Успешное подключения к БД.

-------------------
Вы знаете, как устроен наш мир?



---Load files---
Совет: если изображения отображаются неправильно, попробуйте очистить кеш браузера!
Поиск на странице - нажмите "Ctrl+F", Поиск на сайте - поле ввода "Яндекс-Найти" на "шапке",
Поиск в интернете - 1) выделите текст, 2) нажмите правую клавишу мыши и 3) выберите поисковик.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

------- Тимин В.А. (mail: timinva@yandex.ru) Дата последней загрузки: January 14 2018. -------
Ссылка на этот материал: vidy_sploshnoj_sryedy.htm)
Виды сплошной среды

1.      Виды сплошной среды

Из Википедии:

Физика конденсированного состояния

 

Физика твёрдого тела  • Физика жидкостей  • Физика атомов и молекул  •

 Физика наноструктур

 

Статистическая механика  • Молекулярная физика  • Физическая кинетика

 

 

Теория упругости

 

Напряжение · Тензор · Твёрдые тела · Упругость · Пластичность · Закон Гука ·

 Реология · Вязкоупругость

 

Гидродинамика

 

Жидкость · Гидростатика · Гидродина́мика · Вязкость · Ньютоновская жидкость · Неньютоновская жидкость · Поверхностное натяжение

 

Основные уравнения

 

Уравнение непрерывности · Уравнение Эйлера · Уравнения Навье — Стокса ·

Уравнение диффузии · Закон Гука

 

См. также

Физика твёрдого тела · Теория упругости · Твёрдое тело · Жидкость  · Газ  · Плазма

 

2.      Газ

Газ – (от французского gaz; название предложено голланским учёным Я. Б. Гельмонтом) - это сплошная среда, состоящая из элементов (атомов, молекул), находящихся достаточно далеко друг от друга. Плотность газа простирается в пределах от практически нуля до плотности ее плотной упаковки.

Газ характеризуется тем, что в основе его движения лежит взаимодействие свободных, не взаимодействующих между собой на расстоянии, молекул через упругие столкновения. Отличительной особенностью газа является обязательное наличие явления вязкости. В силу подобия законов движения жидкости и газа при условии постоянства ее плотности законы движения газа изучаются в гидроаэродинамике (см. далее «Жидкости») или аэродинамике. Но если в движении газа значение имеет и ее сжимаемость (зависимость от температуры, плотности), то движение такого газа изучается в газодинамике.

Любое вещество можно перевести в газообразное состояние надлежащим подбором давления и температуры. Поэтому возможную область существования газообразного состояния графически удобно изобразить в переменных: давление – P, температура – Т. При температурах ниже критической Тк эта область ограничена кривыми сублимации (возгонки)/парообразования. Это означает, что при любом давлении ниже критического Pк существует температура Т, определяемая кривой сублимации или парообразования, выше которой вещество становится газообразным. Газ в этих состояниях обычно называют паром вещества.

При температурах ниже Тк можно газы конденсируются и переходят в другое агрегатное состояние (твёрдое или жидкое). При этом фазовое превращение газа в жидкость или твёрдое тело происходит скачкообразно: весьма малое изменение давления приводит к конечному изменению ряда свойств вещества (например, плотности, энтальпии, теплоёмкости и др.). Процессы конденсации газов, особенно сжижение газов, имеют важное техническое значение.

Вещество в газообразном состоянии широко распространено в природе. Газы образуют атмосферу Земли, в значительных количествах содержатся в твёрдых земных породах, растворены в воде океанов, морей и рек. Солнце, звёзды, облака межзвёздного вещества состоят из газов - нейтральных или ионизованных (плазмы). Встречающиеся в природных условиях газы представляют собой, как правило, смеси химически индивидуальных газов.

Газ полностью заполняет сосуд, в который его поместили, и оказывает давление на боковую поверхность этого сосуда, и для такого давления выполняется закон Паскаля, утверждающий, что давление в любом месте покоящейся газа по всем направлениям одинаково, и это давление одинаково передается по всему объему газа. В законе Паскаля вес газа не учитывается.

Хотя аэродинамика основана на трёх хорошо известных в механике законах сохранения массы, импульса и энергии, формулировки этих законов в ней выглядят сложнее. Например, обычное определение закона сохранения массы гласит, что масса системы тел остаётся неизменной. Для с.с. этот закон используется в форме, называемой уравнением неразрывности. Уравнение неразрывности - соотношение между скоростью течения, объемным расходом среды и расстоянием между линиями тока. Это уравнение выражает один из основных законов механики с.с. согласно которому объемный расход во всякой трубке тока, ограниченной соседними линиями тока, должен быть в любой момент времени одинаков во всех ее поперечных сечениях. Уравнение неразрывности имеет следующий вид:

p00 + pii = 0.

где pi – объемная плотность потока импульса вещества. Динамика движения газа определяется уравнением Эйлера. Уравнение Эйлера выражает закон сохранения импульса с.с. (P0, Pi):

pi,0 + pi,jvj = f(в)i + σijj = fi.

Это уравнение говорит о том, что изменение плотности с.с. равно расходимости потока с.с. в этой точке.

