Жидкость
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2022 г. ) |
| Часть серии о |
| Механика сплошных сред |
|---|
В физике жидкость — это жидкость , газ или другой материал, который может непрерывно двигаться и деформироваться ( течь ) под действием приложенного напряжения сдвига или внешней силы. [1] Они имеют нулевой модуль сдвига или, проще говоря, представляют собой вещества, которые не могут противостоять никакому усилию сдвига, приложенному к ним.
Хотя термин «жидкость» обычно включает как жидкую, так и газовую фазы, его определение варьируется в зависимости от отрасли науки . Определения твердого тела также различаются, и в зависимости от области применения некоторые вещества могут иметь как жидкие, так и твердые свойства. [2] Неньютоновские жидкости, такие как Silly Putty, при внезапном приложении силы ведут себя подобно твердому телу. [3] Вещества с очень высокой вязкостью , такие как смола, ведут себя как твердые тела (см. Эксперимент с падением смолы по-видимому, также ). В физике элементарных частиц это понятие расширяется и включает в себя жидкие вещества, отличные от жидкостей и газов. [4] Под жидкостью в медицине или биологии понимают любую жидкую составляющую организма ( жидкость организма ). [5] [6] тогда как «жидкость» не используется в этом смысле. Иногда жидкости, вводимые для восполнения жидкости путем питья или инъекций, также называются жидкостями. [7] (например, «пейте много жидкости»). В гидравлике . жидкость — это термин, который относится к жидкостям с определенными свойствами и является более широким, чем (гидравлические) масла [8]
Физика [ править ]
Жидкости проявляют такие свойства, как:
- отсутствие сопротивления остаточной деформации, сопротивление только относительным скоростям деформации диссипативным, фрикционным образом и
- способность течь (также описываемая как способность принимать форму сосуда).
Эти свойства обычно являются функцией их неспособности выдерживать напряжение сдвига в статическом равновесии . Напротив, твердые тела реагируют на сдвиг либо пружиноподобной восстанавливающей силой (это означает, что деформации обратимы), либо им требуется определенное начальное напряжение, прежде чем они деформируются (см. «Пластичность »).
Твердые тела реагируют восстанавливающими силами как на касательные напряжения, 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 . Как твердые тела, так и жидкости имеют предел прочности на разрыв, превышение которого в твердых телах приводит к необратимой деформации и разрушению, а в жидкостях приводит к возникновению кавитации .
И твердые тела, и жидкости имеют свободные поверхности, на образование которых требуется определенное количество свободной энергии . В случае твердых тел количество свободной энергии, необходимое для образования данной единицы площади поверхности, называется поверхностной энергией , тогда как для жидкостей та же самая величина называется поверхностным натяжением . В ответ на поверхностное натяжение способность жидкостей течь приводит к поведению, отличному от поведения твердых тел, хотя в равновесии оба имеют тенденцию минимизировать свою поверхностную энергию : жидкости имеют тенденцию образовывать округлые капли , тогда как чистые твердые тела имеют тенденцию образовывать кристаллы . Газы , не имеющие свободных поверхностей, свободно диффундируют .
Моделирование [ править ]
В твердом теле напряжение сдвига является функцией деформации , а в жидкости напряжение сдвига является функцией скорости деформации . Следствием такого поведения является закон Паскаля , который описывает роль давления в характеристике состояния жидкости.
Поведение жидкостей можно описать уравнениями Навье – Стокса — набором уравнений в частных производных , основанных на:
- непрерывность ( сохранение массы ),
- сохранение линейного импульса ,
- сохранение углового момента ,
- сохранение энергии .
Изучением жидкостей занимается механика жидкости , которая подразделяется на динамику жидкости и статику жидкости в зависимости от того, находится ли жидкость в движении.
Классификация жидкостей [ править ]
В зависимости от связи между напряжением сдвига и скоростью деформации и ее производными жидкости можно охарактеризовать как одну из следующих характеристик:
- Ньютоновские жидкости : напряжение прямо пропорционально скорости деформации.
- Неньютоновские жидкости : где напряжение не пропорционально скорости деформации, ее высшие степени и производные.
Ньютоновские жидкости подчиняются закону вязкости Ньютона и могут быть названы вязкими жидкостями .
Жидкости можно классифицировать по их сжимаемости:
- Сжимаемая жидкость: жидкость, которая вызывает уменьшение объема или изменение плотности, когда к жидкости прикладывается давление или когда жидкость становится сверхзвуковой.
- Несжимаемая жидкость: Жидкость, объем которой не меняется при изменении давления или скорости потока (т. е. ρ = постоянная), например вода или масло.
Ньютоновские и несжимаемые жидкости на самом деле не существуют, но предполагаются для теоретического расчета. Виртуальные жидкости, которые полностью игнорируют эффекты вязкости и сжимаемости, называются идеальными жидкостями .
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «Жидкость | Определение, модели, ньютоновские жидкости, неньютоновские жидкости и факты» . Британская энциклопедия . Проверено 2 июня 2021 г.
- ^ Тайер, Энн (2000). «Что это за штука? Глупая замазка» . Новости химии и техники . 78 (48). Американское химическое общество (опубликовано 27 ноября 2000 г.): 27. doi : 10.1021/cen-v078n048.p027 . Архивировано из оригинала 07 мая 2021 г.
- ^ Кроен, Гретхен Куда (11 апреля 2012 г.). «Глупая замазка для выбоин» . Наука . Проверено 23 июня 2021 г.
- ^ Пример (в заголовке): Бердюгин А.И.; Сюй, SG (12 апреля 2019 г.). «Измерение холловской вязкости электронной жидкости графена» . Наука . 364 (6436). Ящур Пеллегрино, Р. Кришна Кумар, А. Принципи, И. Торре, М. Бен Шалом, Т. Танигучи, К. Ватанабе, И. В. Григорьева, М. Полини, А. К. Гейм, Д. А. Бандурин: 162–165. arXiv : 1806.01606 . Бибкод : 2019Sci...364..162B . дои : 10.1126/science.aau0685 . ПМИД 30819929 . S2CID 73477792 .
- ^ «Жидкость (Б.1.б.)» . Оксфордский словарь английского языка . Том. IV F – G (переиздание 1978 г.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. 1933 [1901]. п. 358 . Проверено 22 июня 2021 г.
- ^ «телесная жидкость» . Онлайн Табера – Медицинский словарь Табера . Архивировано из оригинала 21 июня 2021 г. Проверено 22 июня 2021 г.
- ^ Пример использования: Гуппи, Мишель П.Б.; Микан, Шэрон М; Дель Мар, Крис Б. (28 февраля 2004 г.). « Пейте много жидкости»: систематический обзор доказательств этой рекомендации при острых респираторных инфекциях» . БМЖ . 328 (7438): 499–500. дои : 10.1136/bmj.38028.627593.BE . ПМЦ 351843 . ПМИД 14988184 .
- ^ «Что такое гидроэнергетика?» . Национальная ассоциация гидроэнергетики . Архивировано из оригинала 23 июня 2021 г. Проверено 23 июня 2021 г.
В гидравлике жидкость представляет собой жидкость (обычно масло).
- Берд, Роберт Байрон; Стюарт, Уоррен Э.; Лайтфут, Эдвард Н. (2007). Транспортные явления . Нью-Йорк: Wiley, исправленное второе издание. п. 912. ИСБН 978-0-471-41077-5 .
