Агрегатное состояние в-ва, в к-ром его ч-цы не связаны или весьма слабо связаны силами вз-ствия и дви­жутся свободно, заполняя весь предо­ставленный им объём

Вид материала

Документы

Содержание Гидродинамический излуча­тель А. Ф. Назаренко. Блок-схема гидролокатора. Рис. 1. Принцип работы гидролокатора: 1 — излучатель; 2 — приёмник; 3 — отражающее тело. Б. Ф. Курьянов. Гидростатический парадокс Гидростатическое взвешива­ние Гидрофильность и гидрофобность

Подобный материал:

• 2. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов, 52.42kb.
• Магия и технология – за и против (или наоборот – вместе или порознь) Гилдор Карнесир, 243.69kb.
• Тема: Инновации и инновационные процессы, 158.08kb.
• Т. И. Розбицкая Музыка в жизни и творчестве И. С. Тургенева Все виды искусства так, 46.59kb.
• Ii этап Команда «исследователи» моу «сош №2», 94.86kb.
• 1 Использование ресурсов минерально-сырьевой базы края и охрана недр, 291.61kb.
• Позиционирования (gps), 196.2kb.
• Конспект тема: Бизнес план и его роль в современном предпринимательстве, 598.08kb.
• Задания для второго (районного, городского) этапа Всероссийской олимпиады школьников, 68.78kb.
• Курсовые работы на III и IV курсах обязательно должны быть связаны, 86.91kb.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧА­ТЕЛЬ, устройство, преобразующее часть энергии турбулентной затоплен­ной струи жидкости в энергию акустич. волн. Работа Г. и. основана на генерировании возмущений в жидкой среде при вз-ствии вытекающей из сопла струи с препятствием определён­ных формы и размеров либо при принудительном периодич. прерыва­нии струи. Эти возмущения оказывают обратное действие на основание струи у сопла, способствуя установлению автоколебат. режима. Механизм из­лучения звука может быть различным в зависимости от конструкции Г. и.,

к-рая принципиально отличается от конструкций газоструйных излучате­лей, т. к., во-первых, вытекание жид­кости из сопла со сверхзвук. скоро­стью осуществить невозможно, а во-вторых, использование резонирующе­го объёма для Г. и. неэффективно ввиду относительно невысокого коэфф. отражения звука на границе жид­кость — металл.

Наибольшее распространение полу­чили пластинчатые Г. и., состоящие из погруженных в жидкость прямо­угольного щелевого сопла (рис. 1) и заострённой в сторону струи пла­стинки, к-рая крепится в узловых точках (рис. 1, а) либо консольно (рис. 1, б).



Рис. 1. Принципиальная конструкция плас­тинчатых гидродинамич. излучателей с креп­лением пластинки: о — в узловых точках; б — консольно; 1 — сопло; 2 — пластинка; 3 — точки крепления (узлы колебаний).


При натекании на пластин­ку потока жидкости в ней возбужда­ются изгибные колебания. Для гене­рирования интенсивных колебаний не­обходимо, чтобы собств. частота пла­стинки и частота автоколебаний струи совпадали. В другой модификации Г. и. используется кольцевое щелевое сопло, образованное двумя конич. поверхностями, а колеблющимся пре­пятствием служит полый цилиндр, к-рый разрезан вдоль образующих, так что создаётся система располо­женных по окружности консольных пластин.



Рис. 2. Конструкция пластинчатого гидро­динамич. излучателя с кольцевым соплом 1 и расположенными по окружности консоль­ными пластинками 2 (D — диаметр цилинд­ра, d — диаметр отверстия в его дне).


Излучение Г. и. возможно также за счёт пульсации кавитац. полости, об­разующейся между соплом и препят­ствием. В этом случае интенсивность колебаний определяется соотношением диаметра сопла и диаметра лунки на торце отражателя. Существуют также роторные Г. и., работа к-рых подобна работе сирен и сводится к периодич. прерыванию струи жидкости.

