Упругость воды | Планета Земля
Вода — жидкая субстанция. Но иногда и она не течет. Это связано с так называемым поверхностным натяжением. Трудное слово, не берите в голову. Просто давайте вместе посмотрим примеры из природы!
Кап, кап, кап. Видимо, кто-то в ванной не закрыл плотно кран, и капли начинают путешествовать по водосточным трубам к другим своим товарищам. Но если вода жидкая, почему существуют моменты, когда она совсем не течет? Причина кроется в невидимой силе, притяжении между крошечными частичками – атомами. Они удерживают маленькие водяные шарики до определенного размера вместе. Это поверхностное натяжение обволакивает воду, как кожа, как тонкая и упругая пленка. Из-за него вода может распадаться на отдельные капли, а некоторые насекомые не тонут на поверхности водоема.
Божья коровкаНа листьях капли воды не растекаются далеко друг от друга, образуя небольшие полушария. Что особо радует жуков божьей коровки. Они любуются на себя в отражении и пьют воду.
Клоп водомеркаВелии или известные нам клопы водомерки названы были так совсем не случайно. Эти насекомые могут деформировать поверхность воды всеми своими шестью лапками, при этом, не пронзая ее.
Когда пловец выныривает, вода ищет самый короткий путь вокруг его шапочки, образуя таким образом вторую кожу.
Когда, например, капли дождя падают на поверхность пруда или глубокой лужи, то брызги воды сначала поднимаются вверх, а потом снова образуют круги на поверхности водоема.
Кто из нас в детстве не бросал «блинчиков» на море?! Хороший пример поверхностного натяжения воды, когда плоский камешек едва касается водной глади и снова подпрыгивает до тех пор, пока сила тяжести не заставит его потонуть.
Травяная лягушкаНекоторые лягушата настолько малы, что могут поместиться в капле утренней росы.
Фото и иллюстрации взяты из открытых источников и принадлежат их авторам.
Поддержи канал: ставьте лайк и подписывайтесь на наш Дзен!
Упругость воды — Энциклопедия по машиностроению XXL
Толщина стенок трубы 6=4 мм, л атериал ее — сталь ( = 2- 10 МПа). Модуль упругости воды К = [c.370]Используя выражение модуля упругости воды, получаем закон объемной деформации [c.461]
Определить скорость распространения ударной волны и величину ударного повышения давления, если толщина стенок трубы б = 6 мм и материал ее — сталь (Е = 2 у X Ю МПа). Модуль упругости воды /( = 2-10 МПа. [c.373]
Толщина стенок трубы 6=4 мм, материал ее — сталь ( ==2-10 МПа). Модуль упругости воды К = = 2- 10″ МПа. [c.374]
Модуль объемной упругости воды является функцией давления р и равен К = 6,5 (320 -f р), где р и К— в МПа. [c.464]
Пример 24. Определить повышение напора при гидравлическом ударе в чугунной трубе диаметром О = 200 мм, если толщина стенки трубы 5 = 10,5 мм, модуль упругости воды 1 = 2-10 н/м , модуль упругости чугуна 2 = н1м , а скорость течения
Упругий режим. Если вода, под действием которой происходит приток нефти к скважине, занимает большой объем, то сжимаемость жидкости играет значительную роль, как это было доказано на примере месторождения Восточного Техаса (М. Маскет [106]). При этом пришлось принять значение коэффициента сжимаемости очень большим, чтобы можно было объяснить теоретически наблюдавшиеся явления. В. Н. Щелкачев [115—117] вводит в рассмотрение, кроме упругости воды, также упругость самого пласта, состоящего из зерен грунта. Давление при упругом режиме приближенно удовлетворяет уравнению теплопроводности [c.328]
Опустим руку в воду и начнем ее перемещать, изменяя скорость движения руки. Очевидно, при этом будет ощущаться возрастающее сопротивление воды. Последнее объясняется не тем, что скорость руки увеличилась — это следствие, а тем, что движущая сила руки (мускульное напряжение) увеличилась, вызвав увеличение силы сопротивления воды, и оба эти обстоятельства — и именно только эти — определили скорость перемещения руки. Возникло действие (усиленное мускульное напряжение), которое вызывало противодействие (упругость воды), как в любой кинематической паре по закону Ньютона, и это непрерывное взаимодействие упомянутых сил обусловило закон изменения скорости руки в воде.
[c.24] Задача 1.3. Стальной трубопровод длиной I = 500 м и диаметром d = 0,4 м испытывается на прочность гидравлическим способом. Определить объём воды лУ, который необходимо подать в трубопровод за время испытаний для подъёма давления от = 0,2 МПа до = 6,0 МПа. Деформацию материала труб не учитывать. Объёмный модуль упругости воды Е принять равным 2060 МПа.МПа. Деформацию стенок трубопровода не учитывать. Объёмный модуль упругости воды = 2060 МПа. [c.20]
В трубопровод вместимостью 50 м во время испытаний было дополнительно закачано 0,05 воды. Определить приращение давления в трубопроводе, если объёмный модуль упругости воды = 2 10 Па. [c.20]
С. Определить давление в сосуде Р2 при повышении температуры воды до 2 50 °С. Деформацией стенок и изменением плотности жидкости от температуры пренебречь. Объемный модуль упругости воды принять равным Е = 2000 МПа, коэффициент температурного расширения р, = 0,2-10- Т- . [c.22]
Значения модуля упругости воды в зависимости от температуры и давления [c.213]
Объемный модуль упругости воды Е , кГ/см [Л. 2] [c.49]
Значения модуля объемной упругости воды при различной температуре и давлении приведены в табл. 1.6, а для некоторых жидкостей при 50 °С в табл. 1.7. [c.9]
Здесь Ро и А — плотность и модуль упругости воды, Rq и е — радиус и толщина стенки трубы, Е — модуль упругости материала трубы. [c.186]Значения модуля объемной упругости воды г и скорости распространения упругих волн в воде щ [c.43]
I — модуль упругости воды (см. табл. 2.7) внутренний радиус (сн. фиг. 74) [c.355]
При подсчете с принято модуль упругости воды Я =2,1х х10 кгс/см и модуль упругости стали =2,1-10 кгс/см .
