1-мавзу. Фанга кириш. Суюқлик ва унинг физик хоссалари Режа

1.3. Cуюқлик ва унинг физик хоссалари
Суюлик қандай идишга солинса, ушбу идишнинг шаклини оладиган оқувчанлик хоссасига эга, яъни унинг маълум бир шакли йўқ бўлиб исобланади.
Барча суюқликлар ва газларнинг ҳаракатлари гидравлика қонунлари ёрдамида ўрганилади. Суюқликлар ва газларни бир-биридан ажратиш учун суюқликларни томчили суюқликлар, газларни эса эластик суюқликлар деб каралади. Бундан буён томчили суюқликлар қисқача суюқликлар дейилади. Сув ўзининг оқувчанлик ва сиқилмаслик хоссалари билан бошқа суюқликлардан ажралиб туради. Гидравликада суюқлик деганда оддий табиий сув назарда тутилади.
Гидравлика фанида назарий тадқиқотларни соддалаштириш мақсадида идеал суюқлик тушунчасидан фойдаланилади. Идеал суюқлик деб, босим ва температура таъсирида ўзининг ҳажмини мутлоқ ўзгартмайдиган ёки мутло сиилмайдиган, ўзгармас зичликга эга бўлган ва ички ишқаланиш кучи бўлмаган, ёпишмайдиган суюқликларга айтилади. Амалда қоҳлаган суюқлик босим ёки температура таъсирида оз бўлса ҳам ўз ҳажмини ўзгартади, уларда ички ишқаланиш кучлари пайдо бўлади. Демак, табиатда идеал суюқлик бўлмайди, яъни барча суюқликлар реал суюқликлар бўлиб ҳисобланади.
Тинч турган суюқликта уринма кучланиш бўлмайди, ҳаракатдаги суюқликларда эса - бўлади. Айтилганлардан қуйидаги хулоса келиб чиқади:
1) тинч ҳолатдаги суюқликлар урганилаётганда уларни идеал ва реал суюқликларга ажратиш зарурияти йўқ, чунки тинч турган ҳар қандай суюқликта уринма кучланиш бўлмайди;
2) реал суюқликлар ҳаракати урганилаётганда ички ишқаланиш кучини яъни ёпишқоқликти ҳисобга олишимиз шарт, чунки ёпишқоқлик ҳаракатдаги реал суюқликнинг асосий хоссаси бўлиб ҳисобланади.
Суюқликларнинг гидравликада ишлатиладиган асосий физик тавсифномалари – зичлик, солиштирма оғирлик, суюқликнинг иссиқликдан кенгайиши, суюқликнинг сиқилиши, ёпишқоқлик ва бошқалар бўлиб ҳисобланади.
1. Суюқликнинг зичлиги деб унинг ҳажм бирлигидаги массасига айтилади. Зичлик ρ ҳарфи билан белгиланади:
_{ρ = М/V, (1.4)}
бунда М-суюқлик массаси, кг; V-cуюқлик ҳажми, м3.
Баъзан амалиётда нисбий зичлик тушунчаси қўлланилади:
δ = ρ/ρ_сув, (1.5)
Нисбий зичлик деб суюқлик зичлигининг сувнинг 4⁰C ҳароратдаги ва нормал атмосфера босимидаги (P=760 мм симоб устуни) зичлигига нисбатига айтилади.
Айрим суюқликларнинг зичлиги қуйидаги 1.1-жадвалда келтирилган.
1.1-жадвал

Суюқлик тури	t, ^0C	ρ, кг/м^3	Суюқлик тури	t, ^0C	ρ, кг/м^3
Сув	0	997,87	Глицерин	20	1260
	4	1000,00	Керосин	15	790-820
	10	999,73	Веретин мойи	20	889
	20	998,23	Машина мойи	20	898
	30	995,67	Минерал мойи	15	890-960
	40	992,24	Трансформатор мойи	20	887
	50	988,07	Нефт	15	700-900
	60	982,96	Симоб	0	13596
	80	972,17		20	13546
	100	958,44	Скипидар	18	870
Денгиз суви	15	1020-1030	Метил спирти	15	810
Ацетон	15	790	Этил спирти	15-18	790
Бензин	15	680-740	Этил эфири	15-18	740

2. Суюқликларнинг ҳажм бирлигидаги оғирлигига солиштирма оғирлик деб аталади. Солиштирма оғирлик γ ҳарфи билан белгиланади:

γ = G/V, (1.6)
бунда G-суюқлик оғирлиги.
Масса билан оғирлик бир-бири билан қуйидагича боғликта бўлади:
Mg = G, (1.7)
M = G/g, (1.8)
бунда g-эркин тушиш тезланиши, м/с².
(1.7) тенгламадаги масса миқдори (1.4) тенгламага қўйилса, зичлик ва солиштирма оғирлик орасида қуйидаги боғликлик келиб чиқади:
γ =G/V (1.9)
бундан зичлик:
ρ = γ/g, (1.10)
Баъзи суюқликларнинг солиштирма оғирликлар қуйидаги 1.2-жадвалда келтирилган.
1.2-жадвал

Суюқлик тури	t, ^0C	γ, кН/м^3	Суюқлик тури	t, ^0C	γ, кН/м^3
Сув	0	9,80537	Глицерин	20	12,2364
	4	9,80665	Керосин	15	7,747-8,041
	10	9,80400	Веретин мойи	20	8,71811
	20	9,78929	Машина мойи	20	8,80637
	30	9,76419	Минерал мойи	15	8,728-9,414
	40	9,73035	Трансформатор мойи	20	8,69850
	50	9,68966	Нефт	15	6,864-8,825
	60	9,64519	Симоб	0	133,331
	80	9,53336		20	132,841
	100	9,40190	Cкипидар	18	8,53178
Денгиз суви	15	10,003-10,1	Метил спирти	15	7,94339
Ацетон	15	7,74725	Этил спирти	15-18	7,74725
Бензин	15	6,669-7,257	Этил эфири	15-18	7,25692

Зичлик ва солиштирма оғирлик ҳароратга боғлик равишда ўзгаради. Юқоридаги 1.1 ва 1.2-жадвалларда сув зичлиги ва солиштирма оғирлигининг ҳароратга боғлик ўзгариши келтирилган.

3. Суюқликларнинг иссиқликдан кенгайиши. Зичлик иссиқлик ўзгариши билан ўзгариб боради. Демак, иссиқлик ўзгариши билан ҳажм ҳам ўзгариб боради. Суюқликларнинг бу хусусиятларидан амалиётда фойдаланилади. Суюқликларнинг ҳажмий кенгайишини ифодалаш учун “ҳажмий кенгайиш ҳарорат коэффициенти” киритилган бўлиб, у қуйидаги формула билан ҳисобланади:
β_t = (1/W)•(∆W/∆t), (1.11)
бул жерде ∆W=W-W₀-исигандан кейинги ва бошланғич ҳажмлар айирмаси; ∆t=t-t₀ – худди шундай ҳароратлар айирмаси.
β_t – жуда кичик қиймат бўлиб, 1.3-жадвалда сувнинг ҳароратга боғлик ҳажмий кенгайиш коэффициенти келтирилган.
Сувнинг ҳажмий кенгайиш коэффициенти β_t , 1/⁰C
1.3-жадвал

Босим р, Па	^0C
	1-10	10-20	40-50	60-70	90-100
βt , 1/^0C	0,000014	0,000150	0,000422	0,000556	0,000719

4. Суюқликларнинг сиқилиши. Техника ва табиатда босим жуда катта бўлган ҳолатлар учрайди. Бунда суюқликларнинг умумий ҳажми катта бўлса, ҳажмнинг ўзгариши сезиларли миқдорга эга бўлади ва у ҳисобга олинади.
Суюқликларнинг сиқилишини ифодалаш учун ҳажмий сиқилиш коэффициенти тушунчаси киритилган. Босимни бир бирликга оширилганда суюқликнинг ҳажм бирлигида камайган миқдори ҳажмий сиқилиш коэффициенти дейилади ва у қуйидаги формула билан ҳисобланади:
β_P = - (1/W)•(∆W/∆p), (1.12)
 бу ерда ∆p=p-p₀ -ўзгарган ва бошланғич босимлар айирмаси; β_p – ҳам жуда кичик қиймат бўлиб, 1.4-жадвалда сувнинг ҳарорат ва босимга боғлик ҳажмий сиқилиш коэффициенти келтирилган.
1.4-жадвал
Сувнинг ҳажмий сиқилиш коэффициенти β_P•10⁴, м2/Н

t, ^0C	Босим, мН/м^2
	0,5	1,0	2,0	3,9	7,9
0	0,00000540	0,00000537	0,00000531	0,00000523	0,00000515
5	0,00000529	0,00000523	0,00000518	0,00000508	0,00000493
10	0,00000523	0,00000518	0,00000508	0,00000498	0,00000481
15	0,00000518	0,00000510	0,00000503	0,00000488	0,00000470
20	0,00000515	0,00000505	0,00000495	0,00000481	0,00000460