Г. и. излучают акустич. колебания в широком частотном диапазоне — от 0,3 до 35 кГц с макс. интенсивно­стью порядка 1,5—2,5 Вт/см². Г. и.

применяются для интенсификации разл. технол. процессов: приготов­ления высококачеств. эмульсий из несмешивающихся друг с другом жид­костей, диспергирования тв. ч-ц в жидкостях, ускорения процессов кри­сталлизации в р-рах, расщепления молекул полимеров, очистки стального литья после прокатки и т. д.

• Константинов Б. П., Гидродина­мическое звукообразование и распростра­нение звука в ограниченной среде, Л., 1974; Ультразвук, М., 1979 (Маленькая энцикло­педия).

А. Ф. Назаренко.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРО­ТИВЛЕНИЕ (гидравлическое сопро­тивление), сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жид­кости или сопротивление движению жидкости, вызванное влиянием стенок труб, каналов и т. д. При обтекании неподвижного тела потоком жидко­сти (газа) или, наоборот, когда тело движется в неподвижной среде, Г. с. представляет собой проекцию гл. век­тора всех действующих на тело сил на направление движения. Г. с.

Х=С_x (v²/2)S, где  — плотность

среды, v — скорость, S — характер­ная для данного тела площадь. Г. с, летат. аппаратов наз. аэродинамиче­ским сопротивлением.

Безразмерный коэфф. Г. с. С_x за­висит от формы тела, его положения относительно направления движения и подобия критериев. Силу, с к-рой жидкость действует на каждый эле­мент поверхности движущегося тела, можно разложить на нормальную и касат. составляющие, т. е. на силу давления и силу трения. Проекция результирующей всех сил давления на направление движения даёт Г. с. давления, а проекция результирую­щей всех сил трения на направление движения — Г. с. трения. Тела, у к-рых сопротивление от сил давления мало по сравнению с сопротивлением от сил трения, считаются хорошо обтекаемыми. Г. с. плохо обтекаемых тел определяется почти полностью сопротивлением давления. При дви­жении тел вблизи поверхности раз­дела двух сред образуются волны, в результате чего возникает волновое сопротивление.

При протекании жидкости по тру­бам, каналам и т. д. в гидравлике различают два вида Г. с.: сопротив­ление трения, прямо пропорц. длине участка потока, и местные гидравлич. сопротивления, связанные с измене­нием структуры потока (отрывы, вихреобразование) на коротком участке при обтекании разл. препятствий (в виде клапанов, задвижек и др.), а также при внезапном расширении или сужении потока или при изменении направления его течения. В гидрав­лич. расчётах Г. с. оценивается ве­личиной «потерянного» напора h_v, представляющего собой ту часть уд.

119


энергии потока, к-рая необратимо расходуется на работу сил сопротив­ления.

Определение величины Г. с. имеет большое значение при проектировании и постройке самых разнообразных гидротехн. сооружений, установок и аппаратов (турбинные установки, воздухо- и газоочистит. аппараты, газо-, нефте- и водопроводные магистрали, компрессоры, насосы и т. д.).

• Идельчик И. Е., Справочник по гид­равлическим сопротивлениям, 2 изд., М., 1975.

ГИДРОЛОКАТОР, гидроакустич. уст­ройство для определения положения подводных объектов при помощи звук. сигналов. Существуют разл. прин­ципы действия Г. (см. Гидролокация),



Блок-схема гидролокатора.