Отношение модулей упругости воды и материала труб [c.200]
Модуль объемной упругости воды приблизительно равен = 2-10 [c.8]
Вязкость водно-гликолевых жидкостей практически не изменяется при механической деструкции, однако она изменяется при выпаривании воды. Водно-гликолевые жидкости имеют более высокий, чем минеральные масла, объемный модуль упругости, который практически равен модулю упругости воды (приблизительно 21 000 кПсм ). [c.53]
При гидравлических испытаниях (проверке герметичности) подземного трубопровода длиной 1 = 500м, диаметром d =0,10 м давление в нём повысилось от Pi = О до = 1,0 МПа. Пренебрегая деформацией стенок трубопровода, определить объём воды, которую необходимо дополнительно закачать в трубопровод. Объемный модуль упругости воды принять равным Е — 2000 МПа. [c.20]
Сопоставляя данные этих двух таблиц, легко заметить, что упругость водя 1Х паров над больпшнством насыщенных растворов солей, а также продукте коррозии, ниже той упругости пара, которая чаще всего наблюдается в аШосферном воздухе.
Следовательно, наличие положительной разности между упругостью водяного пара воздуха и упругостью паров над насыщенными 9Створами благеприятствует концентрации влаги на поверхности [c.258]Водно-гликолевые жидкости имеют более высокий, чем минеральные масла, объемный модуль упругости, который практически равен модулю упругости воды (—21 ООО кПсж ). Они обладают также самой высокой из всех огнестойких жидкостей удельной теплоемкостью. Однако они несовместимы (не смешиваемы) с другими- рабочими жидкостями гидравлических систем. Они также не могут быть рекомендованы для применения в гидросистемах, имеющих насосы и гидромоторы с подшипниками скольжения.
Различают адиабатный и изотермический модули упругости. Первый несколько больше второго и проявляется при быстротечных процессах сжатия жидкости, например при гидравлическом ударе в трубах. В табл. 1.4 приводятся значения изотермического модуля упругости воды, в табл. 1. 5 —сили-кейовых жидкостей, применяемых в авиационных гидросистемах. [c.8]
Усредненные значения модуля упругости воды и некоторых материалов, а также соотношения между ними, упрош,ающие использрвание формулы (9.9), приведены в табл. 9.1. [c.142]
Модуль упругости стали Ест =2-10 Па, а модуль упругости воды =2-10 Па. Вследствие высокого модуля упругости жидкости сжимаются незначительно. Так, при повышении давления на ЮМПа, изменение объёма равно [c.55]
Модулем объемной упругости жидкости К называется величина, обратная коэффициенту объемного сжатия. Модуль объемной упругости воды при повышении температуры от О до 20°С увеличивается примерно на 10%. Для обычных условий, в которых работают гидротехнические соорухжидкость несжимаема, и принимать модуль объемной упругости К постоянным и равным (для воды) 20,6-10 Па (2,Ы0 кгс/м2), для нефтепродуктов /С= 13,2-10 Па (1,35-10 кгс/м2). [c.10]
Материал ёр, II- кПаХ10 кгс/м Х Х10 модулей упругости воды и материала уб [c. 193]
Вообще говоря, эти колебания могут быть описаны уравнениями гидравлического удара и исследованы вместе с ним как единая общая задача о неустановившемся режиме гидравлической системы. Анализируя влияние на колебания в уравнительных резервуарах и напорных деривационных туннелях упругости воды и стенок сооружений, инерции жидкой массы, заключенной в резервуаре, и конечного времени регулирования гидроагрегата, Н. А. Картвелишвили (1952) пришел к выводу, что учет этих факторов уточняет расчет уравнительных резервуаров не более чем на 1%. Поэтому при рассмотрении медленных колебаний жидких масс в уравнительном резервуаре удобно считать, что регулирующие органы турбины закрываются или открываются мгновенно, упругостью же воды и стенок сооружений можно пренебречь, В этом случае уравнения колебаний жидкости представляют собой уравнения одномерного неустановившегося движения несжимаемой жидкости в напорных каналах с абсолютно недеформируемыми стенками. Такие уравнения, в общем случае неразрешимые в квадратурах, могут быть проинтегрированы численно (или графически) для любых типов и систем резервуаров.
Упругость паров воды — Справочник химика 21
На рис. 35 изображена кривая зависимости упругости паров воды от температуры. На оси абсцисс отложены значения температуры от О до 100°, на оси ординат — значения упругости паров в мм рт. ст. Как следует из графика, любой температуре соответствует строго определенная упругость паров. Чем выше телшература, тем больше упругость. Изменение упругости паров различных веществ от температуры происходит различно. На рис. 36 показано, как изменяются упругости паров различных углеводородов при изменении температуры. [c.80]Все рассмотренные здесь методы определения влагосодержания природных газов относятся к системе, не содержащей гидратов и льда. При появлении гидратов или льда влагосодержание газа будет уменьшаться, так как упругость паров воды, надо льдом и гидратами меньше, чем над водой.
