Свойство жидкости принимать форму сосуда
Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости – шар. Обычно сила тяжести мешает жидкости принимать эту форму, и жидкость либо растекается тонким слоем, если разлита без сосуда, либо же принимает форму сосуда, если налита в него. Находясь внутри другой жидкости такого же удельного веса, жидкость по закону Архимеда “теряет” свой вес: она словно ничего не весит, тяжесть на нее не действует – и тогда жидкость принимает свою естественную, шарообразную форму.
Прованское масло плавает в воде, но тонет в спирте. Можно поэтому приготовить такую смесь из воды и спирта, в которой масло не тонет и не всплывает. Введя в эту смесь немного масла посредством шприца, мы увидим странную вещь: масло собирается в большую круглую каплю, которая не вплывает и не тонет, а висит неподвижно [Чтобы форма шара не казалась искаженной, нужно производить опыт в сосуде с плоскими стенками (или в сосуде любой формы, но поставленном внутри наполненного водой сосуда с плоскими стенками)].
Рис. Масло внутри сосуда с разбавленным спиртом собирается в шар, который не тонет и не всплывает (опыт Плато).
Рис. Если масляный шар в спирте быстро вращать при помощи воткнутого в него стерженька, от шара отделяется кольцо.
Опыт надо проделывать терпеливо и осторожно, иначе получится не одна большая капля, а несколько шариков поменьше. Но и в таком виде опыт достаточно интересен.
Это, однако, еще не все. Пропустив через центр жидкого масляного шара длинный деревянный стерженек или проволоку, вращают их. Масляный шар принимает участие в этом вращении. (Опыт удается лучше, если насадить на ось небольшой смоченный маслом картонный кружочек, который весь оставался бы внутри шара.) Под влиянием вращения шар начинает сначала сплющиваться, а затем через несколько секунд отделяет от себя кольцо. Разрываясь на части, кольцо это образует не бесформенные куски, а новые шарообразные капли, которые продолжают кружиться около центрального шара.
Рис. Упрощение опыта Плато.
Впервые этот поучительный опыт произвел бельгийский физик Плато. Здесь описан опыт Плато в его классическом виде. Гораздо легче и не менее поучительно произвести его в ином виде. Маленький стакан споласкивают водой, наполняют прованским маслом и ставят на дно большого стакана; в последний наливают осторожно столько спирта, чтобы маленький стакан был весь в него погружен. Затем по стенке большого стакана из ложечки осторожно доливают понемногу воду. Поверхность масла в маленьком стакане становится выпуклой; выпуклость постепенно возрастает и при достаточном количестве подлитой воды поднимается из стакана, образуя шар довольно значительных размеров, висящий внутри смеси спирта и воды (рис. 58).
За неимением спирта можно проделать этот опыт с анилином – жидкостью, которая при обыкновенной температуре тяжелее воды, а при 75 – 85 °С легче ее. Нагревая воду, мы можем, следовательно, заставить анилин плавать внутри нее, причем он принимает форму большой шарообразной капли. При комнатной температуре капля анилина уравновешивается в растворе соли [Из других жидкостей удобен ортотолуидин – темно-красная жидкость; при 24° она имеет такую же плотность, как и соленая вода, в которую и погружают ортотолуидин].
Источник
Термины, определения и параметры
Жидкость – физическое тело, которое обладает свойством текучести, т. е. не имеющее способности самостоятельно сохранять свою форму.Текучесть жидкости обусловлена подвижностью молекул, составляющих жидкость.
Жидкостью называется агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. Жидкость характеризуется следующими свойствами: 1) сохраняет объем; 2) образует поверхность; 3) обладает прочностью на разрыв; 4) принимает форму сосуда; 5) обладает текучестью. Свойства жидкости с 1) по 3) подобны свойствам твёрдых тел, а свойство 4) – свойству жидкости.
Жидкости, законы движения и равновесия которых изучаются в гидравлике (механике жидкости и жидкости), делятся на два класса: сжимаемые жидкости или газы, почти несжимаемые – капельные жидкости.
В гидравлике рассматриваются как идеальные, так и реальные жидкости.
Идеальная жидкость – жидкость, между частицами которой отсутствуют силы внутреннего трения. Вследствие этого такая жидкость не сопротивляется касательным силам сдвига и силам растяжения. Идеальная жидкость совершенно не сжимается, она оказывает бесконечно большое сопротивление силам сжатия. Такой жидкости в природе не существует – это научная абстракция, необходимая для упрощения анализа общих законов механики применительно к жидким телам.
