Истечение жидкости из отверстия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Истечение жидкости из отверстия может происходить в газовую или жидкую среду или в вакуум. Если истечение происходит из отверстия в стенке сосуда в атмосферу, то имеет место т. н. незатопленное, или свободное, истечение (рис. 1). Струя несжимаемой жидкости, выходящая под постоянным напором Н из отверстия площадью w, сжимается, образуя сжатое сечение площадью w₁=ew) (e - коэф. сжатия струи). Скорость истечения определяется по ф-ле

где j - т. н. коэф. скорости, зависящий от гидравлич. сопротивлений, возникающих при истечении, g - ускорение свободного падения (см. также Торричелли формула ).Расход вытекающей жидкости

где m=je - коэф. расхода отверстия. Коэф. j, m., e зависят от вида отверстия, от Рейнолъдса числа и Фруда числа, характеризующих течение. С уменьшением этих чисел коэф. j уменьшается, а коэф. в возрастает (рис. 2).

Рис. 1. Схема истечения жидкости в атмосферу.

Рис. 2. Зависимость коэффициентов истечения из малого отверстия в тонкой стенке от Re.

При истечении воды из малых отверстий в тонкой стенке сосуда (d<3d, где d - толщина стенки, d - диаметр отверстия) обычно принимают e=0,62-0,64, j=0,97-0,98, m=0,60-0,61. Если струя вытекает под уровень жидкости (рис. 3), то имеет место т. н. затопленное истечение (истечение под уровень). При этом расход определяется всё ещё по ф-ле (*), но в качестве напора Н для одинаковых жидкостей следует принимать разность уровней H=H₁- H₂. При вытекании воды из больших прямоугольных отверстий шириной b (рис. 4) расход определяется из ф-лы:

к-рая при H₁=0 переходит в ф-лу расхода при истечении через водослив. Если напор, под к-рым происходит истечение, изменяется с течением времени (напр., при наполнении и опорожнении резервуаров), то возникает неустановившееся движение жидкости. При истечении из цилиндрич. сосуда время t, в течение к-рого уровень опускается от H₁ до Н₂, определяется из зависимости:

Рис. 3. Схема истечения под уровень жидкости.

где W - площадь сечения сосуда.
Теория истечения из отверстия находит применение при определении необходимых размеров отверстий в разл. сосудах, баках, шлюзах, в некоторых частях плотин, а также для определения расходов и скоростей истечения жидкостей разной вязкости и сроков опорожнения резервуаров различной формы. В случае истечения капельных жидкостей в вакуум или среду, давление в к-рой ниже давления насыщенных

Рис. 4. Схема истечения из больших прямоугольных отверстий; b - размер отверстия по нормали к плоскости чертежа.

паров жидкости при данной температуре, процесс истечения сопровождается фазовыми переходами (испарение) и картина существенно усложняется. Такие явления возникают, напр., при сливе жидкостей (в частности, криогенных ракетных топлив) из космич. летат. аппаратов. Об истечении газа см. в ст. Сопло, Струя.

Литература по истечению жидкости из отверстий

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.