Капиллярная конденсация влаги обусловлена тем, что упругость паров над поверхностью жидкости зависит от кривизны мениска. Если сравнить давление насыщенных паров над плос кой, выпуклой и вогнутой поверхностями воды, то оказывается,, что наибольшим оно будет над выпуклой поверхностью, а наименьшим — над вогнутой поверхностью. В случае вогнутого мениска упругость насыщенного водяного пара над ним значительно отличается от упругости паров воды над плоской поверхностью, Так, на воздухе при 15° С и давлении 0,1 Мн м упругость-насыщенного пара над плоской поверхностью равна 1,7 и [c.174]
При температуре 69,5° упругость паров бензола равна 532 мм, упругость паров воды — 228 мм, по отдельности ни бензол, ни вода не закипят нри этой температуре. Добавим в бензол воду. При температуре 69,5° общая упругость паров системы бензол 4- [c. 88]
Вакуум в колонне создается при помощи барометрического конденсатора и двухступенчатых вакуум-эжекторов. В барометрическом конденсаторе происходит мгновенная конденсация водя—ных и легких соляровых паров, выходящих через верх колонны, контактированием их с холодной водой вакуум-эжекторы отсасывают неконденсирующиеся пары и газы. Величина вакуума, создаваемого барометрическим конденсатором, зависит от температуры поступающей в него воды чем выше температура, тем больше упругость паров воды, тем меньшее разрежение удается создать. Например, если вода поступает при 30°, то невозможно [c.201]
В химических лабораториях целый ряд операций (фильтрование, отсасывание газов, выделяющихся в процессе реакции, сушка, перегонка и др.) производят под вакуумом. Для создания вакуума широко используются водоструйные насосы (рис. 23). Разрежение, создаваемое водоструйным насосом, лимитируется упругостью паров воды и, следовательно, зависит от ее температуры. При доста- [c.19]
Пример 2. При 25° С упругость пара воды равна 23,76 мм рт. ст. На сколько понизится указанная величина, если в 720 г воды растворить 6 г мочевины С0(МН2)г [c.146]Поправки па упругость паров воды при различной температуре окружающей среды, вычисленные по уравнению (1.8), приведены в табл. 1. Поправку необходимо прибавить, к измеренной э. д. с. или вычесть в соответствии со знаком. [c.11]
Поправки на упругость паров воды (мв ) при различном парциальном давлении Нг и температуре окружающей среды [c.12]
Зависит ли общая упругость паров, выделяемых такой системой жидкостей, от того, в каком количестве входит в эту систему каждая из несмешивающихся жидкостей Нет, не зависит. Состав системы, вообще говоря, в этом отнощении роли не играет парциальные упругости паров воды и нефти зависят не от содержания каждого из них, а только от температуры. Каждый компонент сохраняет упругость, присущую ему, как если бы он был в отдельности, а не вместе с другим. Сумма же парциальных упругостей паров составляет общее давление паров системы. При перегонке оно равно внешнему давлению. [c.75]
Едкий натр в смеси с другими растворителями — усилителями растворения меркаптанов в щелочах — полнее растворяет и извлекает меркаптаны. Прибавляемые к водному раствору щелочи-усилители растворения являются, как правило, органическими веществами. Они должны хорощо растворяться в водном растворе щелочи и не растворяться в нефтепродукте, иметь более высокую упругость паров, чем упругость паров воды быть химически стабильными в растворе при низких и высоких температурах. [c.318]
Упругость паров воды над льдом [c.326]
Содержание воды в осушаемом газе зависит от его температуры и давления. Поскольку упругость паров воды пе зависит от общего давления, а зависит лишь от температуры, то при одной и той же температуре Концентрация воды в исходном газе тем ниже, чем выше давление газа. [c.153]
Концентрация кислоты, определяемая как функция упругости паров воды над фосфорной кислотой, является важным показателем активности катализатора. На рис. V. 8 приведены данные но упругости паров воды над фосфорной кислотой различной концентрации при разных температурах. [c.253]
Кроме того, эта высота зависит от типа жидко( ти. Так, например, для бензина, упругость паров которого выше упругости паров воды, высота всасывания пасоса при той же температуре будет ниже, чем упругость паров воды, несмотря на го, что объемный вес бензина ниже объемного веса воды. [c.349]
Водоструйный насос (рис. 21) требует довольно большого расхода воды (1 л на 0,6 л отсасываемого газа). Вакуум водоструйного насоса ограничен упругостью паров воды. Последняя в зависимости от температуры воды составляет 8—15 мм рт. ст. [c.40]
Температура кипения — это та температура, при которой упругость пара над жидкостью равна внешнему давлению. Таким образом, жидкость, упругость пара которой больше, кипит при более низкой температуре. Из данных табл. 5 видно, что температура кипения безводного этилового спирта при любом давлении ниже, чем температура кипения чистой воды, ибо упругость пара спирта при любой температуре выше упругости пара воды. [c.75]
При упругости паров воды 10 Па в пределах р= =0,14-10 Па формула может быть записана в классической термодинамической форме [c.161]
Наоборот, если упругость пара над кристаллогидратом меньше упругости паров воды в окружающем воздухе, кристалл притягивает из окружающего воздуха воду и постепенно плавится . Для этих кристаллов при хранении на воздухе содержание кристаллизационной воды должно быть таким, чтобы не нарушалась форма кристаллов. Типичным примером подобных кристаллогидратов является обыкновенная поваренная соль. [c.638]
Шкалы А— относительная влажность воздуха, г/кг В — удельный объем воздуха, м /кг С— энтальпня влажного воздуха, ккал/кг В — упругость паров воды в воздухе, мм рт. ст. Е — влагосодержание насыщенного влагой воздуха, г/м. Кривые А — насыщения (температуры точки росы) В — удельный объем влажного воздуха, м /кг В — удельный объем сухого воздуха, м /кг С — энтальпия влажного воздуха, ккал/кг В — упругость паров воды, мм рт. ст. Е — влагосодержание воздуха, г/м [c.172]
