Plik płyny Są to ośrodki ciągłe, których cząsteczki nie są tak związane jak w ciałach stałych, a zatem mają większą ruchliwość. Zarówno ciecze, jak i gazy są płynami, a niektóre, takie jak powietrze i woda, mają kluczowe znaczenie, ponieważ są niezbędne do utrzymania życia.
Przykładami płynów są woda, nadciekły hel lub osocze krwi. Istnieją materiały, które wydają się stałe, ale mimo to wykazują właściwości płynów, na przykład smoła. Umieszczając cegłę na dużym kawałku smoły, obserwuje się, że tonie ona stopniowo, aż osiągnie dno.
Niektóre tworzywa sztuczne również wydają się być stałe, ale w rzeczywistości są to bardzo lepkie płyny, które mogą płynąć bardzo wolno..
Indeks artykułów
Płyny charakteryzują się głównie:
-Mają większą separację między cząsteczkami w porównaniu do ciał stałych. W przypadku cieczy cząsteczki nadal zachowują pewną kohezję, podczas gdy w gazach oddziałują znacznie mniej.
-Przepływają lub odpływają, gdy działają na nie siły ścinające. Płyny nie są odporne na naprężenia, dlatego po nałożeniu na nie odkształcają się w sposób ciągły i trwały.
-Dostosowują się do kształtu pojemnika, który je zawiera, a jeśli są to gazy, natychmiast rozszerzają się, aż pokryją całą ich objętość. Ponadto, jeśli to możliwe, cząsteczki szybko uciekną z pojemnika..
-Gazy są łatwo ściśliwe, to znaczy ich objętość można łatwo zmienić. Z drugiej strony modyfikacja objętości cieczy wymaga większego wysiłku, dlatego są uważane za nieściśliwe w szerokim zakresie ciśnień i temperatur..
-Ciecze mają płaską swobodną powierzchnię, gdy działające na nie ciśnienie jest stałe. Na przykład przy ciśnieniu atmosferycznym powierzchnia jeziora bez fal jest płaska.
Makroskopowe zachowanie płynu jest opisane kilkoma pojęciami, z których głównymi są: gęstość, ciężar właściwy, gęstość względna, ciśnienie, moduł ściśliwości i lepkość. Zobaczmy krótko, z czego składa się każdy z nich.
W ośrodku ciągłym, takim jak płyn, nie jest łatwo śledzić pojedynczą cząstkę lub cząsteczkę, więc zamiast pracować z masą jednej, lepiej jest robić to z gęstością, cechą, która dotyczy płynu jako cały..
Gęstość definiuje się jako stosunek masy do objętości. Oznaczając gęstość grecką literą ρ, masą m i objętością V:
ρ = m / V
Kiedy gęstość zmienia się w różnych punktach płynu, używane jest wyrażenie:
ρ = dm / dV
W międzynarodowym układzie jednostek gęstość jest mierzona w kg / m3.
Gęstość jakiejkolwiek substancji na ogół nie jest stała. Wszystko po podgrzaniu ulega ekspansji, z wyjątkiem wody, która rozszerza się po zamrożeniu.
Jednak w cieczach gęstość pozostaje prawie stała w szerokim zakresie ciśnień i temperatur, chociaż gazy łatwiej ulegają zmianom, ponieważ są bardziej ściśliwe..
Ciężar właściwy definiuje się jako iloraz między wielkością ciężaru a objętością. Dlatego jest to związane z gęstością, ponieważ wielkość masy wynosi mg. Oznaczając ciężar właściwy grecką literą γ, otrzymujemy:
γ = mg / V
Jednostką ciężaru właściwego w międzynarodowym układzie jednostek jest niuton / m3 a pod względem gęstości ciężar właściwy można wyrazić w następujący sposób:
γ = ρg
Woda i powietrze są najważniejszymi płynami do życia, dlatego służą jako punkt odniesienia dla innych.
W cieczach gęstość względną definiuje się jako iloraz masy porcji płynu i masy równej objętości wody (destylowanej) w temperaturze 4 ° C i 1 atmosferze ciśnienia..
W praktyce oblicza się go, wykonując iloraz gęstości płynu i wody w tych warunkach (1 g / cm3 lub 1000 kg / m3), dlatego gęstość względna jest wielkością bezwymiarową.
Jest oznaczony jako ρr lub sg for środek ciężkości, co tłumaczy się jako ciężar właściwy, inna nazwa gęstości względnej:
sg = ρpłyn / ρwoda
Na przykład substancja o sg = 2,5 jest 2,5 razy cięższa od wody.
W przypadku gazów gęstość względną określa się w ten sam sposób, ale zamiast wody jako odniesienia przyjmuje się gęstość powietrza równą 1225 kg / m.3 przy ciśnieniu 1 atmosfery i 15 ° C.
Płyn składa się z niezliczonych cząstek w ciągłym ruchu, zdolnych do wywierania siły na powierzchnię, na przykład na pojemnik, który je zawiera. Średnie ciśnienie P wywierane przez płyn na jakąkolwiek płaską powierzchnię obszaru A jest określone przez iloraz:
P = F.┴/DO
Gdzie F.┴ jest prostopadłą składową siły, dlatego ciśnienie jest wielkością skalarną.
