fiz

Один конец манометра соединяют с сосудом, в котором измеряют давление, а другой остается открытым. Давление над поверхностью жидкости в нем атмосферное.

Если измеряемое давление в сосуде больше атмосферного, то в колене манометра, соединенном с сосудом, уровень жидкости установится ниже, чем в открытом колене, а если давление в сосуде будет меньше атмосферного, то уровень жидкости в свободном колене установится ниже, чем в колене, соединенном с сосудом. По разности уровней можно судить о величине давления в сосуде. Для этого к трубке прикрепляют шкалу Ш , проградуированную в единицах давления.

51. ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОТОЙ

Атмосферное давление на тело обусловлено весом воздушных слоев, расположенных над ним. На

уровне моря величина атмосферного давления в среднем составляет 760 мм рт. ст. или 105 Па.

С увеличением высоты над уровнем моря атмосферное давление убывает вместе с весом воздушных слоев из-за ослабления земного тяготения, уменьшаясь через каждые сто метров примерно на

10 мм рт. ст. = 1330 Па.

Более точно зависимость атмосферного давления от высоты выражается барометрической формулой

Здесь p – давление на высоте h , p0 – давление на уровне моря, M – молярная масса воздуха, g –

ускорение свободного падения, T – абсолютная температура воздуха на высоте h .

Следует учитывать, что формула (51.1) справедлива только тогда, когда температура T по всей высоте к одинакова, поэтому она называется изотермической формулой.

Графически зависимость давления p от высоты h изображена на рис. 51-1. На этом графике показано, что давление атмосферы, равное при h = 0 величине p0

убывает по экспоненте, стремясь к нулю при стремлении высоты h к бесконечности. Подобная зависимость называется экспоненциальной.

заполняющего межпланетное пространство.

Атмосферу Земли условно делят на три слоя: нижний – тропосфера, средний – стратосфера и верхний – ионосфера.

Тропосфера состоит примерно на 78% из азота и на 21% из кислорода. Остальную часть составляют пары воды, другие газы и частицы пыли. Верхняя граница тропосферы простирается примерно до 18 км, где атмосферное давление падает примерно до 40 мм рт. ст. или 5∙103 Па.

Над тропосферой располагается стратосфера, которая простирается до высоты 80 км над уровнем моря и там атмосферное давление падает до 0,001 мм рт. ст. или до 0,1 Па.

Еще выше простирается ионосфера, получившая свое звание из-за наличия в ней большого количества заряженных частиц – ионов обоих знаков. Атмосферное давление в ионосфере продолжает быстро убывать с высотой, составляя на высоте 120 км примерно 10-5 мм рт. ст. или 0,001 Па. Верхняя часть атмосферы постепенно переходит в открытый космос.

Экспериментальное исследование верхних слоев атмосферы с помощью воздушных шаров – зондов впервые было осуществлено выдающимся русским ученым Д. И. Менделеевым в 1887 г.

52. НАСОСЫ

Насосами называют устройства, служащие для перемещения жидкостей, когда они не могут перетекать самотеком.

Действие насосов основано на законе сохранения энергии. Работающий насос превращает энергию, передаваемую ему двигателем, в потенциальную, кинетическую и внутреннюю энергию потока жидкости.

Рассмотрим принцип действия двух наиболее распространенных типов насосов: поршневого и центробежного лопастного.

Работа поршневого насоса основана на всасывании и вытеснении жидкости из одного сосуда в другой с помощью поршней, движущихся в рабочих полостях

поршня влево клапан 3 закрывается, а клапан 4 открывается под давлением жидкости, вытесняемой поршнем. При этом жидкость поднимается в трубу 7, соединенную с емкостью, в которую ее перекачивают. Затем процесс повторяется.

Поршневые насосы обладают рядом недостатков. Их скорость из-за инерции передаточного механизма ограничена, поэтому их соединение с высокооборотными двигателями затруднительно. Кроме того, подача жидкости происходит неравномерно из-за периодичности движения поршней.

Для устранения этих недостатков были изобретены центробежные насосы.

