Сұйықтың қозғалысы

Бұл бөлімде сұйықтар мен газдардың механикасының негізгі түсініктері қарастырылады. Қатты денелер сияқты, сұйықтар мен газдардың қозғалысын да кинематикалық және динамикалық тұрғыдан сипаттауға болады.

Газдар мен сұйықтардың қасиеттері көп жағдайда ұқсас болғандықтан, олар жиі бірге қарастырылады. Тек газдардың сығылғыштығы маңызды рөл атқаратын жағдайларда ғана газдар жеке талданады. Сондықтан сұйықтарға қатысты айтылған қағидаларды көп ретте газдарға да қолдануға болады.

Кинематикалық тұрғыдан сұйықтың қозғалысын оның әрбір бөлшегінің қозғалысы арқылы сипаттаймыз: әр бөлшек белгілі бір санау жүйесіне қатысты өзіне тән жылдамдық векторымен қозғалады. Осылайша, сұйықтың қозғалысы жылдамдық векторларының өрісі ретінде қарастырылады.

Қозғалысты тереңірек түсіну үшін екі маңызды ұғым енгізіледі: ағын сызықтары және ағын түтігі.

Көптеген есептерде сұйықты сығылмайды деп алып, қабаттардың бір-біріне қатысты орын ауыстыруы кезінде үйкеліс күштері (тұтқырлық) болмайды деп жорамалдаймыз. Осындай сығылмайтын әрі тұтқырлығы жоқ сұйық идеал сұйық деп аталады.

Бұл — нақты сұйықтарға толық дәл келмейтін, бірақ көптеген жағдайларда пайдалы жақындау беретін модель.

Кеңістіктегі әр нүктеде жылдамдық векторына жанама бағыттас болатындай етіп сызықтар жүргізейік. Осындай сызықтар ағын сызықтары деп аталады: олардың әрбір нүктесіндегі жанама сол нүктедегі сұйық бөлшегінің жылдамдық бағытына дәл келеді.

Әдетте ағыс күшті аймақта ағын сызықтары жиі, ал ағыс бәсең аймақта сирек салынады.

Ағын сызықтарымен шектелген сұйық бөлігін ағын түтігі деп атайды. Ағын түтігінің белгілі бір қимасындағы бөлшектер қозғалыс кезінде түтіктің шекарасынан шығып кетпейді, және сырттан түтік ішіне бөлшектер енбейді.

Ағын түтігі бойымен сұйық үздіксіз ағып тұрса, онда қозғалыс сұйық массасының сақталу заңына бағынады.

Қалыптасқан ағын үшін сұйықты сығылмайды деп есептесек, онда ағын түтігінің әр түрлі қималарынан өтетін көлем бірдей болады: S₁v₁ = S₂v₂.

Егер тығыздық ағын түтігінің барлық жерінде өзгермейді деп алсақ, онда қорытынды қысқа түрде жазылады:

Демек, сығылмайтын және тұтқыр емес сұйық үшін берілген ағын түтігінде жылдамдық пен көлденең қиманың көбейтіндісі тұрақты болып қалады.

Егер сығылмайтын тұтқыр емес сұйық құбырмен стационар ағып тұрса, құбырдың ішкі көлемін ағын түтігі ретінде қарастыруға болады. Үзіліссіздік теңдеуі бойынша:

• құбырдың жуан бөлігінде сұйық баяу ағады (жылдамдық аз);
• құбырдың жіңішке бөлігінде сұйық тезірек ағады (жылдамдық артады).

Егер ағын түтігі ағыс бағыты бойынша біртіндеп жіңішкере берсе, тарлау жерде жылдамдық өсіп, үдеу пайда болады. Осы үдеуді қамтамасыз ету үшін тарлау бөлікке келіп жеткен сұйыққа кеңірек бөліктегі сұйық тарапынан күш әсер етеді.

Бұл күш сұйықтың әр түрлі бөліктеріндегі қысым айырмасынан туындайды. Күш тар бөлікке қарай бағытталғандықтан, құбырдың жуан жеріндегі қысым жіңішке жеріндегі қысымнан үлкен болады.