Оскільки гідравліка вивчає закони рівноваги і руху рідини, необхідно визначитися - що ж таке рідина і якими властивостями вона володіє.
Згідно найбільш широко прийнятим визначенням, рідиною називають агрегатний стан речовини, що поєднує в собі ознаки як твердого, так і газоподібного стану, т. Е. Є деякою перехідною формою від твердого стану речовини до газоподібного. При цьому рідина має певний ряд властивостей, які не притаманні іншим агрегатним станам. 
Це суцільне середовище, здатна легко змінювати свою форму під дією навіть невеликих силових факторів.
Якщо розглядати мікроструктуру рідкої речовини, то, на відміну від газоподібних речовин, рідкі зберігають досить стійкі зв'язки між внутрішніми частками, але менш міцні, ніж у твердих речовин. Саме завдяки ослабленню внутрішніх зв'язків між частинками, рідини можуть легко змінювати форму (деформуватися), практично не витримуючи зовнішніх навантажень.
Ця здатність рідини деформуватися під дією навіть малих сил називаються плинністю.
Крім того, масиви рідини не мають міцність і можуть легко розпадатися на більш дрібні складові частини, аж до найдрібніших крапель, тому класичні рідини зазвичай називають «крапельними рідинами».
Ще однією властивістю рідин, що відрізняють їх від газів, є мізерно мала стисливість, т. Е. Вони майже не змінюють свій об'єм при стисканні в замкнутому просторі (посудині). Саме це властивість рідин широко використовується в різних гидроприводах механізмів.
Фізичні властивості рідин
Рідини характеризуються такими основними фізичними властивостями: щільністю, питомою вагою, питомим об'ємом, сжимаемостью, в'язкістю.
Щільністю (або питомою масою) ρ (кг / м3) будь-якої речовини називають масу цієї речовини, укладену в одиниці об'єму. Це визначення повною мірою відноситься і до рідин:
ρ = m / V
Так, наприклад, для дистильованої води при температурі 4 ° С щільність ρ дорівнює 1000 кг / м3, тобто в кожному кубометрі обсягу вміщається 1000 кг води.
Питомою вагою γ (Н / м3) називають вага одиниці об'єму рідини:
γ = G / V = mg / (m / ρ) = ρg
Очевидно, що питома вага пов'язаний з питомою масою величиною q - прискорення вільного падіння, оскільки вага будь-якого тіла на поверхні Землі визначається формулою: G = mq.
Для дистильованої води при температурі 4 ° С питома вага γ ≈ 9810 Н / м3. Це означає, що кожен кубометр води притягається до Землі силою тяжіння приблизно рівною 9810 Н.
Питомим об'ємом v (м3 / кг) рідини називають обсяг, яку він обіймав одиницею маси рідини:
v = V / m = 1 / ρ
Обсяг рідини істотно залежить від температури: при її підвищенні він збільшується і навпаки - при охолодженні зменшується (єдиним відомим винятком є вода, яка після охолодження нижче +4? С починає розширюватися).
Температурне зміна обсягу рідини визначається температурним коефіцієнтом об'ємного розширення βT (К-1):
βT = (ΔV / V) ΔT,
де: ΔV = V - V1 = різниця обсягів після і до зміни температури на величину ΔT.
Температурний коефіцієнт об'ємного розширення показує, на яку частку початкового стану змінюється первинний об'єм рідини при зміні температури на 1˚K.
Очевидно, що щільність рідини теж залежить від її температури:
ρ = m / V = m / (ΔV + V1) = m / V1 (1 + βTΔT) = ρ1 / (1 + βTΔT).
де: ρ1 щільність рідини до зміни температури на величину ΔT.
Приклад рішення задачі:
Визначити щільність мінерального масла при температурі 380 К, якщо при температурі 300 К вона дорівнює 0,893 кг / м3. Температурний коефіцієнт об'ємного розширення масла βT = 0,0076 К-1.
