Нормальное и касательное напряжения

Силы, действующие на жидкость во многом определяют их свойства и законы равновесия и покоя.

Силы, действующие на ограниченный объем жидкости, в гидравлике, как и в теоретической механике, принято делить на внутренние и внешние.

Внутренние - это силы взаимодействия между отдельными частицами рассматриваемого объема жидкости.

Внешние силы подразделяются на: поверхностные - приложенные к поверхностям, ограничивающим объем жидкости; и на массовые, или объемные, непрерывно распределенные по всему объему жидкости.

Внешние силы характеризуются следующим образом:

1) массовые (или объемные) силы - пропорциональны массе выделенного объема жидкости (или при постоянной плот­ности среды пропорциональны объему) и действуют на все частицы среды этого объема. Массовые силы в соответствии со вторым законом Ньютона пропорциональны массе жидкости или, для однородной жидкости, - её объёму. Примером массовых сил являются сила тяже­сти, центробежная сила, силы реакции стенок и дна сосудов, сила инерции переносного движения, действующая на жидкость при относительном её покое и др.

2) поверхностные силы - действуют на внешней поверх­ности выделенного объема жидкости и пропорциональны площа­ди этой поверхности. Примером поверхностных сил являются силы давления поршня на жидкость, давления стенок сосуда на жид­кость, атмосферного давления на свободную поверхность жидкости и т. п.

Как следует из третьего закона Ньютона, как силы со стороны тел действуют на жидкость, так и со стороны жидкости, только в противоположном направлении, жидкость действует на соседние с нею тела.

Поверхностные силы непрерывно распределены по поверхности жидкости и при равномерном их распределении пропорциональны площади этой поверхности. Эти силы обусловлены непосредственным воздействием соседних объёмов жидкости на данный объём или же воздействием других тел (твёрдых или газообразных), соприкасающихся с данной жидкостью.

Единичная поверхностная сила, называемая напряжением поверхностной силы, раскладывается на нормальное и касательное напряжение.

В общем случае поверхностная сила ΔR, действующая на площадке ΔS, направлена под некоторым углом к ней, и её можно разложить на нормальную ΔF и тангенциальную (касательную) ΔТ составляющие (рис.1.1). Первая называется силой давления; а вторая – силой трения.

Рис. 1.1. Разложение поверхностной силы на две составляющие