Предмет механики жидкости и ее задачи

Механика жидкости – наука, рассматривающая основные законы движения и равновесия жидкостей, а также их силовое взаимодействие с твердыми телами

Механика жидкости является инженерной (технической) дисциплиной, т.к. ее выводы направлены на решение технических задач.

Это одна из наук, составляющих фундамент инженерных знаний.

Механика жидкости выросла из 2-х отраслей научного знания:

1. эмпирической гидравлики;

2. классической гидромеханики.

Исторически накопление знаний о законах движения жидкости шло по 2-м путям:

1. инженеры создавали гидравлику, основанную, главным образом на экспериментах;

2. математики – теоретическую гидромеханику, построенную на математическом анализе непрерывной деформации сплошной жидкой среды

Эти две науки имели один и тот же объект изучения – движение жидкости, но методы их, так же как и задачи, были различными.

Гидравлика отличалась прикладным характером; она ставила задачу (прежде всего) дать ответ на запросы инженерной практики. Если точное решение оказывалось невозможным, гидравлика довольствовалась приближенным решением; Если общего закона не удавалось установить, гидравлика стремилась найти частный закон.

Как и всякая наука, механика жидкости ("гидромеханика", "гидроаэродинамика", "гидрогазодинамика", и др. – приблизительно равнозначные названия) формировалась постепенно.

Фунадмент ее был заложен в XVIII в. Трудами таких известных ученых, как Леонард Эйлер, Д'Аламбер, Бернулли.

Термин "гидродинамика" ввел Бернулли.

Несмотря на то, что в этой науке работала целая плеяда замечательных физиков и математиков (Лагранж, Коши, Стоке, Кирхгоф, Гельмгольц, Громыко, Рейнальде и др.) развитие ее почти до начала нашего столетия шло довольно медленно. Такое положение объясняется прежде всего тем, что технический уровень того времени почти не стимулировал ее развитие, к тому же кораблестроители, инженеры-гидравлики часто не доверяли ее теоретическим выводам, которые подчас противоречили общеизвестным фактам.

Поэтому практики предпочитали производить необходимые расчеты, базируясь на опытных данных и пренебрегая теорией.

Правда, необходимо отметить, что имевшееся в то время опытные данные носили в большинстве своем разрозненный характер, а иногда и просто вступали в конфликт друг с другом, поскольку теория постановки эксперимента еще не была разработана и опыты часто производились неграмотно.

Рождение авиации явилось мощным толчком для развития механики жидкости.

Для гидравлики был типичен упрощенный подход к рассмотрению явлений движения жидкости (она, как правило, не интересовалась действительным распределением скоростей во всех точках потока, а лишь средней скоростью – скоростью потока в целом).

Гидравлика широко пользовалась данными опыта, и в большинство гидравлических зависимостей входят опытные коэффициенты.

Теоретическая гидромеханика – в противоположность гидравлике, имела строго математический характер и при решении задач исходила из дифференциальных уравнений движения жидкости. Гидромеханика преследовала строгость постановки задачи, точность получаемых решений и стремилась обойтись без опытных данных. Однако не всегда оказывалось возможным получить решения уравнений гидромеханики, а в ряде случаев полученные решения, несмотря на свою строгость и общность, не давали достаточного совпадения с опытными данными.

Гидромеханика часто не могла дать ответа на насущные задачи инженерной практики.

В настоящее время эти 2-е науки – сливаются в одну – механику жидкости, построенную на синтезе достижений теоретического анализа и экспериментальных исследований.

В эту дисциплину, по выражению акад. Н.П. Павловского, "гидромеханика внесла свою теоретическую строгость и полноту исследования, а гидравлика – свой живой практический дух".

Освоить механику жидкости – это значит не только постигнуть физическую сущность рассматриваемых ею явлений, но и овладеть ее методами - аналитическими, экспериментальными, вычислительными.

Механика жидкости исходит из основных принципов физики и механики, причем полученные выводы она согласует с экспериментальными исследованиями, которые одновременно дополняют и подтверждают эти выводы.

Механику жидкости можно разделить на 2 части:

1) теоретическая механика жидкости, где излагаются основные положения теории равновесия и движения капельных жидкостей и газов (общие законы гидроаэростатики и гидроаэродинамики)

2) прикладная (или техническая) механика жидкости, в которой рассматривается приложение этих законов к ряду практических случаев (движение в трубопроводах, лопастные насосы, обтекание твердых тел и др.)

Примечание:

Закон Буккера (прикладная мерфология): Даже маленькая практика стоит большой теории.

Афоризм Эйнштейна: Воображение стоит больше знания.