Ҳажмий сиқилиш коэффициентига тескари катталик эластиклик модули деб аталади ва у қуйидагича аниқланади:

К = 1/β_р, (1.13)
Жисм массасининг ўзгармаслигидан (1.4-формула) фойдаланиб ҳажмий сиқилиш коэффициенти ва зичлик орасида қуйидаги боғланишни келтириў мумкин:
-(∆W/W) = ∆ρ/ρ бундан β_P = - (1/ρ)•(∆ρ/∆p), (1.14)
Ушбу (1.14) формула суюқлик босимининг ўзгариши зичликнинг ҳам ўзгаришига сабаб бўлишини кўрсатади.
5. Ёпишқоқлик. Суюқликлик қатламларининг бир-бирига нисбатан ҳаракатланишига қаршилик кўрсатувчи хусусиятига суюқликнинг ёпишқоқлиги деб айтилади (1.1-расм).


=
1.1-расм
Ёпишқоқлик ҳодисаси суюқликлар ҳаракатланаётганда намоён бўлади. Қатламлар ҳаракатига қаршилик кўрсатувчи кучга–ички ишқаланиш кучи дейилади. 1686-йилда Ньютон ички ишқаланиш кучининг тезлик градиентига чизиқли боғланганлиги ҳақидаги гипотезани илгари суради ва уни қуйидаги формула орқали ифодалайди:
F= ±µS(du/dn), (1.15)
бу ерда du/dn-тезлик градиенти; S-қатламларнинг юзаси; µ-динамик ёпишқоқлик коэффициенти.
Ишқаланиш кучининг бирлик юзага тўғри келадиган катталигига уринма зўриқиш дейилади:
τ = F/S = ±μ(du/dn), (1.16)
Суюқликнинг ёпишқоқлиги иккита коэффициент орқали ифодаланади: динамик ёпишқоқлик коэффициенти-µ ва кинематик ёпишқоқлик коэффициенти -υ.
Динамик ёпишқоқлик коэффициентининг бирлиги СИ системасида:
μ = τ/(du/dn), н•с/м²
СГС системасида:
μ = τ/(du/dn), дина•с/м²=1Пз, Пз = «Пуазейл».
Кинематик ёпишқоқлик коэффициенти билан динамик ёпишқоқлик орасида қуйидаги боғланиш мавжуд:
ν = μ/ρ, (1.17)
υ–нинг СИ системасидаги бирлиги м²/с, СГС системасида см²/с билан ифодаланади ёки 1см²/с=1ст, ст = “стокс”.
Ёпишқоқлик коэффициентини аниқлаш учун вискозиметр асбобидан фойдаланилдаи. Ёпишқоқлиги сувга нисбатан катта бўлган суюқликлар учун Энглер вискозиметрии ишлатилади. Ёпишқоқлик суюқликларнинг тури, ҳарорати ва босимига боғлик бўлади (1.5-жадвал).
1.5-жадвал
Р=0,1 МПа босимда айрим суюқликларнинг зичлиги ва кинематик қовушқоқлиги

№	Суюқлик тури	Ҳарорат, ^0С	Зичлик, кг/м3	Қовушқоқлик 10^-4, м^2/с
1	Бензин:
	авиация учун	20	710-780	0,004-0,005
	автомобил учун	20	690-760	0,0055-0,0076
2	Бензол	20	870-880	90007
3	Дистилленген суў	4	1000	90157
		20	998	90101
		80	972	0,0037
4	Глицерин	20	1260	8,7
5	Дизел ёқилгиси	20	830-860	902-906
7	Керосин	20	790-860	902
8	Мазут	80	880-940	943-1.2
9	Авиация мойи:
	МС	100	860	914
	МС-20	100	870	9205
10	Автомобил мойи:
	АС-6	100	860	906
	АС-8	100	870	908
11	Мотор мойи
	MH-7,5	100	870	9075
	MC-6	50	870	906

№	Суюқлик тури	Ҳарорат, ^0С	Зичлик, кг/м3	Қовушқоқлик 10^-4, м^2/с
12	Индустрия мойи:
	I-5A	50	890	904-905
	I-8A	50	900	906-908
13	Мойлар:
	Веретен мойи	100	890-900	9036
	ТР-22 турбина мойи	50	900	920-924
14	Трансформатор мойи	50	880-890	909
15	Нефт	18	760-900	925-1,4
16	Симоб	15	13560	90011
17	Скипидар	16	870	90183
18	Этил спирти	20	790	90151