2.1.              Реальный газ

Реальный газ характеризуется тем, что размерами и массой его элементов и/или взаимодействием их между собой, а также вязкостью, уже нельзя пренебречь. Например, конечность размеров  молекул влечет за собой ограничение плотности газа сверху. Это происходит из-за соприкосновения атомов (молекул) газа между собой. Газ при этом практически становится жидким.

Реальный газ обладает вязкостью. Вязкость проявляется в том, что в ней существует внутреннее трение. Два соприкасающихся элемента жидкости, двигающиеся в одной и той же плоскости, но с разными скоростями, воздействуют друг на друга.  Сила взаимодействия ускоряет медленно движущийся элемент жидкости и замедляет более быстрый. Причиной ее является диффузионный обмен импульсами между соседними участками объема жидкости или необходимость выполнения работы для разрыва временных молекулярных связей между молекулами разных слоев жидкости.

Газы обычно обладают достаточно идеальными свойствами для волновых движений. В частности, соблюдается принцип суперпозиции. Но эта идеальность нарушается тепловыми колебаниями атомов, на которых происходит рассеивание волн.

2.2.              Идеальный газ

Идеальный газ – это сплошная среда, состоящая из бесконечно малых по размерам и массе элементов (атомов, молекул), не взаимодействующих между собой на расстоянии. Уравнение движения идеального газа зависит только от одного параметра – давления p = λρ:

σij = – pδij,

(1)

где λ – коэффициент пропорциональности зависимости давления в газе от плотности,

ρ – плотность газа,

σij тензор напряженности газа.

В идеальном газе вязкость не может отсутствовать.

2.3.              Плазма

Плазма (от греч. plбsma - вылепленное, оформленное) – реальный частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.

Плазма тоже является газообразным веществом, но между его элементами, кроме взаимодействия типа столкновения, существенны также электромагнитные взаимодействия на расстоянии. Это уже не идеальный газ. В ней возможно существование объемных зарядов и токов, собственных электрических и магнитных полей, взаимодействие с внешними и собственными электромагнитными и гравитационными  полями.

В резком отличии свойств плазмы от свойств нейтральных газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействие частиц плазмы между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее (т. е. значительно более "дальнодействующими"), чем силы взаимодействия нейтральных частиц. По этой причине взаимодействие частиц в плазме является, строго говоря, не "парным", а "коллективным" - одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц. Во-вторых, электрические и магнитные поля очень сильно действуют на плазму (в то время как они весьма слабо действуют на нейтральные газы), вызывая появление в плазме объёмных зарядов и токов и обусловливая целый ряд специфических свойств плазмы. Эти отличия позволяют рассматривать плазму как особое состояние вещества.

Свободные заряженные частицы - особенно электроны - легко перемещаются под действием электрического поля. Поэтому в состоянии равновесия пространственные заряды входящих в состав плазмы. отрицательных электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга так, чтобы полное поле внутри плазмы было равно нулю. Именно отсюда вытекает необходимость практически точного равенства плотностей электронов и ионов в плазме - её "квазинейтральности". Нарушение квазинейтральности в объёме, занимаемом плазмой, ведёт к немедленному появлению сильных электрических полей пространственных зарядов, тут же восстанавливающих квазинейтральность. Степенью ионизации плазмы a называется отношение числа ионизованных атомов к полному их числу в единице объёма плазмы. В зависимости от величины a говорят о слабо, сильно и полностью ионизованной плазме.

Плазма называется идеальной, если потенциальная энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их тепловой энергией. Это условие выполняется, когда число частиц в сфере радиуса D велико: ND = (4/3)pD3n >> 1. В молнии Т ~ 2´104 К, n ~ 2,5´1019 (плотность воздуха) и, следовательно, D ~ 10-7 см, но ND ~ 1/10 Такую плазму называют слабонеидеальной.

Термин "Плазма" в физике был введён в 1923 американским учёными И. Ленгмюром и Л. Тонксом, проводившими зондовые измерения (см. ниже) параметров низкотемпературной газоразрядной плазмы. Кинетика плазмы рассматривалась в работах Л. Д. Ландау в 1936 и 1946 и А. А. Власова в 1938. В 1942 Х. Альфвен предложил уравнения магнитной гидродинамики для объяснения ряда явлений в космической плазмы. В 1950 И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров, а также американский физик Л. Спицер предложили идею магнитной термоизоляции плазмы для осуществления УТС. В 50-70-е гг. 20 в. изучение плазмы стимулировалось различными практическими применениями плазмы, развитием астрофизики и космофизики (наблюдение космической плазмы и объяснение процессов в ней) и физики верхней атмосферы Земли - особенно в связи с полётами космических летательных аппаратов, а также интенсификацией исследований по проблеме УТС.

