Относительное движение жидкости и твердого тела

Глава 5. ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА [c.227]

Под электрокинетикой понимаются электрические явления, сопровождающие относительное движение жидкости и твердых тел. Эти явления обычно связывают с разностью потенциалов на границе раздела любых двух фаз, участвующих в относительном перемещении. Так, если образующаяся разность потенциалов является следствием существования на поверхности раздела электрически заряженных слоев противоположного знака, то приложением электрического поля можно обеспечить перемещение одного слоя относительно другого. Если твердая фаза неподвижна, как, например, фитиль тепловой трубы, а жидкость может пере- [c.165]

Предположение об отсутствии относительного движения на поверхности раздела между жидкостью и твердым телом накладывает граничные условия на поверхностях частиц. Наиболее общее движение, которое может совершать твердое тело, сводится к поступательному движению и вращению вокруг некоторой оси. Если — скорость точки, лежащей на мгновенной оси вращения [c.501]

Трактовка эффекта Доплера существенно зависит от того, можно ли рассматривать лишь относительное движение источника и приемника (как для электромагнитных волн в вакууме) или же необходимо учитывать, кроме того, относительное движение волны и среды (например, акустические волны в газе, жидкости и твердом теле). [c.303]

Вопрос значительно усложняется при выяснении положения вещей на поверхности соприкосновения несжимаемой жидкости и твердого тела. Кажется очень вероятным, что во всех обычных случаях жидкость, находящаяся в непосредственном соприкосновении с твердым телом, не испытывает относительного движения по отношению к этому телу. [c.720]

Молекулы жидкости находятся в непрерывном хаотичном тепловом движении, отличающемся от хаотичного теплового движения газов и твердых тел в жидкостях это движение осуществляется в виде колебаний (10 колебаний в секунду) относительно мгновенных центров и скачкообразных переходов от одного центра к другому. Тепловое движение молекул твердых тел — колебания относительно стабильных центров. Тепловое движение молекул газа — непрерывные скачкообразные перемены мест. [c.11]

Флюгером (рис. 11.14) можно измерять как величину, <гак и направление в горизонтальной плоскости скорости движения жидкости. Для этого флажку флюгера дают возможность, свободно поворачиваясь, стать по направлению потока. Это положение флажка фиксируют при помощи стрелки на лимбе, расположенном над водой. При увеличении скорости потока флажок и вместе с ним стрелка отклоняются, причем тем сильнее, чем больше скорость движения. По величине угла отклонения с помощью тарировочных кривых определяют величину скорости потока. Этот прибор в последнее время получил довольно широкое распространение благодаря удобству работы с ним и обычно достаточной точности. По типу флюгера работает также пластинка, подвешенная на горизонтальной оси и погруженная в поток. Она отклоняется от вертикального положения тем сильнее, чем больше скорость движения жидкости. Угол отклонения пластинки, измеряемый по прикрепленной к ней стрелке и по неподвижной дуговой шкале, можно путем тарирования связать со скоростью потока. Чем легче пластинка и чем больше ее лобовая поверхность, подвергаемая давлению потока, тем чувствительнее прибор. Этим прибором можно измерять очень малые скорости, например относительную скорость перемещения свободно плывущего в потоке твердого тела (поплавка, плота). Как показывают наблюдения, скорости движения жидкости и плывущего тела несколько различаются. [c.65]

Взаимодействие твердой, жидкой и газообразной сред учитывалось путем введения на границах контакта условия скольжения, при котором ячейки газа, жидкости и твердого тела могут смещаться относительно друг друга. Вычисления в ячейках, прилегающих к поверхности контакта газожидкой системы и твердого тела, на каждом шаге по времени выполнялись в два этапа. Вначале проводился расчет газожидкой системы в предположении неподвижности границ твердого тела и скольжения относительно нее газовых и жидких ячеек. Далее после отыскания газодинамических сил рассчитывается вызванное ими движение слоя и определяется новое положение его границы, необходимое для начала вычислений на следующем шаге по времени. [c.218]