Jeśli siła nie jest stała lub powierzchnia nie jest płaska, to ciśnienie jest definiowane przez:
p = dF / dA
Jednostką ciśnienia w układzie SI jest niuton / mdwa, zwany Pascal i w skrócie Pa, na cześć francuskiego fizyka Blaise'a Pascala.
Jednak w praktyce stosuje się wiele innych jednostek, czy to ze względów historycznych, czy geograficznych, czy też ze względu na kierunek studiów. Jednostki systemu brytyjskiego lub imperialnego są bardzo często używane w krajach anglojęzycznych. Dla ciśnienia w tym systemie psi lub funt-siła / caldwa.
Kiedy porcja płynu jest poddawana naprężeniom objętościowym, nieco się zmniejsza. Spadek ten jest proporcjonalny do włożonego wysiłku, przy czym stała proporcjonalności wynosi moduł ściśliwości Lub po prostu ściśliwość.
Jeżeli B jest modułem ściśliwości, ΔP zmianą ciśnienia, a ΔV / V zmianą jednostkowej objętości, to matematycznie:
B = ΔP / (ΔV / V)
Jednostkowa zmiana objętości jest bezwymiarowa, ponieważ jest ilorazem dwóch objętości. W ten sposób ściśliwość ma te same jednostki ciśnienia.
Jak powiedziano na początku, gazy są cieczami łatwo ściśliwymi, a cieczy nie, dlatego mają moduły ściśliwości porównywalne z ciałami stałymi..
Ruchomy płyn można modelować za pomocą cienkich warstw, które poruszają się względem siebie. Lepkość to tarcie, które istnieje między nimi.
Aby wydrukować ruch do płynu, na sekcję przykładane jest naprężenie ścinające (niezbyt duże), tarcie między warstwami zapobiega przedostawaniu się zakłócenia do głębszych warstw.
W tym modelu, jeśli siła jest przyłożona do powierzchni płynu, prędkość zmniejsza się liniowo w dolnych warstwach, aż znika na dnie, gdzie płyn styka się z powierzchnią pozostałej części pojemnika, który go zawiera..
Matematycznie wyraża się to stwierdzeniem, że wielkość naprężenia ścinającego τ jest proporcjonalna do zmiany prędkości wraz z głębokością, co jest oznaczone jako Δv / Δy. Stała proporcjonalności to dynamiczna lepkość μ płynu:
τ = μ (Δv / Δy)
Wyrażenie to znane jest jako prawo lepkości Newtona, a płyny, które za nim podążają (niektóre nie stosują się do tego modelu) nazywane są płynami Newtona..
W systemie międzynarodowym jednostkami lepkości dynamicznej są Pa. S, ale opanowanie, w skrócie P, które jest równe 0,1 Pa.s.
Płyny są klasyfikowane według różnych kryteriów, jednym z nich jest obecność lub brak tarcia:
Jego gęstość jest stała, nieściśliwy, a jego lepkość wynosi zero. Jest również irrotacyjny, to znaczy w środku nie powstają żadne trąby powietrzne. I wreszcie jest nieruchomy, co oznacza, że wszystkie cząsteczki płynu, które przechodzą przez określony punkt, mają tę samą prędkość.
W warstwach płynów rzeczywistych występują tarcia, a co za tym idzie lepkość, mogą być również ściśliwe, chociaż, jak powiedzieliśmy, ciecze są nieściśliwe w szerokim zakresie ciśnień i temperatur..
Inne kryterium ustala, że płyny mogą być niutonowskie i nienewtonowskie, w zależności od modelu lepkości, który stosują:
Spełniają prawo lepkości Newtona:
τ = μ (Δv / Δy)
Nie są zgodne z prawem lepkości Newtona, więc ich zachowanie jest bardziej złożone. Są one z kolei klasyfikowane jako płyny o lepkości niezależnie od czasu i te o lepkości zależne od czasu, jeszcze bardziej złożone.
Woda jest płynem newtonowskim, chociaż w pewnych warunkach idealny model płynu bardzo dobrze opisuje jego zachowanie..
Jest to dobry przykład niezależnego od czasu płynu nienewtonowskiego, a konkretnie płynów pseudoplastycznych, w których lepkość znacznie wzrasta wraz z przyłożonym naprężeniem ścinającym, ale potem wraz ze wzrostem gradientu prędkości przestaje stopniowo rosnąć..
Aby płyny tego typu zaczęły płynąć, potrzebne jest duże naprężenie ścinające. Następnie lepkość jest utrzymywana na stałym poziomie. Ten rodzaj płynu nazywa się płyn Bingham. Pasta do zębów i niektóre farby również należą do tej kategorii..
Jest to płyn używany do brukowania dróg oraz jako środek hydroizolacyjny. Zachowuje się jak płyn Binghama.
Całkowicie brak lepkości, ale w temperaturach bliskich zeru absolutnemu.
Jeszcze bez komentarzy