Теоретически действие силикатных и силикатно-солевых растворов исследователи объясняли созданием растворов с упругостью пара воды, равной упругости пара воды над глиной естественной вла кпости. Подобные растворы исключают проникновение воды в глину, поскольку вследствие равенства упругости паров воды над глиной и раствором, они находятся по отношению друг к другу в состоянии инстинпого равновесия. В. С. Шаров показал несостоятельность этой концепции, поскольку не может быть [c.188]
Перегонка с водяным паром. Перегонка с водяным паром является эффективным методом очистки органических соединений, не растворилшх или трудно растворимых в воде. Она особенно пригодна в тех случаях, когда продукт реакции загрязнен большим количеством труднолетучих смолистых примесей. Этот способ позволяет проводить перегонку веществ при температуре, значительно меньшей, чем их температура кипения. Обусловлено это тем, что общее давление пароГ наД смесью воды и нерастворимой в ней жидкости равно сумме упругости паров воды (р ) и этой жидкости (рд) [c.37]
Водоструйные насосы (рис. 49), действие которых основывается на увлечении частиц газа сильной струей воды, требуют больиюго расхода воды, и вакуум, создаваемый ими, ограничен упругостью паров воды. В зависимости от температуры воды эти насосы могут создавать вакуум от 8 до 15 мм рт. ст. [c.41]
Пример 1. При 20° С упругость пара воды равна 17,54 мм рт. ст. На сколько понизится указанная величина, если в 200 г воды растворить 36 г глюкозы СбН120б [c.145]
Пример. При температуре 50° упругость паров воды равна 93 мм, следовательно, при внешнем давлении 760 мм вода, нагретая до 50°, кипеть не будет. П ри этом давлении она закипит, если будет нагрета до 100°. Но ес.чи удалить из перегонного аппарата воздух до остаточн ого давления 93 мм, то вода при этом давлении закипит уже при 50°. [c.72]
Проведем опыт. В перегонном аппарате нагреем бензол, например, до 69,5°. Упругость паров его при этой температуре равна 532 мм, поэтому он не закипит, хотя и будет частично испаряться. Прибавим в колбу при той же тецпературе воду (количество безразлично) тогда система бензол вода закипит и обе жидкости будут совместно перегоняться в паровой фазе будут и бензол и вода. Следовательно, общее давление паров системы стало равным атмосферному давлению (760 мм). Действительно, упругость паров воды при 69,5° равна 228 мм, паров бензола — 532 мм, сумма их — 760 мм. [c.74]
С учетом переменного значения упругости паров воды автором совместно с Д. С. Громовым получена аппро-ксимационная, т. е. не несущая физической нагрузки, формула [c. 161]Для очистки кислорода от влаги применяют концентрированную серную кислоту ( уд. вес. 1,84) и безводный, гранулированный, хлористый кальций. Применение серной кислоты, как обладающей большей активностью и поглотительной способностью, является предпочтительным. Разная упругость паров воды над хлористым кальцием и серной кислотой з очистительной и поглотительной цепях может привести к погрешности анализа. Поэтому в обеих цепях следует применять одни и те же поглотители -влаги. Для заполнения серной кислотой обычно применяют оклянки Дрекселя емкостью около 500 мл, заполняемые кислотой на Vs объема. После заполнения осушительных устройств хлористым кальцием последний очищают от углекислоты продувкой его в течение нескольких часов сухим воздз хом. Хлористый кальций перед употреблением необходимо отсеять от мелочи и целесообразно подсушить, подогревая его сначала в фарфоровой чашке на плитке, а затем в муфеле >прн температуре около 500° G. [c.151]
Кристаллогидраты обладают определенной упругостью пара. Если упругость их пара больше упругости паров воды в окружающем воздухе при данной температуре, то кристаллы при хранении на воздухе теряют кристаллизационную воду—выветриваются. Примером такого кристаллогидрата может служить глауберова соль, представляющая собой десятн-водный сульфат натрия N3 504-ЮН О. [c.638]
Давление насыщенных водяных паров над поверхностью воды в зависимости от температуры (= насыщающая упругость = упругость насыщения) в гектопаскалях. -40/+40°C. Гектопаскаль = 102 Па = 100 Па.
|
Влияние воды на эластичность кожи и ее упругость | Статьи | Гимнастика для лица
Одним из важнейших факторов в поддержании здоровья тела и сиянии кожи без морщин является употребление достаточного количества воды. Проект «Super Лицо» собрал для вас необходимую информацию о позитивном влиянии воды на состояние кожи. Выбирайте только качественную и очищенную воду, ведь ее состав напрямую определяет то, как мы выглядим и чувствуем себя. Практикуя фейсбилдинг дважды в день и выпивая 1,5-2 литра воды (обязательно чистой!) вы решите проблему увядания кожи и преждевременных морщин. На мастер-классе по гимнастике для лица в Москве вы убедитесь, что полезные привычки и регулярные упражнения для лица, способны продлить молодость. Создательница этой методики Кэрол Маджио советует не забывать пить воду, так как мышцы нуждаются в жидкости, она необходима для их роста и объема.Потребление достаточного количества воды способствует:
- повышению эластичности и увлажненности кожи;
- восстановлению тканей, благодаря чему кожа выглядит натянутой;
- выведению вредных и токсических веществ из клеток;
- сияющему цвету лица.
Признаки недостатка воды в организме:
- бледный или землистый цвет лица;
- сухость кожи;
- появление преждевременных морщин;
- отечность;
- вялость лицевых мышц, потеря упругости;
- склонность кожи к высыпаниям и воспалениям.
Проблема нехватки влаги сказывается на состоянии всего организма и ухудшению самочувствия. Нарушение водного баланса отразится на лице, состоянии волос, ногтей.