Теоретическое описание явлений, возникающих в твердых телах, которые находятся в сильных радиочастотных полях, оказывается значительно более трудным, чем в случае жидкостей в настоящее время не существует строгой теории таких явлений. Причины различия в поведении жидкостей и твердых тел с точки зрения ядерного магнетизма уже неоднократно подчеркивались. В то время как в жидкостях быстрое относительное движение ядерных спинов ослабляет их взаимодействие друг с другом, позволяя рассматривать отдельные спины (или группы спинов в молекуле) как простые системы с очень малым числом степеней свободы, тесная связь, которая существует между ядерными спинами в твердых телах, требует коллективного описания всех спинов образца как единой спиновой системы с очень. большим числом степеней свободы. Однако, как будет показано ниже, очень сильные спин-спиновые взаимодействия и вытекающая отсюда сложность спиновой системы делают возможным дальнейшее обобщение понятия спиновой температуры, детально рассмотренного в гл. V, и позволяют количественно предсказать поведение системы спинов в установившемся и переходном режимах в присутствии сильных радиочастотных полей. [c.497]

Гидродинамикой называется раздел гидромеханики, изучающий движение жидкости, а также взаимодействие между жидкостью и твердыми телами при их относительном движении. [c.21]

Тангенциальные силы возникают не только между поверхностями твердых тел, но и между соприкасающимися поверхностями твердого тела и жидкости (или твердого тела и газа) при движении жидкости (или газа) относительно твердого тела. Покоящаяся жидкость или газ может действовать на твердое тело только с силой, нормальной к повер-ности соприкосновения. Между тем в случае твердых тел тангенциальные силы могут возникать и между неподвижными телами. [c.193]

Отличия жидкого вещества от газообразного и сходство первого с твердыми телами связаны с тем, что по плотности жидкости ближе к твердым телам, чем к газам. Дальнейшие принципиальные отличия природы жидкого состояния от газообразного, одновременно сближающие жидкости с твердыми телами, таковы относительно большая роль молекулярных сил притяжения в движении молекул жидкости сильнее выражен колебательный характер движения, свойственный твердым телам, чем поступательный, свойственный газам третье отличие связано с различным характером расположения молекул у газов и жидкостей. [c.85]

Рабочий процесс в различных теплообменных устройствах состоит в конвективном теплообмене между поверхностью твердого тела и омывающей ее жидкостью. Интенсивность этого теплового процесса, с одной стороны, определяется геометрическими свойствами и размерами твердого тела, а с другой — гидродинамическим и тепловым состоянием жидкости. При перемещении жидкости относительно твердого тела, имеющего другую температуру, механическое движение жидкости и явления распространения тепла в ней происходят одновременно, и они оказывают взаимное влияние друг на друга. [c.125]

Другое направление состоит в построении математической теории управления деформацией оболочек. На этой основе было дано описание волнообразного сокращения пищеварительного тракта (перистальтика) и работы движителя, построенного на принципе движения некоторых водных животных, а именно путем создания на поверхности тела бегущих волн. В настоящее время нами созданы и испытаны модели волновых движителей с пневматическим, механическим и электромагнитным способами возбуждения бегущих волн. Предпринимаются усилия к созданию перистальтических насосов, которые в принципе могут перекачивать не только жидкости, но и сыпучие и твердые тела (вплоть до болтов и гаек). Трудно ожидать, что коэффициент полезного действия такого насоса или движителя будет выше, чем у существующих. Однако они могут иметь свои специфические области применения. Если говорить об аппарате с волновым движителем, то к достоинствам его можно отнести относительную бесшумность, способность выползать на песчаный берег, перемещаться по мелководью и т.д. [c.70]

Влияние моментов сил внутренней природы на движение спутника. Н. Н. Колесников (1962) показал, что условия устойчивости относительного равновесия спутника как твердого тела сохраняют свой вид и для спутника, имеющего полость, целиком заполненную вязкой жидкостью. Им же рассмотрены некоторые спутниковые задачи при наличии гиростатического момента (1963, 1966). [c.293]

Гидроаэродинамика изучает законы движения жидкостей и газов, а также взаимодействия жидкостей и газов с твердыми телами при их относительном движении. [c.93]

Для выполнения первого требования необходимо, чтобы при смачивании смазочной жидкостью твердых тел силы сцепления между поверхностями твердых тел и прилегающим слоем жидкости были больше сил сиепления между частицами смазочной жидкости. Тогда при относительном движении смоченных твердых [c.230]