3.      Жидкости

Из Википедии:

 

Жидкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между твёрдым и газообразным состояниями. Жидкость сохраняя отдельные черты как твёрдого тела, так и газа, обладает рядом только ей присущих особенностей, из которых наиболее характерная - текучесть. Подобно твёрдому телу, жидкость сохраняет свой объём, имеет свободную поверхность, обладает определённой прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т. д. С другой стороны, взятая в достаточном количестве жидкость принимает форму сосуда, в котором находится. Принципиальная возможность непрерывного перехода жидкости в газ также свидетельствует о близости жидкого и газообразного состояний.

С точки зрения внутренней структуры жидкость – это сплошная среда, состоящая из молекул, находящихся на малом расстоянии друг от друга в состоянии относительного или временного равновесия в обобщенном почти периодическом локальном потенциальном поле. Плотность жидкости практически равна плотности ее плотной упаковки. Основа взаимодействия в жидкостях – так же как и в твердых веществах – взаимодействие через потенциальные поля на малых расстояниях между молекулами (атомами) вещества. Движение жидкости изучается такой дисциплиной, как гидродинамика или в гидроаэродинамике. В силу подобия законов движения жидкости эти же законы справедливы и для движения газа при условии постоянства ее давления.

По химическому составу различают однокомпонентные, или чистые жидкости и двух- или многокомпонентные жидкие смеси (растворы). По физической природе жидкости делятся на нормальные (обычные), жидкие кристаллы с сильно выраженной анизотропией (зависимостью свойств от направления) и квантовые жидкости - жидкие 4He, 3He и их смеси - со специфическими квантовыми свойствами при очень низких температурах. Нормальные чистые жидкости имеют только одну жидкую фазу (т.е. существует один единственный вид каждой нормальной жидкости). Гелий 4He может находиться в двух жидких фазах - нормальной и сверхтекучей, а жидкокристаллические вещества - в нормальной и одной или даже двух анизотропных фазах.

Жидкость, как и газы, обычно обладает достаточно идеальными свойствами для волновых движений. В частности, соблюдается принцип суперпозиции. Но эта идеальность нарушается тепловыми колебаниями атомов в узлах кристаллической решетки и отсутствием дальнего порядка, на которых происходит рассеивание волн.

Общим для всех нормальных Ж., в том числе и для смесей, является их макроскопическая однородность и изотропность при отсутствии внешних воздействий. Эти свойства сближают Ж. с газами, но резко отличают их от анизотропных кристаллических твёрдых тел. Область существования нормальной жидкой фазы ограничена со стороны низких температур фазовым переходом в твёрдое состояние - кристаллизацией или (в зависимости от величины приложенного давления) фазовым переходом в сверхтекучее состояние для 4He и в жидко-анизотропное состояние для жидких кристаллов. При давлениях ниже критического давления Pк нормальная жидкая фаза ограничена со стороны высоких температур фазовым переходом в газообразное состояние - испарением. При давлениях P > Pк фазовый переход отсутствует и по своим физическим свойствам жидкость в этой области неотличима от плотного газа. Наивысшая температура Tk, при которой ещё возможен фазовый переход жидкость. - газ, называется критической. Значения Pk и Tk определяют критическую точку чистой жидкости, в которой свойства жидкости и газа становятся тождественными. Наличие критической точки для фазового перехода жидкость - газ позволяет осуществить непрерывный переход из жидкого состояния в газообразное, минуя область, где газ и жидкость сосуществуют. Таким образом, при нагревании или уменьшении плотности свойства жидкость (теплопроводность, вязкость, самодиффузия и др.), как правило, меняются в сторону сближения со свойствами газов. Вблизи же температуры кристаллизации большинство свойств нормальных жидкостей (плотность, сжимаемость, теплоёмкость, электропроводность и т. д.) близки к таким же свойствам соответствующих твёрдых тел. В табл. приведены значения теплоёмкости при постоянном давлении (Ср) ряда веществ в твёрдом и жидком состояниях при температуре кристаллизации. Малое различие этих теплоёмкостей показывает, что тепловое движение в жидкости и твёрдых телах вблизи температуры кристаллизации имеет примерно одинаковый характер.

Атомы жидкого вещества в среднем находятся в потенциальных ямах сил взаимодействия между атомами, но энергии хаотического теплового движения достаточно для того, чтобы молекулы (атомы) более–менее свободно мигрировали в жидкости, но не достаточно для того, чтобы вырваться за пределы границы жидкости. Поэтому жидкое вещество обладает свойством текучести за счет локальной свободы и имеет локальную временную кристаллическую структуру за счет глобальной несвободы.

За счет временной локальной кристаллической структуры в жидкости возможно сосуществование одновременно двух состояний: жидкой и твердой. Твердая составляющая – это микрокластеры твердого вещества, которые плавают в жидкой  составляющей. Такой структурой обладает вода. В отличие от подавляющего большинства веществ, вода при нагревании при температуре от 0°C до 3.98° C способна уменьшать свой объем. Это возможно за счет очень ажурной кристаллической решетки воды.