Рішення: за наведеною вище формулою отримуємо:
ρ = = ρ1 / (1 + βTΔT) = 0,893 / [1 + 0,0078 (380 - 300)] = 0,842 г / м3.
***
Стисливість (об'ємна стисливість, об'ємна пружність) - це здатність рідини змінювати обсяг при стисненні, т. Е. Дією на неї тиску. Об'ємна стисливість показує, на яку величину зміниться початковий обсяг рідини при зміні чиниться на неї тиску на 1 Па.
Стисливість характеризується коефіцієнтом стисливості βv.
Коефіцієнтом стисливості (об'ємного стиснення) називається відношення відносної зміни об'єму рідини ΔV / V до зміни тиску Δp:
βv = - (ΔV / V) / Δp
Знак «мінус» у формулі обумовлений тим, що позитивного приросту тиску р відповідає негативне прирощення (тобто зменшення) обсягу V.
При зміні тиску до 500 атм (49 МПа) коефіцієнт βv для води практично постійний і дорівнює 4,9 × 10-10 м2 / Н (Па-1).
Величину, зворотну об'ємної стисливості, називають модулем об'ємного стиснення (Па):
Їжак = 1 / βv
Об'ємна стисливість не є постійною характеристикою, вона залежить від температури рідини і чиниться на неї тиску. Однак при тисках, найбільш часто вживаних на практиці в механізмах і пристроях, об'ємна стисливість рідин дуже мала, і в звичайних гідравлічних розрахунках їй нехтують, враховуючи лише в особливих випадках, наприклад, при розрахунках деяких гідроприводів, гідроавтоматики і явищах гідроудару.
З пружними властивостями крапельних рідин пов'язані, також, уявлення про опір рідин розтягування, т. Е. Деформації, зворотної стиску. Теоретично в крапельних рідинах можуть виникати значні напруги розтягнення, але в реальних рідинах при наявності в них навіть досить незначних домішок (тверді частинки, гази) зменшує величину опору рідини розтягування практично до нуля.
З цієї причини можна вважати, що в крапельних рідинах напруги розтягування неможливі.
***
В'язкістю називають властивість рідини чинити опір відносному руху (зрушенню) шарів рідини. Ця властивість обумовлена виникненням в рідині, що рухається сил внутрішнього тертя, які не виявляються в спочиває рідини.
Сили тертя виникають через зчеплення між молекулами і завжди діють по дотичній до площини відносного переміщення шарів рідини. З цієї причини в рухомих рідинах виникають дотичні напруження τ (Па):
τ = Pt / S = μ × dv / dn,
де: Pt - сила внутрішнього тертя (Н), між шарами рідини, що відстоять один від одного на нескінченно малій відстані dn; вираз dv / dn є градієнтом швидкості, що характеризує зміну швидкості частинок рідини в сусідніх шарах, віддалених на відстані dn; S - площа дотику цих шарів, м2; μ - коефіцієнт пропорційності, званий динамічною в'язкістю.
Динамічна в'язкість характеризує дотичне напруження, створюване силами внутрішнього тертя між шарами рідини, віддалені по нормалі на відстань 1 м при відносній швидкості 1 м / с.
Динамічна в'язкість показує, яку роботу на одиницю об'ємної витрати рідини треба зробити для подолання сил внутрішнього тертя.
Одиницею динамічної в'язкості є Па × с:
Па × с = Робота / Об'ємна витрата = Н × м / (м3 / с) = Дж × с / м3.
Крім динамічної в'язкості, в практичних розрахунках часто користуються поняттям кінематичної в'язкості v (м2 / с), яка представляє собою відношення динамічної в'язкості рідини до її щільності:
v = μ / ρ
В'язкість крапельних рідин залежить від багатьох факторів: температури, зовнішнього тиску, кількості розчиненого в рідині газу. В'язкість багатьох масел зменшується при багаторазовому дроселюванні через тонкі отвори і щілини різних елементів гідросистем.
