Масса, сила тяжести, вес

Масса – мера инерции, определяется взвешиванием.

Инертность – свойство тел изменять свою скорость под воздействием внешних сил.

Сила тяжести – это произведение массы на ускорение свободного падения (уравнение 1.5):

F = m×g , кг·м/сек² = Н (1.5)

где m – масса, кг;

g – 9,8 м/сек².

Сила, сообщающая массе в 1 кг ускорение в 1 м/сек², называется Ньютон,
Н = кг·м/сек².

Сила, сообщающая массе в 1 кг ускорение в 9,8 м/сек², обозначается кгс.

Вес тела – это сила, с которой тело под действием силы тяжести действует на нить подвеса.

В покое, при прямолинейном, равномерном движении вес равен силе тяжести.

При подъеме с ускорением вес больше силы тяжести, при спуске с ускорением вес меньше силы тяжести.

В вакууме вес тела равен 0.

Размерность веса – 1 н, 1 кгс.

Вязкость. При движении реальной жидкости в ней возникают
силы внутреннего трения, оказывающие сопротивление движению.
Обычно рассматривают схему движения жидкости между двумя параллельными пластинами (рис. 1.1).

Рис. 1.1 – Схема движения жидкости

между двумя параллельными пластинами

Чтобы верхняя пластина двигалась относительно нижней с постоянной скоростью, к ней необходимо прикладывать постоянную касательную силу F. Жидкость между пластинами оказывает сопротивление такому движению, т.е. в жидкости между любыми ее слоями толщиной dn будут возникать такие же силы F, которые направлены в противоположную сторону. Скорость сдвига разных слоев относительно друг друга будет отличаться на величину dV. В результате многочисленных опытов установлено, что для большинства жидкостей справедливо уравнение 1.6 [2]:

, (1.6)

где F – касательная сила, н;

– градиент скорости в направлении, перпендикулярном движению жидкости, ;

S – площадь соприкасающихся поверхностей, м²;

m – коэффициент пропорциональности или коэффициент динамической вязкости (формула 1.7), выводится из того же уравнения:

m = = [Па×сек]. (1.7)

Отношение называется касательным напряжением сдвига. Подставив τ в уравнение 1.6, получаем закон внутреннего трения или закон Ньютона (уравнение 1.8):

t = -m (1.8)

Знак минус говорит о том, что вязкостные силы направлены в противоположную сторону от касательных сил, определяющих направление движения жидкости.

Жидкости, подчиняющиеся закону Ньютона, называются ньютоновскими, не подчиняющиеся ему – неньютоновскими.

Для таких жидкостей проводятся лабораторные исследования с целью получения графической зависимости в координатах t - (кривые течения) Исследования позволили выделить три типа неньютоновских жидкостей, показанных на графике 1.2:

Рис. 1.2 – График зависимости касательных напряжений

от градиента скорости для различных жидкостей

1 – ньютоновская жидкость, tgα=μ;

2 – пластичная бингамовская жидкость (глинистые растворы и др.);

3 – псевдопластичные жидкости (растворы полимеров);

4 – дилатантные жидкости (суспензии с большим содержанием твердой фазы).

Бингамовские жидкости при прикладывании напряжения сначала только деформируются, затем, когда t ³ t₀, жидкость приобретает свойство текучести и вступает в силу закон Ньютона, t₀ называется первоначальным напряжением сдвига.

Для жидкостей 3, 4 величина t₀ отсутствует, но закон Ньютона начинает действовать только на прямых конечных участках после т. А и т. К. Данные зависимости помогают определить технологию их перекачки по МТТ.

Кроме коэффициента динамической вязкости в расчетах используют коэффициент кинематической вязкости n. Взаимосвязь коэффициентов динамической и кинематической вязкостей выражается уравнением 1.9:

. (1.9)

Коэффициенты объемного сжатия b и температурного расширения a_t.

Оба коэффициента характеризуют зависимость изменения объема тел при изменении давления и температуры, соответственно [3].

Коэффициент объемного сжатия выражается уравнением 1.10:

= [Па^-1], (1.10)

где DV – изменение объема, м³;

V – первоначальный объем , м³;

Dр - изменение давления, Па.

Коэффициент температурного расширения a_t определяется выражением 1.11:

a_t = = [град^-1], (1.11)

где DV – изменение объема, м³;

V – первоначальный объем, м³;

Dt – изменение температуры, град.

Параметры состояния вещества – это давление, температура, при которых вещество находится, и соответствующий объем.

Гидростатическое давление.

Давление – это отношение силы, действующей по нормали к какой-либо поверхности, к площади той же поверхности или .

Жидкость оказывает давление на дно и стенки сосуда, в котором она находится, и на поверхность любого, погруженного в нее тела. Если рассматривать некоторую элементарную площадку внутри объема покоящейся жидкости, то ясно, что независимо от расположения этой площадки, жидкость будет давить на нее с некоторой силой F, направленной по нормали к площадке, на которую она действует. Эту силу называют силой гидростатического давления. Отношение этой силы к площади площадки называется гидростатическим давлением [3].

Так как сила есть произведение массы на ускорение свободного падения, а масса, в свою очередь, есть произведение объёма и плотности, то можно записать уравнение 1.12:

, Па, (1.12)

где h – высота столба жидкости над данной точкой;

Р – гидростатическое давление, Па.

Температура характеризует тепловое состояние вещества, измеряется в градусах: t°C, Т°К = t°C + 273.