
- •История развития гидравлики.
- •2. Общие сведения о жидкости
- •3.Механические свойства жидкостей.
- •6. Основное уравнение гидростатики
- •8. Дифференциальное уравнение равновесия жидкости
- •9. Сила давления жидкости па плоскую поверхность, погружённую в жидкость
- •11. Закон Архимеда. Условия плавания и остойчивости тел
- •12. Кинематические элементы движущейся жидкости
- •13. Уравнение неразрывности жидкости
- •14. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости
- •15. Интерпретация уравнения Бернулли
- •16. Ламинарное движение жидкости
- •6.3. Турбулентное движение жидкости
6. Основное уравнение гидростатики
Рассмотрим равновесие жидкости под действием силы тяжести. Получим уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке объема жидкости.
Если этот объем мал по сравнению с объемом Земли, то поверхность жидкости горизонтальна. Пусть на свободную поверхность жидкости, находящейся в сосуде, действует давление pа. Найдем гидростатическое давление р в произвольной точке М, расположенной на глубине h.
Выделим возле (.)М горизонтальную площадку dS и построим на ней вертикальный цилиндрический объем высотой h.
Давление жидкости p на нижнее основание цилиндра - внешнее, направлено вверх к площадке. На выделенный объем действует также сила тяжести G и сила атмосферного давления Ра. Рассмотрим условие равновесия выделенного объема. Сумма сил, действующих на рассматриваемый объем в проекции на вертикальную ось OZ:
p dS - G - pа dS = 0 ,
где G = g h dS .
Сократим на dS, получим
p = pа+ g h.
Т.о. получено основное уравнение гидростатики.
Давление в любой точке покоящейся жидкости равно сумме давлений
на внешнюю поверхность жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.
Закон Паскаля:
“Давление, приложенное к свободной поверхности жидкости, передается одинаково всем точкам этой жидкости и по всем направлениям.”
Поверхность, во всех точках которой давление одинаково, называется поверхностью уровня. Если сосуд открыт, то на поверхность жидкости действует атмосферное давление. Тогда давление на глубине h называется абсолютным
pабс = pа + g h.
Превышение давления над атмосферным - избыточное давление
pизб = pабс - pа.
Недостаток до атмосферного давления - называется давлением вакуума
pвак = pа - pабс.
Гидравлический парадокс
Предположим, что мы имеем три сосуда с плоским дном. Форма их различна, но площадь дна S и глубина жидкости h в них одинаковы. Определим силу давления жидкости P, действующую на дно сосудов. Т.к. сила давления на плоскую фигуру равна площади фигуры умноженной на гидростатическое давление в центре тяжести фигуры, то
P = S g h ,
откуда видно, что сила давления на дно сосуда не зависит от его формы, а зависит только от площади основания и глубины жидкости в сосуде.
Это положение в гидравлике носит название "гидравлического парадокса."
Если стенка имеет форму прямоугольника и одна из ее сторон лежит на
поверхности жидкости с атмосферным давлением, то центр давления лежит на расстоянии 1/3 длины стенки от нижней ее кромки.
7. Приборы
Атмосферное давление измеряется приборами, называемыми барометрами. Величина атмосферного давления зависит от высоты точки над уровнем океана. Нормальное атмосферное давление - давление на уровне океана при температуре 0о С при ясной погоде принимают равным 101325 Па или 760 мм рт.ст. или 10,33 м вод.ст.
Избыточное давление измеряется пьезометрами , жидкостными и металлическими манометрами. Давление вакуума измеряется вакууметрами. Барометр - стеклянная трубка, запаянная с одного конца, другим концом
опущенная в резервуар с ртутью. Из трубки откачан воздух, а на свободную поверхность ртути в резервуаре действует атмосферное давление. Пьезометр - открытая в атмосферу вертикальная стеклянная трубка,
присоединенная нижним концом к сосуду, где измеряется избыточное давление.
Жидкостные манометры и U-образные ртутные манометры при своей простоте обеспечивают высокую точность измерений.
Микроманометры предназначены для измерения малых давлений.
Металлические манометры - пружинные и мембранные, наиболее часто
встречаются на практике. Шкала их содержит цену деления и класс точности прибора. В качестве пружины используется полая латунная трубка. Ее верхний конец запаян, а нижний соединен с областью измерения давления. Сечение имеет форму овала или эллипса.