Опис лабораторної установки

Лабораторна установка є скляною циліндричною посудиною діаметром D з нанесеною на ній шкалою в межах від 0 (зверху) до H (біля дна).

а) б)

Рис. 2.6.

Послідовність виконання роботи

1. Виміряти штангенциркулем діаметр циліндричної посудини і розрахувати довжину стінки за формулою:

b = πD.

2. Залити посудину водою до нульової (верхньої) позначки 0.

3. За формулою розрахувати надлишковий тиск на різних глибинах h у межах від 0 до H для будь яких значень і результати занести в таблицю 1.

Таблиця 1

№ п/п	1	2	3	4	5
h (м)	0	0,05	0,1	0,2	0,25
PH (Па)

4. В обраному масштабі побудувати залежність P_H = f(h) (див. рис. 2.6, б).

5. Побудувати епюру надлишкового тиску. Для цього провести лінію до осі абсцис (рис. 2.6, б) у межах площі, обмеженої координатами побудованої залежності P_H=f(h). Довжина стрілки графічно дорівнює величині надлишкового тиску γh на глибині рідини h.

6. Розрахувати площу епюри (трикутника) і вказати її розмірність:

S_е = 0,5γH².

7. Побудувати прямокутну призму з основою епюри і висотою b і розрахувати її об’єм (рис. 2.7):

V_е = bS_е = 0,5 γH²b.

Рис. 2.7.

Неважко переконатися, що об’єм призми вимірюється в ньютонах і чисельно дорівнює силі надлишкового тиску з боку рідини на вертикальну стінку:

F_H = 0,5 γbH² .

Ця формула також може бути одержана аналітичним методом.

Контрольні запитання

1. Перерахуйте властивості гідростатичного тиску.

2. Які види гідростатичних тисків Ви знаєте?

3. Запишіть рівняння Ейлера і поясніть члени які входять до них.

4. Запишіть і поясніть основне рівняння гідростатики.

5. Як перевести несистемні одиниці тиску: мм рт. ст., ф. ат. та тех. ат. в Па?

6. Чому на нашому прикладі в посудині з рідиною ми розглядали лише силу надлишкового, а не повного тиску?

7. Якими приладами вимірюються різні види гідростатичного тиску?

8. Сформулюйте закони гідростатики. Як вони застосовуються в техніці?

9. Що таке гідростатичний напір (висота)?

Лабораторна робота №3 Визначення критичного значення числа Рейнольдса

Мета роботи:	Ознайомитися з режимами руху рідини і експериментально визначити критичне число Рейнольдса.
Прилади та обладнання:	Установка для спостерігання режимів руху Рідини (Рейнольдса), мірна посудина, штангенциркуль, лінійка, секундомір.

Короткі теоретичні відомості

Режими руху рідини. Існують два режими руху рідини: ламінарний і турбулентний.

При ламінарному режимі всі частинки рідини рухаються паралельними шарами, не змішуючись.

При турбулентному режимі руху всі частинки рідини рухаються хаотично, при цьому змінюється їх швидкість як за модулем, так і за напрямом.

Англійський вчений Рейнольдс на основі дослідів установив, що режими руху рідини залежать від таких факторів:

• густини;

• коефіцієнта динамічної в’язкості;

• середньої швидкості руху рідини;

• характерних лінійних розмірів.

Для того, щоб одночасно врахувати вплив цих факторів на режим руху рідини, був введений безрозмірний параметр R_e, який називають числом Рейнольдса:

,

де – середня швидкість потоку; d – діаметр труби; – густина рідини; – коефіцієнт динамічної в’язкості; – коефіцієнт кінематичної в’язкості.

Значення числа Рейнольдса називають критичним.

Якщо – режим руху рідини турбулентний, а якщо – ламінарний.

Для того, щоб експериментально визначити режим руху рідини і спостерігати візуально за цим процесом, Рейнольдс запропонував власну установку (рис.3.1).

Рис. 3.1. Установка Рейнольдса

До бака 1, в якому підтримується заданий рівень води, приєднується скляна трубка 2 з краном 3. За допомогою цього крана регулюється швидкість потоку рідини в трубі. У посудині 4 знаходиться розчин фарби, який через трубочку 6 поступає в трубку 2. Через трубку 7, яка має кран 8, у бак подається вода.

Відкривши крани 3 та 5 і підтримуючи в баці 1 стабільний рівень води, можна спостерігати в скляній трубці 2 за лініями току, які виділяються фарбою. Регулюючи краном 3 витрати води, спостерігають, що при незначному відкритті крана лінії току будуть прямолінійними, а це означає, що режим руху рідини ламінарний. При більшому відкритті крана 3 швидкість потоку рідини зростає, і при цьому зафарбований струмінь розпадається на окремі фрагменти - і відбувається перемішування її зі всією масою рідини, а це означає, що режим руху рідини турбулентний.