
- •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
11. Закон Архимеда. Условия плавания и остойчивости тел
Пусть тело произвольной формы объемом W погружено в жидкость, спроецируем его на свободную поверхность жидкости. Горизонтальная плоскость делит тело на нижнюю АВD и верхнюю ACB. Вертикальная составляющая силы избыточного давления Fy1 направлена вертикально вниз и равна весу жидкости в объеме АА1В1ВСА.
Вертикальная составляющая Fy2 силы давления жидкости на нижнюю часть поверхности тела направлена вертикально вверх и рана весу жидкости в объеме АА1B1BDA.
Тогда, сила, действующая на тело, в вертикальном направлении
FA = Fy2 - Fy1,
где FА - Архимедова сила или сила поддержания. Архимедова сила направлена всегда вертикально вверх, точкой приложения Архимедовой силы является центр водоизмещения - центр тяжести погруженной под линию свободной поверхности части тела.
Закон Архимеда: “Тело погруженное в жидкость теряет в своем весе столько, cколько весит вытесненная им жидкость”.
Cледовательно, Архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженной под линию свободной поверхности части тела. Т.е.
FA = жW ,
где ж - удельный вес жидкости; W - объем погруженной части тела.
В зависимости от соотошения возможны три случая
1) FA G - тело всплывает;
2) FA = G - тело плавает;
3) FA G - тело тонет.
Для равновесия плавающего тела кроме выполнения соотношения (2) необходимо, чтобы суммарный момент, действующих на тело сил, равнялся нулю. Это условие соблюдается, если центр тяжести и центр водоизмещения лежат на одной вертикали.
Остойчивостью тела называется способность плавающего тела при отклонении в заданных пределах от положения равновесия возвращаться в это положение после прекращения действия возмущающих сил.
Анализ остойчивости тела:
1) центр тяжести лежит ниже центра водоизмещения. После прекращения действия возмущающих сил тело будет стремиться возвратиться в положение равновесия. Положение тела - остойчивое ;
2) центр тяжести лежит выше центра водоизмещения. Положение тела - неостойчивое;
3) центр тяжести совпадает с центром водоизмещения - безразличное состояние равновесия.
Плавучесть тела - способность тела плавать в полупогруженном состоянии. Для обеспечения плавучести необходимо выполнение условия
FA = G.
12. Кинематические элементы движущейся жидкости
Основной
кинематической характеристикой
гидродинамического поля является линия
тока - кривая, в каждой точке которой
вектор скорости направлен по касательной
к кривой. И ходя из данного определения
можно записать дифференциальное
уравнение линии
тока:
Если
через некоторую неподвижную в пространстве
кривую провести линии тока, то полученная
поверхность называется поверхностью
тока, а образованное этой поверхностью
тело будет называться трубкой тока.
Жидкость, наполняющая трубку тока,
называется элементарной струйкой.
Поскольку линии тока никогда не
пересекаются, то поверхность трубки
тока является непроницаемой
внешней границей для элементарной
струйки жидкости. Сечение трубки тока,
нормальное к линиям тока называется
живым сечением элементарной струйки
dS.
При
установившемся движении жидкости
понятия линии тока и траектории
движения частицы жидкости совпадают.
Объём жидкости протекающий через живое
сечение элементарной струйки в единицу времени называется расходом элементарной струйки.
?
где:
объём жидкости, протекающий через живое
сечение трубки тока за
время
расход жидкости
в живом сечении трубки тока. Размерность
расхода жидкости в системе СИ -м/с.
Гидродинамическое поле считается потенциальным (безвихревым), если в этом поле отсутствует вихревое движение жидкости. В потенциальном поле может существовать лишь поступательное или криволинейное движение жидкости.