Как правильно рассчитать, сколько воды нужно потреблять
Приблизительная норма необходимая человеку в день 1,5-2 литра. Вы можете индивидуально рассчитать собственную норму исходя из формулы 30 мл воды на 1 кг веса. И помните, что учитывать нужно только чистую воду (минеральную, питьевую, фильтрованную). Никаких газировок, соков, чаев или кофе. Не стоит пить нужное количество воды залпом, а лучше распределить количество влаги на весь день. Напоминания в мобильном или покупка «My bottle» помогут выработать полезную привычку пить больше. Также вы можете попробовать следующий график потребления воды: стакан сразу после пробуждения, стакан с каждым приемом пищи и в промежутках между ними.
13 упражнений «Super Лицо» – это эффективная альтернатива массажу лица, ботоксу, пластике и является доступным средством для каждого. Всего 8 минут на выполнение комплекса сделают ваше лицо привлекательнее и моложе. Фейсформинг это естественный путь моделирования желаемых результатов.
Частотная и температурная зависимость низкочастотной (10 Гц) сдвиговой упругости жидкостей Текст научной статьи по специальности «Физика»
Таким образом, при исследовании изменения плотности адсорбированной воды в диапазоне температур, в котором в объемной воде наблюдается максимальное значение плотности, обнаружено, что тепловое расширение адсорбированной воды происходит монотонно, без минимального объема, т. е. без максимума плотности при температуре 4°С Из анализа теплового расширения адсорбированной воды следует, что ее плотность в зоне максимального значения больше, чем плотность объемной воды. Такой характер теплового расширения свидетельствует о модификации структуры воды в граничной фазе.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 08-02-98006-р_сибирь_а, № 08-02-98008-р_сибирь_а.
ЛИТЕРАТУРA
1. Дерягин Б.В, Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. — М.: Наука, 1987. — 398 с.
2. Тепловое расширение водных пленок между пластинками кристаллов слюды / В.Д. Перевертаев, М.С. Мецик // Поверхностные силы в тонких пленках: сб. тр. — М.: Наука, 1974. — С. 58-60.
3. Чураев Н.В. Тонкие слои жидкостей // Коллоид. журн. — 1996. — Т.58, №6. — С. 725-737.
4. Доржин Г.Б., Симаков И.Г. Акустическое исследование адсорбированных слоев жидкостей // Акуст. журн. — 2002. — Т.48, №4. — С. 499-503.
5. Симаков И.Г., Доржин Г.Б. Определение малых изменений скорости и затухания поверхностных акустических волн // Сб. труд. XIII сесс. РАО. — М., 2003. — Т.1. — С. 113-116.
УДК 532.135
ЧАСТОТНАЯ И ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ НИЗКОЧАСТОТНОЙ (105 Гц) СДВИГОВОЙ УПРУГОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
С.А. Бальжинов, Т.С. Дембелова, Д.Н. Макарова, Б.Б. Дамдинов*, Б.Б. Бадмаев
Отдел физических проблем Бурятского научного центра СО РАН, Улан-Удэ.
E-mail: lmf@pre s.bscnet.ru *Бурятский государственный университет, Улан-Удэ
Акустическим резонансным методом с применением пьезокварцевого резонатора измерены вязкоупругие характеристики ряда жидкостей. Показано, что для обычных жидкостей действительный модуль сдвига уменьшается с частотой и с температурой, а для полимерных жидкостей — наоборот.
Ключевые слова: акустический резонансный метод, частота, температура, упругость, вязкость.
FREQUENCY AND TEMPERATURE DEPENDENCES ON LOW-FREQUENCY SHEAR ELASTICITY OF LIQUIDS
S.A. Balzhinov, T.S. Dembelova, D.N. Makarova, B.B. Damdinov, B.B. Badmaev Department of Physical Problems of Buryat Scientific Center of SB RAS, Ulan-Ude Buryat State University, Ulan-Ude
Viscous elastic characteristics of several liquids have been measured by the acoustical resonance method with application of piezoquartz resonator at different frequencies and temperatures. It is shown that the real shear modulus decreases with frequency and temperature for usual liquids, while it is conversely for polymer liquids.
Key words: acoustic resonance method, frequency, temperature, elasticity, viscosity
В работах [1, 2] акустическим резонансным методом с применением пьезокварцевого резонатора было обнаружено наличие низкочастотной (105 Гц) сдвиговой упругости у тонких слоев жидкостей. Дальнейшие исследования, проведенные в зависимости от толщины жидкой прослойки и по распространению сдвиговых волн, показали, что низкочастотная сдвиговая упругость жидкостей является свойством жидкости в объеме [3, 4]. Данный факт говорит о том, что в жидкостях наряду с высокочастотным существует неизвестный ранее низкочастотный вязкоупругий релаксационный процесс, обусловленный, по-видимому, коллективными взаимодействиями больших групп молекул
(кластеров) [5]. Время релаксации больших групп молекул может на много порядков превышать время оседлого существования отдельных молекул. 0 < 1). Согласно реологической модели Максвелла это означает, что частота релаксации наблюдаемого процесса находится ниже частоты эксперимента, которая составляла 74 кГц. Поэтому для выяснения характера данного низкочастотного релаксационного процесса необходимо провести исследования на более низких частотах. В данной работе приведены экспериментальные результаты исследования вязкоупругих сдвиговых свойств жидкостей акустическим резонансным методом на частотах 74, 40 и 10 кГц.
Рис.1. Частотные зависимости относительной сдвиговой вязкости h/h0, упругости GVG¥ и модуля потерь G»/G¥ для максвелловской жидкости
Акустический резонансный метод измерения сдвиговой упругости жидкостей основан на применении пьезокварцевого кристалла Х- 18.5° среза, у которого коэффициент Пуассона равен нулю. Грань, колеблющаяся на основной резонансной частоте в собственной плоскости, соприкасается на одном конце с прослойкой исследуемой жидкости, накрытой твердой накладкой. При этом прослойка испытывает деформацию сдвига и изменяются параметры резонансной кривой пьезокварца, т.е. действительный и мнимый сдвиги частот.
