке применены следующие обозначения: - скорость слоя жидкости, - расстояние между соседними слоями жидкости.

Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся с большей скоростью, увлекает (тянет) за собой слой, движущийся с меньшей скоростью. Силы внутреннего трения появляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.

Если между соседними слоями жидкости выделить некоторую площадку S, то согласно гипотезе Ньютона где T – силы вязкого трения; S – площадь трения; градиент скорости, μ – коэффициент вязкого трения. Величина μ в этом выражении является динамическим коэффициентом вязкости, равным или где τ – касательное напряжение в жидкости (зависит от рода жидкости).

Физический смысл коэффициента вязкого трения - число, равное силе трения, развивающейся на единичной поверхности при единичном градиенте скорости.

Единицы измерения: [Н·с/м²], [кГс·с/м²], [Пз]{Пуазейль}, 1Пз=0,1Н·с/м².

На практике чаще используется кинематический коэффициент вязкости, названный так потому, что в его размерности отсутствует обозначение силы. Этот коэффициент представляет собой отношение динамического коэффициента вязкости жидкости к её плотности . Единицы измерения: [м²/c], [cм²/c], [Ст] {стокс}, [сСт] {сантистокс}, 1Ст=100сСт  {1Ст=1 cм²/c}.

Идеальная жидкость – жидкость, в которой силы трения пренебрежимо малы. Таких жидкостей нет в природе. Реальные жидкости только в той или иной мере приблизительно соответствуют этой модели. Причина появления такого понятия – сложность расчета движения реальной жидкости. Там, где это возможно без ущерба для точности расчетов, применение допущения о равенстве нулю вязкости существенно упрощает решение. Замечание. Совсем не обязательно вязкость жидкости должна быть очень мала для того, чтобы можно было считать ее идеальной. При малых скоростях даже у маловязких жидкостей влияние сил трения достаточно велико. И наоборот, при больших скоростях, когда силы трения малы по сравнению с силами инерции, расчет может быть выполнен без учета трения. Один из примеров – решение задачи встречи кумулятивного снаряда с бронеплитой аналогично решению задачи определения движения воды в стакане при его наполнении из водопроводного крана.