Жидкость | Физика

Жидкость — вещество в состоянии, промежуточном между твердым и газообразным. Это аг­регатное состояние вещества, в котором молекулы (или атомы) связаны между собой настолько, что это позволяет ему сохранять свой объем, но недостаточно сильно, чтобы сохранять и форму.

Свойства жидкостей. Жидкости легко меняют свою форму, но сохраняют объем. В обычных условиях они принимают форму сосуда, в котором находятся.

Поверхность жидкости, не соприкасающаяся со стенками сосуда, называетсясвободной повер­хностью. Она образуется в результате действия силы тяжести на молекулы жидкости.

Строение жидкостей. Свойства жидкостей объясняются тем, что промежутки между их молеку­лами малы: молекулы в жидкостях упакованы так плотно, что расстояние между каждыми двумя молекулами меньше размеров молекул. Объяснение поведения жидкостей на основе характера молекулярного движения жидкости было дано советским ученым Я. И. Френкелем. Оно заклю­чается в следующем. Молекула жидкости колеблется около положения временного равновесия, сталкиваясь с другими молекулами из ближайшего окружения.

Время от времени ей удается совершить «прыжок», чтобы покинуть своих соседей из ближайшего окружения и продолжать совершать колебания уже среди других соседей. Время оседлой жизни молекулы воды, т. е. вре­мя колебания около одного положения равновесия при комнатной температуре, равно в среднем 10″11 с. Время одного колебания значительно меньше — 10~,2-10~13 с.

Поскольку расстояния между молекулами жидкости малы, то попытка уменьшить объем жид­кости приводит к деформации молекул, они начинают отталкиваться друг от друга, чем и объ­ясняется малая сжимаемость жидкости. Текучесть жидкости объясняется тем, что «прыжки» молекул из одного оседлого положения в другое происходят по всем направлениям с одинаковой частотой. Внешняя сила не меняет заметным образом число «прыжков» в секунду, она лишь задает их преимущественное направление, чем и объясняется текучесть жидкости и то, что она принимает форму сосуда.

Физика жидкостей

Определение 1

Физика жидкостей — обширный раздел физики, изучающий физические и механические свойства жидкостей.

Рисунок 1. Давление жидкостей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Статистическая гипотеза жидкостей считается основным направлением классической физики.

Определение 2

Жидкость — физическое вещество, которое оснащено характеристиками текучести и не имеет способности самостоятельно сохранять собственную форму.

Такой процесс обусловлен непосредственно подвижностью молекул, входящих в состав жидкости.

Жидкостью также называется агрегатное состояние твердого вещества, промежуточное между газообразным и твердым, которое Жидкость характеризуется такими главными свойствами:

• сохраняет начальный объем;
• формирует поверхность;
• обладает стабильностью и прочностью на разрыв;
• принимает любую форму сосуда;
• имеет текучесть.

Свойства жидкости аналогичны особенностям строения твердых тел и газа. Законы движения и равновесия, которые комплексно изучаются в гидравлике, делятся на два обширных класса: сжимаемые газы или жидкости, а также практически несжимаемые — капельные жидкости.

Классификация и свойства жидких тел

Рисунок 2. Свойства жидкости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Готовые работы на аналогичную тему

В основу указанного деления были положены характеристики жидкостей, их химическое строение и структура, а также виды взаимодействий между основными составляющими соединения частицами. Такие жидкости, состоящие из атомов, способны удерживаться между собой физическими силами Ван-дер-Ваальса.

Пример 1

Примерами могут выступать жидкие газы (метан аргон и другие) а еще такие элементы, которые включают в себя два одинаковых атома: газы в сжиженном виде и жидкие металлы. Вещества, состоящие из частиц, связанных ковалентными полярными соединениями могут также удерживать взаимосвязь, например, сероводород, хлороводород и йодоводород.

Структуры, обладающие прочными водородными связи. Примеры: спирты, вода и аммиак в растворе.

Существуют и особенные структурные элементы – типа неньютоновских жидкостей и жидких кристаллов, которые оснащены универсальными свойствами.

На сегодняшний день исследователи выделяют примерно 15 характеристик, позволяющие детально описать, что же представляют собой рассматриваемые физические тела, и в чем заключается их особенности и ценность. Самые первые физические характеристики жидкости, которые приходят на ум при упоминании данного агрегатного состояния, это возможность менять начальную форму и занимать в пространстве определенный объем. Так, например, если вспомнить форму жидких веществ, то многие считают ее отсутствующей. Однако это совершенно не так.

Замечание 1

Под воздействием всем известной силы тяжести капли любого жидкого элемента подвергаются незначительной деформации, в результате чего их форма нарушается и становится неоднозначной.

Однако если поместить каплю в такие условия, при которых гравитация не влияет или практически ограничена, то она вновь примет идеальную шарообразную форму.

Вязкость и теплоемкость жидкости

Рисунок 3. Вязкость жидкости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Физические свойства жидкости весьма уникальны и многогранны. Но самым уникальным из них является такое явление, как вязкость. Что это такое и чем определяется? Главные показатели, от которых непосредственно зависит рассматриваемая физическая величина, это: градиент скорости движения и касательное напряжение.

Зависимость указанных параметров всегда линейная. Если же сформулировать данный процесс более простыми словам, то вязкость, как и внутренний объем, — это такие характеристики жидкостей и газов, выступающие для них общими и подразумевающие неограниченное движение независимо от внешних факторов воздействия. То есть, если вода вытекает из какого-либо сосуда, она будет продолжать это делать при любых условиях (трение, сила тяжести и других параметрах).

В этом состоит основное отличие от неньютоновских жидкостей, обладающих большей вязкостью, что помогает им оставлять вслед за движением среды, которая заполняется со временем. Этот показатель напрямую зависит от:

1. Температуры. С повышением температуры вязкость одних элементов увеличивается, а других, наоборот, падает. На такой процесс влияет конкретное соединение и химическое строение жидкости.
2. Давления. Повышение автоматически вызывает увеличение параметра вязкости.
3. Химического состава самого вещества. Вязкость изменяется при наличии определенных примесей и посторонних компонентов в навеске чистого элемента.

Теплоемкость определяет способность физического вещества поглощать любое количество тепла для дальнейшего увеличения собственной температуры примерно на один градус по Цельсию. Существуют различные соединения по указанному показателю. Одни оснащены большей, другие меньшей теплоемкостью.

Пример 2

Например, вода — очень хороший и самый яркий теплонакопитель, что помогает широко использовать ее для систем отопления, приготовления еды и прочих нужд.

В целом, сам показатель теплоемкости в конкретной ситуации может меняться, так как строго индивидуален для отдельно взятого объекта.

Механические характеристики жидкости

Механические особенности жидкости выступают центральным предметом изучения такой науки, как гидромеханика. Конкретно — ее раздела — гипотезы механики газа и жидкости. К главным механическим показателям, которые комплексно характеризуют рассматриваемое агрегатное состояние физических веществ, относятся: удельный вес, плотность и вязкость.

Под плотностью жидкого тела понимают его начальную массу, содержащуюся в одной единице объема. Этот параметр для разных химических соединений варьируется. Существуют уже измеренные и рассчитанные экспериментальным путем сведения по этому показателю, которые размещены в специальные таблицы.

Удельным весом в физике принято считать вес одной единицы общего объема жидкости. Данная величина напрямую зависит от температуры (при повышении ее вес постепенно снижается).

Для чего необходимо изучать механические свойства жидкостей? Эти знания считаются основой для понимания физических процессов, которые происходят в природе, внутри самого человеческого организма.

Также при разработке технических средств и различной продукции следует учитывать принципы физики жидкости. Ведь жидкие вещества являются одной из самых распространенных агрегатных форм на нашей планете.

Физика жидкостей — это… Что такое Физика жидкостей?

Физика жидкостей (физика жидкого состояния вещества) — раздел физики, в котором изучаются механические и физические свойства жидкостей. Статистическая теория жидкостей является разделом статистической физики. Важнейшим результатом является вывод уравнений гидродинамики из уравнений Лиувилля, реализованный Н. Н. Боголюбовым в 1948 году. В физике квантовых жидкостей изучается явление сверхтекучести, нашедшее объяснение в работах Н. Н. Боголюбова 1947—1949 годов.

Успехи теории фазовых переходов между газообразным и жидким состоянием вещества, созданной Ван-дер-Ваальсом, укрепили представления о структурной близости этих состояний, как неупорядоченных и различающихся лишь плотностью частиц. После первых ренгеноструктурных исследований распределения частиц в жидкости выяснилось, что жидкости не являются бесструктурными. В теории рассеяния света в жидкости, разработанной Цернике и Пирсом в 1927 году, возникает функция распределения. Я. И. Френкель ввел представление о колебательно-поступательном движении молекул в жидкостях и развил кинетические модели в физике жидкостей. Строгая статистическая теория жидкостей была построена в работах Н. Н. Боголюбовым в 1947—1949 годах. И. З. Фишер использовал цепочку уравнений Боголюбова во втором порядке ^[1] для описания жидкости. Также, И. З. Фишер создал лагранжеву теорию тепловых гидродинамических флуктуаций. В предисловии автора к русскому изданию своей книги К. А. Крокстон писал в 1976 году: «Последние два или три десятилетия физика жидкого состояния … достигла значительных успехов, в основном благодаря пионерским работам советских авторов — главным образом Н. Н. Боголюбова, Я. И. Френкеля и И. З. Фишера».^[1]

Литература

• Боголюбов Н. Н. «Уравнения гидродинамики в статистической механике» (1948) в Боголюбов Н. Н. Избранные труды в трех томах. Том 2. Киев: Наукова думка, 1970. стр.258-276.
• Боголюбов Н. Н. «К теории сверхтекучести» Изв. АН СССР, Сер физ. 1947. Том 11. N.1. 77-90; Боголюбов Н. Н. Избранные труды в трех томах. Том 2. Киев: Наукова думка, 1970. стр.210-224.
• Крокстон К. Физика жидкого состояния. Статистическое введение. пер с англ. М.: Мир, 1978. — 400с.
• Оно С., Кондо С. Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях. М.: ИИЛ, 1963. — 292с.
• Фишер И. З. Статистическая теория жидкостей. М.: Наука, 1961. — 280с.
• Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. Изд-во АН СССР, 1945. и Л.: Наука, 1975.
• Пайнс Д., Нозьер Ф., Теория квантовых жидкостей, пер. с англ., М., 1967.
• Резибуа П., Де Ленер М. Классическая кинетическая теория жидкостей и газов. М.: Мир, 1980. — 424с.
• Данилов В. И. Строение и кристаллизация жидкости.Избранные статьи. Под.ред. Курдюмова Г. В. Киев. Изд-во АН УССР, 1956. — 568 с.
• Юльметьев Р. М. Введение в статистическую физику жидкостей. Казань: Изд-во КГПИ, 1972. — 218с.
• Физика простых жидкостей. 1. Статистическая теория. Перевод с англ. под ред. Д. Н. Зубарева и Н. М. Плакиды. М.: Мир, 1971. — 308 с.
• Физика простых жидкостей. 2. Экспериментальные исследования. Перевод с англ. под ред. А. 3. Голика и Ю. И. Шиманского. М.: Мир, 1973. — 400 с.
• Скрипов В. П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972. — 312 с

См. также

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Крокстон К. Физика жидкого состояния. Статистическое введение. пер с англ. М.: Мир, 1978. — 400с.

