Разделы наук, связанных с жидкостями

История гидравлики

Развитие гидравлики связано с запросами практики:

- первые гидротехнические устройства;

- плавающие средства (плоты, лодки);

- изобретение таких сложных аэро- и гидромеханических устройств (парус, весло, руль, насос).

Слово гидравлика происходит от сочетания двух греческих слов ʋδωρ (хюдор) – вода и αυλοζ (аулос ) – труба, что свидетельствует о важности в прошлом вопросов, относящихся к движению жидкостей по трубам.

Главной проблемой Г. С самого её возникновения стало взаимодействие между средой и телом.

Из древних ученых нужно отметить греческого философа Архимеда (287 – 212 гг. до н.э.), открывшего основной закон гидростатики и создавшего теорию равновесия жидкостей (гидростатику). Труды Архимеда явились основой для создания ряда гидравлических машин, в частности, поршневых насосов.

Следующий этап развития Г. относится к эпохе Возрождения (16 – 17 вв. н.э.).

Леонардо да Винчи изучал движение тел в жидкости и газе. Он считал, что воздух, сжимаясь вблизи передней части тела, как бы “загустевает” и поэтому препятствует движению в нем тел. Сжимаясь под крылом птицы, воздух создает опору для крыла, благодаря чему возникает сила, поддерживающую птицу в полете.

Из ученых этого периода следует отметить Симона Стевина (1548 – 1620 гг.), Галилео Галилея (1564 – 1642 гг.), Эванджелиста Торричелли (1608 – 1647 гг.), Блеза Паскаля (1623 – 1662 гг.).

Теоретические основы Г. были созданы лишь в конце 17 и середине 18 вв. (мануфактурный период капитализма): Исаак Ньютон – закон сопротивления, Даниил Бернулли и Леонард Эйлер – создатели теоретической гидродинамики, Михаил Васильевич Ломоносов – законы сохранения материи и энергии.

В трудах французских ученых Жозефа Лагранжа, Огюстена Луи Коши и Луи Навье, немецких ученых Гюстава Кирхгофа и Германа Гельмгольца, английского ученого Джорджа Стокса, русских ученых Николая Егоровича Жуковского и Сергея Алексеевича Чаплыгина и др. были разработаны аналитические методы исследования течения идеальной жидкости. Эти методы были применены к решению множества важных задач:

- движение жидкостей в каналах различной формы;

- истечений струй из отверстий;

- движение твердых тел в жидкостях и газах;

- разработка теории волн, возникающих на поверхности жидкости.

Разработка гидротехники и машиностроения (смазка трущихся частей машины) привело к дальнейшим исследованиям вязких жидкостей, введению понятия пограничного слоя (немецкий ученый Людвиг Прандтль).

С помощью методов Г. была создана теория фильтрации через грунты, которая играет важную роль в гидротехнике, нефтедобыче, газофикации и др.

Запросы авиационной ( 1-ая четверть 20 в.) и ракетной (2-ая четверть 20 в.) техники стимулировали развитие аэродинамики и газовой динамики.

Современная Г. – разветвленная наука, состоящая из многих разделов и тесно связанная с другими науками, прежде всего с математикой и физикой.

Разделы наук, связанных с жидкостями

Гидроаэромеханика (гидро+аэро+механика) – раздел механики, посвященный изучению равновесия и движения жидких и газообразных сред и их взаимодействия между собой и с твердыми телами.

Гидромеханика (гидро+механика) - раздел механики, в котором изучается движение и равновесие практически несжимаемых жидкостей.

Гидромеханические процессы – это все процессы, которые определяются законами гидроаэромеханики.

Гидравлика [<гр. Hydraulikos водяной] – прикладная наука, изучающая законы движения и равновесия жидкостей, газов и паров и способы приложения этих законов для решения различных инженерных задач, т.е. по отношению к гидромеханике гидравлика выступает как инженерное направление, получающее решение многих задач о движении жидкостей, газов и паров на основе сочетания эмпирических зависимостей (установленных опытным путем) с теоретическими выводами гидромеханики.

Гидравлика состоит из 2-х разделов:

Аэродинамика - раздел гидроаэромеханики, изучающий процессы обтекания твердых тел жидкостями и газами. Процессы взаимодействия твердых тел с жидкостями и газами (при малых скоростях и температурах набегающего потока) описываются одними и теми же уравнениями. Прикладные задачи аэродинамики:

· определение сил, действующих на обтекаемое газом тело;

· распределение давления на поверхность тела;

· распределение скоростей в газе, обтекающем тело;

· расчёт вентиляции

Специальный раздел аэродинамики - аэродинамика самолёта занимается разработкой методов аэродинамического расчёта и определением аэродинамических сил и моментов, действующих на самолёт в целом и на его части - крыло, фюзеляж, оперение и т. д. К аэродинамике самолёта относят: расчёт устойчивости, балансировки самолёта, теорию воздушных винтов. Вопросы, связанные с изменяющимся нестационарным режимом движения летательных аппаратов, рассматриваются в специальном разделе - динамика полёта.

При больших скоростях (около - и сверхзвуковых) воздух начинает сжиматься и вести себя существенно иначе. Газовая динамика возникла как дальнейшее развитие аэродинамики для условий, существенно отличающихся от нормальных. Это, в первую очередь, скорости газовых потоков, близкие или превышающие скорость звука в газе, что приводит к появлению значительных перепадов давления и ударных волн. Другим примером являются процессы в газовых средах, сопровождающиеся экзотермическими (горение, взрыв) или эндотермическими (диссоциация) химическими реакциями: в этих случаях из-за изменения средней молекулярной массы газа и процессов энерговыделения модель идеального газа неприменима.

Гидротехника (гидро +техника) - отрасль науки и техники (прикладная наука), занимающаяся изучением водных ресурсов, их использованием для различных хозяйственных целей и борьбой с вредным действием вод при помощи инженерных сооружений. Являясь прикладной наукой, гидротехника опирается на ряд др. наук о воде — гидрологию, гидромеханику, гидравлику и ряд научных дисциплин инженерно-строительного цикла — инженерную геологию, механику грунтов, строительную механику, теорию упругости, строительные конструкции, технологию строительного производства и др.

Приложения законов гидравлики к изучению климата и погоды исследуются в динамической метеорологии.

С помощью методов гидравлики была создана теория фильтрации через грунты, которая играет важную роль в гидротехнике, нефтедобыче, газификации и пр.