Рассмотрим схему лопастного центробежного насоса, изображенную на рис. 52-2. Рабочее колесо насоса, несущее лопасти 2, заключено в корпус 1, имеющий специфическую форму. При вращении лопастей возрастает скорость примыкающего к ним воздушного потока, увлекаемого силами внутреннего трения. При этом давление в потоке падает и сюда втягивается через трубу 3 жидкость, которая вовлекается во вращательное движение и отбрасывается центробежными силами к периферии камеры. Частицы жидкости, двигаясь по касательной, выбрасываются вверх по трубе 4, когда их линейная скорость в точке 5 направлена вверх. При этом кинетическая энергия частиц превращается в их потенциальную энергию.

Центробежные насосы лишены недостатков поршневых, в результате чего они имеют более высокий КПД, более компактны и удобны при соединении их с приводными электродвигателями.

53. АРХИМЕДОВА СИЛА ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ. ЗАКОН АРХИМЕДА

В жидкости тело весит меньше, чем на суше. Причиной этого является выталкивающая (архимедова) сила, действующая на тела, погруженные в жидкость. В воздухе выталкивающая сила тоже действует, но она значительно меньше, чем в жидкости, потому, что плотность воздуха примерно в тысячу раз меньше плотности жидкости.

Рассмотрим причину появления выталкивающей силы. Для этого обратимся к рис. 53-1.

Пусть тело цилиндрической формы погружено в жидкость плотностью так, что его нижнее основание находится на глубине H , а верхнее – на глубине h . Тогда на верхнее основание цилиндра действует со стороны жидкости сила давления F1

направленная вниз, а на нижнее основание цилиндра действует со стороны жидкости сила давления F2 , направленная вертикально вверх, причем сила давления F2 больше

силы давления F1 , потому что она пропорциональна давлению жидкости на глубин H ,

которое в свою очередь пропорционально глубине H , большей, чем глубина h . В результате равнодействующая сил давления F1 и F2 будет направлена вверх и будет равна разности этих

сил. Эта равнодействующая и называется выталкивающей или архимедовой силой в честь древнегреческого ученого Архимеда, определившего ее величину:

Fвыт F2 F1 .

Определим и мы величину выталкивающей силы. Из определения давления следует, что сила давления равна произведению давления p и площади опоры тела S , поэтому

F2 p2 S и F1 p1S .

Согласно формуле давления столба жидкости

p1 gh и p2 gH .

Тогда F2 gHS и F1 ghS .

Подставив два последних выражения в формулу выталкивающей силы, получим:

Fвыт gHS ghS gS H h .

Здесь разность глубин H h равна высоте цилиндра, а произведение этой высоты на площадь основания цилиндра S равно объему цилиндра V , V H h S .

Тогда

Fвыт gV

Произведение плотности жидкости и объема V равно массе жидкости m , объем которой равен

объему погруженного в жидкость тела, а произведение этой массы m на ускорение свободного падения g равно весу жидкости P , вытесненной телом.

Fвыт Pжидкости .

Закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа, вытесненного телом.

Следовательно, формула выталкивающей силы имеет вид:

Fвыт жидк gVпогруж.тела

Точкой приложения архимедовой выталкивающей силы является центр тяжести погруженной в жидкость части однородного тела. Центр тяжести самого тела совпадает с точкой приложения архимедовой силы, если тело однородно и полностью погружено в жидкость (рис. 52-2). Если тело частично погружено в жидкость, то его центр тяжести C не совпадает с точкой приложения выталкивающей силы O (рис. 53-3).

Даже если тело погружено полностью, но не однородно, то точки приложения силы тяжести C и архимедовой силы O могут не совпадать. На рис. 53-4, а и б заштрихованная часть шара изготовлена из металла, а незаштрихованная – из дерева. При этом центр тяжести шара C смещен относительно его геометрического центра O . Если шар погрузить в жидкость так, как показано на рис. 53-4, а, то выталкивающая сила , приложенная к геометрическому центру шара O , и сила тяжести mg ,

приложенная к центру тяжести C , создадут вращающий момент сил. Под его действием шар повернется и примет положение, показанное на рис. 53-4, б, при котором линии действия этих сил совпадут.