По своей природе силы межмолекулярного взаимодействия в жидкости и кристаллах одинаковы и имеют примерно одинаковые величины. Наличие в жидкости сильного межмолекулярного взаимодействия обусловливает существование поверхностного натяжения на границе жидкости с любой! др. средой. Благодаря поверхностному натяжению жидкость стремится принять такую форму, при которой её поверхность (при данном объёме) минимальна. Небольшие объёмы жидкости имеют обычно характерную форму капли. В отсутствии внешних сил, когда действуют только межмолекулярные силы (например, в условиях невесомости), жидкость приобретает форму шара. Влияние поверхностного натяжения на равновесие и движение свободной поверхности жидкости., границ жидкость с твёрдыми телами или границ между несмешивающимися жидкость относится к области капиллярных явлений.

4.      Идеальная жидкость

Идеальная жидкость имеет только объемный модуль упругости и не имеет модуля поперечной упругости. В предельном случае идеальная жидкость несжимаема, что означает, что идеальная жидкость не упруга. Это также означает отсутствие продольных волновых движений и возможность только замкнутых вихревых линий движения в жидкости.

В идеальной жидкости также отсутствует внутреннее трение, то есть, нет касательных напряжений между двумя соседними слоями и трения. В идеальной жидкости, таким образом, рассматриваются только нормальные напряжения, которые описываются давлением. В изотропной жидкости, давление одинаково по всем направлениям и описывается скалярной функцией. Идеальная жидкость без внутреннего трения – это сверхтекучая жидкость.

Если вдобавок малы градиенты температуры, то можно пренебречь и теплопроводностью, что и составляет приближение идеальной жидкости.

4.1.              Уравнения движения

Уравнение движения идеальной жидкости зависит от одного параметра – давления p = λρ:

σij = – pδij,

(2)

где λ – коэффициент пропорциональности зависимости давления в газе от плотности,

ρ – плотность газа,

σij тензор напряженности газа.

Основным свойством движения сплошной несжимаемой жидкой среды является модифицированное свойство неразрывности ее течения – неизменность плотности:

r,0 = 0; r,i = 0;

div v = 0.

(3)

К уравнениям движения жидкости обычно добавляются граничные условия. Граничные условия могут быть очень сложными в связи с ее текучестью при наличии свободной поверхности. На несвободной (при некоторых условиях и на свободной) границе граничным условием обычно является нулевая относительная скорость жидкости относительно граничной поверхности.

Выводя дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости, Леонард Эйлер полагал, что силы, действующие на любую поверхность в ней, так же как и в неподвижной жидкости, перпендикулярны самой этой поверхности. Такое предположение позволило описать движение жидкости аналитически. Для идеальной жидкости, как и для газа,

σik = –pδij,

где p – поле давления в жидкости.

Уравнение движения несжимаемой идеальной жидкости с условием ρ = const:

ρvi,0 + (p + ½ρv2),i = Fi.

(4)

Здесь p – давление жидкости.

Однако иногда теория идеальной жидкости Эйлера перестаёт работать.

Реальная жидкость для малых времен реакции Δt << trel (время релаксации, или исчезновения локальной структуры) имеет все виды модуля упругости. Но эти напряжения очень быстро затухают.

4.2.              Гидростатика и гидродинамика

Гидростатика – наиболее простой раздел гидромеханики, который исследует ситуации, когда движение отсутствует или скорость пренебрежимо мала. Гидростатика позволяет понять некоторые свойства такой важной гидродинамической величины, как давление. Давление на опору оказывают и твёрдые, и сыпучие вещества, но оно отличается от гидростатического. Давление твёрдого тела определяется его весом, давление жидкости – её глубиной. Сила давления р на дно сосуда не зависит от его формы, а определяется только уровнем налитой в сосуд жидкости в соответствии с гидростатической формулой:

p = р0 + rgh,

где ρ – плотность жидкости,

g – ускорение свободного падения,

h – глубина погружения,

р0 – атмосферное давление.

Гидродина́мика — раздел физики сплошных сред, изучающий движение идеальных и реальных жидкости и газа. Как и в других разделах физики сплошных сред, прежде всего осуществляется переход от реальной среды, состоящей из большого числа отдельных атомов или молекул, к абстрактной сплошной среде, для которой и записываются уравнения движения

Основными эффектами движения реальной жидкости являются эффекты возникновения ударной волны, кавитации, турбулентного движения, вихреобразования, эффекты в пограничной зоне, возникновение подъемной силы.

4.3.              Закон Паскаля

Твердые тела передают производимое на них извне давление по направлению действия силы, вызывающей это давление. Совсем иначе передают внешнее давление жидкости и газы. По закону Паскаля это давление передается жидкостью по всем направлениям одинаково. Следовательно, в жидкостях существует давление, обусловленное силой тяжести.

На каждую молекулу жидкости, находящейся в поле тяготения Земли, действует сила тяжести. Под действием этих сил каждый слой жидкости давит на расположенные под ним слои. Это давление передается по всем направлениям внутри жидкости или газа и оказывают давление на боковую поверхность сосуда, в котором они находятся, и для такого давления выполняется закон Паскаля, утверждающий, что давление в любом месте покоящейся жидкости по всем направлениям одинаково, и это давление одинаково передается по всему объему жидкости. В частности, в гравитационном поле Земли это давление определяется уравнением

p = р0 + ρgh,

где р0 – давление на нулевом уровне.

g = 9.81 – ускорение свободного падения в гравитационном поле Земли,

ρ - плотность жидкости,

h – глубина погружения.

