Силы и напряжения, действующие в жидких средах.

Гидростатика и гидродинамика. Гидродинамика слоя зернистого материала

Гидравлика — общеинженерная прикладная наука, изучающая законы покоя и движения жидкости и взаимодействие ее с граничивающими твердыми стенками.

Жидкость — физическое тело, обладающее текучестью, то есть способностью к необратимой деформации в случае приложения к ней сдвигающих усилий.

Жидкости и газы подчиняются одним и тем же закономерностям при небольших скоростях движения. При значительных скоростях законы поведения жидкостей и газов существенно различаются. Основным отличием жидкости от газа является наличие поверхности раздела, если объем жидкости меньше объема сосуда. Жидкость практически несжимаема, а газ может в значительной степени изменять свой объем при изменении внешнего давления.

Силы и напряжения, действующие в жидких средах.

Действующие на жидкие частицы силы подразделяются на внутренние и внешние. К внутренним относятся силы взаимодействия между жидкими частицами внутри рассматриваемого объёма. К внешним относятся силы, действующие на жидкость со стороны других тел (в том числе той же жидкости) окружающих этот объём жидкости или силы физических полей.

Внешние силы подразделяются также на два класса: объёмные (или массовые) и поверхностные. Объёмные силы являются дальнодействующими, как например сила тяжести. Они действуют на каждую жидкую частицу, причём в пределах этой частицы их можно считать постоянными. Объёмная сила пропорциональна величине объёма жидкой частицы.

Поверхностные силы действуют на поверхности, ограничивающие рассматриваемый объём жидкости. Поверхностные силы непрерывно распределены по поверхности.

P_н

P₀

P_к

P_н- нормальная сила или сила давления, P_к- касательная сила или сила трения.

Сила P_н создает давление в жидкости:

или - давление в точке.

Где F- площадь.

Гидростатическое давление в точке одинаково по всем направлениям и зависит только от положения точки внутри жидкости, т.е. p=f(x,y,z).

Для случая гидродинамики давление в точке определяется как:

Где P_1,2,3- главные нормальные напряжения в точке.

Отношение касательной силы к величине площади, на которую она действует, называется касательным напряжением:

или - касательное напряжение в точке.