Прочитайте

Л-1, ст. 7 – 25; Л-3, ст..7-24; Л-5, ст..3-21;Л-6, ст..4-39; Л-9, ст..5-33

Теоретичні відомості

Гідравліка – наука про закони руху та рівноваги рідини і способи використання цих законів для розвязування інженерних задач.

Ця дисципліна повязана з рядом галузей народного господарства: гідромеліорацією, гідроенергетикою, водопостачанням і каналізацією, я також суднобудуванням та гідромашинобудування.

Гідравліка, опираючись на такі науки, як вища математика, фізика, теоретична механіка, опір матеріалів в свою чергу служить базою для проектування турбін, насосів, гідродинамічних передач, гідравлічних приводів і інших гідравлічних машин, гідро пневмотранспорту, здійснення водопостачання, каналізації, зрошування і висушування. Майже у всіх галузях техніки використовуються гідравлічні пристрої, основані на використанні законів гідравліки.

Гідравліка складається з двох частин:

• гідростатики;

• гідродинаміки.

Гідростатика – вивчає закони рівноваги рідини та її дію на обмежуючі стінки.

Гідродинаміка – вивчає закони руху рідини і її взаємодію з обмежуючими стінками.

Перші практичні знання по гідравліці та досвід використання був ще у древніх народів Єгипту, Китаю, Греції та інших. Про це свідчить будівництво водопідйомних коліс, кораблів, каналів, плотин. Одним з перших праць 250 роки до нашої ери є трактат “Про плавання тіл” -закон Архімеда.

В XV столітті Леонардо да Вінчі узагальнив окремі елементи знань з гідравліки.

В 1585 році голландський вчений Сімон Стівен опублікував трактат “Начало гидростатики”.

В 1643 році Торрічеллі відкрив закон витікання рідини з отворів, а Паскаль встановив закон передавання тиску в рідині (1650р.), а також про тиск рідини на тіло, що знаходиться в середині рідини.

Ісаак Ньютон – закон тертя рідинних тіл.

1738 році Бернуллі вивів рівняння, яке є застосуванням до рухомої рідини закону збереження енергії.

Леонард Ейлер розробив теоретичні основи гідромеханіки.

Ломоносов сформулював закон збереження енергії.

Рейнольдс встановив два режими руху рідини.

В кінці XIX столітті російський вчений Громека запропонував рівняння вихрового руху рідини.

Петров Н.П. розробив гідродинамічну теорію мащення.

Н.Е. Жуковський створив теорію гідравлічного удару в трубах.

Рідини – це речовини в конденсованому агрегатному стані, проміжному між твердим і газоподібним.

Основні фізичні властивості рідин:

Густина – це маса рідини в одиниці її обєму:

 = m / v (1.1)

   = кг/м³ Наприклад: _води = 1000 кг/м³ при t = 4С

Питома вага – це відношення ваги рідини до її обєму:

 = G / V (1.2)

   = Н / м³ _води = 9810 Н/м³ при t = 4C

 = m  g / v  m =  v   =   v  g / v   =  g

Питомий обєм – називається обєм, що займає одиниця маси рідини:

 = v / m = 1 /  (1.3)

   = м³ / кг

Стисливість – властивість рідини зменшувати об’єм під дією тиску, що діє на рідину.

Вязкість – це здатність рідини чинити опір відносному зсуву своїх частинок під дією зовнішніх сил:

 =  /  - формула кінематичної вязкості (1.4)

 - динамічний коефіцієнт вязкості;

 - густина рідини ;

1  10^-4 м²/с – називають Стоксом 1С_т = 1 см²/с    - м² /с

Вязкість рідини визначають віскозиметром.

Ідеальна рідина називається така умовна рідина, яка вважається нестисненою та нерозширеною, що має абсолютну рухомість частинок.

До таких рідин наближається рідкий гелій в стані надтекучості при

Т  2,2К. Вязкість ідеальної рідини дорівнює нулю.