но наиб. распространены импульсные Г. (рис.). Излучение импульса аку­стического на фиксированной звук. или ультразвук. частоте и приём отражённого от лоцируемого объекта эхо-импульса в таком Г. произво­дится посредством направленной приёмно-излучающей гидроакустич. ан­тенны 3, состоящей из набора электро­акустических преобразователей и рас­положенной в обтекателе 1, прикреп­лённом к днищу корабля 2. Поворот­ное устройство позволяет устанавли­вать антенну в произвольном положе­нии в горизонт. плоскости и произво­дить поиск по азимуту. Реле при­ёма — передачи 4 подключает антенну поочерёдно к передающему 5 и при­ёмному 6 трактам. В режиме излу­чения электрич. импульс, сформиро­ванный в модуляторе 9 (куда подаётся сигнал звук. или ультразвук. ча­стоты от генератора 8 и видеоимпульс от формирователя 7), после усиления в усилителе мощности 10 поступает на преобразователи антенны, к-рые из­лучают в воду акустич. сигнал дли­тельностью 10—100 мс. В режиме приёма отражённые звук. сигналы, принятые преобразователем 3, уси­ливаются приёмным усилителем 11 и подаются на блок слухового конт­роля 12 и одновременно после детек­тора 13 — на электронно-лучевой ин­дикатор 14 и регистратор 15. При равномерном движении цели отметки

на ленте регистратора, соответствую­щие последовательным отражениям, располагаются на прямолинейной «трассе»; по наклону этой прямой можно определить скорость движения цели. Определение скорости цели по единичной посылке производится на основе Доплера эффекта с помощью дополнит. тракта 16. Для согласо­вания динамич. диапазонов принима­емых сигналов и регистрирующей аппаратуры служит блок регулиров­ки 17.

По способу обзора пр-ва различают Г. шагового поиска, секторного по­иска и кругового обзора. При шаго­вом поиске и пеленговании антенна Г. поворачивается в горизонт. пло­скости на угол 2,5—15°. При сектор­ном поиске акустич. энергия излуча­ется в определ. секторе, а приём и пеленгование производятся путём бы­строго сканирования в пределах этого сектора. При круговом обзоре ис­пользуется ненаправленное излуче­ние и направленный приём при по­мощи антенны с веерной хар-кой направленности; это обеспечивает об­наружение и пеленгование всех окру­жающих Г. объектов. ГИДРОЛОКАЦИЯ (от греч. hydor — вода и лат. locatio — размещение), определение положения подводных объектов при помощи акустич. сигна­лов, излучаемых самими объектами (пассивная локация) или возникаю­щих в результате отражения от под­водных объектов искусственно созда­ваемых звук. сигналов (активная ло­кация). Г. имеет большое значение в навигации для обнаружения невиди­мых подводных препятствий, в рыбном промысле для обнаружения косяков и отд. крупных рыб, в океанологии как инструмент исследования физ. св-в океана, картографирования мор­ского дна, поиска затонувших судов и т. п. Г. применяется также в военных целях для обнаружения подводных лодок, надводных кораблей и др. и наблюдения за ними, для определения координат целей при применении тор­педного и ракетного оружия.

При пассивной локации (шумопеленгации) с помощью шумопелен­гатора определяют направление на источник звука (пеленг источника), пользуясь звук. полем, создаваемым самим источником. При этом приме­няют разл. методы: поворачивают при­ёмную акустич. антенну с острой на­правленностью до положения, в к-ром принятый сигнал имеет макс. интен­сивность (т. н. макс. метод пеленго­вания); измеряют разность фаз между сигналами на выходе двух разнесён­ных в пр-ве антенн (фазовый метод); определяют относит. разницу во вре­мени приёма сигналов двумя разнесён­ными антеннами посредством измере­ния взаимной корреляции (корреляц. метод), а также путём комбинации этих методов. Расстояние до объекта определяют по двум или неск. пе­ленгам, полученным неск. приёмными

системами, разнесёнными на расстоя­ния, сравнимые с расстоянием до лоцируемого объекта (метод триангу­ляции); так определяется не только положение шумящего объекта, но и траектория его движения. Системы пассивной Г. применяются гл. обр. для гидроакустич. оснащения под­водных лодок и надводных кораблей. Пассивной Г. пользуются также при обнаружении подводных шумящих объектов с помощью распределённых береговых и донных систем звукопри­ёмников, данные от к-рых по подвод­ному кабелю передаются на береговые системы обработки, а также с помощью системы гидроакустич. радиобуев, ин­формация от к-рых принимается по радиоканалу спец. самолётами, кур­сирующими в районе плавания буёв.

