1. Предмет механики жидких сред. Краткие сведения по истории гидравлики

При решении различных технических проблем часто приходится встре­чаться с вопросом о движении различных жидкостей, а также с вопросом о силовом (механическом) воздействии жидкости на обтекаемые ею твердые тела.Исследование этих вопросов постепенно привело к созданию обширной науки, которую можно назвать «Механикой жидкого тела», или «Механикой жидкости». В механике жидкости изучаются законы равновесия и движения различных жидкостей. Механика жидкости в силу целого ряда причин развивалась в России, а затем и в СССР по двум направлениям: 1. по направлению, свойственному техническим наукам (изу­чаемым в технических учебных заведениях), и 2. по направлению чисто теоретическому с использованием обширного и относительно сложного математического аппарата (изучаемого только в университетах).

В связи с этим создалось положение, когда в области единой науки механики жидкости мы оказались вынужденными различать как бы две разные науки: «Техни­ческую (прикладную) механику жидкости» («Техническую гидромеханику»), называемую обычно «Гидравликой» и изучаемую в технических учебных за­ведениях, и «Теоретическую механику жидкости» («Теоретическую гидро­механику»), изучаемую в университетах.

Следует учитывать, что гидравлика является общественной дисциплиной и должна рассматриваться как физика жидкого тела, в к-й даются основные гидромеханические расчеты, используемые при проектировании инженерных сооружений, конструкций, а также надлежащих надежных технологических прочесов. Надо отметить, что гидрология представляет собой обширную самостоятельную тех.науку, включающую себя много различных разделов, касающихся отдельных сторон. Само слово гидравлика произошло от 2 слов: вода и труба (канал, струя).

2. Основные физические свойства жидкости и газа. Особые состояния жидкости.

известно, различают твердые, жидкие и газообразные тела, а также плазму. При определенных условиях тело может переходить из одного состояния в другое. Жидкость – есть физическое тело, обладающее 2 особыми св-ми: 1)она весьма мало изменяет свой объем, при изменении давления и температуры, в этом отношении жидкость схожа с твердым телом.2)она обладает текучестью, благодаря чему жидкость не имеет собственные формы и принимает форму того сосуда, в к-м она находится. В этом жидкость отличается от твердого и является сходной с газом.

Текучесть рассматриваемого тела обусловленного тем, что в покоящемся состоянии не способно сопротивляться внутреннему касательному напряжению и поэтому она принимает форму сосуда, в к-м заключена. Жидкость представляет собой не сплошное непрерывное тело, а тело, состоящее из молекул, расположенных на некотором (весьма небольшом) расстоянии друг от друга. Как видно, жидкость, строго говоря, имеет пре­рывную структуру. Однако при решении различных гидромеханических задач пренебрегают отмеченным обстоятельством и рассматривают жидкость как сплошную (непрерывную), однородную среду

1-й случай. Переход воды в твердое или газооб­разное состояние.

Образование в воде кристаллов льда. Как отмечалось выше, при повышении давления или при снижении температуры в воде могут зарождаться кристаллы льда, причем вместо однородной сплош­ной среды получаем двухфазную систему (вода плюс лед).

Образование в воде областей (разрывов), за­полненных воздухом и парами воды. Обычно в воде содержится растворенный воздух. Как известно из курса физики, при снижении давления р в жидкости или при повышении ее температуры 1° такой воздух начинает выделяться из отдель­ных элементарных объемов воды', причем в воде образуются разрывы.

В случае появления в воде пузырьков пара различают два разных явле­ния: кипение и кавитацию.

Кипением жидкости называется явление, когда пузырьки пара, появившиеся в жидкости при соотношении (1-8), всплывают и выходят из жидкости через ее свободную поверхность.

Кавитацией жидкости называется явление, когда пузырьки пара (или паровоздушные пузырьки) в движущейся жидкости, не выходят за нее, а захлопываются внутри жидкости.

2-й случай. Присоединение к движущейся жидко­сти газообразных и твердых тел.

Аэрация потока. Если к потоку воды, движущейся с боль­шими скоростями, имеется доступ наружного воздуха, то поток может на­сыщаться проникающими в него снаружи пузырьками воздуха. В результате получается смесь воды и пузырьков воздуха (двухфазная система). Такое явление называется аэрацией потока.

2. Захват потоком наносов. Если водный поток имеет размываемое русло (например, русло, образованное мелким песком), то, как показывает опыт, при достаточно больших скоростях движения воды поток начинает насыщаться песчинками, которые движутся вместе с водой во взвешенном состоянии. Здесь также получаем двухфазную систему. Заметим, что обычно, помимо взвешенных песчинок, имеются еще песчинки, перемещающиеся непосредственно по дну русла.

Физ с-ва Удельный вес (гамма) жидкости наз отнош веса к V

Плотность онтош M к v Сжимаемость, Температурное расширение жидкости, сопротивление жидкости растягивающие усилия, сопротивление движения жидкости косателиных напряжений…

3 Гидростатическое давление, его свойства. Силы гидростатического давления. гидростатике рассматривают жидкость, находящуюся в покое. Основ­ным понятием гидростатики является понятие гидростатического давления. Для пояснения его обратимся к рис., на котором изобра­жен произвольный объем покоящейся жидкости. Наметим внутри этого объема точку А и проведем через нее произволь­ную поверхность ВС. Такая поверхность рассечет данный объем жидкости на два отсека: I и II. Выделим у точки А на поверхности ВС некоторую пло­щадь S.

Через поверхность ВС будет передаваться сила давления со стороны отсека I на отсек II. Часть этой силы, обозначаемая нами через Р, должна при­ходиться на выделенную площадь S. Сила Р, действующая на всю рассматриваемую площадь S, называется силой гидростатического давления, или, просто, гидростатической силой.

Сила Р по отношению к отсеку II является внешней поверхностной силой; по отношению же ко всему объему жидкости, состоящему из двух отсеков (I и II), она является силой внутренней

Силе Р отвечает реакция (той же величины, что и сила Р), действующая со стороны отсека II на отсек I. Поэтому внутреннюю силу Р следует рас­сматривать как силу парную.

Разделив величину Р на S, получим где величина рср представляет ту силу, которая приходится в среднем на единицу рассматриваемой площади S; рср -называют средним гидроста­тическим давлением.

Если теперь представить, что в формуле площадь S стремится к нулю (так, однако, чтобы точка А всегда находилась внутри контура площади S, стягиваемого в точку), то величина рср будет стремиться к опре­деленному пределу, который обозначим через р. Этот предел выражает давление в намеченной точке А.

Величину называют гидростатическим давлением в точке, сокращенно «давлением в точке» или «гидростатическим давлением».

Из формул видно, что величины рср и р имеют размерность силы, деленной на площадь (например, тс/м2, кгс/см2 и т. п.). В случае покоя­щейся жидкости понятие «давление в точке» совпадает с понятием «напря­жение», известным из курса «Сопротивление материалов».

Свойства гидростатического давления

Давление в точке обладает двумя основными свойствами.

1) напряжение , модулем к-го является Р действ.нормальн. в площадке действ. и явл. снижающим, т.е. оно направлено внутрь того объема жидкости.

2 )гидростатическое давление в данной точке не зависит от ориентировки, т.е. угла наклона площадки действия.