Если вес жидкости или газа не учитывается, то давление будет постоянным по объему газа или жидкости.

4.4.              Закон Архимеда

Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед. Закон Архимеда формулируется так: на погружённое в жидкость или газ тело действует выталкивающая сила, равная по величине весу вытесненной жидкости (или газа), направленная против силы тяготения и приложенная к центру тяжести вытесненного объёма:

FA = ρg,

где FA – выталкивающая сила.

Необходимо помнить, что закон Архимеда справедлив только при наличии тяжести. В условиях невесомости он не выполняется.

Поведение тела, находящегося в жидкости или газе, зависит от соотношения между модулями силы тяжести Fт и архимедовой силы FA, которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:

1.      Fт > FA - тело тонет (уходит на дно);

2.      Fт < FA - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать или не упрется в "потолок";

3.      Fт = FA - тело плавает в жидкости или газе. Это возможно, если жидкость или газ имеют верхнюю границу.

4.5.              Уравнение Бернулли

Одно из важнейших уравнений гидромеханики было получено в 1738 году швейцарским учёным Даниилом Бернулли. Ему впервые удалось описать движение несжимаемой идеальной жидкости (силы трения между элементами идеальной жидкости, а также между идеальной жидкостью и стенками сосуда отсутствуют). Уравнение Бернулли имеет вид:

р + ρv2 + ρgh = const.

где p – давление жидкости,

v – скорость движения.

Согласно уравнению Бернулли, в случае установившегося течения, для которого не имеют существенного значения все другие характеристики текущей среды, кроме плотности (удельного веса), полный напор одинаков во всех поперечных сечениях трубки тока. Если к отверстию в стенке трубы присоединить манометрическую трубку, то жидкость в такой трубке поднимется на высоту, равную гидростатическому напору. Если манометрическую трубку выставить навстречу потоку, то жидкость в манометре поднимется на дополнительную высоту, равную скоростному напору. Трубка, имеющая одновременно торцевое и боковые манометрические отверстия, называется трубкой Пито и используется для определения скорости течения по измеренному скоростному напору. Трубки Пито входят в комплект измерительного оборудования всех самолетов, а также широко применяются для измерений скорости течения в трубопроводах, вентиляционных воздуховодах, в аэро- и гидродинамических трубах.

5.      Реальная жидкость

Реальная жидкость обладает вязкостью, упругостью, теплопроводностью.

Вязкость проявляется в том, что в ней существует внутреннее трение. Два соприкасающихся элемента жидкости, двигающиеся в одной и той же плоскости, но с разными скоростями, воздействуют друг на друга.  Сила взаимодействия ускоряет медленно движущийся элемент жидкости и замедляет более быстрый. Причиной ее является диффузионный обмен импульсами между соседними участками объема жидкости или необходимость выполнения работы для разрыва временных молекулярных связей между молекулами разных слоев жидкости.

Упругость проявляется в том, что при изменении давления изменяется ее плотность. Наличие упругости приводит к тому, что в жидкости будут возможны волновые движения с определенной скоростью.

Наличие теплопроводности проявляется в зависимости ее плотности и давления от температуры и наличии переноса тепла от более нагретых участков к более холодным.

5.1.              Уравнение вязкого трения Ньютона

Ньютон предположил, что величина этой силы (сила внутреннего трения) пропорциональна разности скоростей элементов жидкости. Закон вязкого трения Ньютона гласит, что сила внутреннего трения F пропорциональна изменению скорости жидкости v в направлении, перпендикулярном движению, и зависит от площади S соприкосновения элементов жидкости. Коэффициент пропорциональности в нём называется коэффициентом динамической вязкости (η).

Жидкости, в которых внутреннее трение подобным образом зависит от изменения скорости, называются жидкостями с линейной вязкостью, или ньютоновскими жидкостями. В более строгой формулировке линейная зависимость вязкого трения от изменения скорости движения жидкости называется уравнением Навье-Стокса. Оно учитывает сжимаемость жидкостей и газов и справедливо не только вблизи поверхности твёрдого тела, но и в каждой точке жидкости. Любые газы, для которых выполняется условие сплошности, подчиняются уравнению Навье-Стокса, т. е. являются ньютоновскими жидкостями.

5.2.              Число Рейнольдса

Вязкость жидкости и газа обычно существенна только при относительно малых скоростях, поэтому гидродинамика Эйлера – это частный предельный случай больших скоростей гидродинамики Стокса. При больших скоростях, когда вязкость перестаёт играть существенную роль, сопротивление тела пропорционально квадрату скорости. Критерий, при котором вязкость перестаёт играть существенную роль, называется числом Рейнольдса. Это число определяется формулой

.

Число Рейнольдса – безразмерная величина, которая характеризует относительную роль сил вязкости.

