Что такое вес жидкости
Что такое вес жидкости
Жидкости. В природе различают четыре вида состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазменное. Основное отличие жидкостей от твердых тел заключается в их текучести, т.е. способности легко принимать форму сосуда, в который жидкость поместили, при этом объем жидкости не изменяется. Газ тоже обладает текучестью, но при этом занимает любой предоставленный ему объем. В сосудах жидкость образует свободную поверхность, а газ аналогичной поверхностью не обладает. Однако с точки зрения механики и жидкость, и газ подчиняются одним и тем же закономерностям в случае, если сжимаемостью газа можно пренебречь. Поэтому в гидравлике под термином «жидкость» понимаются и собственно жидкости (которые часто называют капельными жидкостями), и газы (газообразные жидкости).
Основные свойства жидкости (при рассмотрении задач механики жидкости) — это плотность, способность изменять свой объем при нагревании (охлаждении) и изменениях давления, вязкость жидкости. Рассмотрим каждое из свойств жидкости подробнее.
Плотность жидкости. Плотностью жидкости ρ называется ее масса, заключенная в единице объема:
где m — масса жидкости; W — объем жидкости.
Так как вода является наиболее распространенной в природе жидкостью, в качестве примера количественного значения параметра, определяющего то или иное свойство жидкости, будем приводить значение рассматриваемого параметра для воды.
Удельный вес. Удельный вес γ — это вес жидкости, приходящийся на единицу объема:
где G — вес жидкости в объеме W.
Плотность и удельный вес связаны между собой соотношением
где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с 2 ).
Температурное расширение. Это свойство жидкости характеризуется изменением объема при изменении температуры, которое определяется температурным коэффициентом объемного расширения жидкости βt:
| Знак Δ означает разницу между начальной величиной и конечной величиной. То есть ΔW=Wконечный-Wначальный |
для воды,при t=20 °С βt = 0,00015 [1/°С].
Сжимаемость. Это свойство жидкости менять свой объем при изменении давления, которое характеризуется коэффициентом объемного сжатия βp :
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости жидкости Е и определяется по формуле:
для воды E=2×10 9 Па.
Вязкость жидкости — свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Это свойство проявляется только при движении жидкостей. Вязкость характеризует степень текучести жидкости. Наряду с легко подвижными жидкостями (вода, спирт, воздух и др.) существуют очень вязкие жидкости (глицерин, машинные масла и др.).
Вязкость жидкости характеризуется динамической вязкостью μ.
И. Ньютон выдвинул гипотезу о силе трения F, возникающей между двумя слоями жидкости на поверхности их раздела площадью ω, согласно которой сила внутреннего трения в жидкости не зависит от давления, прямо пропорциональна площади соприкосновения слоев ω и быстроте изменения скорости в направлении, перпендикулярном направлению движения слоев, и зависит от рода жидкости.
Пусть жидкость течет по плоскому дну параллельными ему слоями
Вследствие тормозящего влияния дна слои жидкости будут двигаться с разными скоростями. Скорости слоев Показаны стрелками. Рассмотрим два слоя жидкости, середины которых расположены на расстоянии Δу друг от друга. Слой А движется со скоростью u, а слой В со скоростью u + Δu.
На площадке ω вследствие вязкости возникает сила сопротивления F. Согласно гипотезе Ньютона эта сила
коэффициент пропорциональности μ, в этой формуле и является динамической вязкостью, отношение Δu/Δy называется градиентом скорости.
Таким образом, динамическая вязкость является силой трения, приходящейся на единицу площади соприкосновения слоев жидкости при градиенте скорости, равном единице.
Размерность μ — Па • с.
Гипотеза И. Ньютона, представленная в формуле, экспериментально подтверждена и математически оформлена в дифференциальном виде
основоположником гидравлической теории смазки Н.П. Петровым и в настоящее время носит название закона внутреннего трения Ньютона.
В гидравлических расчетах часто удобнее пользоваться другой величиной, характеризующей вязкость жидкости, — ν:
Эта величина называется кинематической вязкостью. Размерность v — м 2 /с
Название «кинематическая вязкость» не несет особого физического смысла, так как название было предложено потому, что размерность v похожа на размерность скорости.
Вязкость жидкости зависит как от температуры, так и от давления. Кинематическая вязкость капельных жидкостей уменьшается с увеличением температуры, а вот вязкость газов, наоборот, возрастает с увеличением температуры. Кинематическая вязкость жидкостей при давлениях, встречающихся в большинстве случаев на практике, мало зависит от давления, а вязкость газов с возрастанием давления уменьшается.
Вязкость жидкости измеряют с помощью вискозиметров различных конструкций.
Жидкости, для которых справедлив закон внутреннего тяготения Ньютона, называют ньютоновскими. Существуют жидкости, которые не подчиняются закономерности формулам, к ним относятся растворы полимеров, гидросмеси из цемента, глины, мела и др. Такие жидкости относятся к неньютоновским.
Я кстати уже нашел формулы которые нужны сантехникам и инженерам, опишу их в других статьях. Пишите коментарии, я обязательно отвечу на ваши вопросы и постараюсь подкорректировать статьи под вашы нужды.