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости

https://ria.ru/20200424/1570537666.html

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости — РИА Новости, 24.04.2020

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости

Российские и британские ученые впервые вывели одно из фундаментальных уравнений физики, позволяющее теоретически вычислить предел, до которого жидкость остается РИА Новости, 24. 04.2020

2020-04-24T23:08

2020-04-24T23:08

2020-04-24T23:14

наука

российская академия наук

открытия — риа наука

химия

физика

вселенная

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/07e4/04/18/1570531641_0:395:2048:1547_1920x0_80_0_0_172a9bb77e744f44377acd56ceb25875.jpg

МОСКВА, 24 апр — РИА Новости. Российские и британские ученые впервые вывели одно из фундаментальных уравнений физики, позволяющее теоретически вычислить предел, до которого жидкость остается жидкостью. Уравнение основано на фундаментальных природных константах. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.Известно, что жидкости становятся более густыми при охлаждении и более жидкими при нагревании. Если их продолжать нагревать, жидкости начинают кипеть и переходят в газообразное состояние. В точке перехода состояния, которая зависит не только от температуры, но и от давления, жидкость обладает минимальной вязкостью. Это и есть предел текучести.Традиционно считается, что вязкость невозможно рассчитать теоретически, поскольку она сложным образом зависит от структуры жидкости, ее состава, химических взаимодействий, а также от внешних условий. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг сравнил сложность расчета вязкости воды с проблемой вычисления фундаментальных физических констант, лежащих в основе структуры нашей Вселенной.Несмотря на все трудности Косте Траченко из Лондонского университета королевы Марии и Вадиму Бражкину, российскому ученому, директору института физики высоких давлений РАН, это удалось.При этом в полученном учеными уравнении предела текучести используются две фундаментальные физические константы — измеримыми свойствами физической природы, которые не меняются — минимальное значение элементарной вязкости, представляющее собой произведение вязкости и объема на молекулу, и постоянной Планка, которая управляет квантовым миром — безразмерным отношением массы протона к электрону.»Этот результат поразителен, — приводятся в пресс-релизе Лондонского университета королевы Марии слова профессора Кости Траченко. — Вязкость — сложное свойство, сильно различающееся для разных жидкостей и внешних условий. Однако оказалось, что значение минимальной вязкости для всех жидкостей может быть простым и универсальным».У открытия есть реальное практическое применение. Во-первых, новое уравнение будет полезным при создании новых жидкостей сверхнизкой вязкости для различных химических, промышленных или биологических процессов. Оно покажет тот предел, за который нет смысла стремиться, впустую расходуя ресурсы. Одним из примеров, где это важно, является недавнее использование сверхкритических жидкостей для экологически чистых способов обработки и растворения сложных отходов.Во-вторых, так как полученное ограничение является фундаментальным, то есть основывается на базовых физических константах, открытие можно использовать для описания процессов, происходящих во Вселенной в целом, например, для определения так называемой «обитаемой зоны», где могут образовываться звезды и планеты, возникать жизненно важные молекулярные структуры. «Есть признаки того, что фундаментальный нижний предел вязкости жидкости может быть связан с очень разными областями физики: черными дырами, а также новым состоянием вещества, кварк-глюонной плазмой, которая появляется при очень высоких температурах и давлениях. Изучение и оценка этих и других связей — вот что делает исследование таким захватывающим», — отмечает академик Бражкин.

https://ria.ru/20200417/1570205623.html

https://ria.ru/20200311/1568426272.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

https://cdn21.img.ria.ru/images/07e4/04/18/1570531641_0:238:2048:1774_1920x0_80_0_0_d72b513212d0cbeb1539370738186002.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

российская академия наук, открытия — риа наука, химия, физика, вселенная

МОСКВА, 24 апр — РИА Новости. Российские и британские ученые впервые вывели одно из фундаментальных уравнений физики, позволяющее теоретически вычислить предел, до которого жидкость остается жидкостью. Уравнение основано на фундаментальных природных константах. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Известно, что жидкости становятся более густыми при охлаждении и более жидкими при нагревании. Если их продолжать нагревать, жидкости начинают кипеть и переходят в газообразное состояние. В точке перехода состояния, которая зависит не только от температуры, но и от давления, жидкость обладает минимальной вязкостью. Это и есть предел текучести.

Традиционно считается, что вязкость невозможно рассчитать теоретически, поскольку она сложным образом зависит от структуры жидкости, ее состава, химических взаимодействий, а также от внешних условий. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг сравнил сложность расчета вязкости воды с проблемой вычисления фундаментальных физических констант, лежащих в основе структуры нашей Вселенной.

Несмотря на все трудности Косте Траченко из Лондонского университета королевы Марии и Вадиму Бражкину, российскому ученому, директору института физики высоких давлений РАН, это удалось.17 апреля 2020, 17:19НаукаРоссийские ученые назвали потенциальные сверхпроводящие соединения

При этом в полученном учеными уравнении предела текучести используются две фундаментальные физические константы — измеримыми свойствами физической природы, которые не меняются — минимальное значение элементарной вязкости, представляющее собой произведение вязкости и объема на молекулу, и постоянной Планка, которая управляет квантовым миром — безразмерным отношением массы протона к электрону.

«Этот результат поразителен, — приводятся в пресс-релизе Лондонского университета королевы Марии слова профессора Кости Траченко. — Вязкость — сложное свойство, сильно различающееся для разных жидкостей и внешних условий. Однако оказалось, что значение минимальной вязкости для всех жидкостей может быть простым и универсальным».

У открытия есть реальное практическое применение. Во-первых, новое уравнение будет полезным при создании новых жидкостей сверхнизкой вязкости для различных химических, промышленных или биологических процессов. Оно покажет тот предел, за который нет смысла стремиться, впустую расходуя ресурсы. Одним из примеров, где это важно, является недавнее использование сверхкритических жидкостей для экологически чистых способов обработки и растворения сложных отходов.

Во-вторых, так как полученное ограничение является фундаментальным, то есть основывается на базовых физических константах, открытие можно использовать для описания процессов, происходящих во Вселенной в целом, например, для определения так называемой «обитаемой зоны», где могут образовываться звезды и планеты, возникать жизненно важные молекулярные структуры.

«Есть признаки того, что фундаментальный нижний предел вязкости жидкости может быть связан с очень разными областями физики: черными дырами, а также новым состоянием вещества, кварк-глюонной плазмой, которая появляется при очень высоких температурах и давлениях. Изучение и оценка этих и других связей — вот что делает исследование таким захватывающим», — отмечает академик Бражкин.

11 марта 2020, 12:40НаукаРаскрыта тайна происхождения материи во Вселенной

ФИЗИКА ЖИДКОСТЕЙ — NovaUm.Ru

ФИЗИКА ЖИДКОСТЕЙ

Физико-математические науки

Быстров Дмитрий Сергеевич

---

Научный руководитель: Шабаев Р.Б., кандидат педагогических наук, доцент.

---

Ключевые слова: ФИЗИКА ЖИДКИХ ТЕЛ; ЖИДКОСТЬ; ТИПЫ ЖИДКОСТЕЙ; PHYSICS OF FLUIDS; LIQUID; LIQUIDS.

---

Аннотация: В статье рассматриваются основные принципы физики жидких тел. Раскрыты основы поведения различных типов жидкостей и их характеристика. Жидкости постоянно окружают нас в повседневной жизни, не говоря уж о профессиональной. По этой причине понимание основ физики жидкостей чрезвычайно важно.

Все вещества можно разделить на три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное. Это три очень большие группы, нашедшие свое применение во всех областях человеческой деятельности. Жидкости мы используем, как и для поддержания основных жизненных функций не только человека, но и всего живого на планете, так и для создания благ, что направлены на удовлетворения потребностей всего живого. Все вещества очень важны ведь не известно, как пошла бы эволюция на нашей планете, если бы не было какого-либо элемента или вещества, особенно если бы отсутствовала такая важная субстанция как вода.

Жидкие тела отличаются от твердых тел. По этой причине и физика жидких тел кардинально отличается от физики твердых тел.

Например, рассмотрим самую распространенную жидкость на нашей планете – воду. Вода встречается в трех агрегатных состояниях: твердое – лед, жидкое – вода и газообразное – водяной пар. При переходе из одного состояния в другое происходит не только изменение агрегатного состояния вещества, но также происходит изменение физических свойств. При переходе из твердого состояния в жидкое: объем вещества уменьшается, так как молекулы больше не расположены в жесткой кристаллической решетке, температура увеличивается, так как процесс перехода воды из твердого состояния в жидкое называется плавлением и происходит при достижении температуры плавления. У воды при обычном атмосферном давлении она равно нулю градусов Цельсия. Так же в зависимости от изменения давления может изменятся температура плавления, парообразования.

Процесс парообразования — это процесс перехода из жидкого агрегатного состояния в парообразное. Когда вода переходит в пар, то происходит увеличение объема вещества, из-за еще большего ослабления межмолекулярных связей и отдаления молекул, так же для парообразования нужна высокая температура, для воды она достигает ста градусов Цельсия.

Жидкость – это агрегатное состояние тела, промежуточное состояние между твердой и газообразной формой. Сила межмолекулярного взаимодействия меньше чем у твердых тел, что позволяет ей изменять свою форму, но сильнее чем у газообразных тел, что не дает ей перейти в газообразное состояние. Из-за этого свойства жидкость обладает свойствами как твердых тел, так и газообразных тел.

Свойства твердых тел, наблюдаемые у жидкостей:
1. Сохраняют собственный объем;
2. Образуют поверхность;
3. Обладают прочностью на разрыв.

Свойства газов, наблюдаемые у жидкостей:
1. Принимают форму сосуда.

Молекулы располагаются близко друг к другу и взаимодействуют между собой силой межмолекулярной притяжения, она является достаточной для того, чтобы молекулы не могли свободно передвигаться и уходить с места. Молекулы жидкостей колеблются возле положения равновесия. Но если приложить достаточную силу, то молекулы могут преодолеть силу взаимодействия и перейти на другое место. Это объясняется текучестью жидкостей.

Главной характеристикой жидких тел является текучесть. Текучесть – это способность тела вязко или пластично деформироваться под действием даже незначительной внешней силой или суммы сил. Из-за этого способности жидкие тела могут течь струйками или ручьями, или же принимать форму любого сосуда, в котором она находится. Текучестью обладают абсолютно все жидкости на Земле. Текучесть в основном определяется тремя параметрами жидкости: плотностью жидкости, давлением и скоростью движения жидкости.

Когда речь заходит за изучение жидкостей, то все жидкости принято разделять на идеальные и реальные. Различие их заключается в том, что у идеальных жидкостей отсутствует сила внутреннего трения между молекулами. Из-за этого идеальные жидкости не сопротивляются касательным силам сдвига и силам растяжения. Идеальные жидкости нельзя сжать, так как они оказывают несоизмеримо большое сопротивление всем силам сжатия. К сожалению таких жидкостей не существует другими словами это научная абстракция, созданная специально для упрощенного применения физических законов для жидкостей. Теперь рассмотрим другой тип жидкостей. Реальные жидкости в отличии от идеальных имеют силу внутреннего трения между молекулами, так же они в какой-то степени сопротивляются касательным силам сдвига и силам растяжения. В связи с чем работать с реальными жидкостями при изучении физики жидкостей куда сложнее чем с идеальными жидкостями. По этой причине и были созданы идеальные жидкости.

Так же описывая физику жидкостей нельзя не уделить внимание физическим свойствам жидкости таким как:
1. Плотность жидкости. При уменьшении температуры плотность жидкости возрастает, но в природе встречаются жидкости, чья плотность ведет себе совершенно по-другому.
2. Вязкость – это способность газов и жидкостей создавать сопротивление между двигающимися взаимно соприкасающимися поверхностями. Таким образом эта величина равна силе внутреннего трения газов или жидкостей.
3. Поверхностное натяжение жидкости. Данная величина характеризует удельную энергию взаимодействия молекул. Это означает, что, меняя энергию взаимодействия мы изменяем и коэффициент поверхностное натяжение. Таким образом коэффициент поверхностное натяжения зависит от: природы вещества, свойств жидкости, температуры, наличия поверхностно-активных веществ.
4. Теплопроводность – это явления переноса энергии от более нагретых участком тела к менее нагретым участкам тела, осуществляемые за счет хаотического движения молекул.
5. Теплоемкость – это количество теплоты необходимое сообщить жидкости для нагревания одного килограмма жидкости на один градус.

Так же рассматривая жидкости стоит отметить, что их подразделяют на две большие группы: ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновские жидкости полностью подчиняются законам Ньютона. Неньютоновские жидкости – это жидкости, не подчиняющиеся законам Ньютона, то есть при изменении давления или скорости жидкости так же изменяется вязкость.

Таким образом можно подвести итог. Жидкости существуют разные, и квалифицировать их можно по разным признакам. Так же они имеют целый ряд свойств, что похожи на свойства как твердых тел, так и газов, что говорит о том, что жидкости находятся в переходном состоянии между твердым и газообразным агрегатным состоянием. Жидкости очень интересны и сложны, ведь изменив один даже малозначительный параметр, могут измениться все остальные, причем очень значительно.

