Skysčiai, jų mechanika

Sprendžiant technines problemas tenka nagrinėti įvairių skysčių judėjimo bei skysčių poveikio jiems supantiems kietiesiems kūnams klausimus. Šių klausimų sprendimai pamažu peraugo į savarankišką gana plačią mokslo šaką, kuri įgavo pavadinimą „Hidraulika“ arba „Skysčių mechanika“.

Pastaraisiais metais teorinės ir techninės hidromechanikos tyrimo objektai ir metodai yra beveik tie patys. Tobulėjant matematikos metodams ir plačiai taikant skaičiavimo techniką, teorinė hidromechanika pasidarė universalesnė ir praktiškesnė. Ir hidraulikoje vis plačiau taikomi matematiniai metodai, todėl tarp minėtų dviejų hidromechanikos dalių neliko esminių skirtumų.

Yra tokie pagrindiniai hidraulikos skyriai: hidrostatika – nagrinėja skysčių pusiausvyrą, hidrodinamika – nagrinėja skysčių tekėjimą, vamzdynų hidraulika – nagrinėja skysčių tekėjimą vamzdžiuose ir vamzdynuose, atvirų vagų hidraulika – nagrinėja vandens tekėjimą upėse ir kanaluose, gruntinių vandenų hidraulika – nagrinėja skysčių judėjimą poringoje aplinkoje, inžinerinė hidraulika – nagrinėja hidraulikos dėsnių taikymą atliekant inžinerinius skaičiavimus.

Hidraulikos tyrimus pasaulyje dabar koordinuoja Tarptautinė hidraulinės inžinerijos ir tyrimų asociacija.

2. Vidutinių reikšmių metodas (baigtinių tūrių metodas). Skysčių mechanikoje nereikia žinoti tikslios kiekvienos skysčio dalelės padėties. Pakanka žinoti vieno ar kito dydžio vidutinę reikšmę. Pavyzdžiui, plačiai vartojama vidutinio greičio skerspjūvyje sąvoka. Vidutinių reikšmių arba baigtinių tūrių metodo esmė ta, kad vietoj lygčių, apibrėžiančių kurio nors dydžio reikšmę bet kuriame skysčio taške, naudojamos lygtys, galiojančios baigtiniams skysčio tūriams.

4. Dimensijų analizės metodas. Šis metodas yra priemonė įvairių reiškinių hidraulinėms charakteristikoms nustatyti. Pagal šį metodą dydžiais su nepriklausomomis dimensijomis yra laikomi:

– skersinio pjūvio plotas A, tūris V, ;

Skysčio tūrinis sunkis (arba tūrio vieneto sunkis) skaičiuojamas iš formulės:

Sunkis yra vektorinis dydis, lygus jėgai, kuria Žemė traukia nagrinėjamąjį skystį; jis lygus skysčio masės m ir laisvojo kritimo pagreičio g sandaugai:

Lyginamasis (arba santykinis) sunkis yra bematis dydis, rodantis, kiek kartų skystis yra sunkesnis (arba lengvesnis) už 0 °C temperatūros vandenį:

Kai kurių skysčių temperatūrinio plėtimosi koeficientų reikšmės, esant normaliam atmosferos slėgiui ir 20 °C temperatūrai, yra tokios (): vandens – 0,1510-3, glicerino – 0,5310-3, naftos – 0,610-3, spirito – 1,110-3.

Kai kurių skysčių tūrinio suspaudimo koeficiento reikšmės , esant atmosferos slėgiui ir 20 °C temperatūrai, yra tokios (Pa-1 = ): vandens – 0,4910-9, glicerino – 0,2510-9, gyvsidabrio – 0,03910-9, naftos – 0,7710-9.

Kai skystis yra ramybės būklės ir kai gretimi skysčio sluoksniai juda vienodu greičiu (), trinties jėgų nėra (, = 0 ir T = 0).

Skystis yra ramybės būklės arba judančių atskirų materialių dalelių (atskirų molekulių) visuma. Skysčio dalelės įsivaizduojamos kaip elementarūs (be galo maži) tūriai. Skystį veikiančios jėgos skiriamos į masės ir paviršiaus jėgas. Jėgos yra vidinės ir išorinės. Vidinėmis vadinamos sąveikos jėgos tarp atskirų skysčio dalelių. Išorinės jėgos yra tos, kurios skystį veikia iš išorės.