Силы, действующие на жидкость

Любой элементарный объем, выделенный в массе покоящейся или двигающейся жидкости, испытывает воздействие внутренних сил со стороны окружающей массы жидкости. Действующие на выделенный объем внутренние силы могут быть разделены на поверхностные и массовые. Поверхностные силы действуют только на поверхности, ограничивающие рассматриваемый объем жидкости. Поверхностные силы пропорциональны площади поверхности. Массовые силы действуют на любую точку выделенного объема и пропорциональны ее массе, а для однородной жидкости, для которой r=const, пропорциональны и ее объему.

Рассмотрим отдельно каждую из этих двух групп сил.

Поверхностные силы по характеру действия могут быть касательными и нормальными к рассматриваемой поверхности. Касательными силами являются лишь силы вязкого сопротивления, которые, как было сказано выше, проявляются только в движущейся жидкости. Следовательно, в покоящейся жидкости могут существовать только нормальные силы. Нормальные силы могут быть сжимающими или растягивающими. Так как реальные жидкости не оказывают сопротивления растягивающим силам, то таковые не могут существовать ни в покоящейся, ни в движущейся жидкости. Следовательно, нормальные силы в жидкости – всегда сжимающие, т.е. направлены нормально к рассматриваемой поверхности внутрь выделенного объема.

Массовыми силами, действующими на жидкость, могут быть силы тяжести или инерции, в частности, центробежная сила.

Массовая сила может иметь любое направление в пространстве и по второму закону Ньютона равна:

Q_м=m×a,

где m - масса жидкости;

а - ускорение, сообщаемое этой массе силой Q_м.

Разложив силу Q_м по осям координат x, y, z получим:

Q_мx=m×a_x; Q_мy=m×a_y; Q_мz=m×a_z,

где a_x, a_y и a_z - составляющие ускорения а по осям координат.

Обозначим через q массовую силу, действующую на единицу массы (т.е. т =1) и обозначим проекции единичной массовой силы на оси координат соответственно X, Y, Z. Тогда имеющееся равенство выразится так

X=a_x; Y=a_y; Z=a_z,

т.е. проекции единичной массовой силы по осям координат равны проекциям ускорения, сообщаемого этой силой, на те же оси.

В том случае, если на жидкость действуют из массовых сил только сила тяжести, создающая ускорение g, направленное вниз, то, считая положительную полуось z направленной вверх получим:

X= 0; Y= 0; Z= – g. (1.1)