Уравнение неразрывности
Движение жидкостей называется течением, а совокупность частиц движущейся жидкости — потоком. Графически движение жидкостей изображается с помощью линий тока, которые проводятся так, что касательные к ним совпадают по направлению с вектором скорости жидкости в соответствующих точках пространства (рис. 45). Линии тока проводятся так, чтобы густота их, характеризуемая отношением числа линий к площади перпендикулярной им площадки, через которую они проходят, была больше там, где больше скорость течения жидкости, и меньше там, где жидкость течет медленнее. Таким образом, по картине линий тока можно судить о направлении и модуле скорости в разных точках пространства, т. е. можно определить состояние движения жидкости. Линии тока в жидкости можно «проявить», например, подмешав в нее какие-либо заметные взвешенные частицы.
Часть жидкости, ограниченную линиями тока, называют трубкой тока. Течение жидкости называется установившимся (или стационарным), если форма и расположение линий тока, а также значения скоростей в каждой ее точке со временем не изменяются.
Рассмотрим какую-либо трубку тока. Выберем два ее сечения перпен-
дикулярные направлению скорости (рис. 46).
За время через сечение S проходит объем жидкости следовательно, за 1 с
через пройдет объем жидкости где — скорость течения жидкости в месте
сечения Через сечение за 1 с пройдет объем жидкости где — скорость
течения жидкости в месте сечения Здесь предполагается, что скорость жидкости в сечении постоянна. Если жидкость несжимаема то через сечениет
такой же объем жидкости, как и через сечение т. е.
(29.1)
Следовательно, произведение скорости течения несжимаемой жидкости на поперечное сечение трубки тока есть величина постоянная для данной трубки тока. Соотношение (29.1) называется уравнением неразрывности для несжимаемой жидкости.
§ 30. УравнениеБернулли и следствия из него
Выделим в стационарно текущей идеальной жидкости (физическая абстракция, т. е. воображаемая жидкость, в которой отсутствуют силы внутреннего трения) трубку тока, ограниченную сечениями и по которой слева направо течет жидкость (рис. 47). Пусть в месте сечения скорость течения , давление и высота, на которой это сечение расположено, Аналогично, в месте сечения скорость течения , давление и высота сечения За малый промежуток времени At жидкость перемещается от сечения к сечению
Согласно закону сохранения энергии, изменение полной энергии идеальной
несжимаемой жидкости должно быть равно работе А внешних сил по перемещению массы т жидкости:
(30.1)
где — полные энергии жидкости массой т в местах сеченийсоответст
Венно.
С другой стороны, А — это работа, совершаемая при перемещении всей жидкости, заключенной между сечениями за рассматриваемый малый промежуток
времени Для перенесения массы т от жидкость должна переместиться на
расстояние и от — на расстояние Отметим, что настоль-
ко малы, что всем точкам объемов, закрашенных на рис. 47, приписывают постоянные значения скорости давления р и высоты h. Следовательно,
(30.2)
где (отрицательна, так как направлена в сторону, противополож-
ную течению жидкости; рис. 47).
Полные энергии будут складываться из кинетической и потенциальной
энергий массы т жидкости:
(30.3)
(30.4) Подставляя (30.3) и (30.4) в (30.1) и приравнивая (30.1) и (30.2), получим
(30.5)
Дата добавления: 2017-04-20; просмотров: 462;