Методические указания к лабораторным работам по циклу "Гидромеханика"

Abstract

Гидроаэромеханика (механика жидкости и газа) — раздел механики, посвящённый изучению равновесия и движения жидких и газообразных сред и их взаимодействия между собой и с твёрдыми телами. Гидроаэромеханика - часть более общей отрасли механики — механики сплошных сред. Идеализированная модель сплошной среды (гипотеза сплошности) позволяет применять в гидромеханике математические методы, основанные на использовании непрерывных функций, в частности детально разработанную теорию дифференциальных и интегральных уравнений. При некоторых условиях (например, в случае сильно разреженных газов и плазмы, при свободном молекулярном течении) приходится отказаться от гипотезы сплошности и рассматривать средние характеристики движения большого числа частиц, пользуясь методами кинетической теории газов. Часть гидромеханики, в которой изучаемым телом являются несжимаемые (капельные) жидкости, называется гидромеханикой, я её другая часть, изучающая сжимаемые среды (газы, в том числе воздух), составляет предмет аэродинамики и газодинамики. Движение проводящих и магнитных жидкостей, а также достаточно плотной плазмы в присутствии электрических и магнитных полей изучается в магнитной гидродинамике и в соответствующих разделах газовой динамики. Законы движения и равновесия жидкостей (гидромеханика) представляют собой частный вид общих закономерностей, установленных для сжимаемых сред не реализующихся в случае, когда свойством сжимаемости можно пренебречь, т.е. считать плотность среды ρ во всех точках пространства постоянной и не зависящей от времени t. Исторически раньше по времени была изучена именно механика несжимаемой жидкости. Ещё в далёком прошлом были созданы такие относительно сложные азро- и гидромеханические устройства, как парус, весло, руль, насос. Стимулом к развитию механики, и в частности гидромеханики, послужило развитие мореплавания и военного дела. В 4 в. до н.э. Аристотель пытался объяснить движение тел в воздухе и воде. Он считал, что воздух, смыкаясь за летящим телом, толкает его вперёд и, следовательно, не создает сопротивления, а сам обладает двигательной силой. Впоследствии эта идея частично нашла выражение в парадоксе д'Аламбера — Эйлера. Архимед (3 в. до н.э.) открыл основной закон гидростатики и создал теорию равновесия жидкостей и устойчивости плавающих тел. Много механизмов, использующих жидкости и газы, изобрёл Герон Александрийский (1 в. н. э.). Упругость воздуха и пара он считал результатом соударения их мельчайших частиц, Леонардо да Винчи, изучая полёт птиц, открыл существование сопротивления среды и подъёмной силы. Блез Паскаль установил, что давление в данной точке жидкости действует с одинаковой силой во всех направлениях (закон Паскаля). Первое теоретическое определение законов сопротивления и попытка понять природу сопротивления принадлежат И. Ньютону (I. Newton). Он же первым обнаружил сопротивление, связанное с трением жидкости о поверхность тела («сопротивление трения»).