Vedelike füüsikalised omadused

Vedelikel on hulk füüsikalisi omadusi, mille arvväärtused erinevad gaaside ja tahkete kehade omast. Vedelik on kindla ruumalaga, kuid kindla kujuta aine. Selles suhtes sarnaneb vedelik gaasiga, et ta võtab selle anuma kuju, milles asub. Teisalt on vedelikku raske kokku suruda ja selle poolest on ta tahke aine moodi. Jahtumisel vedelik tahkub, piisaval kuumenemisel aga läheb üle gaasilisse olekusse.
Teoreetilistes mõttekäikudes rakendatakse sageli ideaalse vedeliku mudelit, kus vedelik loetakse täiesti kokkusurutamatuks ja liikumine hõõrdevabaks.
Vedelike peamised füüsikalised omadused.
Tihedus ja erikaal.
Tiheduse ühikuks on kg/m³. Tihedus näitab vedeliku ruumalaühiku massi. Põhivalem on formula_1, kus formula_2 on vedeliku tihedus, formula_3 vedeliku mass ja formula_4 vedeliku ruumala.
Erikaal on vedeliku ruumalaühiku kaal. Selle ühik on N/m³ ning põhivalem on formula_5, kus formula_6 on vedeliku erikaal, formula_2 vedeliku tihedus, formula_8 raskuskiirendus, formula_9 raskusjõud ja formula_4 vedeliku ruumala. Tihedus ja erikaal olenevad vedeliku liigist, temperatuurist ja vedelikule mõjuvast rõhust.
Kokkusurutavus.
Nagu muidki aineid, saab vedelikku kokku suruda, kuid gaasiga võrreldes vaid tühisel määral. Kokkusurutavust iseloomustab kokkusurutavustegur formula_11, mille pöördväärtust nimetatakse mahtelastsusmooduliks tähisega K( Pa−1).
formula_12, kus formula_13 on vedeliku algruumala ning formula_14 ruumala muutus, kui rõhk muutub formula_15 võrra. Miinusmärk tuleneb sellest, et rõhu suurenedes vedeliku maht väheneb.
Temperatuurivahemikus 0–30 °C on vee elastsusmoodul "K" = 1980–2250 MPa. See tähendab, et rõhu suurenedes 0,1 MPa võrra väheneb vee maht ligi 1/20 000 võrra üsna suures rõhuvahemikus. Ka teiste vedelike kokkusurutavus on samas suurusjärgus. Et see on üsna vähene, loetakse arvutustes tavaliselt vedelik kokkusurutamatuks. Erandiks on vaid hüdrauliline löök.
Soojuspaisumine.
Soojuspaisumine on vedeliku ruumala ja seega tiheduse muutumine sõltuvalt temperatuurist jääva rõhu all. Seda iseloomustab ruumpaisumistegur, mille tähis on formula_16 ja ühik on K−1. formula_17, kus formula_13 on algmaht ja formula_14 vedeliku ruumala muutus temperatuuri muutumisel formula_20 võrra eeldusel, et rõhk ei muutu. Vee ruumpaisumisteguri väärtused on kõrvalolevas tabelis, mis kujutab vee ruumpaisumisteguri formula_16 väärtuse sõltuvust rõhust ja temperatuurist.
Sellest tabelist on ka näha, et temperatuurivahemikus 0–20 °C muutub tihedus tühiselt vähe, alla 0,5%. Seevastu kuuma vee paisumist peab arvestama, sest vahemikus 0–100 °C muutub vee tihedus ja seega maht ligikaudu 5%.
Viskoossus.
Viskoossus on vedeliku omadus takistada oma osakeste liikumist üksteise suhtes. Laminaarselt liikuva vedeliku kihtide vahel tekib viskoossusest põhjustatud hõõrdejõud, mida kirjeldab Isaac Newtoni valem formula_22, kus formula_23 on vedelikku iseloomustav dünaamiline viskoossus (Pa), formula_24 naaberkihtide kokkupuutepindala ja formula_25 kihtidevaheline kiiruse gradient, sest naaberkihid saavad omavahel hõõrduda vaid siis, kui nad liiguvad eri kiirusega.
Kui hõõrdejõud formula_26 jagada hõõrdepinnaga A, saadakse hõõrdepinge ehk tangentsiaalpinge τ: formula_27.
Hüdraulikaarvutustes eelistatakse dünaamilisele viskoossusele sageli kinemaatilist viskoossust formula_28 (m²/s).
formula_29, kus formula_2 on vedeliku tihedus. Kinemaatilist viskoossust avaldati varem CGS- süsteemi ühikutes: stooksides (St): 1 St = 1 cm²/s = 10−4 m²/s.
Mõlemad viskoossused olenevad vedeliku liigist, temperatuurist ja rõhust ning määratakse katseliselt viskosimeetri abil. Vedeliku soojenedes viskoossus väheneb, rõhu tõustes suureneb. Kuna rõhu toime avaldub ainult väga suurte rõhumuutuste puhul, siis seda tavaliselt ei arvestata.
Vee kinemaatilist viskoossust saab arvutada J. Poiseulle'i valemist formula_31, kus "t" on temperatuur Celsiuse kraadides.
Kui näiteks olmereovee heljumisisaldus formula_32 ≤ 600 mg/l ja temperatuur "t" = 2–50 °C, saab selle kinemaatilise viskoossuse (m²/s) arvutada N. Fjodorovi valemiga formula_33, kus formula_28 on sama temperatuuriga puhta vee viskoossus.
Mineraalõli viskoossuse olenevust rõhust vahemikus 0–50 MPa kirjeldab valem formula_35, kus "k" = 0,02–0,03 ja formula_36 on mineraalõli viskoossus normaalsel atmosfäärirõhul.