В данной статье выделяю аспекты, наиболее важные для понимания свойств воздушной среды.
Воздушная среда - некоторый объем окружающего воздуха, состав и свойства которого оказывают непосредственное влияние на физиологические процессы.
С точки зрения аэродинамики и изучения взаимодействия воздушного судна и воздуха необходимо знать о гипотезе сплошности.
Гипотеза сплошности гласит о том, что воздушная среда - это сплошная структура. Именно поэтому рассматривать мы будем не молекулярное строение воздуха, а гораздо больший объем.
Гражданские воздушные суда (ВС) летают примерно до 10-11 км, где гипотеза сплошности имеет место быть.
Характеристики воздуха
- Температура
- Давление
- Плотность
Плотность - отношение массы тела к занимаемому этим телом объему. Делится на: массовую и весовую.
- Массовая плотность - масса воздуха в одном кубическом метре.
- Весовая плотность - вес воздуха в одном кубическом метре объема.
Закон, без которого дальнейшее изучение затруднительно:
Закон Гей-Люссака: чем выше плотность, тем выше давление. Чем ниже температура, тем выше плотность.
Почему так? Все просто, вспомните самое известное уравнение из молекулярной физики - уравнение Менделеева-Клапейрона.
Стоит расписать объем через отношение массы и плотности и проверить вышеуказанный закон.
Помимо этого, на плотность влияет и влажность. Чем больше влажность, тем плотность ниже, все из-за того, что воздух частично заполнен водяным паром.
А почему с поднятием на высоту плотность уменьшается? С увеличением высоты давление падает гораздо значительнее, чем уменьшается температура. По уравнению идеального газа видно, что при росте высоты воздух разряжается, его плотность уменьшается.
Физические свойства воздуха
- Инертность - свойство тела сопротивляется изменению состояния покоя или равномерного прямолинейного движения.
Мерой инертности воздуха является массовая плотность. Чем она больше, тем большую силу нужно приложить, чтобы вывести его из состояния покоя.
- Вязкость - свойство жидкости или газа сопротивляться взаимному сдвигу частиц.
Чем больше температура у воздуха, тем вязкость больше, вследствие увеличения скорости молекул. Наоборот, для жидкости. Чем больше температура у жидкости, тем вязкость меньше.
Именно вязкость порождает пограничный слой. То есть тот слой, где скорость меняется от 0 до скорости невозмущенного потока.
- Сжимаемость - свойство воздуха изменять свою плотность при изменении давления и температуры.
Сжимаемость воздуха проявляется на больших скоростях, при приближении скорости к скорости звука.