Zjawisko Dopplera Powszechnie przyjęty jest podział materii na ciała stałe i płyny.
Pod pojęciem substancji, która może płynąć rozumiemy zarówno
ciecze jak i gazy. Płyny, w odróżnieniu od ciał sztywnych, mających
określony rozmiar i kształt, łatwo zmieniają swój kształt, a w
przypadku gazów przyjmują objętość równą objętości naczynia. Mówimy,
że płyny nie mają sprężystości kształtu 
,
a mają sprężystość objętości .
Dlatego rozwiązanie zagadnień z mechaniki płynów wymaga posługiwania się
nowymi pojęciami takimi jak ciśnienie i gęstość.
14.1 Ciśnienie i gęstość
Różnica w działaniu siły powierzchniowej na płyn i na ciało stałe jest związana z tym, że
w cieczy siły występują tylko przy zmianie objętości, a nie jak w ciałach
stałych przy ich deformacji (zmianie kształtu). W związku z tym
w cieczy siła powierzchniowa, zwana siłą parcia ,
musi być zawsze prostopadła do powierzchni płynu podczas gdy w ciele stałym
może mieć dowolny kierunek. Spoczywający płyn nie może równoważyć sił
stycznych (warstwy płynu ślizgałyby się po sobie) i dlatego może
zmieniać kształt i płynąć. W związku z tym będziemy opisywać siłę
działającą na płyn za pomocą ciśnienia p zdefiniowanego następująco:
|
Definicja Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni. |
Ciśnienie jest wywierane zarówno na ścianki naczynia jak i na dowolne przekroje płynów zawsze prostopadle do tych ścianek i przekrojów.
|
Jednostki Ciśnienie jest wielkością skalarną. Jednostką ciśnienia jest pascal (Pa); 1 Pa = 1 N/m2. Inne stosowane jednostki to bar (1 bar = 105 Pa),atmosfera (1 atm = 101325 Pa), milimetr słupka rtęci (760 mm Hg = 1 atm). |
Rozważmy teraz zamkniętą powierzchnię zawierającą płyn (rysunek 14.1). Dowolny element powierzchni dS jest reprezentowany przez wektor powierzchni dS.
Rys. 14.1. Element powierzchni dS reprezentowany przez wektor powierzchni dS
|
Definicja Długość wektora S jest równa polu powierzchni S, jego kierunek jest prostopadły do powierzchni, a zwrot na zewnątrz powierzchni. |
Siła F wywierana przez płyn na ten element powierzchni wynosi
|
(14.1) |
Ponieważ F i S mają ten sam kierunek więc ciśnienie p można zapisać
|
(14.2) |
Do opisu płynów stosujemy również pojęcie gęstości ρ wyrażonej jako
|
(14.3) |
Gęstość płynów zależy od wielu czynników takich jak temperatura, czy ciśnienie.
W tabeli 14.1 przedstawiony jest zakres gęstości spotykanych w przyrodzie.
Tab. 14.1. Gęstości wybranych materiałów Q
| Materiał | ρ [kg/m3] |
|---|---|
| przestrzeń międzygwiezdna | 10−18 - 10−21 |
| najlepsza próżnia laboratoryjna | 10−18 |
| powietrze (1 atm 0°C) | 1.3 |
| powietrze (50 atm 0°C) | 6.5 |
| Ziemia: wartość średnia | 5.52·103 |
| Ziemia: rdzeń | 9.5·103 |
| Ziemia: skorupa | 2.8·103 |
| białe karły | 108 - 1015 |
| jądro uranu | 1017 |