---

Список литературы

1. Боголюбов Н. Н. «К теории сверхтекучести» Изв. АН СССР, Сер физ. 1947. Том 11. N.1. С. 77-90
2. Боголюбов Н. Н. Избранные труды в трех томах. Том 2. Киев: Наукова думка, 1970. С. 210-224
3. Трофимова, Т. И. Курс физики [Текст] : учеб. пособие для инженерно-техн. спец. высш. учеб. заведений / Т. И. Трофимова. – 6-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2000. – 542 с.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Свойства жидкости — урок. Физика, 7 класс.

Жидкость растекается, она не способна сохранять свою форму — и принимает форму сосуда.

Жидкости различаются своей текучестью. Пролитая вода быстро растекается тонким слоем, а мёд растекается медленно.

 

 

Рис. \(1\). Мёд

 

Смачивание — способность жидкости смачивать поверхность, на которую она попала.

Важно, с каким веществом соприкасается жидкость. Вода, например, не смачивает жирные поверхности.

 

 

Рис. \(2\). Капли на лепестках

 

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость смачивает твёрдое вещество (например, вода на чистой стеклянной поверхности).

 

 

 

Рис. \(3\). Вода на стекле

 

Если молекулы жидкости сильнее притягиваются друг к другу, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость не смачивает твёрдое вещество (например, вода на поверхности из парафина).

 

 

 

Рис. \(4\). Вода на парафине

 

Жидкостям свойственно поверхностное натяжение. Почему иголка держится на поверхности воды? Из-за поверхностного натяжения молекулы воды образуют на её поверхности как бы эластичную плёнку, чтобы её порвать, необходимо приложить некоторую силу.

 

Если в воде растворить какое-либо вещество, то её поверхностное натяжение изменится. Поверхностное натяжение снижают средства для стирки белья или мытья посуды: когда их добавляют в воду, то вода лучше смачивает волокна ткани или грязную посуду.

 

 

Рис. \(5\). Водомерку на воде удерживает поверхностное натяжение.

 

Диффузией называют взаимное проникновение частиц одного вещества в другое, обусловленное движением молекул.

Диффузия быстро происходит в газах (распространение запаха в воздухе), медленнее — в жидкостях (растворение сахара в воде), а очень медленно — в твёрдых веществах.

Источники:

Рис. 3. Вода на стекле. © ЯКласс.

Рис. 4. Вода на парафине. © ЯКласс.

 

МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗА • Большая российская энциклопедия

МЕХА́НИКА ЖИ́ДКОСТИ И ГА́ЗА (ги­дро­аэро­ме­ха­ни­ка), раз­дел ме­ха­ни­ки, по­свя­щён­ный изу­че­нию рав­но­ве­сия и дви­же­ния жид­ких и га­зо­об­раз­ных сред, их взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду со­бой и с твёр­ды­ми те­ла­ми. М. ж. и г. вклю­ча­ет в се­бя гид­ро­ста­ти­ку, гид­ро­ди­на­ми­ку, аэ­ро­ста­ти­ку, аэ­ро­ди­на­ми­ку, га­зо­вую ди­на­ми­ку. М. ж. и г. ис­поль­зу­ет эле­мен­ты тер­мо­ди­на­ми­ки, тес­но свя­за­на со мно­ги­ми др. раз­де­ла­ми фи­зи­ки и хи­мии.

История развития

На­ча­ло при­ме­не­ния прин­ци­пов М. ж. и г. мож­но от­не­сти ко вре­ме­ни соз­да­ния пер­вых гид­ро­тех­нич. со­ору­же­ний (ко­лод­цев, ка­на­лов, пло­тин, во­дя­ных мель­ниц) и пла­ваю­щих транс­порт­ных средств (пло­тов, ло­док, ко­раб­лей), ко­то­рые поя­ви­лись ещё в дои­сто­рич. эпо­ху. Не сфор­му­ли­ро­ван­ные в яв­ном ви­де за­ко­ны М. ж. и г. ис­поль­зо­ва­лись в та­ких уст­рой­ст­вах, как вес­ло, па­рус, руль. Раз­ви­тие охо­ты и во­ен. де­ла вы­зва­ло по­яв­ле­ние ле­таю­щих средств по­ра­же­ния (стре­ла, диск, бу­ме­ранг) и ме­ха­низ­мов их ме­та­ния (лук, пра­ща). Мас­со­вое из­го­тов­ле­ние по­доб­ных уст­ройств тре­бо­ва­ло вы­яс­не­ния ме­ха­низ­ма их дей­ст­вия и ко­ли­че­ст­вен­но­го опи­са­ния яв­ле­ний, обес­пе­чи­ваю­щих их оп­ти­маль­ное ис­поль­зо­ва­ние. Это при­ве­ло в ко­неч­ном счё­те к соз­да­нию М. ж. и г. как нау­ки.

Пер­вым учё­ным, внёс­шим су­ще­ст­вен­ный вклад в соз­да­ние М. ж. и г., был Ар­хи­мед, ко­то­рый от­крыл осн. за­кон гид­ро­ста­ти­ки: оп­ре­де­лил ве­ли­чи­ну и на­прав­ле­ние дей­ст­вия вы­тал­ки­ваю­щей си­лы. Тру­ды Ар­хи­ме­да по­слу­жи­ли ос­но­вой для соз­да­ния це­ло­го ря­да но­вых гид­рав­лич. ап­па­ра­тов (порш­не­во­го на­со­са, си­фо­на, во­до­подъ­ём­но­го вин­та и др.).

Сле­дую­щий зна­чит. этап раз­ви­тия М. ж. и г. на­чал­ся в эпо­ху Воз­ро­ж­де­ния. Пер­вые на­уч. идеи в об­лас­ти аэ­ро­ди­на­ми­ки свя­зы­ва­ют с име­нем Ле­о­нар­до да Вин­чи. На­блю­дая за по­лё­том птиц, он раз­де­лил си­лу, дей­ст­вую­щую на дви­жу­щее­ся в воз­ду­хе те­ло, на две со­став­ляю­щие: си­лу со­про­тив­ле­ния и подъ­ём­ную си­лу. Ле­о­нар­до да Вин­чи ка­че­ст­вен­но свя­зал эти си­лы с уп­лот­не­ни­ем воз­ду­ха пе­ред кры­лом и под ним, опи­сал два ти­па по­лё­тов (ма­шу­щий и пла­ни­рую­щий). Он так­же раз­ра­ба­ты­вал идеи ле­тат. ап­па­ра­тов.

В 16–17 вв. гид­ро­ста­ти­ка Ар­хи­ме­да по­лу­чи­ла раз­ви­тие в ра­бо­тах С. Сте­ви­на (прин­цип от­вер­де­ва­ния для изу­че­ния ус­ло­вия рав­но­ве­сия тя­жё­лой жид­ко­сти, 1586), Г. Га­ли­лея (за­кон рав­ных мо­мен­тов сил как ус­ло­вие рав­но­ве­сия пла­вающе­го те­ла) и Б. Пас­ка­ля (за­кон из­ме­не­ния ста­тич. дав­ле­ния в жид­ко­стях и га­зах, опубл. в 1663; прин­цип дей­ст­вия гид­рав­лич. прес­са). Га­ли­лей изу­чал так­же дви­же­ние те­ла в сре­де и, ис­сле­дуя ко­ле­ба­ния ма­ят­ни­ков, ус­та­но­вил ли­ней­ную за­ви­си­мость си­лы со­про­тив­ле­ния сре­ды от ско­ро­сти. Х. Гюй­генс ус­та­но­вил бо­лее точ­ную (квад­ра­тич­ную) за­ви­симость этой си­лы от ве­ли­чи­ны ско­ро­сти (ко­эф­фи­ци­ен­ты в этой за­ви­си­мо­сти в тех­нич. при­ло­же­ни­ях оп­ре­де­ля­ют­ся экс­пе­ри­мен­таль­но).

И. Нью­тон счи­тал при­чи­ной воз­ник­но­ве­ния подъ­ём­ной си­лы и си­лы со­про­тив­ле­ния уда­ры час­тиц воз­ду­ха о ло­бо­вую часть те­ла. Он так­же ввёл по­ня­тие си­лы тре­ния, свя­зан­ной с от­но­сит. дви­же­ни­ем воз­ду­ха вдоль по­верх­но­сти те­ла. С совр. точ­ки зре­ния мо­де­ли­ро­ва­ние об­те­ка­ния те­ла по Нью­то­ну со­от­вет­ст­ву­ет ги­пер­зву­ко­во­му те­че­нию га­за. Ус­та­но­вив за­ко­ны ме­ха­ни­ки дис­крет­ных сис­тем ма­те­ри­аль­ных то­чек, Нью­тон от­крыл путь для ма­те­ма­тич. мо­де­ли­ро­ва­ния дви­же­ния жид­ко­стей и га­зов, рас­смат­ри­вае­мых как кон­ти­ну­ум, или сплош­ная сре­да (см. Ме­ха­ни­ка сплош­ной сре­ды).

В 18 в. ра­бо­ты по гид­ро­ста­ти­ке бы­ли до­пол­не­ны тру­да­ми Л. Эй­ле­ра, в ре­зуль­та­те че­го поя­ви­лась тео­рия гид­ро­ста­тич. ус­той­чи­во­сти пла­ваю­ще­го те­ла. Так­же в 18 в. за­ло­же­ны ос­но­вы гид­ро­ди­на­ми­ки. Сам тер­мин «гид­ро­ди­на­ми­ка» вве­дён Д. Бер­нул­ли в 1738. Пер­вой пол­ной ма­те­ма­тич. мо­де­лью гид­ро­ди­на­ми­ки бы­ла сис­те­ма урав­не­ний дви­же­ния иде­аль­ной (не­вяз­кой) жид­ко­сти, вы­ве­ден­ная Эй­ле­ром в 1755. По­лу­чен­ное ра­нее Бер­нул­ли урав­не­ние сле­до­ва­ло из урав­не­ний Эй­ле­ра как ин­те­грал при ус­та­но­вив­шем­ся дви­же­нии. Хо­тя мо­дель Эй­ле­ра хо­ро­шо опи­сы­ва­ла мн. дви­же­ния жид­ко­стей и га­зов, она не учи­ты­ва­ла вяз­ко­го тре­ния ме­ж­ду слоя­ми жид­ко­сти, что при­во­ди­ло к от­сут­ст­вию си­лы, дей­ст­ву­ю­щей на те­ло при без­от­рыв­ном ста­цио­нар­ном об­те­ка­нии (Эй­ле­ра – Д’Алам­бе­ра па­ра­докс).

Мо­дель вяз­кой жид­ко­сти, обоб­щаю­щая урав­не­ния Эй­ле­ра, пред­ло­же­на в 1821 Л. На­вье и ис­сле­до­ва­на Дж. Сто­ксом (см. На­вье – Сто­кса урав­не­ния). При опи­са­нии про­цес­са рас­про­стра­не­ния зву­ка (напр., при соз­да­нии муз. ин­ст­ру­мен­тов) не­об­хо­ди­мо бы­ло учи­ты­вать так­же сжи­мае­мость сре­ды. С соз­да­ни­ем уст­ройств, ра­бо­таю­щих на си­ле сжа­то­го га­за (арт. ору­дия, ру­жья, па­ро­вые ма­ши­ны и тур­би­ны), в рам­ках М. ж. и г. на­ча­ли рас­смат­ри­вать и те­п­ло­вые не­ли­ней­ные яв­ле­ния. За­да­ча о раз­го­не сна­ря­да в ство­ле, ре­шён­ная Ж. Ла­гран­жем на ру­бе­же 18–19 вв., ста­ла пер­вой ти­пич­ной за­да­чей га­зо­вой ди­на­ми­ки. Ис­сле­до­ва­ние не­ли­ней­ных урав­не­ний од­но­мер­ных вол­но­вых дви­же­ний иде­аль­но­го га­за про­вёл Б. Ри­ман, ко­то­рый ука­зал на воз­ник­но­ве­ние удар­ных волн как на ти­пич­ное яв­ле­ние. Воз­ник­но­ве­ние удар­ных волн при дви­же­нии сна­ря­да со сверх­зву­ко­вой ско­ро­стью экс­пе­ри­мен­таль­но об­на­ру­жил Э. Мах (1881).