6.      Аморфное вещество

Аморфное вещество и тело – это среднее между жидкостью и твердым телом, очень вязкое, но все же текучее вещество, обладает также свойствами твердого тела – модулем упругости на сжатие и смещение для малых времен реакции Δt trel, но значительно больших по сравнению с жидкостями. Плотность аморфного вещества практически равна плотности ее плотной упаковки. Аморфные твёрдые тела (например, стекла), с современной точки зрения, являются переохлажденными Ж. и отличаются от обычных Ж. только численными значениями кинетических характеристик (существенно большей вязкостью и др.).

Аморфные вещества (тела) не имеют кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием кристаллических граней, как правило — изотропны, то есть не обнаруживают различных свойств в разных направлениях, не имеют определённой точки плавления. К аморфным веществам принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы, клеи и др. Стекло — твердотельное состояние аморфных веществ. Разновидностями аморфных веществ являются пасты, гели, стекловидные тела, псевдопластики, вискоэластики. Движение таких веществ изучается наукой реология - разделом физики, изучающей деформации и текучесть вещества.

Аморфные вещества могут находиться либо в стеклообразном состоянии (при низких температурах), либо в состоянии расплава (при высоких температурах). Аморфные вещества переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования Tс. При температурах свыше Tс, аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии. Вязкость аморфных материалов — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества.

Уравнение движения вязкой жидкости зависит от двух параметров – давления p (плотности) и вязкости σ:

σij = –pδij + σ'ij,

(5)

где σ'ii = 0.

7.      Твердая среда

Из Википедии:

Твердая среда – это сплошная среда, состоящая из атомов, в общем случае разнородных (сплавы), находящихся на малом расстоянии друг от друга в состоянии относительного равновесия в периодическом потенциальном поле кристаллической решетки. Плотность твердого вещества практически равна плотности ее плотной упаковки. Основа взаимодействия в твердых телах та же, что и в жидкости – взаимодействие через поля межмолекулярных взаимодействий на малых расстояниях между атомами вещества и изучается такой дисциплиной, как физика твердого тела (вещества). Обладает всеми видами упругости – продольной и поперечной. Твердые вещества обычно находятся в кристаллическом состоянии, потому что атомы находятся в потенциальных ямах сил взаимодействия между атомами, имеющих периодическую структуру, и совершают колебательные движения вблизи этих ям.

Наличие вязкости твердой среды проявляется в ее текучести при приложении к нему достаточно больших давлений. Но в это состоянии твердая среда скорее всего проявляет уже свойства жидкости или, точнее, даже аморфной среды. Особенностью этой "текучести" является возможность возврата в некоторое близкое состояние в недалеком прошлом. В своем "твердом" состоянии вязкость отсутствует.

Идеальная твердая среда имеет как объемный модуль упругости, так и модули поперечной упругости. В предельном случае идеальная твердая среда несжимаема, что означает, что идеальная твердая среда не упруга для продольных движений. Это также означает отсутствие продольных волновых движений и возможность только замкнутых вихревых линий движения в твердой среде. Но поперечная упругость при этом может существовать и определять поперечные волновые движения в ней.

Твердое тело - основной материал, используемый человеком. От кремнёвых орудий неандертальца до современных машин и механизмов - во всех технических приспособлениях, созданных человеком, используются различные свойства твердого тела. Если на ранних ступенях развития цивилизации использовались механические свойства твердого тела, которые непосредственно ощутимы человеком (твёрдость, масса, пластичность, упругость, хрупкость и т.п.), и твердое тело применялось лишь как конструкционный материал, то в современном обществе используется огромный арсенал физических свойств твердого тела (электрических, магнитных, тепловых и др.), как правило, не доступных непосредственному человеческому восприятию и обнаруживаемых только при лабораторных исследованиях.

Если вдобавок малы градиенты температуры, то можно пренебречь и теплопроводностью, что и составляет приближение идеальной жидкости.

7.1.              Механические свойства

Основным свойством твердого тела является его способность 1) сохранять свою форму, 2) относительная гибкость и 3) пластичность.  Механические свойства твердого тела (реакции на внешние механические воздействия - сжатие, растяжение, изгиб, удар и т. д.) определяются силами связи между его структурными частицами. Многообразие этих сил приводит к разнообразию механических свойств: одни твердые тела пластичны, другие хрупки, третьи пластичны. Обычно металлы, в которых силы связи определяются коллективным действием электронов проводимости, более пластичны, чем диэлектрики; например, деформация Cu при комнатной температуре в момент разрыва достигает нескольких десятков %, а NaCl разрушается почти без деформации (хрупкость). Механические характеристики изменяются с температурой, например с повышением температуры пластичность обычно увеличивается. У большинства твердых тел реакция на внешнее механическое воздействие зависит от его темпа: хрупкое при ударе твердое тело может выдержать значительно большую статическую нагрузку.

При небольших статических нагрузках у всех твердых тел наблюдается линейное соотношение между напряжением и деформацией (Гука закон). Такая деформация называется упругой. Упругая деформация обратима: при снятии напряжения она исчезает. Для идеального монокристалла (без дефектов) область обратимой деформации наблюдалась бы вплоть до разрушения, причём предел прочности должен был бы соответствовать силам связи между атомами. При больших нагрузках реакция реального твердого тела существенно зависит от дефектности образца (от наличия или отсутствия дислокаций, от размеров кристаллических зёрен и т. п.) - разрушение начинается в самых слабых местах. Дислокация - наиболее подвижный дефект кристалла, поэтому именно дислокации в большинстве случаев определяют его пластичность. Появление (рождение) и перемещение дислокации - элементарные акты пластичности.

