Гидромеханика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Механика сплошных сред
BernoullisLawDerivationDiagram.svg
Сплошная среда
См. также: Портал:Физика

Гидромеханика — прикладной раздел механики сплошных сред, изучающий движение жидкости, условия её равновесия и взаимодействия с разнообразными твёрдыми телами, поверхностями или препятствиями, которые смачиваются или омываются ею.

Общие сведения[править | править код]

Считается, что гидромеханика включает в себя два основных раздела: гидростатику и гидродинамику. Ранее под гидромеханикой понималась вся гидроаэромеханика целиком, включая проблематику равновесия и движения сжимаемых сред, в XX веке наука о движении газов и сжимаемых жидкостей выделилась в отдельную отрасль гидроаэромеханики, которая стала называться газовой динамикой[1].

Гидромеханика изучает законы равновесия и движения жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и твёрдыми телами. При проведении исследований используются различные предположения, упрощения и экспериментальные данные, причем, оперируя определенными усреднёнными величинами, как правило, пытаются оценивать только принципиальные параметры явления; в результате получают возможность решать с помощью относительно простых приближенных эмпирических методов относительно сложные практические задачи механики жидкостей.

Другое название — механика жидкостей.

Кроме того, в область изучения гидромеханики как науки входит взаимодействие между жидкостью и телами, погружёнными в жидкость полностью либо частично, а также движущимися в жидкости.

В механике водонасыщенных горных пород гидромеханика — научное направление, изучающее основы механики водонасыщенных горных пород по проблемам гидрогеологии и инженерной геологии. Базируется на теории механики грунтов и геофильтрации.

Исторический очерк[править | править код]

Появление прикладного интереса к проблематике современной гидромеханики задокументировано ещё с античности. Например, греческий учёный Архимед в своём трактате о плавающих телах сформулировал первые принципы гидростатики[2].

В середине XV века итальянский изобретатель Леонардо да Винчи занимался исследованием течения воды в каналах через водосливы и отверстия. Этот комплекс работ заложил фундамент экспериментальным методам в гидравлике. Итальянец Галлилео Галлилей и француз Блез Паскаль уделили много внимания вопросам гидростатики, фактически занимаясь развитием идей Архимеда. Итальянский математик Эванджелиста Торричелли создал и обосновал математическое выражение для скорости жидкости, вытекающей из отверстия — формулу Торричелли. Английский физик Исаак Ньютон вывел положения о внутреннем трении в потоке движущейся жидкости[2]. Благодаря усилиям швейцарского физика Даниилa Бернулли и немецкого математика Леонарда Эйлера были созданы уравнения движения идеальной жидкости общего вида, что де факто положило начало теоретической гидромеханике. Однако в то время попытки применять эти уравнения давали приемлемые результаты только при решении узкого круга задач[2].

В конце XVIII века благодаря экспериментальным усилиям многих инженеров и исследователей появилось большое количество эмпирических формул, что увеличило разрыв между практической и теоретической частями гидродинамики. Однако исследование структуры потока жидкости привело к формированию в конце XIX века новых подходов к изучению течения жидкости, что позволило уменьшить эти противоречия. Значительный объём работы по тонким экспериментам с внутренним трением в процессе ламинарного движения жидкости был выполнен русским военным учёным Николаем Петровым. Исследования британского физика Осборна Рейнольдса позволили расширить понимание переходных процессов от ламинарного движения к турбулентному и разобраться в феномене гидравлического сопротивления[2].

Вслед за этим комплекс работ русского механика Николая Жуковского и немецкого физика Людвига Прандтля вывели понимание ряда фундаментальных проблем на новый уровень. В частности, их усилия позволили создать так называемые полуэмпирические теории турбулентности, которые нашли всемирное признание и практическое применение[2].

Примечания[править | править код]

  1. Гидромеханика // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  2. 1 2 3 4 5 Андрижиевский, 2014, Исторические сведения, с. 6.

Литература[править | править код]

См. также[править | править код]

Ссылки[править | править код]