Аэ­ро­ди­на­ми­ка по­лу­чи­ла зна­чит. раз­ви­тие толь­ко в нач. 20 в. бла­го­да­ря ра­бо­там Н. Е. Жу­ков­ско­го и С. А. Ча­п­лы­ги­на. Им уда­лось пра­виль­но по­нять при­ро­ду подъ­ём­ной си­лы кры­ла са­мо­лё­та и эф­фек­тив­но вы­чис­лить (в рам­ках мо­де­ли иде­аль­ной не­сжи­мае­мой жид­ко­сти) эту си­лу, а так­же си­лу тя­ги ло­па­сти вин­та, что да­ло су­ще­ст­вен­ный тол­чок к раз­ви­тию доз­ву­ко­вой авиа­ции и соз­да­нию бы­ст­ро­ход­ных су­дов.

Математические модели

Пер­вой про­стей­шей гид­ро­ди­на­мич. мо­де­лью яв­ля­ет­ся сис­те­ма урав­не­ний, со­стоя­щая из урав­не­ний дви­же­ния иде­аль­ной (не­вяз­кой) жид­ко­сти и урав­не­ния не­раз­рыв­но­сти: $$\frac{dv_i}{dt}+\frac{1}{ρ}\frac{\partial p}{\partial x_i}=F_i, \frac{dρ}{dt}+ρ\sum_{i=1}^3\frac{\partial v_i}{\partial x_i}=0, \qquad(1)$$ где пол­ная про­из­вод­ная $d/dt=\partial/\partial t+\sum_{i=1}^3 v_i \partial/\partial x_i$, $x_i$– де­кар­то­вы простран­ст­вен­ные ко­ор­ди­на­ты ($i=1, 2, 3$), $t$ – вре­мя, $v_i$ – ком­по­нен­ты ско­ро­сти сре­ды; $F_i$ – си­ла, рас­счи­тан­ная на еди­ни­цу мас­сы, $ρ$ – плот­ность жид­ко­сти, $p$ – дав­ле­ние.3_{j=1}\partial v_j / \partial x_j=0$ уравнения (2) дос­та­точ­но для ре­ше­ния мн. за­дач об­те­ка­ния тел. Для сжи­мае­мых жид­ко­стей и га­зов не­об­хо­ди­мо так­же при­вле­че­ние урав­не­ния при­то­ка те­п­ла с учётом те­п­ло­про­вод­но­сти и дис­си­па­ции энер­гии, обу­слов­лен­ной вяз­ко­стью сре­ды, в не­ко­то­рых слу­ча­ях – с учё­том хи­мич. ре­ак­ций и из­лу­че­ния на­гре­то­го га­за.

Для со­пос­тав­ле­ния при­ме­ни­мо­сти пе­ре­чис­лен­ных мо­де­лей М. ж. и г., в ча­ст­но­сти при ста­цио­нар­ном ха­рак­те­ре те­че­ния, вво­дят­ся два без­раз­мер­ных па­ра­мет­ра: Рей­нольд­са чис­ло $Re=ρVl/μ$ и Ма­ха чис­ло $M=V/a$, где $l$ – ха­рак­тер­ный раз­мер те­ла или со­су­да, $V$ – ха­рак­тер­ная ско­рость по­то­ка. При по­ста­нов­ке экc­пе­риментов фи­зич. мо­де­ли­ро­ва­ния эти ве­ли­чи­ны долж­ны сов­па­дать с их на­тур­ны­ми зна­че­ния­ми.

Мо­дель не­сжи­мае­мой жид­ко­сти при­ме­ни­ма при ма­лых чис­лах $M$. В этом слу­чае при ма­лых зна­че­ни­ях $Re$ вяз­кость су­ще­ст­вен­на во всём по­то­ке, при­чём не­линей­ны­ми чле­на­ми в урав­не­ни­ях мож­но пре­неб­речь (при­бли­же­ние Сто­кса). Та­кие те­че­ния рас­смат­ри­ва­ет, в част­но­сти, мик­ро­ги­дро­ди­на­ми­ка. При уме­рен­но боль­ших чис­лах $Re$ вяз­кость су­ще­ст­вен­на толь­ко вбли­зи по­верх­но­сти те­ла (при­бли­же­ние по­гра­нич­но­го слоя Пран­д­т­ля) или в тон­ких сло­ях сдви­га, раз­де­ляю­щих зо­ны от­рыв­ных те­че­ний; вне этих сло­ёв те­че­ние, как пра­ви­ло, по­тен­ци­аль­ное (без­вих­ре­вое) или рав­но­за­вих­рен­ное. В этих ре­жи­мах осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ла­ми­нар­ное те­че­ние. При бо́льших зна­че­ни­ях $Re$ (для те­че­ний в тру­бах ок. 2300) ла­ми­нар­ное те­че­ние те­ря­ет ус­той­чи­вость и пре­вра­ща­ет­ся в тур­бу­лент­ное те­че­ние.

Для опи­са­ния ос­ред­нён­ных ха­рак­те­ри­стик те­че­ния О. Рей­нольдс ввёл внутр. тур­бу­лент­ные на­пря­же­ния, для оп­ре­де­ле­ния ко­то­рых тре­бу­ют­ся до­пол­нит. по­строе­ния. Од­но из них – тео­рия пу­ти пе­ре­ме­ши­ва­ния Пран­дт­ля, ос­но­ван­ная на ана­ло­гии с тео­ри­ей мо­ле­ку­ляр­но­го дви­же­ния га­за. В це­лом про­бле­ма эф­фек­тив­но­го рас­чё­та тур­бу­лент­ных те­че­ний по­ка ос­та­ёт­ся от­кры­той.

С рос­том $M$ влия­ние сжи­мае­мо­сти воз­рас­та­ет. При $M$ по­ряд­ка еди­ни­цы и бо­лее в по­то­ке га­за, как пра­ви­ло, на­блю­да­ют­ся удар­ные вол­ны. При $M=3$ их тол­щи­на по­ряд­ка дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га мо­ле­кул. В этом слу­чае вяз­ко­стью и те­п­ло­про­вод­но­стью га­за мож­но пре­неб­речь, за­ме­нив их дей­ст­вие по­верх­но­стя­ми раз­ры­ва, на ко­то­рых со­хра­ня­ют­ся по­то­ки мас­сы, ко­ли­че­ст­ва дви­же­ния и энер­гии.

Современное состояние

На нач. 21 в. в рам­ках М. ж. и г. глу­бо­ко про­ра­бо­тан це­лый ряд тео­рий, опи­сы­ваю­щих разл. про­цес­сы в жид­ко­стях и га­зах. Это тео­рии по­тен­ци­аль­ных и вих­ре­вых те­че­ний, тео­рия кры­ла ко­неч­но­го раз­ма­ха, тео­рия по­верх­но­ст­ных и внутр. волн и их взаи­мо­дей­ст­вия с твёр­ды­ми те­ла­ми (в ча­ст­но­сти, во­про­сы вол­но­во­го со­про­тив­ле­ния над­вод­ных и под­вод­ных ко­раб­лей), тео­рия пло­ских, осе­сим­мет­рич­ных и вин­то­вых те­че­ний, тео­рия об­те­ка­ния тел со сры­вом струй, тео­рия мед­лен­ных те­че­ний вяз­ких жид­ко­стей и те­че­ний в тру­бах разл. про­фи­ля, тео­рия смаз­ки и тео­рия по­гра­нич­но­го слоя. Ис­сле­до­ва­на ус­той­чи­вость ла­ми­нар­но­го ре­жи­ма те­чения вяз­кой жид­ко­сти и его пе­ре­ход в тур­булент­ный ре­жим, пред­ло­же­ны разл. схе­мы ос­ред­нён­но­го мо­де­ли­ро­ва­ния тур­бу­лент­ных дви­же­ний. Ре­ше­ны мн. за­да­чи ус­ко­ре­ния тел сжа­тым га­зом, рас­про­стра­не­ния силь­ных взрыв­ных волн и их воз­дей­ст­вия на пре­пят­ст­вия. Раз­ви­ты тео­рия те­п­ло- и мас­со­пе­ре­но­са в дви­жу­щей­ся жид­ко­сти, тео­рия фильт­ра­ции жид­ко­стей и га­зов сквозь по­рис­тые сре­ды, тео­рия кон­век­ции, тео­рия дви­же­ния сме­сей жид­ко­стей, га­зов и твёр­дых час­тиц, тео­рия ат­мо­сфер­ных и океа­нич. вих­рей и др. К про­бле­мам, ре­шае­мым М. ж. и г., мож­но от­не­сти так­же за­да­чи дви­же­ния плаз­мы.

На совр. уров­не раз­ви­тия М. ж. и г. при­ме­няе­мые мо­де­ли ста­но­вят­ся всё бо­лее слож­ны­ми, т. к. учи­ты­ва­ют ряд осо­бен­но­стей сре­ды, напр. её элек­трич. про­во­ди­мость, ио­ни­за­цию, по­ля­ри­за­цию и на­маг­ни­чи­ва­ние, а так­же про­ис­хо­дя­щие в сре­де хи­мич. ре­ак­ции и фа­зо­вые пе­ре­хо­ды. При опи­са­нии ус­ло­вий на гра­ни­цах по­то­ка учи­ты­ва­ет­ся по­верх­но­ст­ное на­тя­же­ние, а так­же те­п­ло- и мас­со­об­мен. Ес­ли дли­на сво­бод­но­го про­бе­га час­тиц га­за пре­вы­ша­ет ха­рак­тер­ный раз­мер за­да­чи (напр., при рас­смот­ре­нии га­за в ва­ку­ум­ных при­бо­рах или верх­них сло­ях ат­мо­сфе­ры), не­об­хо­ди­мо ис­поль­зо­вать ме­то­ды тео­рии раз­ре­жен­ных га­зов (см. Ди­на­ми­ка раз­ре­жен­ных га­зов).

Урав­не­ния М. ж. и г. не­ли­ней­ны, что при­во­дит к боль­шим труд­но­стям при ре­ше­нии разл. прак­тич. за­дач. Для ре­ше­ния урав­не­ний М. ж. и г. при­ме­ня­ют­ся ана­ли­тич. ме­то­ды, свя­зан­ные с раз­ло­же­ния­ми в ря­ды по ко­ор­ди­на­там и вре­ме­ни, асим­пто­тич. ме­то­ды, ис­поль­зую­щие раз­ло­же­ния по ма­ло­му па­ра­мет­ру, а так­же груп­по­вые ме­то­ды, свя­зан­ные с по­строе­ни­ем точ­ных ре­ше­ний. Важ­ной осо­бен­но­стью совр. эта­па раз­ви­тия М. ж. и г. яв­ля­ет­ся соз­да­ние боль­ших па­ке­тов вы­чис­лит. про­грамм, на­прав­лен­ных на ре­ше­ние тех или иных тех­нич. про­блем. Про­во­дят­ся мас­штаб­ные чис­лен­ные экс­пе­ри­мен­ты по ма­те­ма­тич. мо­де­ли­ро­ва­нию разл. про­цес­сов.

Боль­шое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся экс­пе­рим. во­про­сам М. ж. и г., при этом в ис­сле­до­ва­ни­ях ис­поль­зу­ют­ся ме­то­ды как на­тур­ных ис­пы­та­ний, так и пря­мо­го или ана­ло­го­во­го мо­де­ли­ро­ва­ния, ос­но­ван­ные на при­ме­не­нии ме­то­дов по­до­бия и раз­мер­но­сти. Для изу­че­ния те­че­ний и мо­де­ли­ро­ва­ния про­блем об­те­ка­ния и раз­го­на тел применяются спец. гид­ро­ди­на­мич. и аэ­ро­ди­на­мич. тру­бы, от­кры­тые ка­на­лы и бас­сей­ны, мно­го­сту­пен­ча­тые бал­ли­стич. ус­та­нов­ки и др. уст­рой­ст­ва.

