Akademik

Поверхностные силы

Поверхностные силы: силы, приложенные к поверхности элементарного объёма сплошной среды и обусловленные взаимодействием с частицами среды в соседних элементарных объёмах. Поскольку П. с. возникают при непосредственном механическом контакте между взаимодействующими элементами, их иногда называют также контактными силами. П. с. зависят от локальных свойств и характера движения среды.
П. с. характеризуются вектором напряжения pn представляющим собой предел отношения главного вектора П. с. к площади выделенной элементарной площадки dS при стремлении её к нулю. В общем случае вектор pn не совпадает с направлением внешней нормали n к dS, зависит от её ориентации и выражается через векторы px, py, pz, определяющие напряжения на площадках, ортогональных соответственно осям x, у, z:
pn = pxcosφx + pycosφy + pzcosφz,
где φx, φy, φz — углы между n и осями х, у и z.Каждый из векторов рx, ру, pz имеет вид:
pα = ipαx + jpαy + kpαz
где α — x,y,z — декартовы координаты, i, j, k — соответствующие единичные орты,
и, следовательно, компоненты этих векторов определяют собой напряжённое состояние среды в рассматриваемой точке поля течения (см. Тензор напряжений). При этом величины рxx, pyy, рzz называются нормальными напряжениями, а рxy, рxz, рyх, pyz, pzx, pzy — касательными напряжениями. В идеальной жидкости касательные напряжения равны нулю, а нормальные напряжения одинаковы по значению и не зависят от ориентации элементарной площадки. Понятие о П. с. является одним из фундаментальных в механике сплошных сред и используется при выводе уравнений, описывающих её движение.