Начальные понятия, свойства жидкости

Математики отличается от других специалистов логичностью рассуждений и строгостью доказательств.

Постараемся с учетом этого рассмотреть основы механики жидкости, проследить логику ее развития и введения понятий (гипотез)

При изучении курса будем вводить понятия и гипотезы по мере их усложнения и необходимости.

Первоначально рассмотрим жидкость, исходя из молекулярных представлений о строении материи.

1. Известно, что все тела состоят из молекул (мельчайших частиц), которые взаимодействуют между собой.

Твердые тела сохраняют свою форму из–за сильного взаимодействия (притяжения) молекул и жестких связей между ними, не позволяющих молекулам свободно перемещаться по объему, занимаемому телом.

В жидкостях силы притяжения во много раз слабее, но еще достаточны для объединения молекул в некие ансамбли (частицы).

Слабость связей между отдельными молекулами (частицами) позволяет им перескакивать с одного места на другое, что и обуславливает текучесть жидкости.

Поэтому жидкость из-за действующих на нее сил не может сохранять собственную форму, и, сохраняя лишь объем, принимать форму занимаемого ею сосуда.

Примечание:

Жидкость и твердое тело тоже меняют свой объем при изменении давления. Однако (для сравнения) при t=20° C изменение объема газа (воздуха) примерно в 14 000 раз превосходит изменение объема воды (жидкости) при равном увеличении давления.

Известны вещества, называемые газами. Слово «газ» (от греческого – хаос) было введено Ван-Гельмонотом для определения вещества, способного занимать любой, предоставленный ему объем. Эта способность объясняется крайне слабыми силами взаимного притяжения молекул, благодаря чему они могут свободно перемещаться относительно друг друга.

Внимание :

1) Таким образом жидкости отличаются от других тел свойством - текучестью.

Назовем меру легкости, с которой течет жидкость - вязкостью.

2) Поместим «газ» в резиновую оболочку. Простым сдавливанием ее убеждаемся, что на руку действует некая сила сопротивления, стремящаяся вернуть оболочке первоначальную форму.

Назовем силу сопротивления – давлением.

Численно давление равно силе сопротивления. Будем считать, что давление направлено внутрь интересующего нас объема.

Важное замечание:

Известно, что при нагревании (или охлаждении) вес тела изменяет свой объем. При этом газ во много раз больше изменяет свой объем, чем жидкость.

Вот эта особенность газа и обуславливает необходимость привлечения понятий термодинамики (теплообмена) при изучении их движения.

Теплообмен вообще говоря сказывается и на движении жидких сред. Известны, так называемые, конвективные потоки жидкости при ее нагревании, т.е. действие теплообмена в жидкости при малом изменении ее объема проявляется косвенным образом, посредством влияния температуры на механические свойства самой жидкости.

Однако в нашем курсе «чистой» гидромеханики этими явлениями (теплообмена) для жидкости будем пренебрегать, т.к. их изучением занимается теория теплообмена.

Как разделить между собой понятия газ и жидкость, учитывая, что те и другие в большей или меньшей степени обладают одинаковыми свойствами?

В связи с невозможностью такого разделения, мы будем пользоваться терминами:

«капельная жидкость» (малосжимаемая жидкость)

«сжимаемая жидкость» (газ)

«жидкость», применяя последний в широком смысле слова, охватывающем как капельную жидкость, так и газ (т.е. под жидкостью будем понимать всякую среду, обладающую свойством текучести).