Определение массы и плотности жидкостей
где m — масса жидкости, г; V — ее объем, см3; р—плотность жидкости, г/см3.
Плотность жидкостей и растворов находят по справочным таблицам или определяют самостоятельно. В лабораторной практике наибольшее распространение получили два метода определения плотности: 1) определение степени погружения денсиметра з жидкость; 2) взвешивание жидкости в сосуде известного объема.
При определении плотности с помощью денсиметр а последний погружают в цилиндр с жидкостью, термостатированной при определенной температуре, обычно при 20 или 15 °С. (рис. 25).
Для измерения температуры жидкости используют термометр с ценой деления не менее 0,5°С: неточность в измерении температуры в 1°С дает ошибку в значении плотности до 0,1%. Шкала денсиметров проградупрозана непосредственно в единицах плотности. Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости.
Рис. 21. Определение плотности жидкости с помощью денсиметра.
Цена деления таких денсиметров 0,001 г/см3, а весь набор охватывает интервал плотностей от 0,700 до 1,840 г/см3. Иногда удобнее пользоваться приборами, шкала которых проградуирована в единицах концентрации для растворов определенных веществ. Такие приборы принято называть ареометрами.
В тех случаях, когда количество жидкости, находящейся в распоряжении экспериментатора, слишком мало, ее плотность определяют посредством пикнометров— небольших (от 1 до 100 мл) мерных колб.
На каждый находящийся в работе пикнометр должен быть нанесен номер титановым карандашом и заведена индивидуальная карточка, в которую закосят его точную массу (взвешивают чистый сухой пикнометр вместе с пробкой на аналитических весах) и значение «водной константы». Водная константа — эта масса воды в объеме пикнометра, приведенная к массе воды при 4 °С (температура, при которой плотность воды равна 1 г/см3).
С целью определения водной константы нового пикнометра его тщательно моют и заполняют предварительно прокипяченной (для удаления растворенного воздуха) дистиллированной водой немного выше метки.
Наполненный пикнометр выдерживают в течение 20 мин в водяном термостате при 20°С, после чего с помощью капилляра или тонких полосок фильтровальной бумаги отбирают лишнюю воду, доводя ее уровень в шейке пикнометра до метки по нижнему краю мениска. Верхнюю часть шейки пикнометра и шлиф протирают досуха кусочком фильтровальной бумаги, закрывают пикнометр пробкой, тщательно вытирают его снаружи, обсушивают 20—25 мин, после чего взвешивают на аналитических весах. Вычитая из массы пикнометра с водой массу сухого пикнометра получают массу воды в объеме пикнометра при 20 °С. Частное от деления полученного значения на 0,99823 г (масса 1 мл воды при 20 °С) и есть водная константа пикнометра.
При определении плотности какой-либо жидкости проделывают тс же операции, что и при определении водной константы. Для вычисления относительной плотности вещества d массу жидкости в объеме данного пикнометра делят на величину его водной константы
Как найти массу жидкости: формулы для расчета, пояснения, примеры
Содержание:
Все замечали, что разные вещества, занимающие один объем, весят по-разному. Ведёрко воды весит меньше, чем песка или камней. Вес тела зависит от его плотности – концентрации вещества в единице объема. Рассмотрим связь между этими величинами, способы, как найти массу воды в физике, зная её объём.
Что такое плотность
На плотность жидкостей заметное влияние оказывает температура: при охлаждении концентрация в единице объёма увеличивается, при нагревании вещество становится менее плотным.
Здесь есть исключения – вода. Её вес, вязкость достигают пика при температуре 4 °C, при охлаждении и нагревании они снижаются. Лёд получается легче, чем вода, поэтому он образовывается на поверхности водоёмов, на дно не опускается.
При измерении плотности пористых, сыпучих материалов указывается его:
Плотность при переходе вещества между фазовыми состояниями обычно изменяется скачкообразно, наибольшая разница наблюдается при испарении твёрдых веществ – сублимации.
Формула массы жидкости
Все ли знают, как найти массу газа через давление и занимаемый им объем? Для этого пользуются формулой Клапейрона-Менделеева:
Для вычисления массы необходимо провести ряд математических операций: разделим обе части уравнения на ρV, затем – умножим на m, получим:
Рассмотрим, как найти объем детали, погруженной в жидкость, используя приведённую формулу.
Задачи
Объём цилиндра вычисляется по формуле: V = Sосн * H. Найдём площадь основания:
Далее вычисляем занимаемый водой и деталью объём:
Далее рассмотрим, как найти массу жидкости, зная её вес, объём.
Вычислим вес 5-литровой бутыли подсолнечного масла.
Плотность жидкости
Что такое плотность жидкости
Плотность жидкости — это отношение массы жидкости к объёму, который она занимает.
Если две жидкости одинаковой массы налить в сосуды, то их объемы будут разниться. Причина этому — плотность, т.е. расстояние между молекулами и атомами, образующими внутреннее строение. Эта величина скалярная и обозначается буквой ρ. В литературе можно встретить и другие обозначения, например D и d (в переводе с латинского densitans).
