Силы, действующие на жидкость

Вследствие текучести (подвижности частиц) в жидкости действуют силы не сосредоточенные, а непрерывно распределенные по ее объему или по поверхности. Эти силы, действующие на жидкость и являющиеся по отношению к ней внешними, делят на массовые (объемные) и поверхностные.

Массовыесилы пропорциональны массе жидкости или газа (для однородной жидкости пропорциональны ее объему). К массовым силам относятся сила тяжести, центробежная сила и т.д. Массовые силы действуют на каждую частицу жидкости и характеризуются ускорениями. Например, сила тяжести является наиболее распространенной массовой силой, характеризуется ускорением силы тяжести g = 9,81 м/с².

Поверхностныесилы непрерывно распределены по поверхности жидкости. Они обусловлены непосредственным воздействием соседних объемов на данный или же воздействием других тел (твердых или газообразных), граничащих с данной жидкостью. С такими же силами, но в противоположном направлении, жидкость действует на соседние с ней тела.

Можно представить, как в общем случае поверхностная сила ΔR - действующая на площадку и направленная под углом к ней, может быть разложена на нормальную (перпендикулярную к поверхности) и касательную составляющие. Первая называется силой давления, а вторая – силой трения. Обычно в гидравлике массовые силы рассматривают отнесенными к единице массы, а поверхностные – к единице площади. Так как массовая сила равна произведению массы на ускорение, то, разделив ее на массу, получим массовую силу, отнесенную к единице массы. Результатом будет единичная массовая сила, численно равная соответствующему ускорению.

Единичная поверхностная сила (вся поверхностная сила, деленная на площадь), называется напряжением поверхностной силы и раскладывается на нормальное и касательное напряжения. Нормальное напряжение, т.е. напряжение силы давления, называется гидродинамическим давлением (в случае покоя – гидростатическим давлением) или просто давлением, обозначается буквой p и направлено по внутренней нормали, т.е. является сжимающим. Если сила давления равномерно распределена по площадке , то среднее давление определяется по формуле

. (4.1)

Следовательно, давление – это сила, которая действует на единицу площади и направлена по нормали.