Из гидродинамической теории следует, что толщина граничного слоя Прандтля зависит от скорости движения жидкости относительно твердого тела Vq и кинематической вязкости жидкости v / Вязкость жидкости т, [c.208]

Возможность свободного перемещения молекул относительно друг друга обусловливает свойство текучести жидкости. Тело в жидком состоянии, как и в газообразном, не имеет постоянной формы. Форма жидкого тела определяется формой сосуда, в котором находится жидкость, действием внешних сил и сил поверхностного натяжения. Большая свобода движения молекул в жидкости приводит к большей скорости диффузии в жидкостях по сравнению с твердыми телами, обеспечивает возможность растворения твердых веществ в жидкостях. [c.83]

При относительном движении твердого тела и соприкасающейся с ним жидкости или газа могут возникать и другие силы, кроме тангенциальных. Например, если плоская пластинка движется в жидкости нормально к своей поверхности, то изменяются силы давления, действующие нормально к поверхности пластинки. Обусловленные движением изменения нормального давления таковы, что давление на переднюю сторону пластинки больше, чем на заднюю, и поэтому равнодействующая нормальных давлений направлена навстречу движению. [c.193]

Характер зависимости от скорости для сил трения между двумя твердыми телами и сил трения между твердым телом и жидкостью (или газом) оказывается совершенно различным. Наиболее существенным в этом различии является совершенно разное поведение тех и других сил при малых скоростях. Именно, в случае соприкосновения твердых тел, как бы ни была мала скорость их относительного движения, силы трения всегда имеют конечную величину и сохраняют конечную величину, когда относительная скорость движения падает до нуля. В случае же соприкосновения твердого тела с жидкостью или газом силы трения и сопротивление среды с уменьшением скорости также уменьшаются и падают до нуля, когда скорость тела относительно среды падает до нуля. [c.195]

Силы жидкого трения (как силы трения, так и сопротивление среды) возникают при движении твердого тела в жидкости или газе, причем эти силы зависят от относительной скорости тела и среды и растут со скоростью сначала медленно, а затем быстро. Зависимость силы жидкого трения f от относительной скорости и выглядит примерно так, как показано на рис. 95. При малых относительных скоростях v зависимость силы трения от скорости можно выразить линейным законом [c.196]

Следует, однако, иметь в виду, что течений жидкости, строго отвечающих условиям потенциальности, в природе и технике не встречается. Представление о безвихревом характере движения является идеализацией, которая лишь с большей или меньшей степенью достоверности воспроизводит отдельные классы реальных течений. И тем не менее эта идеализация имеет важнейшее не только теоретическое, но и прикладное значение. Оно обусловлено тем, что вязкость жидкости, являющаяся первопричиной (для несжимаемой жидкости единственной) возникновения вихрей, проявляется, как правило, в ограниченных областях вблизи твердых поверхностей или в относительно узкой полосе за обтекаемым телом. В остальной части потока его завихренность может оказаться настолько малой, что поток можно считать потенциальным. Разумеется, встречается немало случаев, когда поток является сплошь завихренным и ни в какой его части влияние вязкости нельзя считать малосущественным. Такой поток может быть рассчитан только методами теории вязкой жидкости. Однако в тех случаях, когда допущение о потенциальности обосновано, его использование может значительно облегчить решение основной задачи гидродинамики. К числу таких случаев относится, например практически важная задача об обтекании твердых тел безграничным потоком (так называемая внешняя задача гидроаэродинамики). [c.225]

Весьма малые силы, действующие на жидкость, способны вызвать изменение ее формы. В отличие от твердых тел жидкости не обладают способностью сохранять свою форму и приобретают форму сосуда, в котором находятся. В обычном состоянии жидкость оказывает большое сопротивление всестороннему сжатию (малая сжимаемость) и вместе с тем относительному движению соседних слоев (вязкость). [c.10]

В математической механике жидкости, как было отмечено, широко используется относительно сложный математический аппарат, не изучаемый в технических вузах. Этот аппарат прилагается также к несколько упрощенным схемам движения жидкости. Однако в этом методе исследования мы все же не прибегаем к различного рода допущениям и не оперируем различными осредненными величинами в такой мере, как в технической механике жидкости. Решения, получаемые в математической гидромеханике, оказываются более строгими в математическом отношении. По своему характеру математическая механика жидкости сходна (чисто формально) с математической теорией упругости (рассматривающей вопросы механики твердого тела), изучаемой в университетах. [c.10]

