Hidrológiai Közlöny 1958 (38. évfolyam)

1. szám - Juhász József: A szivárgás vizsgálata

Juhász J.: A szivárgás vizsgálata Hidrológiai Közlöny 1958. 1. sz. Jfl ban, ha a víznek nincsen nyugvó súrlódása, a szegletvizektől eltekintve a víz — az erők merőlegessége következtében — lényegében ugyancsak a teljes keresztmetszetben áramlik. A fizikában az anyagokat háromféle előfordulási formában ismerjük : szilárd, cseppfolyós és gáz halmazállapotban. Köztudomású dolog, hogy a szilárd anyagok melegítéssel cseppfolyósíthatok. Megfelelő hőmennyiség közlése esetén a szilárd anyag lassan meglágyul, majd további hőmennyiség felvétele után eléri a szokásos cseppfolyós állapotot. Hasonló jelenséget idézhetünk elő sok esetben a nyomás változtatásával is. Nyilvánvaló tehát, hogy bár a szilárd és cseppfolyós állapotot a fizikában egymástól jól meg tudjuk különböztetni, ezek között átmeneti állapotokat ismerünk, amelyek egyik kategóriába sem sorolhatók. A nélkül, hogy a molekuláris fizikába bele kívánnánk mélyedni, megállapítható az, hogy a szilárd és cseppfolyós halmazállapotok a legtöbb esetben egymásba fokozatosan átmenő állapotok, amelyekben a fizikai tulajdonságok is hasonló folyamatos átmenettel rendelkeznek. .Ezt kétféleképpen kell értelmezni.'Egyrészt a fokozatos állapotváltozás igen sok, számunkra érdekes anyagnál tapasztalható a hőmérsékletváltozás hatására (pl. bitumen, kátrány, olajok stb.), másrészt a szokásos nyomáson és hőfok-intervallumban a különböző testekből össze tudunk állítani egy olyan sort, amely a szilárd testtől (pl. vas) fokozatosan megy át a plasztikus (pl. bitumen) majd a kúszó folyadékok (pl. méz, ill. bizonyos olajok), végül a vízhez hasonló folyadékok csoportjába. A fokozatos átmenet ismeretében mondhatjuk, hogy a szilárd és cseppfolyós, valamint a közbenső halmazállapot mind ugyanazon fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, csak egyik tartományban az egyik, másikban pedig a másik dominál. Az egyes tartományokban a nagyon kismértékben hatókat el szoktuk hagyni. Ennek az elhanyagolásnak a következménye például az, hogy a klasszikus fizika a vízmozgások ellenállását lassúbb vízmozgásnál a sebesség első hatványával, míg gyorsabbaknál a sebesség négvzetével veszi arányosnak. Tudjuk, hogy az ellenállás mindkét esetben függ a sebesség első és magasabb hatványaitól is, de a lamináris vízmozgásnál a magasabb hatványok, a turbulens mozgásnál pedig a sebesség elsőfokú tagja elhanyagolhatók. Hasonlóan vagyunk az összenyomhatóság kérdésével is. A szilárd testnél és a folyadéknál számos esetben figyelmen kívül hagyjuk, bár tudjuk, hogy van és adott esetben — pl. a szilárdságtanban, ill. a kosütésnél — jelentős szerepet játszik. Az előbbiek alapján önként következik, hogy a súrlódás kérdésénél is hasonló a helyzet. A súrlódó feszültség ma használt legáltalánosabb képlete : í , dv\ Filmviz 1. ábra. Áramvonalak és potenciál vonalak vázlatos talajhézagban lamináris szivárgáskor Abb. 1. Potential- und Stromlinien in einer schematischen Bódenfuge bei laminarer Sickerung Fig. 7. Flow lines and potential lines in case of laminar percolation in schematic void Ez a képlet szilárd testre, folyadékra, gázra és az átmeneti állapotokra egyaránt igaz. Amíg azonban a szilárd testnél normál nyomáson elv „ - = 0, tehát a súrlódás r = T,

rra egyszerűsödik, ds addig folyadéknál éppen r

0-t hagyta figyelmen kívül Newton, amikor ismert törvényét felírta és megállapította, hogy a víz teljesen gördülékeny. Megfelelő hőmennyiség hozzáadásán kívül rendkívül nagy nyomás esetén is a szilárd testek szilárdságuk növekedése mellett is — plasztikusan viselkednek, tehát ilyen esetben már rájuk nézve is lényegében az (1) képlet alapján számíthatjuk a teljes súrlódást, minthogy megdv felelő körülmények között a - 0. (A latensds plasztikus állapot súrlódási viszonyait egyáltalán nem kívánjuk tárgyalni, éppen csak megemlítettük.) • . A fizika fejlődése során a normál hőmérsékleten nehezen folyó anyagok — az úgynevezett „kúszó folyadékok" — vizsgálata során megállapították, hogy rájuk az (1) képlet súrlódási törvénye érvényes. A rendelkezésre álló mérőműszerek ugyanis a kúszó folyadékoknál lehetővé tették a r

0 értékének mérését. Ezeknél a folyadékoknál a r„ értéke nagymértékben befolyásolja a teljes súrlódást. A fokozatos átmenet ismeretében nyilvánvaló, hogy a víz súrlódási viszonyait is az (1) képlet fejezi ki helyesen, csak benne a T

0 értéke olyan kicsiny, hogy a hidrodinamika legtöbb ágában elhanyagolható. Értékét közvetlen módon nem tudtuk meghatározni, de a továbbiakban a számítási eljárás megalkotása után közvetett módon, kísérletezéssel kaptunk rá megfelelőnek mutatkozó értéket. Jelenleg pedig pontos meghatározására kísérleteket végzünk. A szivárgási vizsgálatoknál tehát a valóságos folyadék minden ismérvét megtartjuk annyi módosítással, hogy a fellépő csúsztatófeszültségek nemcsak a viszonylagos elmozdulás következményei, hanem van a víznek nyugvó súrlódása is. Amenynyiben ezt a nyugvó súrlódást elfogadjuk, már beszélhetünk a szivárgásnál aktív keresztmetszetről is. Ez a felismerés megváltoztatja a talajvíz-