Реальна рідина – це рідина що має вязкість.

Гідростатичним тиском називається напруження, що виникає в середині обєму рідини в стані рівноваги (відношення рівнодійної всіх сил, які діють на дану поверхню до площі цієї поверхні).

Р_ср = F_р / S  Н / м²  = 1Па – середнє значення

Властивості гідростатичного тиску:

1.Гідростатичний тиск діє завжди нормально до поверхні і направлений завжди в середину цієї поверхні.

2.Гідростатичний тиск діє однаково в усіх напрямках і не залежить від кута нахилу площини на яку він діє.

p = P₀ +   g h – основне рівняння гідростатики. (1.5)

р- тиск, у довільній точці рідини;

P₀ – тиск, що діє на поверхню рідини;

 - густина рідини;

g – прискорення вільного падіння;

h – глибина занурення точки.

Повним, або абсолютним тиском у будь якій точці нерухомої рідини є сума тиску на вільній поверхні рідини (Р₀ ) і вазі стовпа рідини (ρ g h).

При відкритій системі тиск на вільній поверхні рідини дорівнює атмосферному, тобто Р₀ = Р_а .

Д ля вимірювання тиску існують манометри, а для вимі­рювання розрідження — вакуумметри. І манометри, і ва­куумметри бувають рідинні, механічні, електричні і ком­біновані. Найчастіше в практиці гідротехнічного будів­ництва використовують рідинні та механічні. Рідинними, як правило, вимірюють невеликі тиски — до 1 атмосфери, тобто до 100 кПа, а також різницю тисків (диференціальні манометри).­

Коли на поверхню стовпчика рідини діє атмосферний тиск, рідинні манометри називають п'єзо­метрами.

Невеликі тиски визначають за допомогою мікромано­метрів (мал. 1.). Замість рідинних п'єзометрів можна ко­ристуватися пружинними манометрами. Атмосферний тиск вимірюють ртутним Мал.1. Мікроманометр

барометром.

Закон Паскаля: всяка зміна тиску в-будь-якій точці нерухомої рідини, яка не порушує її рівно­ваги, передається в усі точки рідини. Цей закон широко застосовується в простих гідравлічних машинах: гідрав­лічному пресі і гідравлічному домкраті, гід­равлічному мультиплікаторі, гідравлічному акумуляторі.

Закон Паскаля дозволяє пояснити дію дуже поширеного в техніці гідравлічного пресу

Гідравлічний прес — машина для створення великих зусиль, необхідних під час випробування матеріа­лів на міцність, штампування виробів або їх пресування.

Особливість роботи гідравлічного преса полягає в можливості здобувати великі зусилля при витрачанні порівняно невеликої вихідної сили.

Сила абсолютного гідростатичного тиску на занурену в рідину поверхню дорівнює добутку площі цієї поверхні на тиск в її центрі тяжіння.

Для правильного розрахунку гідротехнічної споруди необхідно знати не тільки силу гідростатичного тиску, а й точку її прикладення. Точка на змоченій частині плоскої стінки, через яку проходить лінія дії сили гідростатичного тиску на цю час­тину стінки, називається центром тиску.

При вивченні плавання тіл, повністю або частково за­нурених у рідину, цікавляться їх плавучістю і остійністю.

Плавучість — це здатність тіл зберігати поло­ження рівноваги по відношенню до вільної поверхні рі­дини.

Остійність — це здатність плаваючих тіл повер­татись в положення рівноваги після припинення дії сил, які вивели їх з цього положення.

Закон Архімеда: на занурене в рідину тіло діє виштовхувальна сила, напрямлена вертикально вгору і рівна вазі об'єму витісненої тілом рідини. Цю силу нази­вають архімедовою силою (R):

Умова плавання тіл:

Тіло вагою G , повністю або частково занурене в ріди­ну, плаває за умови:

• якщо R>G - плаває на поверхні;

• R = G - плаває в середині рідини ;

• R _< G або R = 0 – тоне.