Известны три агрегатных состояния вещества газообразное, жидкое и твердое. Различие между ними определяется расстоянием между молекулами и атомами, составляющими вещество, и степенью их взаимодействия. Если силы взаимодействия малы, что бывает при больших расстояниях между молекулами, то нет препятствий для их независимого поступательного движения. При этом данное вещество может занимать какой угодно объем, что отвечает газообразному состоянию вен ества. Если молекулы потеряли способность к независимому перемещению из-за увеличения сил взаимодействия и не могут удалиться на значительное расстояние, то это свидетельствует об изменении состояния вещества. Обычно это происходит п 1и охлаждении газов и паров, когда из газов начинают образовываться жидкости и твердые тела. В жидком состоянии вещество начинает сильно сопротивляться изменению объема, но легко изменяет свою форму. В твердом состоянии молекулы и атомы теряют свою подвижность, фиксируются в определенном положении относительно друг друга в результате взаимодействия сил притяжения и отталкивания. Последние возникают при сближении молекул на очень малые расстояния. При переходе из жидкого состояния в твердое имеет место фиксированное положение молекул п атомов твердого тела в определенном порядке и образование кристаллической решетки (рис. 3). Почти все металлы тех1шческого значения имеют кубическую или гексагональную решетку. [c.10]

Г идрогазодинамика — наука о движении жидкостей и газов — является разделом механики сплошных сред. В отличие от твердых тел, в которых молекулярные силы сцепления весьма велики, жидкости, и в особенности газы, обладают относительно слабьши межмолекулярными связями. Эта особенность их физической природы проявляется в легкой подвижности, т. е. текучести или деформируемости движение жидкостей и газов под действием внешних и внутренних сил соировождается изменением формы, а в общем случае —и объема выделенной ее части. [c.14]

За пределами пограничного слоя толщиной бо скорость потока всюду одинакова и имеет величину uq. Н расстоянии, меньшем, чем бо, скорость движения жидкости снижается, но остается все же достаточно большой, и перенос вещества осуществляется так же, как и в объеме раствора, главным образом, за счет движения жидкости. И только в непосредственной близости от твердой поверхости находится тонкий слой толщиной б, в котором преобладающая доля вещества переносится молекулярной диффузией. Таким образом, основное сопротивление переносу растворенного вещества оказывает не весь пограничный слой, а только его небольшая часть толщиной б, так называемый диффузионный слой. В этом слое происходит основное изменение концентрации диффундирующего вещества. Толщина его тем меньше, чем больше скорость движения жидкости относительно твердого тела и чем меньше коэффициент диффузии и вязкость раствора. В общем случае толщина диффузионного слоя не одинакова в различных точках поверхности, что обусловлено различием в скоростях движения жидкости в различных точках. Так как величина б зависит от коэффициента диффузии вещества, то ири одновременной диффузии нескольких веществ для каждого из них характерна своя толщина диффузионного слоя. С практической точки зрения наиболее важной является зависимость б от интенсивности перемешивания (скорости движения жидкости относительно твердого тела). [c.76]

Влнянне на внутреннее движение жидкости движения полости. Потенциал скоростей жидкости при вращении полости. Относительная скорость жидкости и ее иакеииуи. Задавшись вышеуказанным начальным движением жидкости и предположив, что частицы ее все время находятся под действием сил, имеющих однозначную потенциальную функцию, сообщим нашему твердому телу какое-нибудь движение. [c.166]

Законы механики жидкой и газообразной срсды гораздо сложнее законов механики твердого тела. В жидкой среде нет абсолютно жестких связей между частицами, как это предполагается в механике твердого тела. Наоборот, частицы жидкостей и газов обладают очень большой подвижностью относительно друг друга. На основное движение жидкости или газа накладывается беспорядочное молекулярное движение, которое его значительно осложняет и сильно затрудняет изучение действительного движения жидкости или газа. При рассмотрении задачи силового п теплового взаимодействия между жидкой или газообразной средой и тверды. телом обычно приходится отказываться от рассмотрения молекулярного движения. [c.7]