В Рос­сии на­уч. ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти М. ж. и г. про­во­дят­ся в ву­зах Мо­ск­вы (МГУ, МАИ, Моск. фи­зи­ко-тех­нич. ин-т), С.-Пе­тер­бур­га (С.-Пе­терб. гос. ун-т, С.-Пе­терб. гос. ун-т гра­ж­дан­ской авиа­ции, С.-Пе­терб. гос. мор­ской тех­нич. ун-т), Но­во­си­бир­ска, Том­ска, Крас­но­яр­ска, Ка­за­ни и др. Тео­ре­тич. и экс­пе­рим. ис­сле­до­ва­ния в этой об­лас­ти ве­дут­ся так­же в ЦАГИ (см. Аэ­ро­гид­ро­ди­на­ми­че­ский ин­сти­тут), Гид­ро­ди­на­ми­ки ин­сти­ту­те, Авиа­ци­он­но­го мо­то­ро­строе­ния ин­сти­ту­те, Про­блем ме­ха­ни­ки ин­сти­ту­те, Те­п­ло­фи­зи­ки ин­сти­ту­те, НИИ ме­ха­ни­ки МГУ, Ин-те тео­ре­тич. и при­клад­ной ме­ха­ни­ки СО РАН, Ин-те ав­то­ма­ти­ки и про­цес­сов управ­ле­ния ДВО РАН и др.

Ре­зуль­та­ты ис­сле­до­ва­ний в об­лас­ти М. ж. и г. пуб­ли­ку­ют­ся в жур­на­лах: «Док­ла­ды РАН» (се­рии «Ма­те­ма­ти­ка», «Фи­зи­ка»), «Из­вес­тия РАН» (се­рия «Ме­ха­ни­ка жид­ко­сти и га­за»), «При­клад­ная ма­те­ма­ти­ка и ме­ха­ни­ка», «При­клад­ная ме­ха­ни­ка и тех­ническая фи­зи­ка», «Те­п­ло­фи­зи­ка и аэ­ро­ме­ха­ни­ка», «Фи­зи­ка го­ре­ния и взры­ва» и др.

При­ме­не­ние. Прак­тич. при­ло­же­ния совр. М. ж. и г. чрез­вы­чай­но раз­но­об­раз­ны. Она ис­поль­зу­ет­ся при про­ек­ти­ро­ва­нии и соз­да­нии ко­раб­лей, са­мо­лё­тов и ра­кет, кон­ст­руи­ро­ва­нии дви­га­те­лей; рас­чё­тах тру­бо­про­во­дов и на­со­сов, га­зо­вых и гид­ро­тур­бин, во­до­слив­ных пло­тин; при изу­че­нии мор. и воз­душ­ных те­че­ний; про­гно­зе по­го­ды и рас­чё­тах мас­со- и те­п­ло­об­ме­на в ат­мо­сфе­ре; при изу­че­нии фильт­ра­ции грун­то­вых вод, неф­ти и га­за и ор­га­ни­за­ции их до­бы­чи; во мно­гих тех­но­ло­гич. про­цес­сах на­но- и мик­ро­про­из­вод­ст­ва, пи­ще­вой, мед., ме­тал­лур­гич. и хи­мич. пром-сти.

Боль­шое зна­че­ние име­ет при­ло­же­ние ме­то­дов М. ж. и г. к объ­яс­не­нию и ис­поль­зо­ва­нию при­род­ных яв­ле­ний, свя­зан­ных, напр., с дви­же­ни­ем тек­то­нич. плит и извержением вул­ка­нов, дви­же­ни­ем ла­вин и муть­е­вых по­то­ков, с ме­ха­низ­ма­ми пла­ва­ния рыб и по­лё­та птиц, кро­во­об­ра­ще­ни­ем и ды­ха­ни­ем. М. ж. и г. опи­сы­ва­ет про­цес­сы са­мых разл. мас­шта­бов – от столк­но­ве­ний эле­мен­тар­ных час­тиц и те­че­ний кван­то­вых жид­ко­стей до строе­ния звёзд и эво­лю­ции Все­лен­ной.

Что такое жидкость? | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Укажите общие фазы материи.
• Объясните физические характеристики твердых тел, жидкостей и газов.
• Опишите расположение атомов в твердых телах, жидкостях и газах.

Материя чаще всего существует в твердом, жидком или газообразном состоянии; эти состояния известны как три общие фазы материи .Твердые тела имеют определенную форму и определенный объем, жидкости имеют определенный объем, но их форма изменяется в зависимости от контейнера, в котором они содержатся, а газы не имеют ни определенной формы, ни определенного объема, поскольку их молекулы движутся, чтобы заполнить контейнер, в котором они находятся. они проводятся. (См. Рис. 1.) Жидкости и газы считаются жидкостями, потому что они поддаются сдвиговым силам, тогда как твердые тела им сопротивляются. Обратите внимание, что степень, в которой жидкости поддаются сдвиговым силам (и, следовательно, текут легко и быстро), зависит от величины, называемой вязкостью, которая подробно обсуждается в разделе «Вязкость и ламинарный поток»; Закон Пуазейля.Мы можем понять фазы материи и то, что составляет жидкость, рассматривая силы между атомами, которые составляют материю в трех фазах.

Рис. 1. (a) Атомы в твердом теле всегда имеют одних и тех же соседей, удерживаемых рядом с домом силами, представленными здесь пружинами. Эти атомы по существу контактируют друг с другом. Камень — это пример твердого тела. Эта порода сохраняет свою форму благодаря силам, удерживающим ее атомы вместе. (б) Атомы в жидкости также находятся в тесном контакте, но могут скользить друг по другу.Силы между ними сильно сопротивляются попыткам сблизить их, а также удерживают в тесном контакте. Вода — это пример жидкости. Вода может течь, но она также остается в открытом сосуде из-за сил между ее атомами. (c) Атомы в газе разделены расстояниями, которые значительно превышают размер самих атомов, и они свободно перемещаются. Газ должен храниться в закрытом контейнере, чтобы он не мог свободно выходить.

Атомы в твердых телах находятся в тесном контакте, между ними действуют силы, которые позволяют атомам колебаться, но не менять положения с соседними атомами.(Эти силы можно представить себе как пружины, которые можно растягивать или сжимать, но нелегко сломать.) Таким образом, твердое тело выдерживает всех типов напряжений. Твердое тело нельзя легко деформировать, потому что атомы, составляющие твердое тело, не могут свободно перемещаться. Твердые тела также сопротивляются сжатию, потому что их атомы составляют часть структуры решетки, в которой атомы находятся на относительно фиксированном расстоянии друг от друга. При сжатии атомы столкнутся друг с другом. Большинство примеров, которые мы изучили до сих пор, касаются твердых объектов, которые очень мало деформируются при напряжении.

Соединения: объяснение под микроскопом твердых тел и жидкостей

Атомные и молекулярные характеристики объясняют и лежат в основе макроскопических характеристик твердых тел и жидкостей. Это субмикроскопическое объяснение является одной из тем этого текста и выделено в разделах «Великие и малые вещи» в книге «Сохранение импульса». См., Например, микроскопическое описание столкновений и импульса или микроскопическое описание давления в газе. Настоящий раздел полностью посвящен субмикроскопическому объяснению твердых тел и жидкостей.

Напротив, жидкости легко деформируются при напряжении и не возвращаются к своей исходной форме после снятия силы, потому что атомы могут свободно перемещаться и менять соседей, то есть они текут (так что они представляют собой тип жидкости), причем молекулы удерживаются вместе за счет их взаимного притяжения. Когда жидкость помещается в контейнер без крышки, она остается в контейнере (при условии, что в контейнере нет отверстий под поверхностью жидкости!). Поскольку атомы плотно упакованы, жидкости, как и твердые тела, сопротивляются сжатию.

Атомы в газах разделены расстояниями, большими по сравнению с размером атомов. Поэтому силы между атомами газа очень слабые, за исключением случаев, когда атомы сталкиваются друг с другом. Таким образом, газы не только текут (и поэтому считаются жидкостями), их относительно легко сжимать, потому что между атомами много места и мало силы. При помещении в открытый контейнер газы, в отличие от жидкостей, улетучиваются. Основное отличие состоит в том, что газы легко сжимаются, а жидкости — нет.Обычно мы будем называть и газы, и жидкости просто флюидами и проводить различие между ними только тогда, когда они ведут себя по-разному.

Исследования PhET: состояния вещества — основы

Нагрейте, охладите и сожмите атомы и молекулы и посмотрите, как они переходят из твердой, жидкой и газовой фаз.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

• Жидкость — это состояние вещества, которое поддается боковым силам или поперечным силам.Жидкости и газы — это жидкости. Статика жидкости — это физика неподвижных жидкостей.

Концептуальные вопросы

1. Какая физическая характеристика отличает жидкость от твердого тела?

2. Какие из следующих веществ являются жидкостями при комнатной температуре: воздух, ртуть, вода, стекло?

3. Почему газы сжимать легче, чем жидкости и твердые тела?

4. Чем газы отличаются от жидкостей?

Глоссарий

жидкости:

жидкости и газы; Жидкость — это состояние вещества, которое поддается поперечным силам

Fluids

Принцип Паскаля можно сформулировать следующим образом: Давление, приложенное в одной точке замкнутой жидкости в условиях равновесия, передается одинаково на все части жидкости.Это правило используется в гидравлических системах. На рисунке 1 нажатие на цилиндрический поршень в точке a поднимает объект в точке b.

Принцип Паскаля используется для легкого подъема автомобиля.

Пусть нижние индексы a и b обозначают количества на каждом поршне. Давления равны; следовательно, P _a = P _b . Подставьте выражение для давления в единицах силы и площади, чтобы получить f _a / A _a = ( F _b / A _b ) .Замените π r ² вместо площади круга, упростите и решите для F _b : F _b = ( F _a ) ( r _b ² / r _a ² ). Поскольку сила, действующая в точке a , умножается на квадрат отношения радиусов и r _b > r _a , небольшое усилие на маленький поршень a может поднимите относительно больший вес на поршне b .

Water обычно обеспечивает частичную поддержку любого помещенного в него объекта. Сила, направленная вверх, действующая на объект, помещенный в жидкость, называется выталкивающей силой . Согласно принципу Архимеда, величина выталкивающей силы на полностью или частично погруженный объект всегда равна весу жидкости, вытесняемой этим объектом.

Принцип Архимеда можно проверить нематематическим аргументом. Рассмотрим кубический объем воды в емкости с водой, показанной на рисунке 2.Этот объем находится в равновесии с действующими на него силами — весом и выталкивающей силой; следовательно, направленная вниз сила груза ( W, ) должна уравновешиваться восходящей выталкивающей силой ( B ), которая создается остальной водой в контейнере.

Рисунок 2

Вес уравновешивается выталкивающей силой в объеме воды.

Если твердое тело плавает, частично погруженное в жидкость, объем вытесняемой жидкости меньше объема твердого тела.Сравнение плотности твердого тела и жидкости, в которой оно плавает, приводит к интересному результату. Формулы для определения плотности: D _s = m _s / V _s и D _l = m _l / V _l , где D — плотность, V — объем, m — масса, а индексы s и l относятся к количествам, связанным с твердым телом и жидкость соответственно.Решение для масс приводит к м _с = D _с V _с и м л = D _л V _л . Согласно принципу Архимеда, массы твердого тела и вытесненной жидкости равны. Поскольку веса просто равны массе, умноженной на константу (г) , массы также должны быть равны; следовательно, D _s V _s = D _l V _l или D _s / D _л = В _л В _л .Теперь В = Ач , где A — это площадь поперечного сечения, а h — высота. Для твердого тела, плавающего в жидкости, A _l = A _s и h _l — это высота погруженного твердого тела, h _sub . С этими заменами указанное выше соотношение становится D _s / D _l = h _sub / h _s ; следовательно, фракционная часть погруженного твердого вещества равна отношению плотности твердого вещества к плотности окружающей жидкости, в которой оно плавает.Например, около 90 процентов айсберга находится под поверхностью морской воды, потому что плотность льда составляет около девяти десятых плотности морской воды.

Представьте себе жидкость, протекающую через участок трубы с одним концом, имеющим меньшую площадь поперечного сечения, чем труба на другом конце. Течение жидкостей очень сложное; следовательно, это обсуждение будет предполагать условия плавного течения несжимаемой жидкости через стенки без сопротивления. Скорость жидкости в суженном конце должна быть больше, чем скорость на большем конце, если поддерживается устойчивый поток; то есть объем, проходящий за раз, одинаков во всех точках.Быстро движущиеся жидкости оказывают меньшее давление, чем медленно движущиеся жидкости. Уравнение Бернулли применяет закон сохранения энергии для формализации этого наблюдения: P + (1/2) ρ v ² + ρ gh = константа. Уравнение утверждает, что сумма давления (P) , кинетической энергии на единицу объема и потенциальной энергии на единицу объема имеет одинаковое значение по всей трубе.

