Ръководство по механика на флуидите

Г л а в а I.
ОСНОВНИ ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА ФЛУИДИТЕ

§ 1.

ОБЩИ СВЕДЕНИЯ

Флуидите съществено се различават от твърдите тела. Твърдите тела
имат своя форма и обем, а флуидите имат определен обем, но не и своя
форма – обикновено те заемат формата на съда, в който са разположени.
Флуидите не могат да се огъват или усукват, както твърдите тела. При покой им
действа само силата на собственото им тегло.
При изследване на движението на флуидите се прилага хипотезата за
непрекъснатост, изказана от Ойлер. Съгласно тази хипотеза флуидите са
непрекъсната среда (континуум), заемаща дадено пространство, при която и
най-малките частици флуид имат физическите характеристики на флуида като
цяло. Разглежданите елементарни обеми са значително по-големи от
междумолекулните разстояния и свободния пробег на молекулите, но все пак
са много по-малки от характерните линейни размери на флуидното течение.
Например куб с размери 0.001 mm може да се счита елементарен, но в него се
съдържат 27 . 106 молекули въздух. Замяната на реалния флуид с такъв
континуум дава възможност да се изследва вместо реалния флуид негов
модел, при който всичките му физични характеристики се представят с
непрекъснати функции на пространствените координатите и времето. Това
дава възможност в механиката на флуидите широко да се използва
математическият анализ и теорията на диференциалните уравнения.
Границите на валидност на хипотезата на непрекъснатостта се определят от
числото на Кнутсен Kn = lМ / L , където lМ е свободният пробег на молекулите
на разглеждания флуид, а L е характерният линеен размер на извършваното от
него движение. При Kn < 0.01 флуидите могат да се разглеждат като континуум,
а при Kn > 0.01 се наблюдава движение на флуид с дискретна структура
(разредени газове).
Законите, уравненията и формулите в механиката на флуидите се отнасят
за всички вещества, намиращи се в течно състояние – например за вода, за
течен азот, за разтопен метал и др.
Флуидите са течности или газове. Течност се нарича физическо тяло,
което оказва голямо съпротивление на изменение на обема си и слабо
съпротивление на измененията на своята форма, а газ – физическо тяло, което
оказва слабо съпротивление на изменеие на обема и на формата си – за