ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ

Общие сведения. В природе различают 4 агрегат­ных состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плаз­менное. Жидкость занимает промежуточное положение между твердыми телами и газами. Свойства жидкостей при низкой тем­пературе и высоком давлении ближе к свойствам твердых тел, а при высокой температуре и низком давлении — к свойствам газов.

Жидкость, как и всякое жидкое тело, имеет молекулярное строение, т. е. состоит из молекул, объем пустот между которыми, намного превосходит объем самих молекул. Причем в жидкостях и твердых телах объем пустот между молекулами меньше, а межмолекулярные силы больше, чем в газах. Поэтому жидкости и твердые тела малосжимаемы по сравнению с газами. Однако, ввиду бесконечной малости молекул и пустот между ними по сравнению с рассматриваемыми объемами жидкости в гидравли­ке, можно представить жидкость в виде фиктивной сплошной среды, т. е. придать ей свойство непрерывности. Тогда процесс исследования ее упрощается.

Жидкость — это физическое тело, обладающее легкой подвиж­ностью частиц, текучестью и способное изменять свою форму под воздействием внешней силы.

Жидкости разделяются на сжимаемые (газообразные) и не­сжимаемые или весьма малосжимаемые (капельные). Несмотря на это, различные законы движения капельных жидкостей и газов при некоторых условиях можно считать одинаковыми. Например, при скорости течения газа, значительно меньшей скорости звука, можно сжимаемостью газа пренебречь, как это имеет место в не­которых газопроводах, вентиляционных системах и системах кондиционирования воздуха.

Для облегчения изучения законов движения жидкости введе­но понятие «идеальные и реальные жидкости».

Идеальные—невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвижностью, т. е. отсутствием сил трения и касательных на­пряжений и абсолютной неизменностью в объеме под воздействи­ем внешних сил,

Реальные—вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопротивлением растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвижностью, т. е. наличием сил трения и касательных напряжений.

Реальные жидкости могут быть ньютоновские и неньютонов­ские (бингемовские). В ньютоновских жидкостях при движении одного слоя жидкости относительно другого величина касатель­ных напряжений (внутреннего трения) пропорциональна скорос­ти сдвига. При относительном покое эти напряжения равны нулю. Такая закономерность была установлена Ньютоном в 1686 году, поэтому эти жидкости (вода, масло, бензин, керосин, гли­церин и др.) называют ньютоновскими жидкостями.

Неньютоновские жидкости не обладают большой подвижно­стью и отличаются от ньютоновских жидкостей наличием каса­тельных напряжений (внутреннего трения) в состоянии покоя. Причем величина их зависит от вида жидкости. Эта особенность была подмечена Ф.Н. Шведовым (1889 г.), а затем Бингемом (1916г.), поэтому такие жидкости (битум, гидросмеси, глинис­тый раствор, коллоиды, нефтепродукты при температуре близ­кой к температуре застывания) получили и другое название— бингемовские.

Силы, действующие в жидкости, принято делить на внутрен­ние и внешние Внутренние силы представляют собой силы вза­имодействия частиц жидкости, внешние силы делятся на силы поверхностные и объемные. Поверхностные силы (сжатие, дав­ление, растяжение, силы трения) приложены к поверхностям, ограничивающим объем жидкости. Объемные(массовые) силы (например, сила тяжести, сила инерции, электромагнитная сила) распреде­ляются по всему объему жидкости, они пропорциональны массе жидкости и приложены непосредственно к частицам жидкости.

Удельным весом у жидкости называют отношение ее веса к объему.

Удельный вес однородной жидкости

где G—вес рассматриваемого объема жидкости,Н;

V— объем, занимаемый ею,м³

В соответствии с ГОСТ 9867 «Международная система еди­ниц» и СТ СЭВ 1052 «Метрология. Единицы физических вели­чин» единицей удельного веса является ньютон на кубический метр (Н/м³ ).

Плотность — отношение массы жидкости к ее объему. Такимобразом, плотность однородной жидкости

где т — масса жидкости, заключенная в объеме V, кг;

V— объем жидкости, м³.

Единицей плотности в СИ является килограмм на кубический метр (кг/м³ ).

Если учесть, что вес G жидкости равен произведению ее массы на ускорение свободного падения g (м/с²),

т. е. ,

то получим .

Таким образом, плотность и удельный вес связаны зависимостью .

Как плотность, так и удельный вес жидкости зависят от тем­пературы и очень незначительно—от давления. В табл. 1.1...1.3 приведены значения плотности и удельного веса воды и других жидкостей при различных температурах.