поверхность располагается под углом к горизонту. При этом выталкивающая сила, всегда перпендикулярная к поверхности жидкости, будет направлена под углом к вертикали.

Закон Архимеда – первый количественный закон физики, открытый человеком. На нем основана теория плавания тел. Вместе с законом Паскаля закон Архимеда составляет основу гидростатики.

54. УСЛОВИЯ ПЛАВАНИЯ ТЕЛ

Благодаря действию выталкивающей силы тела плавают в жидкости или газе.

Рассмотрим условия плавания тел в покоящейся жидкости. Пусть плотность тела меньше плотности жидкости. Тогда вес этого тела P тела gV будет меньше

выталкивающей силы Fвыт жидк gV , где V – объем тела, полностью погруженного в

жидкость. При этом условии тело, погруженное в жидкость, будет всплывать. Когда оно поднимется вверх так, что начнет выходить из жидкости, величина выталкивающей силы будет уменьшаться с уменьшением объема погруженной в жидкость части тела согласно формуле выталкивающей силы. Когда выталкивающая сила станет равна весу тела, оно будет плавать на поверхности, частично погруженное в жидкость (рис 54-1).

Условие плавания тел: тело плавает в жидкости, когда выталкивающая сила равна весу тела.

Когда плотность тела значительно меньше плотности жидкости, то равновесия может не наступить, если вес тела при всплытии все время будет меньше выталкивающей силы. При этом тело полностью всплывет и будет находиться на поверхности жидкости, совсем не погружаясь в нее, как это делает надувной шарик, брошенный в воду. Если плотность тела равна плотности жидкости, в которую оно полностью погружено, то тело будет плавать в жидкости во взвешенном состоянии, т. е. не поднимаясь и не опускаясь, поскольку при этом вес тела будет равен выталкивающей силе.

Если плотность тела больше плотности жидкости, то возможны три случая.

1.Если объем погруженной в жидкость части тела столь велик, что выталкивающая сила, пропорциональная этому объему, окажется больше веса тела, то тело будет всплывать. Например, плотность железа примерно в 8 раз больше плотности воды, поэтому, если сплошной кусок железа бросить в воду, то он, конечно, утонет. Но, если этот кусок раскатать в тонкую фольгу и изготовить из нее, например, лодочку, то она будет плавать, благодаря действию большой выталкивающей силы, пропорциональной объему погруженной части лодочки;

2.Если благодаря достаточному объему погруженной части тела выталкивающая сила окажется равной весу тела, то оно будет плавать, не поднимаясь и не опускаясь, как это делает подводная лодка;

3.Если вес тела окажется больше выталкивающей силы, то оно утонет.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

а) если выталкивающая сила больше веса тела, то оно всплывает; б) если выталкивающая сила равна весу тела, то оно плавает, не поднимаясь и не опускаясь; в) если выталкивающая сила меньше веса тела, то оно тонет.

грузы на кораблях стараются расположить как можно ниже – ниже ватерлинии, распределив их равномерно. В противном случае может возникнуть вращающий момент сил, который опрокинет корабль.

Ватерлиния – это линия, определяющая глубину погружения корабля. Она проводится по его корпусу и отделяет надводную часть корабля от подводной. Ватерлиния обозначает глубину осадки корабля.

Если при качке линия действия силы тяжести выйдет за пределы периметра, ограничивающего днище корабля, то он опрокинется (рис. 53-3).

ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРО- И АЭРОДИНАМИКИ

55. ИДЕАЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ. ТЕОРЕМА О НЕРАЗРЫВНОСТИ СТРУИ

Раздел механики, в котором рассматривается движение жидкостей и газов и их взаимодействие с движущимися в них телами называется гидроили аэродинамикой.