Кінематичну в'язкість рідин вимірюють вискозиметрами.
Вискозиметр є U-подібну скляну трубку, в коліно якої упаяний тонкий капіляр з двома розширеннями і міткою між ними. При вимірюванні в'язкості визначають час τ протікання досліджуваної рідини під дією сили тяжіння через мітку з одного розширення капіляра в інше, і застосовують формулу:
v = agτ / 9,807, де а - постійна віскозиметра.
***
Для спрощення теоретичних досліджень і висновків Л. Ейлер ввів поняття «ідеальна рідина» - уявна рідина, яка має абсолютну рухливістю, нестислива і не володіє в'язкістю, т. е. при русі в ній не виникають сили внутрішнього тертя.
Для застосування до реальних рідин теоретичних висновків, отриманих для ідеальних рідин, вводять поправки або коефіцієнти, встановлені експериментально.
***
Поверхневий натяг рідини
Коли ми говоримо про рідини як про суцільну середовищі, це зовсім не означає, що це середовище нескінченна і безмежна. Рідке тіло завжди має межі, це або тверді стінки каналів, або кордону розділу з газоподібної середовищем, або це межа розділу між різними несмешивающимися рідинами. Такі кордону можна з повним правом називати природними межами.
У деяких випадках межі можуть виділятися умовно всередині самої рідини, що рухається.
На природних межах в прикордонному шарі рідини між молекулами самої рідини і молекулами навколишнього рідина середовища існують сили тяжіння, які, в загальному випадку, можуть виявитися не рівними.
У той же час сили взаємодії між іншими молекулами рідини, що знаходяться всередині об'єму, обмеженого прикордонним шаром ці сили взаємно врівноважені. Таким чином, залишаються врівноваженими сили взаємодії між молекулами, що знаходяться лише в зовнішньому (прикордонному шарі). 
Тоді в прикордонному шарі виникають напруги, які автоматично балансують не збалансовані сили тяжіння. Такі напруги називаються поверхневий натяг рідини.
Цьому напрузі будуть відповідати сили поверхневого натягу. Під дією цих сил малі обсяги рідини приймають сферичну форму (форму краплі), що відповідає мінімуму внутрішньої енергії; в трубках малого діаметра рідина піднімається (або опускається) на деяку висоту по відношенню до рівня спочиває рідини. Останнє явище носить назву капілярності.
Рідина в трубці малого діаметра (капілярі) буде підніматися, якщо рідина по відношенню до стінки капіляра буде смачивающей рідиною, і навпаки, буде опускатися, якщо рідина для стінки капіляра виявиться не смачивающей.
Сили поверхневого натягу малі і виявляються при малих обсягах рідини. Величина напружень на межі розділу залежить від температури рідини; при збільшенні температури внутрішня енергія молекул зростає, зменшується напруга в прикордонному шарі рідини і, отже, зменшуються сили поверхневого натягу.
***
Розчинність газів в крапельних рідинах
У реальних рідинах завжди знаходиться в розчиненому стані газ. Це може бути повітря, азот, вуглеводневий газ, вуглекислота, сірководень і ін.
Наявність газу розчиненого в рідині може надавати як сприятливу дію (знижується в'язкість рідини, щільність і т.д.), так і несприятливі фактори.
Так при зниженні тиску з рідини виділяється вільний газ, який може стати джерелом такого небажаного явища як кавітація; виділяється газ може виявитися не безпечним для навколишнього середовища, вогненебезпечних та вибухонебезпечних (наприклад, вуглеводневий газ).
Газ, розчинений у рідині, як і газ у вільному стані може також сприяти корозії стінок труб і устаткування, викликати хімічні реакції, що ведуть до утворення відкладень твердих солей на стінках труб, накипу та ін.
З цієї причини знання особливостей і законів розчинення газу в рідині вкрай бажано.
***
Основне рівняння гідростатики і закон Паскаля
Создание сайтов Донецк
