ТРЕНИЕ В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ

При движении двух соседних слоев жидкости между ними имеется идеальный контакт, неосуществимый при соприкосновении твердых поверхностей, как бы тщательно они не были отполированы. Однако молекулы более быстрого слоя увлекают за собой молекулы более медленного слоя, так как между ними действует молекулярное притяжение, и, в свою очередь, тормозятся ими. В этом причина вязкости или внутреннего трения в жидкостях. Итак, чем больше относительная скорость движения слоев, тем большая сила трения возникает между ними.

Максимальная сила трения возникает при движении между жидкостью и твердой поверхностью. Молекулярное притяжение между молекулами твердого тела и жидкости гораздо сильнее, чем между молекулами самой жидкости. В результате частицы жидкости на контакте со стенкой останавливаются и их скорость становится равной нулю (Рис. 4).

Эпюра скоростей в сечении потока жидкости

Величина силы вязкого (жидкостного) трения определяется, согласно закону Ньютона, следующим образом:

T = çh×wТР × du/dy ç,

(5)

где: h - динамический коэффициент вязкости жидкости;

w_ТР - поверхность соприкосновения трущихся слоев;

du/dy - градиент скорости.

В газах среднее расстояние между молекулами столь велико, что молекулярное притяжение не может вызвать трение между слоями газа, движущимися друг относительно друга. Если бы молекулы не вылетали за пределы этих слоев, то не было бы и трения. Но тепловое движение выбрасывает молекулы за пределы слоев. Попадая из быстрого слоя в медленный, молекулы при столкновениях ускоряют этот слой, а молекулы медленного слоя, проникая в быстрый, тормозят его. Появление ускорений означает появление сил. Однако в газах силы трения в сотни раз меньше, чем в жидкостях.

 

1 .3. СИЛЫ ТЯГОТЕНИЯ

Силы тяготения играют огромную роль в жизни нашей планеты. Без тяготения не существовали бы ни океаны воды, ни воздушный океан. Весь климат планеты определяется взаимодействием двух основных факторов: солнечной деятельности и земного притяжения.

Гравитация не только удерживает на Земле людей, животных, воду и воздух, но и сжимает их. Это сжатие у поверхности Земли не столь уж велико, но роль его немаловажна. Всем известно, что утонуть кораблю мешает знаменитая сила Архимеда. А ведь она появляется благодаря тому, что вода сжата тяготением с силой, увеличивающейся с ростом глубины.

Закон всемирного тяготения, открытый великим Ньютоном в 1682 году, гласит:

Сила взаимного притяжения любых двух тел, размеры которых гораздо меньше расстояния между ними, пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими телами.

Так, сила притяжения G между телом массой m и Землей равна:

G = g× m×M/ r2,

(6)

где М - масса Земли, g - гравитационная постоянная, r - расстояние от поверхности Земли до ее центра (радиус Земли).

Введем обозначение:

g×M /r² =g - ускорение свободного падения. Тогда:

 

G = m×g

(7)

Уравнение (7) подтверждает необыкновенное свойство гравитационных сил, установленное экспериментально: гравитационные силы сообщают всем телам одинаковое ускорение, которое не зависит ни от состава, ни от строения, ни от массы самих тел.

Сформулировав свой знаменитый закон всемирного тяготения, Ньютон поставил перед наукой глубочайший вопрос: что такое гравитация, какова ее природа, как передается взаимодействие между тяготеющими массами?

Сам Ньютон не мог объяснить природу тяготения вследствие состояния тогдашней науки, и только в 1916 году гений Альберта Эйнштейна и созданная им теория относительности позволили ответить на этот вопрос.