Плотность газов Значительно меньше плотности жидкости, а сжимаемость газов существенно больше жидкостей. Силы внутреннего трения в газах намного меньше, чем в жидкостях. Из-за этих различий скорости и ускорения тел в жидкостях и газах при одинаковом воздействии на них или на тела в них значительно отличаются друг от друга. Тем не менее, при скоростях, во много раз меньших скорости звука в воздухе зв = 340 м/с, когда можно не учитывать сжимаемость газов и трение в них, законы

движения жидкостей и газов, а также тел в них, аналогичны и описываются одинаковыми уравнениями. В основу гидроаэромеханики легли законы Ньютона, позволяющие определить силы, действующие

на тела, движущиеся в сплошных средах. Однако применение общих теорем динамики для решения задач гидродинамики долгое время было возможно лишь применительно к идеальной жидкости.

Идеальная жидкость – это абстрактная жидкость, не обладающая вязкостью, теплопроводностью, способностью к электризации и намагничиванию, в которой механическая энергия не превращается в другие виды энергии. Иными словами, жидкость, в которой между отдельными частицами действуют только консервативные силы – силы тяжести и силы упругости. Таких жидкостей в природе не существует, но, чем ближе свойства реальноq жидкости к свойствам идеальной, тем точнее к ней применимы законы гидродинамики идеальной жидкости.

Учет всех свойств реальных жидкостей приводил к крайне громоздким уравнениям из-за огромного количества взаимодействующих частиц в них. Точное решение этих уравнений обычными способами было затруднительно, поэтому до середины прошлого столетия решение задач практической гидродинамики производилось, как правило, экспериментальными методами.

Наиболее простые уравнения гидродинамики были записаны для идеальной жидкости. Такая идеализация была допустима применительно ко многим случаям

Рис. 55-1 течения реальных жидкостей вдали от омываемых ими поверхностей твердых тел. Рассмотрим поток жидкости, схематически изображенный на рис. 55-1. В каждой точке этого потока

скорость частиц жидкости имеет определенную величину и направление. Если изобразить все векторы скоростей всех частиц жидкости в каждой точке потока, то мы получим поле скоростей. Однако более наглядной картина, изображающая данный поток жидкости, будет, если изобразить не сами векторы скорости, а провести линии, касательные к которым в каждой точке будут совпадать с вектором скорости жидкости в этой точке. Такие линии называются линиями тока жидкости.

Линия тока – это воображаемая линия, в каждой точке которой вектор скорости частиц жидкости направлен по касательной к этой линии.

Совокупность линий тока позволяет наглядно представить в каждый момент времени поток жидкости, давая как бы моментальный фотографический снимок ее течения.

Линии тока жидкости можно сделать видимыми, внеся, например, в воду алюминиевые частицы. В газе для этого вводят дым в струю газа. Если такой поток сфотографировать, то мы получим наглядное изображение линий тока.

Конечно, если проводить линии тока через каждую точку пространства, занятого потоком, то все они сольются. Поэтому договорились густоту линий тока выбирать такой, чтобы число линий, проведенных через некоторую единичную площадку перпендикулярно ей, было численно равно скорости жидкости в данном месте. Например, скорость жидкости 10 м/с. Значит, можно через каждый квадратный сантиметр такой площадки проводить по 10 линий тока жидкости и таким образом охарактеризовать ее скорость. Тогда чем больше скорость жидкости, тем гуще расположатся линии тока, и наоборот.

Выберем в жидкости некоторый замкнутый контур (замкнутую линию), плоскость которого перпендикулярна линиям тока жидкости (рис. 55-2).

Совокупность линий тока, пересекающих площадку, ограниченную этим контуром, называется трубкой тока жидкости.

При установившемся движении сплошной среды (жидкости или газа) линии тока совпадают с траекториями движущихся частиц среды и не изменяют своего положения с течением времени, из-за чего трубки тока схожи с трубками, имеющими твердые стенки, поэтому они и получили такое название. Трубки тока могут сужаться или расширяться в зависимости от скорости жидкости, хотя количество жидкости, протекающей за одинаковое время через некоторое сечение,

перпендикулярное линиям тока, будет оставаться постоянным. Вследствие того, что вектор скорости частиц жидкости или газа касателен к линиям тока, ограничивающим стенки трубки тока, движущиеся частицы не пересекают стенок трубки тока.

Если скорость частиц жидкости в данном сечении с течением времени не изменяются, то такое течение называется стационарным.

