Определение жидкости и газа

Жидкость – это физическое тело, способное легко изменять свою форму под действием внешних сил.

Жидкость в гидравлике рассматривают как непрерывную (сплошную) среду, заполняющую пространство без пустот и промежутков, при этом не рассматривают молекулярного строения жидкости и её частиц. Жидкость представляет собой совокупность материальных точек (частиц) в ограниченном объеме. Размеры этих частиц принимаются бесконечно малыми, однако они никак не сопоставимы с размерами молекул во много раз меньших, из которых в действительности состоит жидкость.

В отличие от твердых тел, жидкости харак­теризуются весьма большой подвижностью своих частиц и по­этому обладают свойством текучести и способностью принимать форму сосуда, в которой они помещены. Жидкости условно подразделяют на капельные и газообразные.

Капельные жидкости отличаются от газообразных малой сжимаемостью и значительно большими плотностями. Так, например, воздух, который представляет собой смесь различных газов при 0⁰С и 760 мм.рт.столба имеет плотность 1,29 кг/м³, в то время как плотность воды при 4⁰С – 1000 кг/м³ . Принято считать капельные жидкости несжимаемыми, а газообразные – сжимаемыми.

Газообразные жидкости, их свойства и применение наиболее подробно рассматриваются в курсах термодинамики и аэромеханики. Газообраз­ные жидкости (газы) изменяют свой объем под влиянием термодинамических параметров (давления, температуры, объема) в значительной степени. В гидравлике обычно изучают капельные жидкости (или просто жидкости).

Особенности и область применения жидкостей в различных процессах, системах, явлениях находятся в прямой зависимости от их физических свойств (плотности, удельного веса, удельного объема, вязкости и сжимаемости).

Газообразные жидкости не имеют определенной формы и объема. Их форму и объем определяют форма и объ­ем сосудов, которые они заполняют. Молекулы газов отстоят друг от друга весьма далеко в сравнении с расстояниями между молекулами капельных жидкостей и в процессе теплового движения разлетаются друг от друга. Поэтому газы легко расширяются, а под действием внешних сил также лег­ко сжимаются. Имея это в виду, газ и пары называют также упругими жид­костями. Газы не оказывают сопротивления растягивающим усилиям и обладают весьма малой вязкостью. Газ занимает весь объем за­крытого сосуда, в который он помещен.

Капель­ные жидкости встречаются в природе и применяются в технике: вода, нефть, бензин и т. д. При изменении давления и темпе­ратуры их объем изменяется весьма незначительно.

Капельные жидкости практически не оказывают заметного сопротивления растягивающим усилиям. Силы сцепления, су­ществующие между молекулами этих жидкостей, проявляются только на их поверхности в виде так называемых сил поверхно­стного натяжения, где и обнаруживается известная сопротив­ляемость жидкости разрыву. Наличием сил поверхностного натяжения объясняется, например, суще­ствование тонкой пленки мыльного пузыря, образование капли, удерживаемой от падения и т.д. Силы сопротивления разрыву у жидкости ничтожно малы. Так, для разрыва воды достаточна сила, примерно в десять миллионов раз меньшая силы, необхо­димой для разрыва стали (железа). Поэтому при решении обычных задач гидравлики считают, что растягивающие усилия в жидкости отсутствуют.

Капельные жидкости оказывают существенное сопротивление сдвигающим силам, которое проявляется при движении жидкости в виде сил внутреннего трения. Описание законов гидростатики и гидродинамики с учетом сил внутреннего трения - одна из важнейших задач гидравлики.

Различают твердые поверхности, ограничивающие объем
жидкости (например, стенки и дно сосудов, заключающих жидкость), и свободные поверхности, по которым жидкость граничит с другими жидкостями или газами (например, поверхность соприкасания жидкости с воздухом в открытом сосуде).