14.2: Жидкости, плотность и давление (Часть 1)

Цели обучения

• Укажите различные фазы материи
• Опишите характеристики фаз вещества на молекулярном или атомном уровне
• Различать сжимаемые и несжимаемые материалы
• Определение плотности и связанных с ней единиц СИ
• Сравните и сопоставьте плотности различных веществ
• Определение давления и связанных с ним единиц СИ
• Объясните взаимосвязь между давлением и силой
• Вычислить силу с учетом давления и площади

Материя чаще всего существует в твердом, жидком или газообразном состоянии; эти состояния известны как три общие фазы материи.В этом разделе мы подробно рассмотрим каждый из этих этапов.

Характеристики твердых тел

Твердые тела имеют определенные формы и объемы. Атомы или молекулы в твердом теле находятся в непосредственной близости друг от друга, и между этими молекулами существует значительная сила. Твердые тела будут принимать форму, определяемую природой этих сил между молекулами. Хотя настоящие твердые тела не являются несжимаемыми, тем не менее, для изменения формы твердого тела требуется большая сила.В некоторых случаях сила между молекулами может заставить молекулы организоваться в решетку, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Структура этой трехмерной решетки представлена ​​в виде молекул, связанных жесткими связями (моделируемыми как жесткие пружины), которые обеспечивают ограниченную свободу движения. Даже большая сила вызывает лишь небольшие смещения в атомах или молекулах решетки, и твердое тело сохраняет свою форму. Твердые тела также сопротивляются силам сдвига. (Силы сдвига — это силы, прикладываемые по касательной к поверхности, как описано в разделе «Статическое равновесие и упругость».)

Характеристики жидкостей

Жидкости и газы считаются жидкостями , потому что они поддаются сдвиговым усилиям, тогда как твердые тела им сопротивляются. Как и в твердых телах, молекулы в жидкости связаны с соседними молекулами, но обладают гораздо меньшим количеством этих связей. Молекулы в жидкости не заблокированы на месте и могут двигаться относительно друг друга. Расстояние между молекулами аналогично расстояниям в твердом теле, поэтому жидкости имеют определенные объемы, но форма жидкости изменяется в зависимости от формы ее контейнера.Газы не связаны с соседними атомами и могут иметь большие расстояния между молекулами. У газов нет ни определенной формы, ни определенного объема, поскольку их молекулы движутся, заполняя контейнер, в котором они содержатся (рис. \ (\ PageIndex {1} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (а) Атомы в твердом теле всегда находятся в тесном контакте с соседними атомами, удерживаясь на месте силами, представленными здесь пружинами. (б) Атомы в жидкости также находятся в тесном контакте, но могут скользить друг по другу. Силы между атомами сильно сопротивляются попыткам сжать атомы.(c) Атомы в газе перемещаются свободно и разделены большими расстояниями. Газ должен храниться в закрытом контейнере, чтобы предотвратить его свободное расширение и утечку.

Жидкости легко деформируются при напряжении и не возвращаются к своей первоначальной форме после снятия силы. Это происходит потому, что атомы или молекулы в жидкости могут свободно перемещаться и менять соседей. То есть текут жидкости (так что они представляют собой тип жидкости), а молекулы удерживаются вместе за счет взаимного притяжения. Когда жидкость помещается в емкость без крышки, она остается в емкости.Поскольку атомы плотно упакованы, жидкости, как и твердые тела, сопротивляются сжатию; для изменения объема жидкости необходимо чрезвычайно большое усилие.

Напротив, атомы в газах разделены большими расстояниями, и поэтому силы между атомами в газе очень слабые, за исключением случаев, когда атомы сталкиваются друг с другом. Это делает газы относительно легко сжимаемыми и позволяет им течь (что делает их жидкими). При помещении в открытый контейнер газы, в отличие от жидкостей, улетучиваются.

В этой главе мы обычно называем газы и жидкости просто жидкостями, проводя различие между ними только тогда, когда они ведут себя по-разному. Существует еще одна фаза вещества, плазма, которая существует при очень высоких температурах. При высоких температурах молекулы могут диссоциировать на атомы, а атомы диссоциировать на электроны (с отрицательными зарядами) и протоны (с положительными зарядами), образуя плазму. Плазма не будет подробно обсуждаться в этой главе, потому что плазма имеет очень разные свойства от трех других общих фаз материи, обсуждаемых в этой главе, из-за сильных электрических сил между зарядами.

Плотность

Предположим, что латунный блок и деревянный брусок имеют одинаковую массу. Если оба блока упали в резервуар с водой, почему дерево всплывает, а латунь тонет (рис. \ (\ PageIndex {2} \))? Это происходит потому, что латунь имеет большую плотность, чем вода, тогда как древесина имеет меньшую плотность, чем вода.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): (a) Медный и деревянный брусок имеют одинаковый вес и массу, но деревянный брусок имеет гораздо больший объем.(b) При помещении в аквариум, наполненный водой, латунный куб тонет, а деревянный брусок плавает. (Деревянный брусок на обоих рисунках один и тот же; он был повернут набок, чтобы поместиться на шкале.)

Плотность — важная характеристика веществ. Это очень важно, например, при определении того, тонет ли объект в жидкости или плавает.

Плотность

Средняя плотность вещества или объекта определяется как его масса на единицу объема,

\ [\ rho = \ frac {m} {V} \ label {14.{3} \ ldotp \]

Метрическая система изначально была разработана таким образом, чтобы плотность воды составляла 1 г / см ³ , что эквивалентно 103 кг / м ³ . Таким образом, основная единица массы, килограмм, была впервые предложена как масса 1000 мл воды, имеющая объем 1000 см ³ .

Таблица 14.1 — Плотности некоторых распространенных веществ

Твердые вещества	(0,0 ° С)	Жидкости	(0.0 ° С)	Газы	(0,0 ° C, 101,3 кПа)
Вещество	\ (\ rho \) (кг / м 3 )	Вещество	\ (\ rho \) (кг / м 3 )	Вещество	\ (\ rho \) (кг / м 3 )
Алюминий	2.70 х 10 3	Бензол	8,79 x 10 2	Воздух	1,29 x 10 0
Кость	1,90 x 10 3	Кровь	1,05 х 10 3	Двуокись углерода	,1,98 x 10 0
Латунь	8.44 х 10 3	Спирт этиловый	8,06 x 10 2	Окись углерода	1,25 x 10 0
Бетон	2,40 х 10 3	Бензин	6,80 x 10 2	Гелий	1,80 х 10 -1
Медь	8.92 х 10 3	Глицерин	1,26 x 10 3	Водород	9,00 x 10 -2
Пробка	2,40 х 10 2	Меркурий	1,36 x 10 4	Метан	7,20 x 10 -2
Земная кора	3.30 х 10 3	Оливковое масло	9,20 x 10 2	Азот	1,25 x 10 0
Стекло	2,60 x 10 3			Закись азота	1,98 x 10 0
Гранит	2.70 х 10 3			Кислород	1,43 x 10 0
Утюг	7,86 x 10 3
Свинец	1,13 х 10 4
Дуб	7.10 х 10 2
Сосна	3,73 x 10 2
Платина	2,14 х 10 4
Полистирол	1.00 х 10 2
Вольфрам	1,93 х 10 4
Уран	1,87 x 10 3

Как видно из таблицы 14.1, плотность объекта может помочь определить его состав. Плотность золота, например, примерно в 2,5 раза больше плотности железа, что примерно в 2,5 раза больше плотности алюминия. Плотность также кое-что говорит о фазе материи и ее субструктуре. Обратите внимание, что плотности жидкостей и твердых тел примерно сопоставимы, что согласуется с тем фактом, что их атомы находятся в тесном контакте. Плотность газов намного меньше, чем у жидкостей и твердых тел, потому что атомы в газах разделены большим количеством пустого пространства.Газы отображаются для стандартной температуры 0,0 ° C и стандартного давления 101,3 кПа, при этом плотность сильно зависит от температуры и давления. Отображаемые плотности твердых и жидких тел даны для стандартной температуры 0,0 ° C, а плотности твердых и жидких веществ зависят от температуры. Плотность твердых тел и жидкостей обычно увеличивается с понижением температуры.

Таблица 14.2 показывает плотность воды в различных фазах и температуре.Плотность воды увеличивается с понижением температуры, достигая максимума при 4,0 ° C, а затем уменьшается, когда температура опускается ниже 4,0 ° C. Такое поведение плотности воды объясняет, почему лед образуется наверху водоема.

Таблица 14.2 — Плотность воды

Вещество	\ (\ rho \) (кг / м 3 )
Лед (0 ° C)	9,17 x 10 2
Вода (0 ° C)	9.998 х 10 2
Вода (4 ° C)	1.000 x 10 3
Вода (20 ° C)	9,982 х 10 2
Вода (100 ° C)	9,584 х 10 2
Пар (100 ° C, 101,3 кПа)	1,670 x 10 2
Морская вода (0 ° C)	1.030 х 10 3

Плотность вещества не обязательно постоянна во всем объеме вещества. Если плотность во всем веществе постоянна, это вещество называется однородным. Твердый железный пруток — это пример однородного вещества. Плотность постоянна повсюду, а плотность любого образца вещества равна его средней плотности. Если плотность вещества непостоянна, вещество считается неоднородным.Кусок швейцарского сыра является примером неоднородного материала, содержащего как твердый сыр, так и заполненные газом пустоты. Плотность в определенном месте внутри неоднородного материала называется локальной плотностью и задается как функция местоположения \ (\ rho \) = \ (\ rho \) (x, y, z) (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Плотность может варьироваться в неоднородной смеси. Локальная плотность в точке получается делением массы на объем в небольшом объеме вокруг данной точки.

Локальная плотность может быть получена с помощью процесса ограничения, основанного на средней плотности в небольшом объеме вокруг рассматриваемой точки, принимая предел, при котором размер объема приближается к нулю,

\ [\ rho = \ lim _ {\ Delta V \ rightarrow 0} \ frac {\ Delta m} {\ Delta V} \ label {14.2} \]

где \ (\ rho \) — плотность, m — масса, V — объем.

Так как газы могут свободно расширяться и сжиматься, плотность газов значительно меняется с температурой, тогда как плотность жидкостей мало меняется с температурой.Поэтому плотности жидкостей часто считаются постоянными, при этом плотность равна средней плотности.

Плотность — это размерная характеристика; поэтому при сравнении плотностей двух веществ необходимо учитывать единицы измерения. По этой причине для сравнения плотностей часто используется более удобная безразмерная величина, называемая удельным весом . Удельный вес определяется как отношение плотности материала к плотности воды, равное 4.0 ° C и давление в одну атмосферу, что составляет 1000 кг / м ³ :

\ [Конкретный \; гравитация = \ frac {Плотность \; из\; материал} {Плотность \; из\; вода} \ ldotp \]

В сравнении используется вода, потому что плотность воды составляет 1 г / см ³ , которая изначально использовалась для определения килограмма. Удельный вес, будучи безразмерным, позволяет легко сравнивать материалы, не беспокоясь об единицах плотности. Например, плотность алюминия составляет 2,7 г / см ³ (2700 кг / м ³ ), но его удельный вес равен 2.7, независимо от единицы плотности. Удельный вес является особенно полезной величиной с точки зрения плавучести, которую мы обсудим позже в этой главе.

Давление

Вы, несомненно, слышали слово «давление», используемое по отношению к крови (высокое или низкое кровяное давление) и к погоде (погодные системы с высоким и низким давлением). Это только два из многих примеров давления в жидкости. (Напомним, что мы ввели идею давления в статическое равновесие и упругость в контексте объемных напряжений и деформаций.)

Давление

Давление (p) определяется как нормальная сила F на единицу площади A, на которую действует сила, или

\ [p = \ frac {F} {A} \ ldotp \ label {14.3} \]

Чтобы определить давление в определенной точке, давление определяется как сила dF, оказываемая жидкостью на бесконечно малый элемент площади dA, содержащей точку, в результате чего p = \ (\ frac {dF} {dA} \).

Данная сила может иметь существенно различный эффект в зависимости от области, на которую действует сила.Например, сила, приложенная к площади 1 мм ² , имеет давление, которое в 100 раз превышает ту же силу, приложенную к площади 1 см ² . Вот почему острая игла может протыкать кожу при приложении небольшой силы, но приложение той же силы пальцем не протыкает кожу (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): (a) Человек, которого тыкают пальцем, может раздражаться, но сила не имеет длительного эффекта. (b) Напротив, той же силы, приложенной к области размером с острый конец иглы, достаточно, чтобы сломать кожу.{2} \ ldotp \]

Для измерения давления используются несколько других единиц, которые мы обсудим позже в этой главе.