Пусть жидкость несжимаема, т. е. ее плотность везде одинакова и с течением времени не меняется (большинство жидкостей, в том числе и вода, практически несжимаемы). Тогда некоторая масса

Пусть за такое же время в другом месте трубки тока эта же масса жидкости пересечет площадку S2

Выражение (55.3) называют теоремой о неразрывности струи, или теоремой Эйлера.

Теорема о неразрывности струи (теорема Эйлера): произведение скорости течения несжимаемой жидкости и площади поперечного сечения одной и той же трубки тока, есть величина постоянная.

Теорема о неразрывности струи является выражением закона сохранения массы движущейся жидкости. Ее можно применять к реальным жидкостям, сжимаемостью которых можно пренебречь.

Теорема о неразрывности струи используется при расчетах, связанных с подачей жидкого топлива в ракетный двигатель по трубам переменного сечения. Зависимость скорости потока от площади поперечного сечения канала, по которому течет жидкость или газ, учитывается при конструировании сопла ракетного двигателя. В месте сужения сопла

Рис. 55-3 (рис. 55-3) скорость истекающих из него продуктов сгорания резко возрастает. Благодаря этому давление в потоке падает и возникает дополнительная сила тяги.

Течение жидкости, при котором отдельные слои скользят относительно друг друга, не перемешиваясь, называется ламинарным, т. е. слоистым. Таким является медленное течение жидкости по трубам, течение в спокойных полноводных реках.

Течение, при котором слои жидкости перемешиваются, называется турбулентным, т. е. вихревым.

Примером такого движения служит истечение отработанных газов из сопла ракеты, течение бурных горных рек, завихрения воды за кормой. С увеличением скорости ламинарное течение переходит в турбулентное.

56. ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ В ЖИДКОСТИ ОТ СКОРОСТИ ЕЕ ТЕЧЕНИЯ. УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ

Рассмотрим течение идеальной несжимаемой жидкости, например, воды. Воду вполне можно считать несжимаемой, поскольку воздействие на нее с огромной силой в 107 Н приводит к сжатию воды всего на 0,005% от ее первоначального объема.

ней выполняется закон сохранения механической энергии. Согласно этому закону сумма потенциальной энергии EП 1 элемента жидкости на высоте h1 , его кинетической энергии EК 1 на этой же высоте и работы

A1 , совершаемой силами давления Fдавл на некотором пути l1 равна сумме его потенциальной энергии EП 2 , кинетической энергии EК 2 и работе A2 , совершаемой силами давления Fдавл на пути l2 , когда этот элемент окажется на высоте h2 ,

EП1 EК1 A1 EП 2 EК 2 A2 ,

где

Уравнение (56.1) называют уравнением Бернулли. Оно было записано впервые швейцарским ученым Д.Бернулли и представляет собой закон сохранения механической энергии, примененный к течению жидкости.

Если h1 h2 , то уравнение Бернулли примет вид:

Уравнение (56.2) записано применительно к жидкости, текущей горизонтально.

Из уравнения Бернулли следует, что, если скорость в потоке жидкости возрастает, то давление в ней падает, и наоборот, там, где скорость меньше, давление больше. Например, если лодку,

оставленную на ночь у берега, забыть привязать, то утром ее можно обнаружить уплывшей далеко по течению. Это произойдет вследствие того, что из-за большего давления воды, медленно текущей вблизи

берега, лодку вытеснит на середину, туда, где течение имеет большую скорость и, следовательно, меньшее давление.

Сформулированная выше зависимость давления от скорости течения среды справедлива и применительно к газам, когда их скорость невелика, так как при этом можно пренебречь сжимаемостью газов. Все должны знать, что вблизи мчащегося поезда стоять опасно, потому что воздух вблизи стенок вагонов увлекается поездом и движется с большей скоростью перед стоящим человеком, чем позади него. В результате, давление воздуха позади стоящего будет больше, чем между ним и поездом, и человека может толкнуть прямо под колеса. В справедливости приведенных выше рассуждений вы можете легко убедиться сами, если подвесите вертикально два листа бумаги и подуете между ними. При этом листы притянутся друг к другу тем с большей силой, чем сильнее вы будете дуть.