Реальная жидкость – жидкость, которая не обладает в совершенстве свойствами идеальной жидкости, она в некоторой степени сопротивляется касательным и растягивающим усилиям, а также отчасти сжимается. Для решения многих задач гидравлики этим отличием в свойствах идеальной и реальной жидкостей можно пренебречь. В связи с этим физические законы, выведенные для идеальной жидкости, могут быть применены к жидкостям реальным с соответствующими поправками.
Ниже кратко представлены общие сведения, касающиеся физических свойств жидкостей. Ссылки на страницы с конкретными физическими свойствами разных жидкостей находятся в здесь. Эти разделы будут постепенно пополняться новой информацией, которая, возможно, окажется полезной инженерам и конструкторам при выполнении расчётов.
Плотность жидкости
Килограмм на кубический метр [кг/м3] равен плотности однородного газообразного вещества, масса которого при объёме 1 м3 равна 1 кг.
где
dm – масса элемента жидкости, объёмом dV;
dV – объём элемента жидкости.
Динамическая вязкость жидкости
где
F – сила внутреннего трения жидкости.
ΔS – площадь поверхности слоя жидкости, на которую рассчитывается сила внутреннего трения.
– величина, обратная градиенту скорости жидкости.
Паскаль-секунда [Па • с] равна динамической вязкости жидкости, касательное напряжение в которой при ламинарном течении на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равно 1 Па.
Поверхностное натяжение жидкости
где
dF – сила, действующая на участо контура свободной поверхности нормально к контуру и по касательной к поверхности к длине dl этого участка.
dl – длина участка поверхности жидкости.
Ньютон на метр [Н/м] равен поверхностному натяжению жидкости, создаваемому силой 1 Н, действующей на участок контура свободной поверхности длиной 1 м нормально к контуру и по касательной к поверхности.
Кинематическая вязкость жидкости
где
μ – динамическая вязкость жидкости;
ρ – плотность жидкости;
Квадратный метр на секунду [м2/с] равен кинематической вязкости жидкости с динамической вязкостью 1 Па с и плотностью 1 кг/м3.
Коэффициент теплопроводности жидкости
где
t – время;
S – площадь поверхности;
Q – количество теплоты [Дж], перенесённое за время t через поверхность площадью S.
– величина, обратная градиенту температуры жидкости.
Ватт на метр-Кельвин [Вт/(м • К)] равен коэффициенту теплопроводности жидкости, в котором при стационарном режиме с поверхностной плотностью теплового потока 1 Вт/м2 устанавливается температурный градиент 1 К/м.
Теплоемкость жидкости
где
dQ – количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости;
dT – разность температуры.
Джоуль на Кельвин [Дж/К] равен теплоемкости жидкости, температура которого повышается на 1 К при подведении к нему количества теплоты 1 Дж.
Удельная массовая теплоемкость жидкости при постоянном давлении
Джоуль на килограмм-Кельвин [Дж/(кг • К)] равен удельной теплоемкости жидкости, имеющего при массе 1 кг теплоемкость 1 Дж/К.
Температуропроводность жидкости
где
λ – теплопроводность жидкости;
Cp – удельная массовая теплоемкость жидкости.
ρ – плотность жидкости.
Квадратный метр на секунду [м2/с] равен температуропроводности жидкости с коэффициентом теплопроводности 1 Вт/(м • К), удельной теплоемкостью при постоянном давлении 1 [Дж/(кг • К) и плотностью 1 кг/м3.
Источник
Главное свойство жидкостей, отличающее их от других агрегатных состояний вещества, – это способность как угодно менять форму, сохраняя при этом объем.
Жидкость принимает форму любого сосуда, в который ее наливают, или растекается по поверхности тонким слоем. Но действительно ли жидкость не имеет собственной формы? Оказывается, это не так. Естественная форма всякой жидкости – шар, но сила тяжести постоянно мешает ей принимать эту форму. Если поместить жидкость в сосуд с другой жидкостью, имеющей такую же плотность, она, согласно закону Архимеда, как бы «утратит» свою массу и примет свою естественную шарообразную форму.
Что же заставляет жидкость превращаться в шар? На поверхности жидкостей возникает особое явление – поверхностное натяжение. Каждая молекула вещества притягивает другие молекулы, как бы «окружает» себя ими. Благодаря этому поверхность жидкости, граничащая с другой средой –
например, с воздухом, стремится уменьшиться. А как известно, наименьшей поверхностью из всех геометрических тел при одинаковом объеме обладает шар. Если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, она обязательно принимает шарообразную форму.
