При изучении механики сплошной среды необходимо ввести основные понятия. В широком смысле слова механика сплошной среды выглядит, как некая единая математическая модель, которая описывает движение газообразных, твердых, жидких и деформируемых тел. Вместе с этим это дает понятие о решении многих задач, которые рассматриваются в различных общетехнических дисциплинах физики.
Рисунок 1. Сплошная среда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В качестве моделей механики сплошной среды можно взять идеальную сплошную среду. Она характеризуется определенной средой, которая обладает непрерывностью распределения физических свойств в пространстве, при этом имеет уникальную способность к деформации неограниченное количество раз под неизбежным воздействием внешних сил.
Свойство сплошности представляет собой характерную непрерывность распределения свойств в пространстве. Под текучестью понимают физическое свойство тел, которое характеризуется в виде неограниченной изменяемости среды вследствие действия различных внешних сил.
Также необходимо знать, что наука, которая занимается изучением закономерности покоя и движения сплошных сред, называется механикой жидкости и газа.
Аэродинамика и динамика полета
Рисунок 2. Аэродинамические силы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Фундаментальная наука, которая строго опирается на математические способы вычисления и составления моделей, имеет название динамики полета. Также ее называют аэродинамикой или просто теорией полета. Она выступает в качестве одной из основных моделей механики сплошных сред.
Во времена зарождения принципов полетов на различных летательных аппаратах исследователи полностью полагались на неверное суждение на интуитивном уровне о возможности безопасного полета сложного или простого технического устройства, что неизбежно приводило к неудачам. Через некоторое время авиационные проблемы удалось решить после внедрение различных способов и теорий полетов. В их число вошло новое направление в механике под названием аэродинамика. Она базировалась на простых математических вычислениях, теоретической механике и математическом моделировании.
Кинематика сплошной среды
Существуют основные гипотезы механики сплошной среды. Исследователи ввели для их распознавания способов описания моделей движения жидких, газообразных тел, а также твердых тел, которые подвержены постоянному деформированию. Все гипотезы основаны на различных методах теоретической механики. Вся эта система гипотез составляет единый раздел механики сплошной среды.
Согласно проведенным и подтвержденным исследованиями установлено, что все элементарные частицы способны взаимодействовать между собой. В этом процессе непосредственно участвует электромагнитное поле, а также, возможно, и ряд других факторов и энергий, которые пока зафиксировать не удалось. В процессе изучения подобных явлений необходимо введение дополнительных гипотетических представлений, которые сосредоточены в виде гипотез о взаимодействии элементарных частиц между собой.
В механике сплошной среды используют несколько основных подходов. Феноменологический подход изучения основан на эмпирических представлениях о возникающих и возможных процессах. Все они находят свое подтверждение в ходе экспериментальных исследований.
В их число входят:
- гипотеза сплошности;
- гипотеза непрерывности;
- гипотеза действия единой системы координат;
- гипотеза абсолютности времени для всех систем отсчета.
Модели и теории механики сплошной среды
В качестве определенных моделей механики сплошной среды выделяют:
- идеальную жидкость;
- вязкую жидкость;
- ньютоновскую жидкость.
Идеальная жидкость представляет собой жидкость, свойства которой не способны обладать температурным расширением, вязкостью, а также сжимаемостью. Таким образом, можно говорить, что она имеет идеальные показатели по подвижности, которые не препятствуют ее движению. В природных условиях подобных идеальных жидкостей невозможно найти, поэтому это понятие обычно используют для упрощения ряда задач, поставленных в гидравлике.
Под реальной или вязкой жидкостью принято понимать такую жидкость, которая создает внутреннее трение при движении. Оно возникает в определенных условиях, когда есть так называемые касательные напряжения. Подобные касательные напряжения в покоящемся состоянии тела невозможно достичь, поэтому при гидростатических исследованиях не различают жидкость по характерным признакам и не называют ее реальной или идеальной жидкостью.
Также различают жидкости, где внутренняя вязкость не лежит в зависимости от скорости деформации. Ее называют ньютоновской жидкостью. К ней применяется закон вязкости, отраженный в уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости. Это простое уравнение определяет поведение указанной жидкости через описание силы вязкости в ньютоновской жидкости. Подобное явление основано на сдвиговом течении с использованием касательного напряжения, динамического коэффициента вязкости и производной скорости в направлении, перпендикулярном направлению сдвига.
Режимы течения вязкой жидкости
Существует понятие о режимах течения вязкой жидкости. Его можно встретить в гидравлике при изучении движения газа или жидкости по трубопроводным системам, а также в открытых руслах, где действует два или несколько возможных режимов движения. При этом они должны различаться по характеру перемещения отдельных частиц.
Различают ламинарный и турбулентный режим движения.
При ламинарном движении частицы жидкости будут перемещаться в прямом потоке постоянного живого сечения с различными скоростями. Эти движения осуществляются в параллельных слоях к направлению движения и не склонны перемешиваться в этом процессе. Подобное движение характеризуется строгим порядком, оно упорядочено и происходит при постоянном напоре.
При турбулентном режиме движения происходит интенсивное перемешивание объемов жидкости. Оно приобретает признаки поперечного или вращательного движения.