Если источник звука излучает ко­роткий звук. импульс, то положение источника можно определить по раз­ностям времён прихода импульсов, принятых ненаправленными приём­никами в трёх или более разнесённых по пр-ву пунктах. Таким способом определения местоположения источ­ников пользуются в береговой системе дальнего обнаружения судов, терпя­щих бедствие в открытом океане (си­стема СОФАР); источником звука при этом служит взрыв заряда, погружа­емого на определ. глубину.

Системы активной Г. основаны на явлении звук. эха (рис. 1) и разли­чаются методами модуляции (см. модуляция колебаний) посылаемого сиг­нала и способами обзора пр-ва.



Рис. 1. Принцип работы гидролокатора: 1 — излучатель; 2 — приёмник; 3 — отражающее тело.


Для определения дальности объекта чаще всего пользуются амплитудной и ча­стотной модуляциями сигнала. При амплитудной импульсной модуляции расстояние R до цели находится по времени запаздывания t₀ отражённого импульса: R=ct₀/2, где с — скорость распространения звука в среде. При частотной модуляции частота / из­лучаемого сигнала меняется со вре­менем t по линейному закону f(t)=f₀+t, где t₀ и  — постоянные на­чальная частота и скорость изме­нения частоты. Отражённый сигнал, принятый приёмником 3 (рис. 2, а), отличается по частоте от сигнала, излучаемого в данный момент (рис. 2, б), т. к. принятый сигнал (рис. 2, в) представляет собой задержанную на время t_c копию посланного сигнала, а частота излучаемого сигнала за

120


время t_с изменилась согласно приве­дённой ф-ле. Для неподвижной цели разность частот постоянна и равна: f_- =t_с (рис. 2, г). Выделив разност­ную частоту, определяют расстояние до цели R=сf_-/2. Аналогична схема действия гидролокатора с шумовым излучением и корреляц. обработкой сигнала.

Осн. хар-кой гидролокаторов явл. дальность обнаружения, к-рая зави­сит от мощности излучаемого сигнала, от уровня акустич. помех и от условий распространения звука в водной сре­де. Её обычно определяют по вели­чине т. н. порогового сигнала, т. е. сигнала мин. интенсивности, ещё раз­личимого на фоне помех.




Рис. 2. а — блок-схема гидролокатора с час­тотной модуляцией: 1 — генератор, 2 — из­лучатель, 3 — приёмник, 4 — усилитель, 5 — смеситель, 6 — детектор, 7 — фильтр; б — посланный сигнал; в — принятый сигнал; г — принятый сигнал для неподвижной цели.


Наряду с помехами на дальность обнаружения оказывает влияние ре­фракция звука, имеющая место в сложных гидрол. условиях. Совр. гидролокаторы способны обнаружи­вать большие отражающие объекты в среднем на расстоянии неск. км.

• Сташкевич А. П., Акустика моря, Л., 1966; Тюрин А. М., С т а ш к е в и ч А. П., Таранов Э. С., Основы гидроакустики, Л., 1966.

Б. Ф. Курьянов.

ГИДРОМЕХАНИКА (от греч. hydor — вода и механика), раздел механики, в к-ром изучается движение и равнове­сие практически несжимаемых жид­костей. Соотв. подразделяется на гид­родинамику и гидростатику. Часто под термином «Г.» подразумевают гидроаэромеханику в целом.

ГИДРОСТАТИКА (от греч. hydor — вода и статика), раздел гидроаэромеханики, в к-ром изучается равновесие жидкости и воздействие покоящейся жидкости на погружённые в неё тела. Одна из осн. задач Г.— изучение рас­пределения давления в жидкости. Зная распределение давления, можно на основании законов Г. рассчитать си­лы, действующие со стороны покоя­щейся жидкости на погружённые в неё тела, напр. на подводную лодку, на стенки и дно сосуда, на стену пло­тины. В частности, можно вывести условия плавания тел на поверхности или внутри жидкости, а также вы­яснить, при каких условиях плава­ющие тела будут обладать устойчи­востью, что особенно важно в кораб­лестроении. На законах Г., в част­ности на Паскаля законе, основано действие гидравлич. пресса, гидравлнч. аккумулятора, жидкостного манометра, сифона и мн. др. машин и приборов. Один из осн. законов Г.— Архимеда закон определяет величину выталкивающей силы, действующей на тело, погружённое в жидкость или газ.