Уравнение Бернулли находит широкое применение при решении задач на расчет давлений в потоках жидкостей и газов.

57. ПОДЪЕМНАЯ СИЛА КРЫЛА САМОЛЕТА

Подъемная сила крыла самолета обусловлена особым профилем крыла – профилем Жуковского, названным так в честь замечательного русского ученого-механика Н. Е. Жуковского, основоположника отечественной авиации.

Крыло самолета имеет особую несимметричную форму. На рис. 57-1 изображено его сечение в потоке движущегося газа. Профиль крыла образует с линией горизонта угол атаки – угол между вектором скорости набегающего на крыло горизонтального потока воздуха и нижней плоскостью крыла.

Благодаря несимметричности формы крыла и наличию угла атаки воздушные массы за одно и то же время проходят над верхней поверхностью крыла больший путь, чем под нижней. В результате,

скорость воздушного потока над крылом оказывается больше, чем под ним, а давление,

соответственно, меньше. Линии тока воздуха, которые можно наблюдать, если ввести в него струйки дыма, сгущаются над крылом, что свидетельствует о возрастании скорости и уменьшении давления по сравнению с давлением под крылом.

Наличие разности давлений над и под крылом приводит к появлению подъемной силы, направленной снизу вверх, оттуда, где давление больше, туда, где оно меньше. Величина подъемной силы в значительной степени зависит от угла атаки и при некотором критическом угле атаки достигает максимальной величины, после чего начинает убывать с дальнейшим ростом угла атаки. Расчет критического угла атаки является одной из важных задач самолетостроения.

Пусть самолет движется со скоростью относительно воздуха, а его крыло обтекает поток воздуха со скоростью u , причем над крылом он движется антинаправлено самолету, а под крылом – сонаправлено с ним. Тогда скорость потока воздуха относительно крыла самолета над ним будет равна1 u , а под ним 2 u . Если самолет летит горизонтально, то согласно уравнению Бернулли

Плотность воздуха р на тех высотах, где летают лайнеры, порядка 1 кг м3 , скорость самолета пусть800 мс , скорость обтекающего его потока примерно u 10 мс . Тогда разность давлений p под и над крылом примерно равна:

p 2 1 800 10Па 1, 6 103 Па .

Если площадь крыльев примерно S 400м2 , то подъемная сила Fпод , обусловленная разностью давлений p1 и p2 , будет огромна:

Fпод pS 1, 6 103 400Н 6, 4 105 Н .

Вот почему самолеты не падают, хотя они и тяжелее воздуха.

58. ТЕЧЕНИЕ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ

Во всякой жидкости действуют силы взаимодействия молекул, имеющие электромагнитное происхождение. Вследствие этого всякая реальная жидкость обладает вязкостью. При течении реальной жидкости по трубам скорость частиц жидкости в одном и том же сечении трубы неодинакова (рис. 58-1).

Непосредственно у стен она равна нулю. Вблизи стенок трубы скорость слоев жидкости из-за сил внутреннего трения невелика и увеличивается по мере приближения к середине трубы. Известно, что скорость течения на середине реки наибольшая, а у берегов она падает до нуля. В связи с наличием внутреннего трения жидкость может течь по трубе только при наличии перепада давлений на выходе и на входе трубы, потому что при этом силы давления компенсируют вязкие силы, тормозящие жидкость.

Силу внутреннего трения в жидкостях и газах можно рассчитать пользуясь феноменологическим уравнением – уравнением, полученным опытным путем:

F S

тр y

Здесь F – сила трения, – коэффициент трения, зависящий от свойств жидкости или газа, –

Из-за различия скоростей в движущейся вязкой жидкости у стен и в середине трубы, давление в ней падает в направлении течения, изменяясь по линейному закону. В этом можно убедиться, проделав в трубе, по которой течет стационарно жидкость, отверстия и вставив в них трубки

(рис. 58-2).

