Вектор результирующей массовой силы нормален к поверхности постоянного давления.

Рассматривая поле тяготения Земли (сила тяжести в любой точке направлена по радиусу к центру тяжести Земли), можно на основании сделанного вывода утверждать, что свободная поверхность любой жидкости на Земле представляет собой сферу с центром, совпадающим с центром тяготения Земли. Гидростатическое давление, гидростатический напор, вакуум, пьезометрическая высота и другие понятия гидростатики.

Э пюра давления, абсолютное и избыточное давление. Пренебрегая кривизной свободной поверхности, воспользуемся формулой (42): и построим график распределения давления по высоте (глубине погружения от свободной поверхности). Давление, представляющее полное напряжение сжатия от действия всех внешних сил (поверхностных и массовых), приложенных к жидкости, называется абсолютным давлением.

Именно его следует использовать в термодинамических формулах и диаграммах. Превышение абсолютного давления над атмосферным называют избыточным давлением, это давление часто измеряют с помощью наиболее распространённых пружинных манометров. Поскольку атмосферное давление меняется в широких пределах в зависимости от погоды и места измерения, для точного определения абсолютного давления приходится измерять не только избыточное давление с помощью манометра, но и барометрическое давление с помощью барометра (анероида).

Гидростатический напор и пьезометрическая высота.

Раскроем уравнение (42) и запишем его в следующем виде:

Поделим обе части равенства на : (47)

Величина называется гидростатическим напором. По физической сути гидростатический напор представляет собой удельную потенциальную энергию жидкости. Гидростатический напор складывается из двух величин: геометрического напора (энергия положения) и пьезометрического напора (энергия давления). Пьезометрический напор можно измерить с помощью пьезометра. Пьезометр представляет собой вертикальную трубку малого диаметра (несколько миллиметров), которая одним концом соединяется с сосудом, в котором измеряется д авление, а другой конец открыт в атмосферу.

Плоскость атмосферного давления, проходящую через уровень в пьезометре, который присоединён к сосуду, называют пьезометрической плоскостью.

Пьезометрической высотой называют величину заглубления данной точки под пьезометрической плоскостью.

Поскольку гидростатический напор есть величина постоянная, то уровень во всех пьезометрах, подключённых к одному сосуду, одинаков.

Следовательно, пьезометрическая плоскость представляет собой геометрическое место уровней во всех пьезометрах, подсоединённых к одному сосуду или к системе сообщающихся сосудов. В лабораторной практике пьезометр обычно изготавливают либо полностью стеклянным или в месте наблюдения за уровнем жидкости.

Вакуум и предельная глубина всасывания.

Рассмотрим эпюру давления в трубке Торричелли.

Верхняя «пустая» часть трубки Торричелли заполнена насыщенными парами жидкости, давление здесь равно

В нижней части трубки, на уровне свободной поверхности в сосуде, давление равно атмосферному. Давление по высоте трубки внутри неё меняется линейным образом, оставаясь меньшим атмосферного. На рисунке показано абсолютное давление в произвольном промежуточном сечении трубки:

Положительная разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением называется в гидравлике вакуумом и обозначается .

В криогенике, в космических технологиях, под вакуумом принято понимать другое - остаточное давление (абсолютное давление) и измерять его в торах (мм.рт.столба).

Свободное пространство в трубке Торричелли (1643 г.) шокировало всех учёных и грамотных людей XVII века. «Природа не терпит пустоты!» - эти слова принадлежат Аристотелю, великому мыслителю, учёному, ученику Платона, учителю Александра Македонского, непререкаемому авторитету вплоть до XVII века.

Аристотель (384-322 до н.э.) был первым учёным, создавшим всестороннюю систему философии. Аристотель охватил почти все доступные для его времени отрасли знания. Аристотель дал науке и образованию чрезвычайно много полезного. Но у него были и ошибки, заблуждения, о которых никто и не подозревал до поры, до времени.

Например, Аристотель считал, что определяющим фактором в плавании тел является их форма. Аргументы Аристотеля: свинцовый шарик тонет в воде, а тот же свинцовый шарик, раскатанный в тончайший лист, плавает на поверхности воды.

И так, по Аристотелю в трубке Торричелли не должно быть пустоты, но тогда, что же там? И этот вопрос возник лишь спустя 2000 лет после Аристотеля!

Вопрос не был праздным или чисто теоретическим: во дворце герцога Медичи во Флоренции пускали фонтаны, но вода, вопреки Аристотелю, не поднималась по всасывающей трубе насоса выше 10,3 м. Обратились за помощью к Галилею. Ученики Галилео Галилея - будущие знаменитые учёные Торричелли и Вивиани, а затем и Блез Паскаль во Франции, решили эту проблему.

П рименим основное уравнение гидростатики для определения предельной глубины всасывания насоса:

,

где - давление насыщенных паров откачиваемой жидкости, - предельная глубина всасывания.

Несложные вычисления показывают, что предельная глубина всасывания для воды близка к 10 м, а для ртути – к 760 мм рт. столба.

Докажите самостоятельно с помощью основного уравнения гидростатики (доказательство от противного):

1. В сообщающихся сосудах жидкость устанавливается на одном уровне.

2. Поверхность раздела несмешивающихся жидкостей различной плотности есть горизонтальная плоскость (в общем случае – сфера с центром, совпадающим с центром тяготения Земли).