Номер 3, страница 55 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

3. Какое движение жидкости называется турбулентным?

3. Турбулентное движение (или турбулентность, от лат. turbulentus — бурный, беспорядочный) — это режим течения жидкости или газа, при котором наблюдаются хаотические, нерегулярные изменения скорости и давления в каждой точке потока. Это движение характеризуется интенсивным перемешиванием слоев жидкости (или газа) и образованием множества вихрей различных размеров.

В отличие от ламинарного течения, где частицы жидкости движутся по гладким, параллельным траекториям (слоям), в турбулентном потоке траектории частиц очень сложны и запутаны. Основные свойства турбулентного движения:

Нерегулярность и хаотичность: Скорость, давление и другие параметры потока флуктуируют случайным образом во времени и пространстве. Движение становится непредсказуемым в деталях, хотя средние характеристики (например, средняя скорость) могут быть стабильными.

Интенсивное перемешивание: Благодаря вихревому движению происходит эффективный перенос массы, импульса и энергии поперек основного направления потока. Это приводит к быстрому выравниванию температуры, концентрации примесей и скорости по сечению потока.

Наличие вихрей: Характерной чертой является наличие вихрей самых разных масштабов. Крупные вихри черпают энергию из основного потока и, становясь нестабильными, распадаются на более мелкие. Этот процесс, называемый энергетическим каскадом, продолжается до тех пор, пока вихри не станут настолько малыми, что их энергия рассеивается (диссипирует) в теплоту за счет вязкости.

Трехмерность: Турбулентность всегда является трехмерным явлением, даже если осредненное течение можно считать двумерным или одномерным.

Переход от ламинарного течения к турбулентному определяется безразмерным параметром — числом Рейнольдса ($Re$). Оно представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости в потоке:

$Re = \frac{\rho v L}{\mu} = \frac{v L}{\nu}$

где $\rho$ — плотность жидкости, $v$ — характерная скорость потока, $L$ — характерный линейный размер (например, диаметр трубы), $\mu$ — динамическая вязкость, $\nu = \frac{\mu}{\rho}$ — кинематическая вязкость.

При малых значениях числа Рейнольдса преобладают силы вязкости, и течение остается упорядоченным, ламинарным. При превышении некоторого критического значения ($Re_{кр}$) силы инерции начинают доминировать, любая малая неустойчивость в потоке разрастается, и течение переходит в турбулентный режим. Например, для течения в круглой трубе критическое число Рейнольдса обычно принимают равным $Re_{кр} \approx 2300$.

Примерами турбулентного движения в природе и технике являются: дым из трубы, бурная река, струя воды из полностью открытого крана, воздушные потоки в атмосфере, обтекание движущегося автомобиля или самолета.

Ответ: Турбулентное движение — это режим течения жидкости или газа, характеризующийся хаотическими флуктуациями скорости и давления, интенсивным перемешиванием и образованием вихрей. Переход к этому режиму происходит при больших значениях числа Рейнольдса, когда силы инерции начинают преобладать над силами вязкости.