При отсутствии течения высота жидкости в трубках будет одинакова, а чем быстрее жидкость будет течь, тем быстрее будет понижаться высота в направлении течения жидкости вследствие понижения давления. А если бы жидкость была идеальна, т. е. если бы в ней отсутствовало трение, то высоты столбов в трубках оставались бы одинаковы и при ее движении.

Рис. 58-3

При ламинарном течении тело, движущееся в жидкости, испытывает силу сопротивления движению вследствие вязкости жидкости и взаимодействия ее молекул с молекулами поверхности тела. Это так называемое сопротивление трения. При таком движении давление жидкости на тело спереди и сзади одинаково (рис. 58-3, а). При возрастании скорости, позади движущегося тела возникают завихрения вследствие обрыва линий тока жидкости. Скорость движения жидкости в таких завихрениях позади тела становится больше, чем перед ним и, как следствие, давление там падает. Из-за этого давление жидкости перед телом становится больше, чем позади него, и возникает дополнительное лобовое сопротивление движению – сопротивление давления (рис. 58-3, б). С возрастанием скорости сопротивление давления жидкости или газа на движущееся в них тело возрастает.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

59. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

Задачей молекулярной физики и термодинамики является изучение свойств веществ, из которых состоят все тела, а также описание процессов перехода веществ из одного состояния в другое.

Известно, что все вещества состоят из огромного количества беспорядочно движущихся мельчайших частиц -молекул и атомов, поэтому свойства тел определяются свойствами их молекул и атомов, а также характером движения этих частиц в совокупности. Молекулярная физика рассматривает свойства тел как суммарный результат движения и взаимодействия огромного количества молекул, из которых состоят эти тела. При этом не рассматриваются движение и свойства отдельных молекул, а только всех вместе, поэтому молекулярную физику еще называют статической физикой, т. е. физикой, изучающей свойства очень большого числа отдельных объектов (молекул) в совокупности.

Термодинамика рассматривает процессы перехода тепловой энергии от одних тел к другим или от одной части тела к другой.

Эти процессы тоже обусловлены свойствами и движением молекул тел, поэтому молекулярная физика и термодинамика по существу составляют одну науку, у них одинаковый объект изучения и пользуются они практически одними и теми же параметрами (давлением, объемом, температурой). Поэтому деление науки о строении и свойствах веществ на молекулярную физику и термодинамику в некоторой степени условно.

60. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ И ИХ ОПЫТНЫЕ ОБОСНОВАНИЯ

Молекулярно-кинетической теорией называют учение о том, что все вещества состоят из молекул, которые находятся в вечном хаотическом движении.

О том, что все вещества состоят из мельчайших частиц – молекул – догадывались еще ученые Древней Греции, однако в то время их гениальные догадки не были подтверждены никакими опытными данными. В средние века церковь жестоко преследовала сторонников теории молекулярного строения вещества – в те времена все тела считались непрерывными. Возрождение идей древних греков произошло в XVII веке. В России основоположником молекулярно-кинетической теории явился гениальный русский ученый М. В. Ломоносов. Высказанные им основные положения этой теории не претерпели существенных изменений и до наших дней.

Основные положения молекулярно кинетической теории строения вещества: 1) Все вещества дискретны, они состоят из молекул и атомов.

Молекула – это мельчайшая электрически нейтральная частица вещества, сохраняющая его химические свойства. При делении молекулы на атомы данное вещество может превратиться в другие вещества, например, при делении молекулы воды можно получить водород и кислород. Молекулы состоят из атомов. Атом – это мельчайшая частица данного химического элемента.

2)Молекулы и атомы всех веществ находятся в вечном хаотическом движении.

3)Между молекулами всех веществ всегда действуют силы притяжения и отталкивания, имеющие электромагнитное происхождение.

Движение молекул и атомов является следствием вечности и непрекращаемости движения материи. Опытным подтверждением этого положения является броуновское движение. В 1827 г. английский ботаник Броун наблюдал под микроскопом движение спор растений в капле жидкости. Траектория движения каждой частицы имела вид ломаной линии с многочисленными беспорядочно ориентированными звеньями (рис. 60-1).

Во второй половине XIX века было доказано, что причиной этого движения явились беспорядочные удары молекул о споры растений.