Следствием гибкости твердого тела является возвращение к первоначальной геометрии после снятия докритических силовых воздействий на нее. Для упругой изотропной среды σij = λδijεkk + 2μεij. Первый член дает давление от объемной деформации, второй член – от деформации сдвига (скольжения слоев с.с. друг относительно друга вдоль выделенного направления на плоскости скольжения). Уравнение движения упругой изотропной среды зависит от трех параметров – давления, модуля жесткости объемной и сдвиговой деформации:

ρdvi/dt= Fi + [(λ+μ)vk,ki + μvi,kk].

(6)

Для упругой не изотропной среды σij = σji. У него имеется 6 независимых параметров тензора напряжений – 3 по взаимно перпендикулярным осям, и 3 – сдвиговые напряжения по трем плоскостям.

Твердая среда обычно обладает достаточно идеальными свойствами для волновых движений. В частности, соблюдается принцип суперпозиции. Но эта идеальность нарушается различными не идеальностями структуры кристаллической  решетки и тепловыми колебаниями атомов в узлах кристаллической решетки, на которых происходит рассеивание волн.

В структуре твердого вещества имеются в той или иной мере нарушения идеальной кристаллической структуры. Основные виды нарушений – одиночные (узельные), линейные, плоские и объемные дефекты (вакансии и вкрапления). Вокруг этих нарушений существуют дефектные поля. Реальные твердые среды обладают свойством текучести (пластическая деформация) при поперечных и/или продольных усилиях, больших, чем связи между атомами.

7.2.              Тепловые свойства твердого тела

У большинства твердых тел теплоёмкость С при комнатных температурах приближённо подчиняется Дюлонга и Пти закону: С = 3R кал/моль (R - газовая постоянная). Закон Дюлонга и Пти - следствие того, что за тепловые свойства твердого тела при высоких температурах ответственны колебательные движения атомов, подчиняющиеся закону равнораспределения (средняя энергия, приходящаяся на одну колебательную степень свободы, равна kT). Наблюдаемые при высоких температурах отклонения от закона Дюлонга и Пти объясняются повышением роли ангармонизма колебаний. Понижение температуры приводит к уменьшению теплоёмкости; благодаря квантовому "замораживанию" средняя энергия колебания Ek, определяемая выражением: , меньше kT. При самых низких температурах часть теплоёмкости, обусловленная колебаниями решётки, С ~ T3. Колебательная часть теплоёмкости твердого тела может быть представлена как теплоёмкость газа фононов.

Теплопроводность зависит от типа твердого тела. Металлы обладают значительно большей теплопроводностью, чем диэлектрики, что связано с участием электронов проводимости в переносе тепла (см. ниже). Теплопроводность - структурно чувствительное свойство. Коэффициент теплопроводности зависит от кристаллического состояния (моно- или поликристалл), наличия или отсутствия дефектов и т. п.

8.      Сыпучие среды

Сыпу́чее те́ло — одна из разновидностей cплошной среды, состоящая из множества отдельных макроскопических твёрдых частиц, теряющих механическую энергию при контактном взаимодействии друг с другом. Физика сыпучего тела относится к физике мягкого вещества и рассматривает вопросы статики и динамики сыпучих тел. На практике это может касаться случаев песка, грунтов, зерна, цемента и т. д.

Сыпучие среды состоят из отдельных элементов – «песчинок», которые взаимодействуют между собой только контактно, имеют некоторый индивидуальный объем и форму и не взаимодействуют без контакта. Сыпучие вещества практически существуют только при наличии гравитации и находятся в состоянии устойчивой достаточно плотной упаковки, поддерживаемой за счет контактных сил (трения). При этом они обладают определенной плотностью и сопротивляются ее увеличению, но практически не могут сопротивляться ее уменьшению.

При превышении внешними силами сил внутреннего трения происходит достаточно легкое движение объема с.с. вблизи от ее внешней границы. Движение внутренних объемов затруднено в силу взаимной объемной фиксации положения песчинок силами трения за счет гравитационного давления.

Сыпучие среды, подобно жидкости и газу, могут оказывать давление на боковую поверхность, но для такого давления не выполняется закон Паскаля, утверждающий, что давление в любом месте покоящейся жидкости или газа по всем направлениям одинаково, и это давление одинаково передается по всему объему жидкости или газа.

В практическом плане изучение сыпучих сред позволяет производить расчеты:

·         оснований сооружений на прочность,

·         откосов на устойчивость,

·         определение давления сыпучего тела:

·         на подпорные стены,

·         на стенки хранилищ,

·         на заглубленные сооружения и др. вопросы.

Для облегчения проведения практических расчетов используются вспомогательные таблицы и графики.