Настоящая глава посвящена изучению нескольких задач о движении смесей угфугих твердых тел и вязких жидкостей в рамках схемы малых перемедений, линеаризованных относительно состояния покоя, в которых пространственное распределение твердой и жидкой фазы яцляется периодическим (с малым периодом, конечно). [c.198]

Твердое тело, подвешенное к упругой проволоке, совершает крутильные колебания в жидкости. Момент инерции тела относительно оси проволоки г равен Д. Момент сил упругости проволоки Щупрг = — Сф, где с — коэффи-циент упругости, а ф — угол закручивания момент сопротивления движению гпсг = — РФ, где ф—угловая. скорость твердого тела, а р > 0. В начальный момент твердое тело было закручено на угол фо и отпущено без начальной скорости. Найти уравнение дви- [c.282]

Скорость гетерогенных химических реакций существенно зависит от относительного перемещения реагента относительно поверх-ности твердого тела. Процессы диффузии, лимитирующие скорость гетерогенных химических реакций, развиваются в приповерхностном слое при взаимодействии с потоком газа или жидкости. Толщина этого слоя, в свою очередь, зависит от скорости и характера движения потока, содержащего реагент. Так, при движении потока с малыми скоростями (ламинарный режим, Reтвердого тела будет сохраняться неподвижный слой, толщина которого представляет собой функцию скорости потока, а влияние диффузионной передачи реагента из потока к реагирующей твердой поверхности сохраняется. [c.309]

О такой мелкомасштабной турбулентности вдали от твердых тел можно высказать естественное предположение, что она обладает свойствами однородности и изотропии. Последнее означает, что в участках, размеры которых малы по сравнению с I, свой-стпа турбулентного движения одинаковы по всем направлениям в частности, они не зависят от направления скорости усреднен-Hoi o движения. Подчеркнем, что здесь и везде ниже в этом параграфе, где говорится о свойствах турбулентного движения в малом участке жидкости, подразумевается относительное движение жидких частиц в этом участке, а не абсолютное движение, в котором принимает участие весь участок в целом и которое связано с движе 1ием более крупных масштабов. [c.188]

Относительным равновесием жидкости называется такой случай ее движения, при котором отдельные ее частицы не смещаются одна относительно другой и вся масса жидкости дви-жется как твердое тело. Например, вообразим, что некоторый замкнутый резервуар (наполненный жидкостью) движется с постоянной скоростью (или постоянным ускорением) в любом направлении и с этой же скоростью (или ускорением) движется также и каждая частица жидкости, находящейся в резервуаре. Очевидно, что рассматриваемая масса жидкости будет неподвижна в координатной системе, связанной с движущимся резервуаром. Такое движение жидкости предс- авляет собой относительное ее равновесие. [c.41]

Движение твердых тел в жидкссти (обтекание жидкостью твердых тел) представляет одну из важнейших проблем гидромеханики. Основной задачей при этом является определение сил, которые возникают при относительном движении тела и жидкости. Тело, движущееся в жидкости, встречает со стороны последней сопротивление, для преодоления которого нужно приложить некоторую силу. Таким будет, например, сопротивление, которое встречает при своем движении самолет, автомобиль или поезд со стороны воздуха, корабль или подводная лодка со стороны воды. В случае когда тело пеюдвижно, а жидкость обтекает его, наоборот, тело оказывает сопротивление движению жидкости, на преодоление которого затрачивается часть энергии потока обтекающей жидкости. Примером этого является давление ветра на здание, обтеканиз мостового быка водой и т, п. [c.227]

