n="justify"> Рідина називається ідеальною, якщо в ній відсутні сили внутрішнього тертя. У реальних рідинах тертя існує і шари рухомої рідини взаємодіють один з одним.
Розглянемо усталене ламінарний плин ідеальної рідини. Виділимо в стаціонарно поточної ідеальної рідини трубку струму малого перетину.
Розглянемо об'єм рідини, обмежений стінками трубки струму і перпендикулярними до ліній струму перетинами і. За час цей обсяг переміститься вздовж трубки струму, причому перетин переміститься в положення, пройшовши шлях, перетин переміститься в положення, пройшовши шлях. В силу нерозривності струменя, заштриховані обсяги будуть мати однакову величину
.
Енергія кожної частки рідини складається з її кінетичної енергії і потенційної енергії в полі сил земного тяжіння. Внаслідок стаціонарності течії частинка, яка перебуває через час в будь-який з точок незаштриховані частини розглянутого обсягу (наприклад, точка О на малюнку), має таку ж швидкість (а отже, і кінетичну енергію), яку мала частинка, що знаходилася в тій же точці в початковий момент часу. Тому прирощення енергії всього розглянутого об'єму можна обчислити кaк різниця енергій заштрихованих обсягів.
Візьмемо перетин трубки струму S і відрізки настільки малими, щоб усім точкам кожного з заштрихованих обсягів можна було приписати одне і те ж значення швидкості, тиску p і висоти h. Тоді прирощення енергії запишеться наступним чином:
.
Це прирощення енергії дорівнює роботі сил тиску
.
Вважаючи,
Отримаємо
.
Звідси випливає
.
Це рівняння називають рівнянням Бернуллі. Використовуємо це рівняння для опису витікання рідини з отвору.
Приклад 1. У посудині, заповненій рідиною, є отвір на глибині h. Визначити швидкість витікання рідини з отвору.
Рішення. Зробимо малюнок.
Запишемо рівняння Бернуллі
механіка рідина деформація тіло
.
і покладемо. Отримаємо
.
Ця формула називається формулою Торрічеллі. Відзначимо, що таку ж швидкість набуває тіло, падаюче з висоти h.
3. В'язкість
Якщо рідина не є ідеальною, то між шарами рухомої рідини існує взаємодія, що призводить до появи сили внутрішнього тертя. В'язкістю (внутрішнім тертям) називають властивість рідини чинити опір переміщенню однієї частини рідини щодо іншої. Розглянемо найпростіший випадок, коли одна з паралельних площин рухається щодо іншої. При цьому простір між площинами заповнене рідиною, яка також бере участь в русі.
Досвід показує, що для руху верхньої пластинки з постійною швидкістю потрібно прикладати деяку силу F . Т.к. прискорення немає, то сила F врівноважується іншою силою, створюваної рідиною.
З досвіду випливає, що для сили тертя справедлива формула
,
де - коефіцієнт внутрішнього тертя (в'язкість), - швидкість верхньої пластини, S - площа пластини, d - відстань між пластинами.
Розподіл величини швидкості по висоті (градієнт швидкості) описується формулою
.
,
отримаємо формулу для сили тертя
.
Ця формула є узагальненням вихідної формули для сили тертя. Величину називають градієнтом швидкості.
Розмірність в'язкості
.
Цю одиницю називають паскаль-секундою. Паскаль-секундою називають таку в'язкість, при якій градієнт швидкості з модулем рівним 1 на 1 м, призводить до виникнення сили внутрішнього тертя в 1 Н на 1 м2 поверхні торкання шарів.
4. Деформація твердого тіла
Ми розглядали рух абсолютно твердих тіл. Реальні тверді тіла можуть відчувати деформацію. Деформацією називають явище зміни форми і розмірів тіла під дією зовнішніх сил. Зазвичай деформацію поділяють на пружну і пластичну.
Деформація називається пружною, якщо після припинення дії зовнішніх сил тіло приймає первинні розміри і форму.
Деформація називається пластичної, коли після припинення дії зовнішніх сил деформація зберігається.
Зазвичай деформація містить як пружну, так і пластичну складові. Часто однією з них нехтують і розглядають другий тип деформації. По виду деформованого стану виділяють деформації розтягування, стиснення, зсуву, вигину, крутіння та ін. Для вивчення деформацій, пов'язаних з ними сил і напруг існують спеціальні науки: теорія пружності, теорія пластичності. Для вивчення питань міцності, руйнування існують також відповідні наукові напрями. Тут ми розглянемо найпростіші поняття деформації з точки зору фізики.
Розглянемо однорідний стрижень довжиною l і площею поперечного перерізу S, до...
