Механічні властивості рідин і газів.

Механіка рідини і газу - це розділ механіки, який вивчає рух рідин і газоподібних середовищ, їх взаємодію між собою і з зануреними в них тілами, а також їх рівновагу. Механіка рідин і газів поділяється на гідро- та аеростатику, які вивчають рідини та гази в рівноважному стані (коли відсутні переміщення окремих частин середовища одне відносно одного та відносно тіл, які межують з ними) і гідро- та аеродинаміку, які вивчають рух рідин і газів.

Рідинам та газам властиво те, що вони практично не опираються деформаціям зсуву і тому здатні змінювати свою форму під впливом незначних зусиль. В той же час для зміни об’єму рідини або газу необхідна суттєва дія зовнішніх сил. Зумовлена зовнішнім впливом зміна об’єму викликає появу пружних сил, які врівноважують дію зовнішніх. В рідинах при стисканні сили відштовхування можуть бути дуже великими. При цьому рідини хоча і не зберігають свою форму, проте залишають практично незмінним свій об’єм. Гази ж не зберігають ні фіксованого об’єму, ні форми.

В рідинах і в газах, як і у твердих тілах, при стисканні виникають внутрішні напруження, які зумовлені силами відштовхування між молекулами. Під механічним напруженням, , далі будемо розуміти вектор, який дорівнює відношенню сили, що діє на виділену площадку, до її площі.

Пружні властивості рідин і газів проявляються в тому, що окремі їх частини діють одна на одну та на тіла, що межують з ними, з силою, що залежить від ступеню стисненості рідини або газу. В рівноважному стані напруження в рідині і газі завжди нормальні (перпендикулярні) до площадки, на яку вони діють. Така дія характеризується скалярною величиною, яка називається тиском: , де n – зовнішня нормаль до поверхні, – тиск. Тиск визначається нормальною силою, що діє на поверхню з площею :

.

Дотичні напруги викликають зміни форми елементарних об'ємів тіла (зсуви), і не зумовлюють зміни величин самих об'ємів. Для таких деформацій у рідинах і газах зусиль не потрібно, і тому в цих середовищах при рівновазі дотичні напруги не виникають. В стані рівноваги нормальне напруження (тиск) не залежить від орієнтації площадки, на яку воно діє.

Пружні властивості рідин по відношенню до малих змін об’єму (деформацій) характеризується коефіцієнтом стисливості:

.

Одиницею коефіцієнта стисливості в системі СІ є: [c] = 1/Па = м²/Н. Коефіцієнт стисливості слабко залежить від температури та тиску. Рідинам властивий дуже малий коефіцієнт стисливості. Наприклад, для води 0.47 ГПа^-1. Величини такого порядку дозволяють в багатьох випадках нехтувати зміною об’єму рідини. Зважаючи на це, вводять поняття про абсолютно нестиснену рідину. Це – ідеалізація, якою користуються для спрощення розгляду багатьох практичних задач. Звичайно, і у нестисненій рідині величина тиску визначається ступенем стиснення даної рідини. Проте, зміни об’єму настільки незначні, що ними можна знехтувати. Абсолютна нестиснена рідина – це гранична межа реальних рідин, коли нескінченно малі зміни об’єму призводять до нескінченно великих тисків.

Рідина, у якій під час будь-яких рухів не виникають сили внутрішнього тертя (в’язкості), називається ідеальною рідиною. В ідеальній рідині виникають лише нормальні напруження, які визначаються рівнянням стану речовини. Ідеальна рідина – це зручна абстракція, яка застосовується у багатьох задачах гідродинаміки.