Характер теплового движения молекул в жидкостях сложнее, чем в твердых телах. Согласно упрощенной, но, по-видимому, качественно верной модели, тепловые движения молекул жидкости представляют нерегулярные колебания относительно некоторых центров. Кинетическая энергия колебаний отдельных молекул в какие-то моменты может оказаться достаточной для иреодоления межмолекулярных связей. Тогда эти молекулы получают возможность скачком перейти в окружение других молекул, тем самым поменяв центр колебаний. Таким образом, каждая молекула некоторое время называемое временш оседлой жизни , находится в упорядоченном строю с несколькими ближайшими соседками . Совершив перескок, молекула жидкости оказывается среди новых молекул, выстроенных уже другим образом. Поэтому в жидкости наблюдается только ближний порядок в расположении молекул. Скачки молекул совершаются хаотически, новое место никак не предопределено прежним. Непрерывно и в большом количестве совершающиеся скачкообразные переходы молекул с места на место обеспечивают диффузию молекул и текучесть жидкостей. Если на границе жидкости приложена сдвигающая сила, то, как и в газах, появляется преимущественная направленность скачков и возникает течение жидкости в направлении силы. [c.11]

Ранее мы выяснили, что конденсация атомов (или ионов и электронов) приводит к понижению энергии системы и является вследствие этого энергетически выгодным процессом. Поэтому в невозбужденном состоянии при предельно низких температурах все тела находятся в конденсированном состоянии, причем, за исключением гелия,—это твердые кристаллические тела. Гелий при нормальном давлении — жидкость, но при давлении в 30 кбар он также становится кристаллом. Существуют различные подходы к объяснению самого факта существования в твердом теле периодического расположения атомов (трансляционной симметрии). Так, согласно теореме Шенфлиса, всякая дискретная группа движений с конечной фундаментальной областью (т. е. элементарной ячейкой) имеет трехмерную подгруппу параллельных переносов, т. е. решетку [22]. Можно объяснять необходимость существования кристаллической решетки, а в конечном счете и вообще симметричного расположения атомов, исходя из третьего закона термодинамики. Согласно этому закону, при приближении к абсолютному нулю температуры энтропия системы должна стремиться к нулю. Но энтропия системы пропорциональна логарифму числа возможных комбинаций взаимного расположения составных частей системы. Очевидно, любое не строго правильное расположение атомов влечет за собой большое число равновозможных конфигураций атомов и приводит к относительно большой энтропии, и только строго закономерное расположение атомов может быть единственным. Поэтому равная нулю энтропия совместима только со строго повторяющимся взаимным расположением составных частей тела [1]. Иногда симметричность расположения атомов в кристалле объясняют исходя из однородности среды. [c.124]

Следует отметить, что инерционные силы в жидкости, приводимой в движение растущим пузырем, оказываются существенными для условий отрыва парового пузырька даже при относительно небольших числах Якоба (Ja = 3—30). Благодаря их влиянию можно объяснить, в частности, почему паровой пузырек отрывается от поверхности нагрева в условиях микрогравитации, когда актуальное ускорение массовых сил составляет (10"" —10 ) g (практически в невесомости) или в земных условиях в направлении, противоположном силе тяжести, вниз от поверхности цилиндрического нагревания. Для такого объяснения используем модель сферического пузырька. С учетом сказанного в п. 6.5.1 априорное задание формы газовой полости делает анализ приближенным. Однако постулирование не изменяемой во времени формы пузыря позволяет использовать достаточно простые методы механики твердого тела, в частности понятие силы, приложенной к центру масс. Степень приближенности такого подхода зависит от того, насколько принимаемая в модели форма близка к наблюдаемой в опытах. Это отступление от требований строгого анализа никоим образом не распространяется на принцип Даламбера баланс сил, приложенных к пузырьку заданной формы, остается справедливым в любой момент времени и не может использоваться как условие отрыва. [c.279]

Пусть жидкость течет вдоль плоской стенки параллельными ей слоями (рис. 2), как это наблюдается при ламинарном движении. Вследствие тормозящего влияния стенки слои жидкости будут двигаться с разными скоростями, значения которых возрастают по мере отдаления От стенки. Рассмотрим два слоя жидкости, движущиеся на расстоянии ку друг от друга. Слой А движется со скоростью и, а слой В со скоростью и + Аи. Вследствие разности скоростей слой В сдвигается относительно слоя А на величину Аи (за единицу времени). Величина Аи является абсолютным сдвигом слоя А по слою В, а Аи1Ау есть градиент скорости (относительный сдвиг). Появляющееся при этом движении касательное напряжение (сила трения на единицу площади) обозначим буквой т. Тогда аналогично явлению сдвига в твердых телах можно предположить зависимость между напряжением м деформацией в виде [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...