9.      Поля взаимодействия

Поля взаимодействия – это особый вид материи, через которые взаимодействуют м.о. друг с другом и сами поля между собой. Поля бывают свободные, не связанные с каким-либо объектом (например, м.т.), и связанными с материальным объектом. Обычно эти поля 4–мерны, в том смысле, что зависят и от пространственных координат, и от времени. Свободные поля имеют нулевой квадрат полного 4-импульса, т.е. вся энергия такого поля скрывается в его импульсе. Например, для свободного электромагнитного поля (фотона) E2 = p2c2.

Поля обладают свойством непрерывности и являются неразрывными средами. Этим они отличаются от реальных с.с. Например, при u/∂t = 0 стационарное гравитационное поле напряженности Ei м.т. с массой m подчиняется уравнению неразрывности:


Электромагнитное поле

Электромагнитный потенциал Ai покоящейся заряженной частицы имеет только скалярную (временную) составляющую и поэтому тоже обладает свойством неразрывности:

Это  верно и для движущейся заряженной частицы. Сама сплошная среда может рассматриваться как фоновое силовое поле, через которое взаимодействуют м.о.

В силу того, что электромагнитное поле имеет плотность энергии-импульса в произвольной точке пространства-времени, т.е. она материальна, можно считать ее особой сплошной средой.

 

9.1.              Гравитационное поле

Можно различать классическое скалярное гравитационное поле, подчиняющееся закону всемирного тяготения Ньютона, гравитационное поле векторного (электромагнитного) типа специальной теории относительности Эйнштейна типа и тензорное биметрическое гравитационное поле общей теории относительности Эйнштейна.

В силу того, что эти поля оказывают реальное силовое действие на движения материальных объектов, имеющих массу и энергию (элементарных частиц), а в евклидовом приближении Пространства, в котором они работают, имеют энергию и импульс, можно считать их особой сплошной средой и что они сами (поля) материальны.

9.2.              Эфир

До конца XIX в. в физике господствовало мнение, что все доступное Пространство заполнено особой всепроникающей средой – эфиром. Особенно это укрепилось в связи  с открытием электромагнитного взаимодействия, в частности – электромагнитных волн. Считалось, что электромагнитные волны распространяются в эфире. В связи с обнаружением эффектов, не совместимых с теорией распространения электромагнитных волн в эфире ее свойства усложнялись, появлялись гипотезы о ее увлечении веществом, и т.д. Вот одно из видений эфира и его свойств.

"Видимое пространство заполнено эфирной средой. Эфир представляется как всепроникающая среда, состоящая из частиц двух равных, но противоположных по знаку, видов. Эфир обладает определенными электромагнитными плотностью и упругостью. Под влиянием внешних физических тел и электромагнитных полей эфирная среда может быть деформирована и ее плотность в различных точках может быть различной. Эфирная среда может испытывать статические и динамические, сдвиговые, скручивающие, крутильные деформации. Она является основой для распространения электромагнитных колебаний и передачи гравитационных воздействий физических тел друг на друга. Физические тела (элементарные частицы, газы, жидкости, твердые тела, плазма и др.) размещаются в пространстве и эфирной среде. Они проницаемы для эфирной среды. Гравитационное воздействие одного физического тела на другое осуществляется посредством эфирной среды. Динамические процессы в эфирной среде и движения физических тел могут быть зафиксированы во времени. Время локально, необратимо, одномерно, однонаправлено, - от прошлого к будущему".

Есть много разновидностей эфира с различными свойствами.

9.3.              Вакуум

Вакуум является объектом изучения квантовой механики и теорий взаимодействия элементарных частиц. Вакуум является состоянием Пространства с наименьшей энергией. В ней происходят процессы рождения, взаимодействия и исчезновения виртуальных элементарных частиц. Вакуум оказывает влияние на процессы взаимодействия реальных элементарных частиц. Вакуум в среднем нейтрален, но вблизи элементарных частиц может быть поляризован. Поляризованность означает, что сопряженные виртуальные элементарные частицы в среднем оказываются синхронно разнесенными друг от друга на достаточно больших расстояниях от затравочной элементарной частицы

 

 

Ссылка на этот материал: vidy_sploshnoj_sryedy.htm)

- - - ВЫ МОЖЕТЕ ОСТАВИТЬ ПЕРВЫЙ КОММЕНТАРИЙ! - - -


Введите логин:      Введите эл.адрес:

Введите пароль:    Ваш телефон:        

Введите Ваш комментарий:
Формулы:

(возможно использование BB-кодов для оформления комментария и кодов LaTeX для ввода формул)

Решите пример: 20 to increase on 0 =

---Load files---
Сегодня - 18_08_2019
Время переоткрытия сайта 17 ч 17 м по Гр.
Календарь
на АВГУСТ месяц 2018 г.
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1; 2; 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 1
(8 431)

---Load files---

---Load files---

© Все права защищены 2017-2019 При использовании материалов сайта ссылка на http://lowsofphisics.ru обязательна.

В НАЧАЛО
КОММЕНТ
В КОНЕЦ
U:14 V:25
Уникальных посетителей: 14 Просмотров: 25