Решение задачи взаимодействия резонатора с накладкой, разделенной прослойкой жидкости, с учетом затухания колебательной системы дает для комплексного сдвига резонансной частоты Af * следующее выражение:
. рл, Sk * G *1 + cos(2k * H — j *)
Df * =————— ——— —- (1)
4p2Mf0 sin(2k * H -j *)
где S — площадь основания накладки, k* = в — ia — комплексное волновое число, G* = G’ + iG» — комплексный модуль сдвига жидкости, H — толщина, жидкой прослойки, ф* — комплексный сдвиг фазы при отражении волны от границы жидкость-накладка, M — масса пьезокварца, f — его резонансная частота.
Выражение (1) предельно упрощается в предположениях, что при колебаниях резонатора накладка ввиду слабой связи, осуществляемой прослойкой жидкости, практически покоится (ф* = 0) и толщина прослойки много меньше длины сдвиговой волны жидкости (Н << X). При этих условиях для действительного модуля сдвига О’ и тангенса угла механических потерь tg 0 получаются следующие расчетные формулы:
где А/ ‘ и А/ » — действительный и мнимый сдвиги частоты, £ — площадь основания накладки.
Из выражения (2) видно, что если исследуемая жидкость обладает измеримым модулем сдвиговой упругости, то действительный сдвиг частоты должен быть положителен и пропорционален обратной величине толщины прослойки. Достоинством данного акустического резонансного метода является его высокая чувствительность и возможность измерения свойств жидкостей в широком диапазоне вязкостей. 15×1.2 мм3 и массой 12.85 г. В пластинке возбуждались продольные колебания вдоль длинной оси на основной резонансной частоте. Так как смещения в пластинке происходят по закону и(х) = и0 8т(ях/Ь), %е(-Ь/2, Ь/2), где Ь — длина пластинки вдоль длинной оси, то вблизи концов деформация растяжения ди/дх практически отсутствует и жидкость испытывает чисто сдвиговую деформацию [8].
Для всех исследованных жидкостей были получены линейные зависимости сдвига резонансной частоты от обратной величины толщины жидкой прослойки, что означает согласно формуле (2) наличие у данных жидкостей объемной сдвиговой упругости. На рис. 2 представлена зависимость действительного сдвига частоты от обратной величины толщины прослойки для этиленгликоля при разных частотах. По формулам (2) и (3) были рассчитаны значения G/ и tg 0, учитывая, что площадь накладки £ = 0.2 см2. Полученные результаты приведены в таблице 1.
(2)
(3)
А/, Гц 100 -90 —
80
70
60 —
50
40
30 —
20
10
0
0 0. 2 0.4 0.6 0.8 1
1/Н, мкм
Рис. 2. Зависимости действительного сдвига резонансной частоты от обратной величины толщины для этиленгликоля. 1- при частоте 74 кГц, 2- при частоте 10 кГц и 3 — при частоте 40 кГц
Таблица 1
Вязкоупругие характеристики жидкостей при разных частотах
ЖИДКОСТИ 74 кГц 40 кГц 10 кГц
О 10-5, Па їв е О 10-5, Па їв е О 10-5, Па їв е
этиленгликоль 0.91 0.24 0.39 0.72 0.22 0.85
триэтиленгликоль 1.28 0.27 0.74 0.65 0.21 0.81
бутиловый спирт 1.03 0.1 0.94 0.22 0.72 0.5
тридекан 0. 68 0.1 0.58 0.23 0.43 0.27
ПЭС-1 9.63 0.11 1.26 0.18 0.93 0.23
ПЭС-2 4.81 0.63 0.97 0.19 0.75 0.25
Рассчитанные значения модуля упругости всех исследуемых жидкостей уменьшаются с частотой, а тангенс угла механических потерь растет, оставаясь меньше 1. Из реологической модели Максвелла с одним временем релаксации следует, что при частоте релаксации тангенс угла механических потерь равен 1. Следовательно, частота релаксации всех исследуемых жидкостей ниже 10 кГц. Поэтому представляет интерес исследование сдвиговой упругости на более низких частотах.
Ценные сведения о характере низкочастотного вязкоупругого релаксационного процесса могут дать исследования сдвиговой упругости жидкостей в зависимости от температуры. Температурная зависимость действительного О’ и мнимого О» должна быть зеркальным отображением рис. 1, т.е. их частотной зависимости. Степень кооперации молекул в жидкости, следовательно, частота релаксации и ее изменение зависят от температуры. Можно ожидать, что, меняя температуру при постоянной частоте колебаний, в эксперименте можно пройти через частоту релаксации.
Эксперименты проводились следующим образом. Исследуемая жидкость и рабочие поверхности пьезокварца и накладки подвергались тщательной очистке известными методами. Далее, система пьезокварц — прослойка жидкости — накладка помещалась в термостатирующую ячейку термостата. После определения толщины жидкой прослойки измерялись сдвиг резонансной частоты и ширина резонансной кривой по мере изменения температуры. Температура измерялась с точностью 0.1 °С. По формулам (2) и (3) вычислялись значения О’ и tg 0. При расчете данных параметров учитывалось также изменение собственной резонансной частоты свободного пьезокварца от температуры. В таблице 2 приведены результаты измерения вязкоупругих параметров этиленгликоля и полиэтилсилоксановой жидкости при разных температурах при постоянной частоте 74 кГц.