Авторы и авторство

• Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Определение, типы, примеры и часто задаваемые вопросы

Определение научного флюида очень просто для понимания.Жидкое значение относится к веществу, которое не имеет определенной формы и легко поддается внешнему давлению. Это может быть жидкость или газ. Мы говорим, что жидкость может течь легко, и находим ее применение больше в муфтах или муфтах, где жидкость помогает передавать энергию.

В приведенном выше тексте мы получили краткое описание того, что такое жидкость, и теперь мы углубимся в научное определение жидкости. А теперь давайте посмотрим, что является плавным, с некоторой жидкой информацией и фактами о науке о текучих средах.

Примеры жидкостей в повседневной жизни

Возможно, вы слышали слово «жидкость», теперь мы рассмотрим несколько примеров повседневного использования этого термина, чтобы лучше понять его.

• Пациент сильно обезвожен, ему срочно нужны жидкости.

• Резервуары на крыше предназначены для хранения таких жидкостей, как нефть, керосин и газ.

• Обычно мы храним чистящие жидкости в недоступном для детей месте.

• Наш желудок собирает желудочные жидкости по краям для переваривания пищи.

• Мы видели, как из ствола дерева вытекает какая-то жидкость (вязкая жидкость).

Определение жидкости Физика

В физике определение жидкости таково:

Жидкость — это вещество, которое непрерывно течет или деформируется, когда мы подвергаем ее действию напряжения сдвига или внешней силы.

Жидкость — это одна из фаз материи, и мы рассматриваем такие жидкости, как жидкости, газы и плазма. Одно из научных определений жидкости состоит в том, что это вещества с нулевым модулем сдвига, или, проще говоря, эти вещества не могут противостоять приложенной к ним поперечной силе.

Определение информации о жидкости

Чтобы понять определение информации о жидкости, давайте рассмотрим следующие однострочные утверждения:

Термин «жидкость» более тесно связан с твердой плазмой; однако мы рассматриваем его как жидкость и газ. Жидкость не имеет модуля сдвига. Теперь рассмотрим типы потока жидкости:

Поток жидкости бывает следующих типов:

1. Устойчивый или нестационарный

2. Сжимаемый или несжимаемый

3. Вязкий или невязкий и

4. Вращающийся безвихревой.

Устойчивый или нестационарный поток

Поток жидкости может быть постоянным или неустойчивым, в зависимости от скорости жидкости:

• Устойчивый: при установившемся потоке жидкости плотность жидкости остается постоянной в каждой точке.

• Неустойчивый: во время нестационарного потока скорость жидкости в любых двух точках различается.

Вязкий или невязкий поток

Поток жидкости может быть вязким или невязким.

Вязкость — это мера толщины жидкости, и очень липкие жидкости, а именно: моторное масло или шампунь называются вязкими жидкостями.

Характеристики жидкости

«Определение жидкости» мы видим много раз; однако слово «жидкость» используется в повседневной жизни и понимается с некоторыми его характеристиками.

Теперь давайте посмотрим на некоторые характеристики жидкости:

1. Способна течь и легко меняет свою форму.

2. Постоянно меняется или склонен к изменениям.

3. Плавное движение, т.е. легкий поток.

Типы жидкостей

На приведенной ниже диаграмме показаны типы жидкостей.

[Изображение будет скоро загружено]

Теперь давайте посмотрим на типы жидкостей.

Типы жидкостей:

1. Идеальная жидкость

Идеальная жидкость несжимаема, и это воображаемая жидкость, которой не существует в действительности. Кроме того, у него нет вязкости.

2. Идеальная пластичная жидкость

Когда напряжение сдвига становится пропорциональным градиенту скорости и превышает значение текучести, жидкость считается идеальной пластичной жидкостью.

3.Real Fluid

Жидкости с вязкостью являются настоящими жидкостями.

4. Ньютоновская жидкость

Жидкость, подчиняющаяся закону вязкости Ньютона, известна как ньютоновская жидкость.

5. Неньютоновская жидкость

Жидкость, не подчиняющаяся закону вязкости Ньютона, называется неньютоновской жидкостью.

6. Несжимаемая жидкость

Когда плотность жидкости остается неизменной при приложении внешней силы, говорят, что это несжимаемая жидкость.

7.Сжимаемая жидкость

Когда плотность жидкости изменяется в зависимости от приложения внешней силы, это сжимаемая жидкость.

Интересные факты о жидкостях

Очень распространенным фактом о жидкостях является то, что они имеют постоянный объем, что означает, что они заключены в сосуде, в котором они содержатся.

Теперь давайте рассмотрим еще несколько интересных фактов о жидкостях.

1. После охлаждения жидкостей мы можем сжимать их, за исключением льда, который расширяется.

2. Мы не можем сжимать воду.

3. Жидкости бывают трех видов.

4. Жидкая форма жидкости является предпосылкой для жизни на основе углерода

5. Большая часть воды, присутствующей на Земле, поступает из космоса.

• Кошки выделяют много жидкости со слюной.

• Гидравлическая механика — это изучение сил, действующих на жидкость, и того, как жидкости движутся. Механику жидкости можно разделить на части: статика жидкости и динамика жидкости.Статика жидкости — это изучение жидкости в состоянии покоя, а гидродинамика — изучение жидкости в движении.

• Механика жидкости — это раздел механики сплошных сред, предмет, который моделирует материю без использования информации о том, из каких атомов они сделаны.

Что такое гидродинамика? | Живая наука

Гидродинамика — это «отрасль прикладной науки, которая занимается движением жидкостей и газов», согласно словарю American Heritage Dictionary.Гидродинамика — это одна из двух ветвей механики жидкости, которая изучает жидкости и то, как на них влияют силы. (Другая ветвь — статика жидкости, которая имеет дело с жидкостями в состоянии покоя.)

Ученые из нескольких областей изучают гидродинамику. Гидродинамика предоставляет методы для изучения эволюции звезд, океанских течений, погодных условий, тектоники плит и даже кровообращения. Некоторые важные технологические приложения гидродинамики включают ракетные двигатели, ветряные турбины, нефтепроводы и системы кондиционирования воздуха.

Что такое поток?

Движение жидкостей и газов обычно называют «потоком», концепция, которая описывает, как жидкости ведут себя и как они взаимодействуют с окружающей средой — например, вода, движущаяся по каналу или трубе, или по поверхности. Поток может быть как постоянным, так и неустойчивым. В своих конспектах лекций «Лекции по элементарной гидродинамике» (Университет Кентукки, 2009 г.) Дж. М. Макдонаф, профессор инженерии в Университете Кентукки, пишет: «Если все свойства потока не зависят от времени, тогда поток не зависит от времени. устойчивый; в противном случае — неустойчивый.«То есть устойчивый поток не меняется со временем. Примером постоянного потока может быть вода, текущая по трубе с постоянной скоростью. С другой стороны, наводнение или вода, льющаяся из старинного ручного насоса, являются примерами неустойчивого потока.

Поток также может быть ламинарным или турбулентным. Ламинарные потоки более плавные, а турбулентные — более хаотические. Одним из важных факторов, определяющих состояние потока жидкости, является ее вязкость или толщина, где более высокая вязкость увеличивает тенденцию к поток должен быть ламинарным.Патрик Макмертри, профессор инженерии Университета штата Юта, описывает разницу в своих онлайн-классах «Наблюдения за турбулентными потоками» (Университет штата Юта, 2000 г.), заявляя: «Под ламинарным потоком мы обычно подразумеваем плавный, устойчивый поток. движение жидкости, при котором любые индуцированные возмущения гасятся из-за относительно сильных вязких сил. В турбулентных потоках могут действовать другие силы, противодействующие действию вязкости ».

Ламинарный поток желателен во многих ситуациях, например, в дренажных системах или крыльях самолетов, поскольку он более эффективен и теряется меньше энергии.Турбулентный поток может быть полезен для смешивания различных жидкостей или для выравнивания температуры. Согласно Макдоноу, большинство потоков интереса являются турбулентными; однако такие потоки может быть очень трудно предсказать в деталях, и различие между этими двумя типами потоков в значительной степени интуитивно понятно.

Важным фактором в потоке жидкости является число Рейнольдса ( Re ), которое названо в честь ученого 19 века Осборна Рейнольдса, хотя оно было впервые описано в 1851 году физиком Джорджем Габриэлем Стоуксом.Макдоноу дает определение Re как «отношение сил инерции к силам вязкости». Сила инерции — это сопротивление жидкости изменению движения, а сила вязкости — это величина трения из-за вязкости или толщины жидкости. Обратите внимание, что Re — это не только свойство жидкости; он также включает в себя условия его потока, такие как его скорость, размер и форма канала или любые препятствия.

При низком значении Re течение имеет тенденцию быть плавным или ламинарным, в то время как при высоком значении Re течение имеет тенденцию быть турбулентным, образуя завихрения и вихри. Re можно использовать для прогнозирования того, как газ или жидкость будут обтекать препятствие в потоке, например воду вокруг сваи моста или ветер над крылом самолета. Число также можно использовать для прогнозирования скорости перехода потока от ламинарного к турбулентному.

Поток жидкости

Исследование потока жидкости называется гидродинамикой. В то время как жидкости включают в себя всевозможные вещества, такие как масла и химические растворы, на сегодняшний день наиболее распространенной жидкостью является вода, и большинство приложений для гидродинамики включают управление потоком этой жидкости.Это включает борьбу с наводнениями, эксплуатацию городских водопроводных и канализационных систем и управление судоходными водными путями. [Галерея: Мечтательные изображения раскрывают красоту в физике]

Гидродинамика имеет дело в первую очередь с течением воды в трубах или открытых каналах. В конспектах лекций профессора геологии Джона Саутхарда из онлайн-курса «Введение в движение жидкости» (Массачусетский технологический институт, 2006 г.) излагается основное различие между потоком в трубе и потоком в открытом канале: «потоки в закрытых трубопроводах или каналах, таких как трубы или воздуховоды полностью соприкасаются с жесткими границами, тогда как «открытые» потоки, с другой стороны, представляют собой те, границы которых не являются полностью твердым и жестким материалом.«Он заявляет, что« важными потоками в открытом русле являются реки, приливные течения, ирригационные каналы или водные покровы, бегущие по поверхности земли после дождя ».

Из-за различий в этих границах разные силы влияют на два типа воды. Согласно Скотту Посту в его книге «Прикладная и вычислительная механика жидкости» (Jones & Bartlett, 2009), «в то время как потоки в закрытой трубе могут управляться давлением или силой тяжести, потоки в открытых каналах движутся силой тяжести. в одиночестве.«Давление определяется в первую очередь высотой жидкости над точкой измерения. Например, в большинстве городских систем водоснабжения используются водонапорные башни для поддержания постоянного давления в системе. Эта разница в высоте называется гидродинамическим напором. Жидкость в трубе также можно заставить течь быстрее или с большим давлением с помощью механических насосов.

Полосы появляются во время дымовых испытаний аэродинамики полуприцепа в аэродинамической трубе (Изображение предоставлено Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса)

Поток газа

Поток У газа есть много общего с потоком жидкости, но он также имеет некоторые важные отличия.Во-первых, газ сжимаем, тогда как жидкости обычно считаются несжимаемыми. В «Основах динамики сжимаемой жидкости» (Prentice-Hall, 2006) автор П. Балачандран описывает сжимаемую жидкость, заявляя: «Если плотность жидкости заметно изменяется по всему полю потока, поток можно рассматривать как сжимаемый поток. » В противном случае жидкость считается несжимаемой. Во-вторых, сила тяжести практически не влияет на поток газа.

Наиболее часто встречающимся в повседневной жизни газом является воздух; поэтому ученые уделили много внимания условиям его потока.Ветер заставляет воздух перемещаться вокруг зданий и других сооружений, а также его можно заставить двигаться с помощью насосов и вентиляторов.

