СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОДЫ

Изобретение относится к физике контактного взаимодействия жидкокристаллической материальной среды - воды в условиях гравитационного воздействия.

Известен способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды, заключающийся в том, что от дневной поверхности устанавливают глубину h замера давления, на глубине h определяют тангенциальное напряжение τ=ρ·g·h=γ·h, МПа, где γ=ρg, кг/см³ - удельный вес материальной среды, ρ - плотность среды, кг/м³, g - ускорение свободного падения, м/с², удельное структурное сцепление с_стр, МПа, и угол φ_стр внутреннего трения среды, отличающийся тем, что нормальное гравитационное (бытовое) давление на глубине h массива связной материальной среды определяют по зависимости p_б=(γ·h-с_стр)ctgφ_стр, МПа, связную материальную среду на глубине h<с_стр/γ принимают находящейся в растянутом по вертикали напряженном состоянии и уравновешенной газовым атмосферным давлением планеты [1].

Чистую воду принято считать с позиций классической механики бессвязной средой, не обладающей внутренним трением и сцеплением (с=0, φ=0) при положительных температурах окружающей среды (T>0°C) и нормальном давлении (p_атм.ср=1,033 кг/см³=0,1014 МПа). Однако вода в чистом виде обладает поверхностным натяжением верхнего слоя (пленки) σ_пл.

Известен способ определения поверхностного натяжения поверхностного слоя (пленки) воды по зависимости σ_пл=P/l, которое определяют по силе P, приложенной к метрической единице прямолинейного участка границы поверхности воды по направлению касательной к жидкой поверхности при ее равновесии, причем при различных температурах T°C величину поверхностного натяжения σ_пл пленки воды определяют опытным путем [2].

Поверхностное натяжение воды обусловлено ее связностью, то есть вода должна характеризоваться физическими параметрами, присущими всем материальным средам - углом φ_в внутреннего трения и удельным сцеплением с_в. На сегодняшний день опытным путем определяют только ее коэффициент α поверхностного натяжения при заданной температуре. Так, при Т=0°C - справочный оптимальный коэффициент α=σ_пл=75,6·10^-3Н/м [2].

Технический результат по способу определения удельного сцепления и угла φ_в внутреннего трения воды, заключающийся в том, что определяют температуру T°C воды при нормальном атмосферном давлении p_атм.ср=1,033 кг/см², удельный вес воды принимают γ_в=981 кг/м³, устанавливают толщину h поверхностного слоя пленки воды, отличающийся тем, что толщину растянутого поверхностного слоя пленки воды определяют по зависимости где σ_пл, кг/см, - величина поверхностного натяжения верхнего слоя пленки воды при температуре T°C и атмосферном давлении p_атм.ср=1,033 кг/см² окружающей среды, удельное сцепление воды при температуре T°C рассчитывают по зависимости и принимают равным c_в=τ=γ_в·h_пл=274,642·10^-6 кг/см²=27,446 Па при h_пл=27,978·10^-4 м; а угол φ_в внутреннего трения воды по глубине H водоема определяют из зависимости tgφ_в=1-[c_в/(γ_в·H)] и для жидкокристаллической структуры воды коэффициент внутреннего трения принимают f=tg44,7°=0,99≈1 с глубины H=28 см.

Пример 1. При гравитационном давлении в материальной среде p_б=(γ_в·h-c_в)ctgφ_в=0 на водной глади образуется пленка толщиной p_б=0, при (γ_в·h-c_в=0), h=c_в/γ_в, где c_в - удельное сцепление поверхностной пленки воды толщиной h и воды в целом, то есть c_в=τ-p·tgφ=τ_в=γ_в·h=ρ_вgh, то есть удельное сцепление воды определяется тангенциальным (касательным) напряжением натяжения ее поверхностной пленки c_в=τ_в. Толщину пленки воды, находящейся в состоянии поверхностного натяжения, уравновешенного атмосферным давлением, определяют по зависимости При γ_в=981 кг/м³ и α=σ_пл=0,00739 кг/м величина h_пл=274,642·10^-4 м, а удельное сцепление воды c_в=τ_в=γ_вh_пл=274,642·10^-6 кг/см²=27,446 Па (таблица 1, фиг.1).

Коэффициент поверхностного натяжения водной глади (при заданной температуре) α=с_пл=τ_вh_пл=с_вh=γ_вh²=(981 кг/м³)·(27,978·10^-4 м)²=76,79·10^-4 кг/м=75,33·10^-3 Н/м. При T=0°C справочный опытный коэффициент поверхностного натяжения воды равен α=75,6·10^-3 Н/м [2].

Пример 2. Гравитационное (бытовое) давление воды по глубине H водоема составляет величину p_б=(γ_в·H-с_в)ctgφ_в. При удельном сцеплении воды с_в=274,642·10^-6 кг/см² на заданной глубине H водоема угол внутреннего трения будет равен φ_в=arctg[(γ_в·H-с_в)/p_б], то есть tgφ_в=(γ_в·H-с_в)p_б=1-с_в/(γ_в·H), так как гравитационное давление воды равно ее гидростатическому давлению p_б=γ_в·H. При γ_в=981 кг/м³ и с_в=274,642·10^-6 кг/см² вода становится под давлением собственного веса структурированной жидкокристаллической с углом внутреннего трения φ=44,99999°=45° и коэффициентом внутреннего трения f=tgφ_в=1 с глубины H=с_в/[γ_в(1-tg44,99999°)]=274,642·10^-6/[981·10^-6(1-tgφ)}=802027,3 см=8,02 км, например, в Марианской впадине. Практически с глубины H=1 м величина φ_в=44,92°≈45° (таблица 1, фиг.1).

Впервые определены физические параметры угол φ_в внутреннего трения и удельное сцепление с_в воды по глубине водоема, ранее считавшиеся отсутствующими. Угол внутреннего трения воды растет с глубиной и становится равным φ=45° (практически с глубины H=1 м), это объясняет равенство нормального и тангенциального давления на глубине воды

τ_в=p_вtgφ_в+с_в=p_вtg45°+с_в=p_в+с_в=[(γ_вH-с_в)/tgφ_в]+с_в=γ_вH-с_в+с_в=γ_вH

или p_в=τ_в=γ_в·H, то есть нормальное давление становится всесторонним, что подтверждается экспериментально.

Источники информации

1. Заявка на патент №2013135028/(052474)

«Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды» от «25» июля 2013 г.

2. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике / Изд-е 5, перераб. и доп. - «Наука», 1972. - с.84.