stringtranslate.com

Жидкость

В физике флюид 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, являются веществами , которые не могут противостоять никакой приложенной к ним силе сдвига .

Хотя термин «жидкость» обычно включает как жидкую, так и газовую фазы, его определение различается в разных отраслях науки . Определения твердого тела также различаются, и в зависимости от области некоторые вещества могут обладать как жидкими, так и твердыми свойствами. [2] Неньютоновские жидкости, такие как Silly Putty, по-видимому, ведут себя подобно твердому телу при внезапном приложении силы. [3] Вещества с очень высокой вязкостью, такие как смола, по-видимому , также ведут себя как твердое тело (см. эксперимент с падением смолы). В физике элементарных частиц эта концепция расширена и включает в себя жидкие вещества, отличные от жидкостей или газов. [4] Жидкость в медицине или биологии относится к любому жидкому компоненту тела ( жидкость тела ), [5] [6] тогда как «жидкость» не используется в этом смысле. Иногда жидкости, вводимые для замены жидкости , либо путем питья, либо путем инъекции, также называются жидкостями [7] (например, «пить много жидкости»). В гидравлике жидкость — это термин , который относится к жидкостям с определенными свойствами и шире, чем (гидравлические) масла. [8]

Физика

Жидкости обладают такими свойствами, как:

Эти свойства обычно являются функцией их неспособности выдерживать напряжение сдвига в статическом равновесии . Напротив, твердые тела реагируют на сдвиг либо пружинообразной восстанавливающей силой — что означает, что деформации обратимы — либо им требуется определенное начальное напряжение, прежде чем они деформируются (см. пластичность ).

Твёрдые тела реагируют восстанавливающими силами как на касательные напряжения, так и на нормальные напряжения , как сжимающие , так и растягивающие . Напротив, идеальные жидкости реагируют восстанавливающими силами только на нормальные напряжения, называемые давлением : жидкости могут подвергаться как сжимающему напряжению — соответствующему положительному давлению, так и растягивающему напряжению, соответствующему отрицательному давлению . Твёрдые тела и жидкости имеют предел прочности на разрыв, превышение которого в твёрдых телах создаёт необратимую деформацию и разрушение, а в жидкостях вызывает возникновение кавитации .

И твердые тела, и жидкости имеют свободные поверхности, на формирование которых затрачивается некоторое количество свободной энергии . В случае твердых тел количество свободной энергии, необходимое для образования заданной единицы площади поверхности, называется поверхностной энергией , тогда как для жидкостей та же величина называется поверхностным натяжением . В ответ на поверхностное натяжение способность жидкостей течь приводит к поведению, отличному от поведения твердых тел, хотя в равновесии обе 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

В твердом теле касательное напряжение является функцией деформации , но в жидкости касательное напряжение является функцией скорости деформации . Следствием такого поведения является закон Паскаля , который описывает роль давления в характеристике состояния жидкости.

Поведение жидкостей можно описать с помощью уравнений Навье–Стокса — системы уравнений в частных производных , которые основаны на:

Изучением жидкостей занимается механика жидкости , которая в зависимости от того, находится ли жидкость в движении, подразделяется на динамику жидкости и статику жидкости .

Классификация жидкостей

В зависимости от соотношения между напряжением сдвига и скоростью деформации и ее производными жидкости можно охарактеризовать следующим образом:

Ньютоновские жидкости подчиняются закону вязкости Ньютона и могут быть названы вязкими жидкостями .

Жидкости можно классифицировать по их сжимаемости:

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 .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Жидкость | Определение, модели, ньютоновские жидкости, неньютоновские жидкости и факты". Encyclopedia Britannica . Получено 2 июня 2021 г. .
  2. ^ Thayer, Ann (2000). "Что это за штука? Глупая замазка". Chemical & Engineering News . 78 (48). American Chemical Society (опубликовано 2000-11-27): 27. doi :10.1021/cen-v078n048.p027. Архивировано из оригинала 2021-05-07.
  3. ^ Kroen, Gretchen Cuda (2012-04-11). "Silly Putty for Potholes". Наука . Получено 2021-06-23 .
  4. ^ 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. doi : 10.1126/science.aau0685. PMID  30819929. S2CID  73477792.
  5. ^ "Fluid (B.1.b.)". Oxford English Dictionary . Vol. IV F–G (переиздание 1978 г.). Oxford: Oxford University Press. 1933 [1901]. стр. 358. Получено 22 июня 2021 г.
  6. ^ "body fluid". Taber's online – Медицинский словарь Табера . Архивировано из оригинала 2021-06-21 . Получено 2021-06-22 .
  7. ^ Пример использования: Guppy, Michelle PB; Mickan, Sharon M; Del Mar, Chris B (28.02.2004). «Пейте много жидкости»: систематический обзор доказательств в пользу этой рекомендации при острых респираторных инфекциях. BMJ . 328 (7438): 499–500. doi :10.1136/bmj.38028.627593.BE. PMC 351843 . PMID  14988184. 
  8. ^ "Что такое Fluid Power?". Национальная ассоциация Fluid Power . Архивировано из оригинала 2021-06-23 . Получено 2021-06-23 . В гидравлике жидкостью является жидкость (обычно масло)