Особый интерес представляет движение объектов в атмосфере. Эта ветвь гидродинамики называется аэродинамикой, которая, согласно словарю American Heritage Dictionary, представляет собой «динамику тел, движущихся относительно газов, особенно взаимодействие движущихся объектов с атмосферой». Проблемы в этой области связаны с уменьшением лобового сопротивления автомобильных кузовов, проектированием более эффективных самолетов и ветряных турбин, а также изучением того, как летают птицы и насекомые.

Принцип Бернулли

Обычно жидкость, движущаяся с более высокой скоростью, имеет более низкое давление, чем жидкость, движущаяся с более низкой скоростью. Это явление было впервые описано Даниэлем Бернулли в 1738 году в его книге «Гидродинамика» и широко известно как принцип Бернулли. Его можно применять для измерения скорости жидкости или газа, движущегося в трубе, канале или по поверхности.

Этот принцип также отвечает за подъемную силу в крыле самолета, поэтому самолеты могут летать.Поскольку крыло плоское внизу и изогнутое вверху, воздух должен проходить большее расстояние по верхней поверхности, чем по нижней. Для этого он должен проходить через вершину быстрее, в результате чего его давление снижается. Это заставляет воздух с более высоким давлением на днище подниматься вверх по крылу.

Проблемы гидродинамики

Ученые часто пытаются визуализировать поток, используя фигуры, называемые линиями тока, штриховыми линиями и траекториями. МакДоноу определяет линию тока как «непрерывную линию в жидкости, касательная в каждой точке которой является направлением вектора скорости в этой точке.«Другими словами, линия тока показывает направление потока в любой конкретной точке потока. Полосовая линия, согласно Макдоноу, — это« геометрическое место [местоположение] всех элементов жидкости, которые ранее прошли через данную точку ». A Линия траектории (или траектория частицы), как он пишет, — это «траектория отдельного элемента жидкости». Если поток не меняется с течением времени, линия траектории будет такой же, как и линия тока. Однако в случае турбулентности или неустойчивости поток, эти линии могут быть совершенно разными.

Большинство задач гидродинамики слишком сложны, чтобы их можно было решить прямым расчетом. В этих случаях проблемы должны решаться численными методами с использованием компьютерного моделирования. Эта область исследований называется численной или вычислительной гидродинамикой (CFD), которую Саутхард определяет как «раздел компьютерной науки, обеспечивающий численные прогнозы потоков жидкости». Однако, поскольку турбулентный поток имеет тенденцию быть нелинейным и хаотическим, необходимо соблюдать особую осторожность при настройке правил и начальных условий для этих симуляций.Небольшие изменения в начале могут привести к большим различиям в результатах.

Точность моделирования можно повысить, разделив объем на более мелкие области и используя меньшие временные шаги, но это увеличивает время вычислений. По этой причине CFD должна развиваться по мере увеличения вычислительной мощности.

Джим Лукас — внештатный писатель и редактор, специализирующийся в области физики, астрономии и инженерии. Он является генеральным менеджером Lucas Technologies .

Дополнительные ресурсы

ньютоновская механика — Что на самом деле такое жидкость?

Конечно, жидкости существуют дольше, чем мы, люди. Наши обычные и исторические встречи с жидкостями находятся на нашем макроскопическом уровне. Хотя Демокрит говорил о них, атомы не были предметом физической мысли до статьи Эйнштейна 1905 года, объясняющей броуновское движение. Это было первое доказательство реального физического существования субмикроскопических частиц. В этой статье Эйнштейн показал, что жидкости действительно представляют собой совокупность взаимодействующих частиц.До этого таблица элементов Менделеева рассматривалась только как формальный метод бухгалтерского учета для химиков. Изящная математика механики жидкости была и остается очень привлекательной, но теперь ее пришлось впихнуть в реальность существования атомов и молекул. Именно по этой причине тексты по механике жидкости предваряют свое рассмотрение жидкостей «жидкостным приближением», т.е. что жидкости на самом деле состоят из молекул и атомов, но этот факт будет оставлен в стороне. Это приближение игнорирует взаимодействия частиц и частиц и игнорирует взаимодействия частиц жидкости с твердыми поверхностями.Вязкость, макроскопическое свойство, вводится для их учета.

Таким образом, в соответствии с точкой зрения, существовавшей до 1905 года, жидкость определялась как вещество, которое принимает форму своего сосуда и не проявляет статической деформации сдвига, т. Е. Не деформируется статически. Конечно, наблюдались вихри и водовороты и сопутствующие им искажения поверхности жидкости, но это динамические деформации. Если не считать вязкости, жидкость была примерно идеальной. Идеальная жидкость — это жидкость, в которой нет взаимодействий между частицами.Эффекты частицы и взаимодействия между частицами жидкости и твердыми поверхностями в потоке предположительно объясняются введением понятия вязкости. Это сохраняет неизменным жидкостное приближение. Тем не менее, есть проблемы с объяснением некоторых подвижных форм поведения, например, рассмотрим принцип Бернулли.

Принцип иллюстрируется поведением жидкости в трубке Вентури. Газ при фиксированном давлении в большом контейнере может выходить через узкую трубку.В этой трубке принцип Бернулли связывает скорость выходящей жидкости с разницей в давлении между большим резервуаром и выходной трубкой. На макроскопическом уровне сила, которая ускоряет жидкость от нуля в емкости до скорости ее выпускной трубы, возникает из-за разницы давлений между давлением емкости и конечным давлением пространства, в которое течет жидкость. Все это нормально, пока не обратится к манометру, измеряющему перепады давления. Скорость потока реальной, т.е.е. вязкая жидкость у стенок аппарата равна нулю. Как же тогда работают манометры, если они установлены в стенах? Как получается, что они измеряют скорость потока? Проблема в том, что жидкое приближение не действует на стенках.

Что происходит на уровне частиц? Манометры воспринимают давление из-за коллективного воздействия компонентов скоростей частиц, нормальных к стенке. Отверстие в выходной трубке — это сортировочный механизм.Очевидно, только те частицы, которые находятся у отверстия и векторы скорости которых направлены внутрь трубки, вносят вклад в поток в трубке. Частицы, векторы скорости которых не точно перпендикулярны области отверстия, будут ударяться о стенку выпускной трубы. Внутри выходной трубы, конечно, будут столкновения частицы с частицами, но в среднем молекулы будут двигаться в направлении трубы. Тот факт, что энергия сохраняется, отражается в том факте, что совокупное увеличение скорости частиц в направлении оси трубы сопровождается более низкими компонентами скорости, нормальными к стенкам, чем в среднем внутри контейнера, из которого они пришли.Это то, что чувствует манометр. Вот почему давление жидкости в выпускной трубе ниже, чем в емкости. Отверстие выходной трубки — это механизм выбора, как у Максвелла Демон.

Жидкости (Физика): определение, свойства и примеры

Жидкость — это одно из четырех состояний материи, другие — твердое, газообразное и плазменное. Изучение физики жидкостей — это удивительно большая область. Но если учесть, насколько большая часть вашей жизни зависит от воды, текущей по трубам, или лодки, способной плавать в океане, или даже того, что ваш блинный сироп может правильно течь из своего контейнера, легко понять, почему изучение и понимание жидкости важно.

Состояния материи

Существует четыре основных состояния материи: твердое состояние, жидкое состояние, газовое состояние и плазма. Материя может переходить из одного состояния в другое в зависимости от условий давления и температуры.

В твердом теле молекулы материала прочно связаны, и материал сохраняет свою форму. В жидкости и молекулы менее прочно связаны и могут скользить или обтекать друг друга. В газе и молекулы отделяются друг от друга.Газ всегда будет заполнять контейнер, в котором он находится, и может легко расширяться и сжиматься, в то время как жидкости и твердые тела не могут (или, по крайней мере, не в одинаковой степени). Плазма — это состояние вещества, которое возникает, когда газ нагревается до указывают на то, что он становится ионизированным.

Когда газ конденсируется, и молекулы сближаются достаточно близко, чтобы влиять друг на друга и слипаться, он превращается в жидкую форму. Обычно для этого требуется охлаждение, которое удаляет энергию из системы.

Когда что-то в твердой форме плавится, оно становится жидкостью.Обычно для этого требуется нагрев, который добавляет энергии в систему. По мере увеличения температуры материала движение молекул увеличивается и преодолевает межмолекулярные силы, пытающиеся удерживать молекулы вместе.

Определение жидкости

Как упоминалось ранее, жидкость — это состояние вещества. Несжимаемость жидкостей означает, что они имеют фиксированный объем , (определенный объем) и не расширяются или не сжимаются в значительной степени, как газ.

В жидкости молекулы слабо связаны друг с другом силами когезии и могут свободно течь мимо друг друга. Жидкости принимают форму нижней части любого контейнера, в котором они находятся, и не имеют определенной формы, как твердые тела.

Жидкости часто классифицируют как жидкость , которая является более широкой этикеткой, применяемой как к жидкостям, так и к газам. Жидкость — это вещество, которое может течь, и многие законы физики, применимые к потоку жидкости, также применимы к потоку газов.

Примеры жидкостей

Примеры жидкостей можно найти повсюду. Скорее всего, вы знакомы с водой, потому что она необходима для жизни и покрывает около 71 процента поверхности Земли. Поскольку вода находится в жидкой форме при стандартных температурах на Земле, считается, что именно по этой причине здесь смогла сформироваться и процветать жизнь.

Конечно, существует множество других веществ, находящихся в жидком состоянии при комнатной температуре, включая спирт, бензин и даже ртуть.

Вещества, которые существуют в жидкой форме только при гораздо более низких температурах, включают ацетилен, диоксид углерода, метан и жидкий азот. Вещества, которые существуют в жидкой форме только при гораздо более высоких температурах, включают алюминий и многие другие металлы, углерод, фарфор и песок.

Жидкий кристалл — это состояние вещества между жидкостью и твердым телом. Некоторые вещества имеют по существу две разные точки плавления: одна, при которой они становятся жидкими кристаллами, и другая, более высокая точка, при которой они становятся обычной жидкостью.Жидкие кристаллы могут течь как жидкость, но также проявлять симметрию, обычно связанную с кристаллическими твердыми телами. Жидкие кристаллы используются в дисплеях часов, калькуляторов и телевизоров.

Давление в жидкости

Давление — это мера силы на единицу площади. В жидком веществе все молекулы жидкости прижимаются друг к другу и создают внутреннее давление . Вы можете представить себе, как стенки контейнера также ощущают эту силу на единицу площади, и если бы вы проткнули отверстие, давление вытеснило бы жидкость.

Давление в жидкости также является причиной того, что вы можете плавать в бассейне. Связанная сила противодействует гравитации.

Величина давления в жидкости зависит от плотности жидкости и глубины. Соотношение выглядит следующим образом:

Где P — давление, ρ — плотность, d — глубина и g — ускорение свободного падения.

Тот факт, что давление увеличивается с глубиной, заставляет дайверов быть осторожными.Они должны позволить своему телу адаптироваться к увеличению и уменьшению давления, чтобы избежать травм.

Для жидкости в трубе разница в давлении вдоль трубы заставит жидкость течь. Это потому, что давление — это, по сути, сила, а неуравновешенная сила вызывает изменение в движении.

Принцип Архимеда

Как вы, вероятно, знаете, некоторые объекты плавают, а некоторые тонут, и даже те, которые тонут, имеют тенденцию делать это медленно. Это говорит нам о том, что должна быть сила, которую прикладывает жидкость, противодействующая гравитации.Эта сила называется подъемной силой. Принцип Архимеда описывает выталкивающую силу в жидкости, то есть силу, которая заставляет объекты плавать.

Архимед очень просто определяет значение выталкивающей силы: она равна весу жидкости, вытесняемой погруженным объектом. Этот вес легко вычисляется как произведение объема объекта (или части объекта), который погружение — плотность жидкости и g — ускорение свободного падения.

Поскольку сила тяжести, действующая на объект, является произведением его массы и g, а его масса равна произведению его объема и плотности, легко увидеть, что для того, чтобы плавать, объекты должны быть менее плотными, чем воды.

Вязкость и жидкости

Еще одним свойством жидкостей является вязкость. Вязкость — это мера того, насколько жидкая или густая жидкость, ее сопротивление потоку или объектам, проходящим через нее. Если вы, например, сравните сироп с водой, то заметите, что вода льется быстрее и быстрее, чем густой сироп.Это потому, что сироп имеет более высокую вязкость. Говорят, что он более вязкий.

Вязкость возникает из-за трения между молекулами в слоях текущей жидкости.