• Элементарный учебник физики, под ред. С. Ландсберга, 9 изд., М., 1975; X а й к и н С. Э., Физические основы механики, 2 изд., М., 1971.

ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПАРАДОКС, заключается в том, что вес жидкости, налитой в сосуд, может отличаться от силы давления, оказываемой ею на дно сосуда. Так, в расширяющихся кверху сосудах (рис.) сила давления на дно меньше веса жидкости, а в суживающихся — больше. В цилиндрич. сосуде обе силы одинаковы. Если одна и та же жидкость налита до одной и той же высоты в сосуды раз­ной формы, но с одинаковой площадью дна, то, несмотря на разл. вес нали­той жидкости, сила давления на дно одинакова для всех сосудов и равна весу жидкости в цилиндрич. сосуде.



Это следует из того, что давление покоящейся жидкости зависит только от глубины под свободной поверхно­стью и от плотности жидкости. Объ­ясняется Г. п. тем, что поскольку гидростатич. давление р всегда нор­мально к стенкам сосуда, сила дав­ления на наклонные стенки имеет вертик. составляющую р₁, к-рая ком­пенсирует вес излишнего по сравнению с цилиндром 1 объёма жидкости в сосуде 3 и вес недостающего объёма жидкости в сосуде 2. Г. п. обнаружен франц. учёным Б. Паскалем (1654).

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ВЗВЕШИВА­НИЕ, метод измерения плотности жид­костей и тв. тел, основанный на законе Архимеда (см. Архимеда закон). Плот­ность тв. тела определяют его дву­кратным взвешиванием — сначала в воздухе, а затем в жидкости, плот­ность к-рой известна (обычно в дистиллиров. воде).



Гидростатич. весы ВГ-2: 1 — неравноплечное коромысло; 2 — шкала в виде попереч­ных надрезов для гирь; 3 — неподвижный противовес; 4 — шкала указателя равнове­сия; 5 —стеклянный поплавок; 6 — гири-рей­теры; 7 — сосуд с жидкостью; 8 — термометр; 9 — двойная чашка для помещения тв. тел (верхняя а — сплошная, нижняя б — с от­верстиями, её погружают в воду).


При первом взве­шивании определяется масса тела, по разности результатов обоих взвеши­ваний — его объём. При измерении плотности жидкости в ней взвешивают к.-н. тело (обычно стеклянный по­плавок), масса и объём к-рого извест­ны. Г. в., в зависимости от требуемой точности, производят на техн., аналитич. или образцовых весах. При массовых измерениях широко при­меняют менее точные, но более быст­родействующие спец. гидростатич. ве­сы, напр. весы Мора (их конструкцию предложил в 1849 нем. химик К. Ф. Мор).

• К и в и л и с С. С., Техника измерения плотности жидкостей и твердых тел., М., 1959, гл. 4.

С. С. Кивилис.

