Жидкости

Гидравлика изучает законы равновесия и движения жидкостей и рассматривает их практическое приложение к производствен­ным процессам.

Гидравлика зародилась в III в. до н.э., когда греческий ученый Архимед в «Трактате о плавающих телах» определил подъемную силу, действующую на тело, погруженное в жидкость.

Вплоть до XVIII в. гидравлика развивалась как прикладная на­ука. Великий ученый Леонардо да Винчи в XVв. проводил лабора­торные опыты, изучая движение воды в каналах, через отверстия и водосливы. В XVII в. над вопросами гидростатики работали Г. Га­лилей и Б. Паскаль. Тогда же Э. Торричелли получил формулу, позволяющую рассчитать скорость истечения жидкости из отвер­стия, а И. Ньютон высказал гипотезу о наличии внутреннего тре­ния в жидкости.

В конце XVIII в. в связи с потребностями развивающегося про­мышленного производства прикладной гидравликой занимались А. Шези, А. Дарси, Ю. Вейсбах и другие ученые и инженеры. При­кладная гидравлика давала решение частных задач движения жид­кости в виде эмпирических (опытных) формул, применимых в условиях, аналогичных тем, при которых проводились опыты.

В середине XVIII в. трудами ученых — членов Петербургской академии наук Даниила Бернулли и Леонарда Эйлера было поло­жено начало сугубо теоретической науке о равновесии и движе­нии жидкости — гидромеханике. Основоположники гидромехани­ки в своих исследованиях использовали упрощенное представле­ние о жидкости, пренебрегая ее вязкостью. Они ввели понятие идеальной жидкости. В гидромеханике выведены общие законы рав­новесия и движения идеальной жидкости.

Современная гидравлика — это наука, сочетающая методы тео­ретической гидромеханики и прикладной гидравлики. Решение общих уравнений гидромеханики корректируется результатами

опытов, которые получены при более тонком и углубленном экспериментальном изучении структуры движущейся жидкости. В XIX- XX вв. сближению параллельных ветвей гидравлики способствовали труды Н. ГГ. Петрова, Н. Е. Жуковского, О. Рейнольдса, JI. Прандтля и других ученых.

Жидкость — это физическое тело со слабой связью между от­дельными частицами. В жидкости частицы свободно перемещают­ся относительно друг друга, т. е. она обладает текучестью. В гид­равлике жидкость представляют как сплошную среду, а под час­тицей понимают бесконечно малый элемент этой среды со всеми ее свойствами, но не рассматривают ее молекулярное строение. Из-за текучести жидкость не имеет собственной формы: она при­нимает форму сосуда, в который помещена.

Вотличие от газов жидкости малосжимаемы: их объем почти не изменяется под действием внешних сил. Например, при повыше­нии давления на одну атмосферу (100 кПа) объем воды уменьша­ется лишь на 1/20 000 долю.

В гидравлике жидкости различают по физическим свойствам — плотности и вязкости. Плотность р представляет собой отноше­ние массы вещества т к объему V:

р = m/V.

Вода при температуре 4 °С имеет плотность 1000 кг/м³, керосин — 800 кг/м³ (15 °С), а ртуть — 13 560 кг/м³ (0 °С).

Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление отно­сительному скольжению (сдвигу) ее частиц или слоев. При отно­сительном движении слоев жидкости возникают касательные ме­ханические напряжения. Согласно закону Ньютона значение ка­сательного напряжения прямо пропорционально относительной скорости движущихся слоев и зависит от рода жидкости. Коэффи­циент пропорциональности называется динамической вязкостью v и имеет единицу измерения Па • с. Динамическая вязкость зависит от рода жидкости, изменяется с температурой и практически не зависит от давления.

Существует также понятие кинематической вязкости v, кото­рая представляет собой отношение динамической вязкости к плот­ности данной жидкости:

Единица измерения кинематической вязкости — м²/с.