Питання №1
У чому полягає закон в'язкого тертя Ньютона? Яка взаємозв'язок між динамічним і кинематическим коефіцієнтами в'язкості, їх розмірність і зв'язок з тиском і температурою для крапельних і газоподібних рідин?
В'язкістю називається властивість рідини чинити опір відносному руху (зрушенню) її частинок. В'язкість проявляється тільки при русі реальної рідини.
Для пояснення поняття в'язкості розглянемо випадок руху рідини паралельними шарами (рис. 1). Нехай швидкість руху будь-якого шару А дорівнює u, а швидкість сусіднього шару В більше на величину? u. Величина? u виражає собою абсолютний зсув шару В по відношенню до шару А за одиницю часу. При ковзанні цих шарів рідини відносно один одного між ними виникає перешкоджає зрушенню сила тертя. Відносячи силу тертя до одиниці площі тертя, отримаємо дотичне напруження сили тертя t. Ставлення? u до відстані між центрами шарів? y називається відносним зрушенням. Ньютон встановив, що сила тертя t, яка припадає на одиницю площі, прямо пропорційна відносній зрушенню:
t=m? u ¤? y,
де m - коефіцієнт внутрішнього тертя або динамічний коефіцієнт в'язкості, Па? с.
В гідравліці поряд з динамічною в'язкістю при розрахунках використовують так званий кінематичний коефіцієнт в'язкості, що представляє собою відношення динамічного коефіцієнта в'язкості до щільності рідини:
n=m ¤ r, м 2 ¤ с.
В'язкість залежить від виду рідини і її температури.
В'язкість крапельних рідин зменшується зі збільшенням температури, а в'язкість газів, навпаки, зростає. Пояснюється це розходженням самої природи в'язкості рідин і газів. У рідинах молекули розташовані набагато ближче один одному, ніж у газах, і в'язкість викликається силами молекулярного зчеплення. Ці сили зі збільшенням температури зменшуються, тому в'язкість знижується. У газах в'язкість обумовлена ??в основному хаотичному тепловому рухом молекул, інтенсивність якого збільшується з ростом температури, що призводить до збільшення в'язкості.
Рис. 1 Схема, що пояснює поняття в'язкості при русі рідини з паралельними шарами.
Питання №2
Як визначити рівнодіючу силу гідростатичного тиску рідини на плоскі стінки? Що називається центром тиску і як визначити його положення? Чи може центр тиску знаходитися вище центру ваги фігури стінки і коли вони збігаються?
Використовуючи основне рівняння гідростатістікі, можна знайти силу тиску рідини на різні поверхні. Це завдання має велике практичне значення при розрахунках гідротехнічних споруд, резервуарів, запобіжних клапанів в технологічних апаратах.
Візьмемо плоску прямокутну стінку АВСД шириною b, похилу до горизонту під кутом? (рис. 2). Розглянемо тільки надлишковий тиск на цю стінку; поверхневий тиск враховувати не будемо, так як воно, діючи через рідину на стінку ліворуч, повністю врівноважується атмосферним тиском, що діє на стінку праворуч.
Виділимо на стінці АВСД нескінченно малу горизонтальну смужку висотою d ?. Зважаючи малої висоти виділеного елемента гідростатістіческое тиск у всіх його точках можна вважати однаковим і рівним? g h?.
Елементарна сила надлишкового тиску на смужку буде дорівнює:
d P =? g h? b d l, (1)
де? gh? bdl являє собою елемент площі епюри гідростатичного тиску dw.
Рис. 2. Схема визначення сили тиску рідини на плоску стінку.
Вся епюра тиску на плоску стінку зображена трикутником АВЕ площею w. Площа самої стінки можна що з елементарних смужок, на кожну з яких передається з боку рідини тиск, що визначається за формулою (1), яке безперервно змінюється в міру зміни глибини h, але завжди спрямоване перпендикулярно площині стінки.
Сила тиску рідини на стінку АВСД дорівнюватиме сумі паралельних, безперервно змінюються елементарних сил, тобто інтегралу рівняння (1) в межах всієї площі епюри тиску:
P =? ? g h? b d l=b? d? =B?,
де?- Площа епюри гідростатичного тиску.
Таким чином, сила тиску рідини на плоску прямокутну стінку визначається добутком площі епюри гідростатичного тиску на ширину стінки тобто
P=b?.
Сила тиску на плоску стінку може бути також виражена вагою рідини, укладеної в обсязі призми, що має підставою епюру гідростатичного тиску АВЕ, а заввишки - ширину стінки b.
Відзначимо, що сила гідростатичного тиску...
