Глава 1. Свойства жидкостей и газов. Статика

§ 1. Свойства жидкостей.

Жидкости отличаются от твердых тел легкой подвижностью своих частиц. Для изменения формы твердого тела к нему необходимо приложить силы конечной, иногда весьма значительной величины. Между тем для медленной деформации жидкости достаточны самые ничтожные силы, которые в предельном случае бесконечно малой деформации делаются равными нулю. Однако при быстрой деформации жидкость, подобно твердому телу, оказывает сопротивление деформации. Но как только движение жидкости прекращается, это сопротивление очень быстро исчезает. Свойство жидкостей оказывать сопротивление деформации называется вязкостью. Подробно это свойство будет рассмотрено в § 1 гл. III. Кроме обычных легко подвижных жидкостей существуют очень вязкие жидкости, сопротивление которых деформации весьма значительно, но в состоянии покоя по-прежнему равно нулю. По мере увеличения вязкости жидкость становится все более похожей на твердое тело, однако нельзя провести резкой границы между жидкостью с очень большой вязкостью и твердым телом: некоторые вещества при быстрой деформации ведут себя как твердые тела, а при медленной — как жидкости. К таким веществам принадлежит, например, асфальт. Если опрокинуть бочку с асфальтом, то в зависимости от температуры воздуха весь асфальт вытекает из бочки в течение нескольких дней или недель и принимает форму плоской лепешки. С течением времени такая асфальтовая лепешка все более и более растекается, но, несмотря на это, по ней можно ходить, не оставляя на ее поверхности заметных следов; только в том случае, если постоять на ней некоторое время, такие следы появляются. При ударе молотком разлившаяся масса асфальта разлетается на куски подобно стеклу.

В статике, т. е. в теории равновесия жидкостей, рассматриваются только состояние покоя или очень медленные движения, следовательно, здесь мы должны принять сопротивление деформации равным нулю. На основании этого мы можем дать такое определение жидкости: жидкостью называется такое тело, в котором в состоянии равновесия всякое сопротивление деформации равно нулю.

Согласно кинетической теории материи мельчайшие частицы всех тел (атомы и молекулы) находятся в непрестанном движении; кинетическая энергия этого движения проявляется в теплоте. С точки зрения этой теории жидкости отличаются от твердых тел тем, что в них отдельные частицы более или менее часто меняются местами с соседними частицами, в то время как в твердых телах каждая частица занимает в пространстве вполне определенное положение, правда, совершая около него небольшие колебания. Постепенное размягчение аморфных тел при повышении температуры объясняется следующим образом: если тело нагревается, т. е. если увеличивается энергия молекулярного движения, то сначала меняются местами частицы там, где случайно возникли особенно большие колебания; при дальнейшем нагревании такая перемена мест совершается все чаще, причем она распространяется на все тело. В кристаллических твердых телах переход из твердого в жидкое состояние происходит внезапно, в результате расплавления, т. е. вследствие разрушения правильной атомной структуры вещества.

Другим свойством жидкостей является их большое сопротивление изменению объема. Никаким способом невозможно сжать один литр воды так, чтобы он поместился в сосуде емкостью в поллитра. Обратно, если налить литр воды в сосуд емкостью в два литра и выкачать из последнего воздух, то вода по-прежнему будет занимать только половину сосуда. Однако в некоторой мере вода при больших давлениях сжимается; при давлении около 1000 ата это сжатие достигает 5% первоначального объема. Аналогичным образом ведут себя и другие жидкости.