Из таблицы 2 видно, что для этиленгликоля с ростом температуры модуль упругости О уменьшается, а тангенс угла механических потерь растет. Это говорит о том, что при низких температурах данная жидкость более структурирована, чем при высоких. Совершенно по иному ведут себя вязкоупругие характеристики для полимерной жидкости ПЭС-2. Модуль упругости с температурой растет, а тангенс угла механических потерь уменьшается. Такой результат согласуется с термодинамическим анализом высокоэластической деформации эластомеров [9]. Увеличение температуры способствует стремлению макромолекул перейти в наиболее вероятное состояние статического клубка, что сопровождается увеличением модуля сдвига.
Таблица 2
Температурная зависимость вязкоупругих характеристик жидкостей
Жидкости 1°, С 20 30 40 50 60 70 80
Этиленгликоль О 10-5, Па 0. е 0.24 0.28 0.3 0.37 0.4 0.44 —
ПЭС-2 О 10-5, Па 4.81 7.4 12.1 16.3 20.1 25.2 32.1
їв е 0.63 0.5 0.46 0.37 0.33 0.25 0.21
Таким образом, зависимость вязкоупругих характеристик от частоты и температуры подтверждает, что в жидкостях существует низкочастотный вязкоупругий релаксационный процесс.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ гранты № 09-02-00748-а, № 08-02-98008-р_сибирь_а, № 08-02-9800б-р_сибирь_а.
ЛИТЕРАТУРА
1. Базарон У.Б., Дерягин Б.В., Булгадаев А.В. О сдвиговой упругости граничных слоев жидкостей // Докл. АН СССР. — 1965. — Т.160, №4. — С. 799-803.
2. Базарон У.Б., Дерягин Б.В., Булгадаев А.В. Измерение сдвиговой упругости жидкостей и их граничных слоев резонансным методом // ЖЭТФ. — 1966. — Т.51. Вып. 4(10). — С. 969-981.
3. Базарон У.Б., Дерягин Б.В., Будаев О.Р. Измерение комплексного модуля сдвига жидкостей // ДАН СССР. — 1972. — Т.205. №6. — С. 1326-1329.
4. Базарон У.Б., Дерягин Б.В., Будаев О.Р., Бадмаев Б.Б. Определение низкочастотного комплексного модуля сдвига жидкостей по измерениям длины сдвиговых волн // ДАН СССР. — 1978. -Т.238. №1. — С. 50-53.
5. Бадмаев Б.Б., Дамдинов Б.Б., Сандитов Д.С. Низкочастотные сдвиговые параметры жидких вязкоупругих материалов // Акуст. журн. — 2004. — Т.50. №2. — С. 1-5.
6. Barlow A.J., Harrison G., Lamb J. Viscoelastic relaxation of polydimethylsiloxane liquids // Proc. Roy. Soc.-1967.-V.A298, №1389. — P. 228-251.
7. Lamb J. Mechanical retardation and relaxation in liquids// Rheol. Acta. — 1971. — V.12. — P.438-448.
8. Бадмаев Б.Б., Бальжинов С.А., Очирова Е.Р. Экспериментальное исследование вязкоупругих свойств жидкостей с использованием резонаторов // Акуст. журн. — 2001. — Т.47. №6. — С. 853-855.
9. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. — М.: Высшая школа, 1988. — 312 с.
Лицей 19, г. Тольятти. Урок «Упругая вода», учитель С.В. Бабенко
Уважаемые коллеги, рекомендую вашему вниманию урок по теме «Упругая вода», курс «загадки природы». 3 класс.
Есть множество положительных отзывов на эту разрабтку; например, вот такие
«Занятие «Упругая вода» мне очень понравилось. Знакомство с водомеркой плавно подвело к теме урока, были использованы видеофрагменты, присутствует групповая работа, проводятся опыты, создается схематическое изображение на доске, делаются выводы. Занятие формирует познавательный интерес школьников, будит в них исследовательское начало, на протяжении всего урока дети учатся работать с научной литературой. Сама по себе тема упругости сложна, но материал на этом занятии преподнесен очень увлекательно и доступно, дети учатся делать выводы из проведенных опытов, обсуждать разные точки зрения. Материал урока стимулирует детей на новые вопросы и поиск ответов к ним.
Удивительно, как сложный физический материал донесли до детей в занимательной и увлекающей форме. Три одинаковые загадки про водомерку, очень необычно. Это удивило детей и дало возможность рассмотреть предмет с разных сторон, что расширяет угол зрения и показывает неоднозначность мира. Рисование и лепка молекулы воды замечательный прием и пример деятельностного подхода. Подборка опытов и работа с научными текстами будит в детях исследовательское начало и развивает познавательную активность»
(Лебедева Л.Л.)
«Очень интересное занятие. Понравились необычные опыты. То, что дети ходили к другим группам смотреть, получилось у них или нет.
Занимательный момент с глаголами явился для меня новым способом деятельности. Мне кажется, что это важно — и разобраться в лексическом значении слов, и самим попробовать изобразить эти действия.
В целом получилось необыкновенное насыщенное занятие, в котором была и групповая работа детей, и собственное дело, и проблемы, которые они решали самостоятельно.»
(Попова Н.С)
«Я работаю в 4 классе. Урок тоже был проведён в 4 классе. Обязательно проведу это занятие (и не только это) со своими детьми, т.к. очень понравилось. Оно увлекательно, необычно, доступно для возраста моих учеников. Буду реализовывать во время внеурочной работы в рамках «общеинтеллектуальное развитие».
Формы организации учебного процесса на данном занятии направлены на развитие вопросительности, как детской способности обнаруживать странное и необычное в знакомых явлениях природы и жизни животных организмов и как исходного условия возникновения мышления, в том числе и теоретического; на развитие позиции наблюдателя и исследователя, экспериментатора как познавательной установки на проверку собственных гипотез инструментальными средствами. Самое ценное в том, что после урока у детей интерес к теме не угасает, а появляется желание досмотреть фильм, дома повторить проделанные в классе опыты».
