СЛОВАРЬ ЮНОГО ФИЗИКА

ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА

Так называемое жидкое ядро Земли радиусом 3450 км является жидким уже и в обычном смысле — оно течет даже под действием кратковременных нагрузок, возникающих в звуковых волнах. Регулярные течения этой жидкости с высокой электропроводностью, по-видимому, и приводят к появлению магнитного поля Земли . Наконец, в самом центре Земли есть еще внутреннее твердое ядро радиусом 1250 км, состоящее из вещества с плотностью около 13 г/см3.

Кора Земли, называемая еще литосферой, т. е. каменной оболочкой, состоит из отдельных плит, медленно перемещающихся друг относительно друга. Главные литосферные плиты и их современные движения показаны на  Новая земная кора образуется в районах срединно-океанических хребтов, а старая кора, покрытая трехкилометровым слоем осадков, исчезает, «ныряя» под континенты. Взаимные перемещения плит, рождение и разрушение твердой коры Земли сопровождаются землетрясениями. Когда погружающаяся литосферная плита попадает в зону высоких температур, происходят химические реакции, преобразующие ее осадочный слой. При этом образуются газы и водяные пары, которые вулканами извергаются в атмосферу, и возможно, что органическое вещество осадков частично переходит в нефть.

Именно вулканическая деятельность и привела к появлению первичной атмосферы Земли, а вода, образовавшаяся при дифференциации вещества мантии, составила Мировой океан.

Кроме перечисленных направлений исследований геофизика изучает непостоянное во времени вращение Земли, ее истинную форму, взаимодействие Земли и Луны (приливы, замедление вращения), климат Земли и др.

Гидроаэромеханика — раздел механики, изучающий движение жидких и газообразных сред и их взаимодействие между собой и с граничащими с ними твердыми телами.

В отличие от раздела физики — молекулярно-кинетической теории жидкостей и газов  гидроаэромеханика заменяет действительную молекулярную структуру жидкостей и газов идеализированными представлениями о материальной среде, обладающей двумя основными свойствами — сплошностью (непрерывностью) и легкой подвижностью (текучестью). При этом жидкости считают практически несжимаемыми.

Гидроаэромеханика включает два основных раздела. Аэромеханика изучает законы движения воздушной (а, вернее, газообразной) среды и ее взаимодействия с движущимися в ней твердыми телами, главным образом близкими по форме к используемым в авиации (крыло, удлиненное тело вращения и т. п.). Гидромеханика — давление и движение несжимаемых жидкостей и взаимодействие их с твердыми телами.

Гидроаэромеханика разделяется на теоретическую и экспериментальную.

При теоретическом исследовании движения жидкостей вычисляются либо координаты отдельных частиц жидкости, рассматриваемых как материальные частицы, сплошь заполняющие объем (представление Лагранжа), либо скорости этих частиц в пространстве, заполненном движущейся жидкостью (представление Эйлера). Представлением Лагранжа пользуются в основном при описании колебательных явлений в жидкости.

Теоретическая аэродинамика базируется на общих уравнениях гидроаэромеханики. При этом для изучения сравнительно простых вопросов движения жидкости или газа вокруг тел и давления потока на них в аэродинамике используют уравнения движения несжимаемой (для малых скоростей) или сжимаемой (для больших скоростей) идеальной жидкости. При рассмотрении более сложных вопросов применяют уравнения движения вязких жидкостей .

Главная проблема экспериментальной гидроаэромеханики — изучение взаимодействия жидкостей и газов с твердыми телами, движущимися или покоящимися в них. В основе экспериментальных методов лежат либо аналогии, существующие между движением жидкости и газа и физическими процессами, удобными для воспроизведения, либо моделирование. Изучение потока жидкости или газа в уменьшенном масштабе ведут в аэродинамических трубах, опытовых бассейнах и т. д.

Гидроаэростатика как часть гидроаэромеханики определяет, с какой силой находящиеся в равновесии жидкости или газы действуют на стенки сосуда, а также на погруженные в них тела. Основные законы гидроаэростатики — закон Паскаля: давление на поверхность жидкости (или газа), произведенное внешними силами, передается жидкостью (или газом) одинаково во всех направлениях; закон Архимеда: на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) сила, направленная вверх, приложенная к центру тяжести вытесненного объема и равная по величине весу вытесненной телом жидкости (или газа).

Первые представления из области гидроаэромеханики возникли еще в древние времена, поскольку они были необходимы людям в их практической деятельности: в строительстве колодцев, каналов, плотов, лодок, изобретении таких сравнительно сложных по тем временам гидро- и аэродинамических устройств, как весло, парус, насос и др.

Важной проблемой гидроаэромеханики с самого ее возникновения стало изучение взаимодействия между средой (водой, воздухом) и движущимися или покоящимися в ней телами. В III в. до н. э. Архимед открыл основной закон гидроаэростатики и создал теорию равновесия жидкостей и газов. Его труды послужили основой для создания ряда гидравлических аппаратов, в частности поршневых насосов.

В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи, разрабатывая проекты каналов и ирригационных систем, изучал условия равновесия жидкостей. Наблюдая полеты птиц, он открыл существование сопротивления среды.

В XVII в. французский ученый Б. Паскаль при изучении давления жидкостей и газов установил, что в данной точке жидкости и газа давление действует с одинаковой силой во всех направлениях, и сформулировал закономерности передачи давления жидкостями и газами.