ГИДРОФИЛЬНОСТЬ И ГИДРОФОБНОСТЬ (от греч. hydor — вода, phileo — люблю, phobos — боязнь, страх), понятия, характеризующие сродство тв. тела к воде, обусловленное силами межмолекулярного взаимодействия и обнаруживающееся в явлениях смачи­вания. Г. и г.— частный случай лиофильности и лиофобности — хар-к мол. вз-ствия в-в с разл. жидкостями. Г. и г. можно оценить по растеканию капли воды на гладкой поверхности тела, т. е. по его смачиванию. На гидро­фильной поверхности капля расте­кается полностью, а на гидрофоб­ной — частично, причём величина уг­ла между поверхностями капли и тв. тела (см. рис. 1 в ст. Смачивание) зависит от того, насколько данное тело гидрофобно. Общей мерой гидрофильности служит энергия связи молекул воды с поверхностью тела; её можно определить по теплоте сма­чивания, если в-во тв. тела нераст­воримо в данной жидкости. Гидро­фильны все тела, интенсивность моле­кулярных (атомных, ионных) вз-ствий к-рых достаточно велика. Особенно резко выражена гидрофильность ми­нералов с ионными крист. решётками (напр., карбонатов, силикатов, суль­фатов, глин), а также силикатных стёкол. Гидрофобны металлы, лишён­ные окисных плёнок, органич. соеди­нения с преобладанием углеводород­ных групп в молекуле (напр., пара­фины, жиры, воски, нек-рые пласт­массы), графит, сера и др. в-ва со слабым межмолекулярным взаимодей­ствием.

Понятия Г. и г. применимы не только к телам или их поверхностям, но и к единичным молекулам или отд. частям молекул. Так, в молекулах поверхностно-активных веществ раз­личают гидрофильные (полярные) и гидрофобные (углеводородные) груп­пы. Гидрофильность поверхности тела может резко измениться в результате адсорбции таких в-в. Повышение гидрофильности наз. г и д р о ф и л и з а ц и е й, а понижение — г и д р о ф о б и з а ц и е й.

121


В-ва могут быть отнесены к гидро­фильным или гидрофобным по их способности к гидратации — присо­единению отд. молекулами в-ва молекул воды, к-рое часто приводит к образо­ванию соединений определ. состава — гидратов. Напр., белки, углеводы, крахмал — гидрофильны, т. к. на­бухают и коллоидно растворяются в воде, а каучуки и др. полимеры — гидрофобны.

ГИДРОФОН (от греч. hydor — вода и phone — звук), гидроакустич. зву­коприёмник. Г. явл. электроакусти­ческими преобразователями и приме­няются в гидроакустике для прослу­шивания подводных сигналов и шу­мов, для измерит. целей, а также как составные элементы направленных гид­роакустич. антенн. Наиболее распро­странены Г., основанные на пьезоэлектрич. эффекте; используются так­же Г. электродинамич. и магнитострикц. типа. Принимаются спец. меры по обеспечению герметичности и защиты чувствит. элементов от дей­ствия гидростатич. давления и дей­ствия воды.

Пьезоэлектрич. Г. основан на пря­мом пьезоэффекте (см. Пьезоэлектри­чество) нек-рых кристаллов (сегнетова соль, дигидрофосфат аммония, суль­фат лития и др.). Широко использу­ются пьезокерамика и керамики на основе титаната-цирконата свинца. Чувствит. элементы пьезоэлектрич. Г. изготовляют в виде полых цилиндров или сфер из пьезокерамики или в виде набора пьезоэлектрич. пластинок. Магнитострикц. Г. основаны на об­ратном магнитострикц. эффекте (см. Магнитострикция) нек-рых металлов (в осн. Ni и его сплавов). Для избе­жания потерь на вихревые токи их чувствит. элементы (сердечники) изго­товляют, как правило, из тонких пластин.

Г., предназначенные для измерит. целей, должны быть ненаправленными и обладать ровной частотной хар-кой во всей области исследуемых частот. Для этой цели удобно пользоваться малыми по сравнению с длиной волны полыми сферич. приёмниками из пье­зокерамики, совершающими сфериче­ски симметричные колебания.

Одна из важнейших хар-к Г.— чувствительность (в мкВ/Па), отно­шение электрич. напряжения к звук. давлению. Для увеличения чувстви­тельности (а также устранения шун­тирующего действия кабеля) пользу­ются Г. с предварит. усилителями, к-рые монтируются в одном корпусе с приёмником.

• Т ю р и н А. М., С т а ш к е в и ч А. П., Таранов Э. С., Основы гидроакустики, Л., 1966.