Между молекулами жидкости очень мало свободного пространства. Поэтому жидкость чрезвычайно трудно сжать, приложив механическое усилие. Эта особенность жидкостей используется в различных гидравлических машинах.
Жидкости расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Впрочем, встречаются и исключения – например, вода сжимается при нагревании от 0 до приблизительно +4 °С.
Еще одно свойство жидкостей – вязкость. Это способность оказывать внутреннее сопротивление перемещению одних частей жидкости относительно других. Так, благодаря вязкости струя воды из крана приобретает форму цилиндра, а не разлетается во все стороны.
Смазанная жиром швейная иголка или мелкая монетка, опущенная на поверхность воды, будет… плавать. Вокруг нее на поверхностной пленке жидкости образуется «вдавлинка», видимая невооруженным глазом. Это явление объясняется тем, что поверхностная пленка жидкости, стремясь распрямиться, оказывает давление, направленное вверх, и таким образом поддерживает «на плаву» предмет, который сам по себе не обладает плавучестью. Некоторую роль в этом играет и выталкивающая сила жидкости (согласно закону Архимеда).
Мыльные пузыри становятся «пузырями» только благодаря силам поверхностного натяжения и вязкости жидкости. Стенка мыльного пузыря в 5000 раз тоньше волоса.
Некоторые нефтепродукты, в особенности керосин, благодаря свойству смачивать любые поверхности, могут проникать в самые микроскопические отверстия, растекаться тончайшей пленкой и даже смачивать наружную поверхность сосудов, в которых они находятся. Из-за этого часто неправильно считают, что керосин способен проникать сквозь металлы и стекло.
Оливковое масло плавает в воде, но тонет в спирте. Смешав спирт с водой в определенных пропорциях, можно получить жидкость такой плотности, что масло в ней не будет ни тонуть, ни всплывать. Если с помощью шприца ввести в сосуд с такой смесью немного масла, то оно мгновенно примет форму шарика и неподвижно повиснет в центре сосуда.
Падающие капли дождя также имеют форму шариков.
Свинцовая дробь, которую используют в патронах к охотничьему оружию, – не что иное, как застывшие капли расплавленного свинца. Дробь изготавливают следующим образом: жидкий свинец разбрызгивается с помощью особого устройства, и его капли падают с большой высоты в холодную воду: там металл затвердевает в виде совершенно правильных шариков.
В невесомости – например, на борту космического корабля – капли любой жидкости принимают форму шара.
Самое интересное на сайте: Ненадежная твердь, Животные альбиносы, Молотилка в мертвой воде , Река Ганг, Пожар в Чикаго, Могучая держава Германия
Источник
Источник
Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.
Физические свойства жидкостей
Текучесть
Основным свойством жидкостей является текучесть. Если к участку жидкости, находящейся в равновесии, приложить внешнюю силу, то возникает поток частиц жидкости в том направлении, в котором эта сила приложена: жидкость течёт. Таким образом, под действием неуравновешенных внешних сил жидкость не сохраняет форму и относительное расположение частей, и поэтому принимает форму сосуда, в котором находится.
В отличие от пластичных твёрдых тел, жидкость не имеет предела текучести: достаточно приложить сколь угодно малую внешнюю силу, чтобы жидкость потекла.
Сохранение объёма
Одним из характерных свойств жидкости является то, что она имеет определённый объём (при неизменных внешних условиях) . Жидкость чрезвычайно трудно сжать механически, поскольку, в отличие от газа, между молекулами очень мало свободного пространства. Давление, производимое на жидкость, заключенную в сосуд, передаётся без изменения в каждую точку объёма этой жидкости (закон Паскаля, справедлив также и для газов) . Эта особенность, наряду с очень малой сжимаемостью, используется в гидравлических машинах.
Жидкости обычно увеличивают объём (расширяются) при нагревании и уменьшают объём (сжимаются) при охлаждении. Впрочем, встречаются и исключения, например, вода сжимается при нагревании, при нормальном давлении и температуре от 0°С до приблизительно 4°С.
Вязкость
Кроме того, жидкости (как и газы) характеризуются вязкостью. Она определяется как способность оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой – то есть как внутреннее трение.
Когда соседние слои жидкости движутся относительно друг друга, неизбежно происходит столкновение молекул дополнительно к тому, которое обусловлено тепловым движением. Возникают силы, затормаживающие упорядоченное движение. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения переходит в тепловую – энергию хаотического движения молекул.
