В физике , А жидкость представляет собой вещество , которое постоянно деформируется (течет) при приложении напряжения сдвига , или внешней силы. Жидкости являются фазами из материи и включают жидкости , газы и плазму . Это вещества с нулевым модулем сдвига или, проще говоря, вещества, которые не могут противостоять приложенной к ним силе сдвига .
Хотя термин «текучая среда» включает как жидкую, так и газовую фазы, в обычном использовании «текучая среда» часто используется как синоним «жидкости». Этот термин также используется в медицине и питании («пейте много жидкости»).
Жидкости образуют свободную поверхность (то есть поверхность, не созданную контейнером), а газы - нет. Вязкоупругие жидкости, такие как Silly Putty, ведут себя подобно твердому телу при приложении внезапной силы. Также вещества с очень высокой вязкостью, такие как смола, ведут себя как твердое тело (см. Эксперимент с падением смолы ).
Физика
Жидкости отображают такие свойства, как:
- отсутствие сопротивления остаточной деформации, сопротивление только относительным скоростям деформации посредством диссипации, трения и
- способность течь (также описывается как способность принимать форму контейнера).
Эти свойства обычно являются функцией их неспособности выдерживать напряжение сдвига в статическом равновесии . Напротив, твердые тела реагируют на сдвиг либо пружинной восстанавливающей силой , что означает, что деформации обратимы, либо им требуется определенное начальное напряжение, прежде чем они деформируются (см. Пластичность ).
Твердые тела реагируют восстанавливающими силами как на напряжения сдвига, так и на нормальные напряжения - как сжимающие, так и растягивающие . Напротив, идеальные жидкости реагируют только восстанавливающими силами на нормальные напряжения, называемые давлением : жидкости могут подвергаться как сжимающему напряжению, соответствующему положительному давлению, так и растягивающему напряжению, соответствующему отрицательному давлению . И твердые тела, и жидкости также обладают пределом прочности на разрыв, превышение которого в твердых телах вызывает необратимую деформацию и разрушение, а в жидкостях вызывает возникновение кавитации .
И твердые тела, и жидкости имеют свободные поверхности, для образования которых требуется некоторое количество свободной энергии . В случае твердых тел количество свободной энергии для образования данной единицы площади поверхности называется поверхностной энергией , тогда как для жидкостей такое же количество называется поверхностным натяжением . Способность жидкости течь приводит к другому поведению в ответ на поверхностное натяжение, чем в твердых телах, хотя в равновесии оба будут пытаться минимизировать свою поверхностную энергию : жидкости имеют тенденцию образовывать округлые капли , тогда как чистые твердые тела имеют тенденцию образовывать кристаллы . Газы не имеют свободных поверхностей и свободно диффундируют .
Моделирование
В твердом теле напряжение сдвига является функцией деформации , но в жидкости напряжение сдвига является функцией скорости деформации . Следствием такого поведения является закон Паскаля, который описывает роль давления в характеристике состояния жидкости.
В зависимости от соотношения между напряжением сдвига и скоростью деформации и ее производными жидкости можно охарактеризовать как одно из следующих:
- Ньютоновские жидкости : где напряжение прямо пропорционально скорости деформации
- Неньютоновские жидкости : где напряжение не пропорционально скорости деформации, ее высшим степеням и производным.
Поведение жидкостей можно описать уравнениями Навье – Стокса - системой дифференциальных уравнений в частных производных, которые основаны на:
- непрерывность ( сохранение массы ),
- сохранение количества движения ,
- сохранение момента количества движения ,
- сохранение энергии .
Изучение жидкостей - это механика жидкости , которая подразделяется на гидродинамику и статику жидкости в зависимости от того, находится ли жидкость в движении.
Классификация жидкостей
Классификация по вязкости Ньютоновская жидкость: жидкость, подчиняющаяся закону вязкости Ньютона, также называемая вязкой жидкостью (вязкая жидкость). Неньютоновские жидкости: закон Ньютона для невязких жидкостей. Также известны как невязкие жидкости (невязкие жидкости). Классификация по сжимаемости. Сжимаемая жидкость (сжимаемая жидкость): жидкость, которая вызывает уменьшение объема или изменение плотности при приложении к жидкости давления или когда жидкость становится сверхзвуковой. Несжимаемые жидкости (нежидкие сжимаемые): обычно жидкости, объем которых не меняется при изменении давления или скорости потока (т. Е. Ρ = постоянный), например вода или масло.
Ньютоновские и несжимаемые жидкости на самом деле не существуют, но предполагается, что они предназначены для теоретического расчета. Виртуальные жидкости, которые полностью игнорируют эффекты вязкости и сжимаемости, называются законченными жидкостями (жидкости совершенные) или идеальными жидкостями (идеальными жидкостями).
Смотрите также
- Иметь значение
- Жидкость
- Газ
- Сверхкритическая жидкость
Рекомендации
- Птица, Роберт Байрон; Стюарт, Уоррен Э .; Лайтфут, Эдвард Н. (2007). Явления переноса . Нью-Йорк: Wiley, исправленное второе издание. п. 912. ISBN 0-471-41077-2.