Номер 2, страница 181 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 54. Движение жидкости. Уравнение Бернулли. Глава 7. Элементы гидростатики и гидродинамики - номер 2, страница 181.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Классификация режимов течения жидкости или газа основывается на характере движения их частиц. В гидродинамике выделяют два основных, качественно различных режима течения: ламинарный и турбулентный.

Ламинарное течение

Ламинарное (от лат. lamina — пластинка, слой) течение — это упорядоченное движение жидкости, при котором она перемещается параллельными слоями, не смешиваясь друг с другом. Траектории отдельных частиц жидкости являются гладкими и не пересекаются. Этот режим характерен для течений с невысокой скоростью и/или для жидкостей с большой вязкостью. В качестве примера можно привести медленно текущий мёд или машинное масло. Основное сопротивление движению в ламинарном потоке создается силами внутреннего трения (вязкости) между слоями.

Турбулентное течение

Турбулентное (от лат. turbulentus — бурный, беспорядочный) течение — это хаотическое движение жидкости, сопровождающееся образованием множества вихрей различных размеров и интенсивным перемешиванием. Траектории частиц жидкости становятся сложными и непредсказуемыми. Такой режим возникает при больших скоростях течения и/или у жидкостей с малой вязкостью. Примерами являются течение воды в горной реке, дым из заводской трубы или поток воздуха за движущимся автомобилем. Сопротивление в турбулентном потоке значительно выше, чем в ламинарном, так как к вязкостному трению добавляются потери энергии на образование и поддержание вихрей.

Критерий Рейнольдса

Для определения того, какой режим течения будет реализовываться в конкретных условиях, используется безразмерная величина — число Рейнольдса ($Re$). Оно было введено ирландским физиком и инженером Осборном Рейнольдсом. Число Рейнольдса показывает соотношение между силами инерции, которые способствуют турбулизации потока, и силами вязкости, которые препятствуют этому и стабилизируют поток.

Рассчитывается число Рейнольдса по формуле:

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

где:

• $\rho$ — плотность жидкости (кг/м³);
• $v$ — характерная скорость потока (м/с);
• $L$ — характерный линейный размер потока (например, диаметр для трубы или длина для обтекаемого тела) (м);
• $\mu$ — динамическая вязкость жидкости (Па·с);
• $\nu = \mu / \rho$ — кинематическая вязкость жидкости (м²/с).

Смена режимов течения происходит при определенных значениях числа Рейнольдса, называемых критическими. Для течения в гладкой круглой трубе приняты следующие пороговые значения:

• Ламинарный режим: $Re < 2300$. Силы вязкости доминируют, и поток остается упорядоченным.
• Переходный режим: $2300 < Re < 10000$. В этой зоне поток неустойчив и может носить черты как ламинарного, так и турбулентного течения.
• Турбулентный режим: $Re > 10000$. Силы инерции преобладают, вызывая хаотическое движение жидкости. В инженерной практике часто принимают, что развитый турбулентный режим начинается при $Re > 4000$.

Таким образом, основным инструментом для классификации режимов течения является число Рейнольдса, которое позволяет предсказать характер потока на основе его скорости, размеров и свойств самой жидкости.

Ответ:

Режимы течения жидкости классифицируются по характеру движения ее частиц. Выделяют два главных режима: ламинарный (упорядоченный, слоистый) и турбулентный (хаотичный, с вихрями). Критерием для определения режима является безразмерное число Рейнольдса ($Re$), которое характеризует отношение сил инерции к силам вязкости. Для течения в трубе при малых значениях ($Re < 2300$) течение является ламинарным, а при больших ($Re > 10000$) — турбулентным. Между этими значениями лежит переходная зона.