Жидкость в сосуде, приведённая в движение и предоставленная самой себе, постепенно остановится, но её температура повысится.
Образование свободной поверхности и поверхностное натяжение
Из-за сохранения объёма жидкость способна образовывать свободную поверхность. Такая поверхность является поверхностью раздела фаз данного вещества: по одну сторону находится жидкая фаза, по другую — газообразная (пар) , и, возможно, другие газы, например, воздух.
Если жидкая и газообразная фазы одного и того же вещества соприкасаются, возникают силы, которые стремятся уменьшить площадь поверхности раздела — силы поверхностного натяжения. Поверхность раздела ведёт себя как упругая мембрана, которая стремится стянуться.
Поверхностное натяжение может быть объяснено притяжением между молекулами жидкости. Каждая молекула притягивает другие молекулы, стремится “окружить” себя ими, а значит, уйти с поверхности. Соответственно, поверхность стремится уменьшится.
Поэтому мыльные пузыри и пузыри при кипении стремятся принять сферическую форму: при данном объёме минимальной поверхностью обладает шар. Если на жидкость действуют только силы поверхностного натяжения, она обязательно примет сферическую форму – например, капли воды в невесомости.
Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади жидкости. (См. Поверхностное натяжение. )
Испарение и конденсация
Испарение – постепенный переход вещества из жидкости в газообразную фазу (пар) .
При тепловом движении некоторые молекулы покидают жидкость через её поверхность и переходят в пар. Вместе с тем, часть молекул переходит обратно из пара в жидкость. Если из жидкости уходит больше молекул, чем прих
Источник
Ответ
Ответ дан
ProffenkeBC
Каждый из нас без труда припомнит немало веществ, которые он считает жидкостями. Однако дать точноеопределение этого состояния вещества не так-то просто, поскольку жидкости обладают такими физическимисвойствами, что в одних отношениях они напоминают твердые тела, а в других – газы. Наиболее ярко сходствомежду жидкостями и твердыми телами проявляется у стеклообразных материалов. Их переход от твердогосостояния к жидкому при повышении температуры происходит постепенно, они просто становятся все болеемягкими, так что нельзя указать, в каком температурном интервале их следует назвать твердыми телами, а вкаком – жидкостями. Можно лишь сказать, что вязкость стеклообразного вещества в жидком состояниименьше, чем в твердом. Твердое стекло поэтому часто называют переохлажденной жидкостью. По-видимому, наиболее характерным свойством жидкостей, отличающим их от твердых тел, является низкая вязкость(высокая текучесть). Благодаря ей они принимают форму сосуда, в который налиты. На молекулярном уровневысокая текучесть означает относительно большую свободу частиц жидкости. В этом жидкости напоминаютгазы, хотя силы межмолекулярного взаимодействия жидкостей больше, молекулы расположены теснее иболее ограничены в своем движении. К сказанному можно подойти и иначе – с точки зрения представления одальнем и ближнем порядке. Дальний порядок существует в кристаллических твердых телах, атомы которыхрасположены строго упорядоченно, образуя трехмерные структуры, которые можно получить многократнымповторением элементарной ячейки. Пример двумерного дальнего порядка представлен на рис. 1,а. Вжидкости и стекле дальний порядок отсутствует. Это, однако, не означает, что они вообще не упорядочены. Для жидкости характерна картина, подобная изображенной на рис. 1,б. Число ближайших соседей у всехатомов практически одинаково, но расположение атомов по мере их удаления от какой-либо выделеннойпозиции становится все более и более хаотичным. Таким образом, упорядоченность существует лишь намалых расстояниях, отсюда и название: ближний порядок. Адекватное математическое описание структурыжидкости может быть дано лишь с помощью статистической физики. Например, если жидкость состоит изодинаковых сферических молекул, то ее структуру можно описать радиальной функцией распределения g(r), которая дает вероятность обнаружения какой-либо молекулы на расстоянии r от данной, выбранной вкачестве точки отсчета. Экспериментально эту функцию можно найти, исследуя дифракцию рентгеновскихлучей или нейтронов, а с появлением быстродействующих компьютеров ее стали вычислять методомкомпьютерного моделирования, основываясь на имеющихся данных о природе сил, действующих междумолекулами, или на предположениях об этих силах, а также на законах механики Ньютона. Сравниваярадиальные функции распределения, полученные теоретически и экспериментально, можно проверитьправильность предположений о природе межмолекулярных сил.