Понятие плотности касается однородных веществ, в т.ч. в жидком состоянии. Если однородность отсутствует, говорят о средней плотности либо плотности в одной точке.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Обычная вода при температуре 4 0 С имеет максимальное ее значение — 1000 кг/м3. Многие жидкие продукты питания имеют близкое значение плотности. Например, обезжиренное молоко, раствор уксуса, вино. В то же время для сока из ананаса аналогичное значение составляет 1084, из винограда — 1361, апельсина — 1043 кг/м3. Пиво имеет плотность 1030 кг/м3.
Многие жидкости менее плотны, чем вода, это:
Как определить плотность жидкости
Математический расчет плотности жидкого вещества выглядит как частное от деления взятой массы на тот объем, который оно занимает.
Где m — масса жидкости, V — ее объем.
Единицей измерения плотности является кг/м3 (для системы СИ). Обозначение в системе CUC — г/см3.
Жидкость, представляющая собой смесь двух и более компонентов, имеет значение плотности, определяемой по формуле:
Существует деление жидкостей на:
Реальные, в свою очередь, подразделяются на:
Как влияют внешние воздействия на расчет
Понятие «плотность» зависимо от условий окружающей среды, в которых происходит ее измерение. По мере повышения либо понижения температуры плотность начинает постепенно уменьшаться. Например, плотность воды при температуре кипения составляет 958,4 кг/м3. Однако таким образом ведут себя не все жидкости. Многие, испытывая понижение температуры, увеличивают свою плотность.
Водка при 20°C имеет плотность 935 кг/м3, а при 80°C — 888; нафталин при 230°C — 865 кг/м3, при 320°C — 794 кг/м3; раствора сахара при 20°C — 1333 кг/м3, при 100°C — 1436 кг/м3. Значение аналогичных величин вынесены в специальные таблицы, которые носят справочный характер.
Для вычисления ρ при изменении температуры вещества применяется формула:
\(\rho t=\rho20\div(1+\beta t\times(t-20))\)
Существуют особенности изменения плотности при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Так, обычная вода при затвердевании уменьшает свою плотность. Касательно других жидкостей — при переходе в твердое состояние ρ чаще растет.
Для характеристики реакции жидкого тела на воздействие внешнего давления вводится термин — сжимаемость. Она высчитывается по формуле:
\(\beta w=\Delta W\div W\times\Delta p=1\div\rho\times(\Delta\rho\div\Delta p)\)
Где βw — коэффициент объемного сжатия, ΔW — разница в изменении объема, Δρ — изменение плотности, Δp — изменение объема.
Введена еще одна величина, имеющая отношение к сжимаемости. Это объемный модуль упругости (Еж).
Она обратна коэффициенту объемного сжатия и определяется по формуле:
В качестве единицы измерения выступает Па — паскаль. Для примера, Еж воды равняется 2 000 МПа.
Каким соотношением связаны плотность и удельный вес жидкости
Удельный вес жидкости (γ) — еще один параметр, от которого зависят ее свойства.
Удельным весом называется вес жидкости, заключенной в единице V (объема).
Нахождение его значения производится по формуле:
Где G — вес жидкости, V — объем.
Между удельным весом и плотностью жидкой среды существует прямая зависимость. Формула для определения удельного веса содержит равенство:
Отличием удельного веса от плотности является тот факт, что он зависит от места проведения измерений, в т.ч. от высоты над уровнем моря и географической широты.
Плотность и объемный вес жидкости
Плотность и объемный вес жидкости
Плотность и объемный вес жидкости. Плотность жидкости в определенной точке Называется предельное значение отношения масс Базовый БМ для объема [кг сек21м] l [l * 3] желание zts7 Точка (ноль) ：. Т. П-1П у = 4 Р К Г С Е**] −0 Предел веса Тара для этого объема называется объемной Вес： ？ = [noно. (2-8 Объем вес и плотность связаны ii Один. 1 0. 1 В8 Р 8. 7 Ш И фигура тоже. 2-3. Нефть. Измеритель. <Ареометр* Шпалы css： 2-термометр. = В (2-9 Где§ ускорение свободного падения. Для однородных текучих тел, плотности и косвенного веса Имеют одинаковое значение, независимо от значения.
Объем равен отношению массы m или вес часов всего тела Его объем определяется по формуле, т. е. До i7： П = З- (°2-1 Да. У» 7 ′ (2-11 Самый простой объемный вес^ [г / сл3] (сила г-грамма) и плотность Р [г! Smg] (г-грамм-масса) определяется с помощью гидрометра. Рисунок 1. 2-3. Показывает гидрометр нефтепродуктов под названием (ГОСТ 12y9 ′ 41 Измеритель плотности масла. Внутри таблицы. На рисунке 2-4 показаны значения нескольких аналогичных типов объемного веса Жидкое тело (см. Также таблицу 2 * 7).
Важнейшими характеристиками механических свойств жидкости являются ее плотность и удельный вес. Они определяют «весомость» жидкости. Людмила Фирмаль
Иногда удельный вес путают с плотностью, численное значение которой в единицах СИ совпадает с численным значением удельного веса, выраженного в единицах системы МКГСС. Людмила Фирмаль
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института