(Хайрулина О.П)
«С самого начала дети были мотивированны на интересную продуктивную деятельность. На всем протяжении занятия они работают сами и проявляют свое творчество: находят информацию, спорят, проводят опыты, находят подтверждения своим версиям после того, как они уже сформулированы самими детьми. Каждый этап урока дети «проживают», а не «просиживают», у них есть «собственное дело» работы в группах, составляют, задают и отвечают на свои вопросы, а не на вопросы учителя. В ходе данного занятия у ребенка «работают»память, воображение, мышление, восприятие, речь.
На данном уроке все выводы делаются на основании проделанных опытов самими детьми. Важно, что ребятишки все видят своими глазами, делают своими руками, нюхают, трогают, наблюдают, а не берут и анализируют готовую информацию учителя».
(Панарина О. С)
«Занятие проводится очень динамично, с проведением многих опытов, но все они проходят с непосредственным участием детей или в группах, или индивидуально, когда они выбирают способ передвижения водомерки. Все выводы детей подтверждаются опытным путём. «Упругость» — на мяче, я думаю, в этом случае сомнения упругий/ твёрдый уходят сразу. Опыт со скрепкой удачно заменяет опыт с водомеркой, соединяя впечатления, дети объяснили «секрет» нетонущей скрепки и водомерки.
Знания, полученные через собственные ощущения, останутся у детей более прочно в памяти. Они были подкреплены и видеороликом о водомерках и свойствах воды. Хорошо, что все они выдавались в подтверждении выводов детей, а не как основной источник информации. Считаю правильным приучать черпать, находить сведения в справочниках, пользоваться книгами».
(Мамонова Т.П.)
«Разработка занятия по теме «Упругая вода» меня заинтересовала. Интересные виды работы были использованы на этом занятии. Даже на начальном этапе, отгадав загадку, ребята понимают, что отгадка одинаковая. Это увлекает детей уже в начале занятия. Идет работа над лексическим значением глаголов, ребята пытаются изобразить эти действия. Я думаю, при такой организации работы ребята не только запомнят эти глаголы, что расширяет их словарный запас, но и смогут более точно использовать их в своей речи. Интересны опыты. Важно, что выводы ребята делают самостоятельно. При обсуждении высказывается много версий о том, почему вода упругая. А далее, работая с научным текстом, они узнают, чьи предположения оказались верными. Выполняя рисунки модели молекулы воды, работая с пластилином, ребята своими руками создают картину поверхностного натяжения воды, открывая ее великую тайну. Видеоматериалы помогают детям представить более полную картину обустройства окружающего мира. Дети самостоятельно обнаруживают свойство воды, хотя в начале занятия об этом ничего не знали. Занятие очень понравилось. Обязательно проведу его со своими детьми»
(Семина Т.П.)
% PDF-1. 6 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 2 0 obj > поток 2018-08-10T21: 31: 39 + 02: 002018-08-10T21: 31: 39 + 02: 002018-08-10T21: 31: 39 + 02: 00application / pdfuuid: 810b0e5a-bb94-4d53-9ad4-9eb57472bd80uuid: ef8d7c53-e905-4ef1-b417-f8f01379ab93 конечный поток эндобдж 6 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 195 0 объект > 188 0 R] / P 128 0 R / Pg 199 0 R / S / Связь >> эндобдж 196 0 объект >> 191 0 R] / P 129 0 R / Pg 199 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 197 0 объект > 193 0 R] / P 129 0 R / Pg 199 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 129 0 объект > эндобдж 199 0 объект > / MediaBox [0 0 595. 08 842.04] / Родитель 13 0 R / Ресурсы> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / StructParents 14 / Tabs / S / Type / Page >> эндобдж 203 0 объект > поток x \ YoH ~ G iE۱̎A
Объемный модуль упругости и эластичность жидкости
Объемный модуль упругости — или объемный модуль — это свойство материала, характеризующее сжимаемость жидкости — насколько легко можно изменить единицу объема жидкости при изменении давления, действующего на нее.
Объемный модуль упругости можно рассчитать как
K = — dp / (dV / V 0 )
= — ( p 1 — p 0 ) / ((V 1 — V 0 ) / V 0 ) (1)
, где
K = объемный модуль упругости (Па, Н / м 2 )
dp = перепад давления на объект (Па, Н / м 2 )
dV = перепад изменения объема объекта (м 3 )
V 0 = начальный объем объекта (м 3 )
p 0 = начальное давление ( Па, Н / м 2 )
p 1 = конечное давление ( Па, Н / м 2 900 19)
V 1 = конечный объем ( м 3 )
Объемный модуль упругости альтернативно можно выразить как
K = dp / (dρ / ρ 0 )
= ( p 1 — p 0 ) / (( ρ 1 — ρ 0 ) / ρ 0 ) (2)
где
dρ = дифференциальное изменение плотности объекта (кг / м 3 )
ρ 0 = начальная плотность объекта (кг / м 3 )
ρ 1 = конечная плотность объекта ( кг / м 3 )
Увеличение по давлению уменьшится объем (1). Уменьшение объема увеличивает плотность (2) .
- Единица измерения объемного модуля упругости в системе СИ составляет Н / м 2 (Па)
- Британская система мер (BG) составляет фунтов f / дюйм 2 (psi)
- 1 фунт ф / дюйм 2 (psi) = 6,894 10 3 Н / м 2 (Па)
Большой модуль объемной упругости указывает на относительную несжимаемость жидкости.
Модуль объемной упругости для некоторых распространенных жидкостей: