2) Определяют точку приложения силы давления

Для вертикальной плоской фигуры заглубление точки приложения силы давления

h_д= h_c+ (J₀/h_cw), (1.3)

где h_с - глубина погружения центра тяжести фигуры;

J₀ - центральный момент инерции площади w.

Координаты центра тяжести плоских фигур и моменты инерции J₀ приведены в литературе [2,6]. Отсчет глубин h_c и h_д от уровня свободной поверхности.

В случае наклонной плоской фигуры формула (1.3) записывается по продольным координатам у_с центра тяжести фигуры и у_д центра давления. При этом, очевидно, h_c = у_сsina и h_д = у_дsina, где a - угол наклона плоской фигуры к горизонту.

При двухстороннем воздействии среды на затвор следует определить силы давления слева и справа, их равнодействующую и точку ее приложения. Для определения точки приложения равнодействующей составляется уравнение моментов сил. На расчетной схеме следует показать направление действия сил, глубины погружения точек приложения сил.

3) Определяют усилие, потребное для открытия затвора

Для этого следует составить расчетную схему сил и записать уравнение равновесия или уравнение моментов сил, действующих на затвор.

Во второй задаче рассматривается воздействие жидкости на криволинейную (цилиндрическую) поверхность. Требуется определить величину силы давления и точку ее приложения.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1) Определяют горизонтальную составляющую силы давления:

Р_х = р_сw_z , (1.4)

где р_с - давление в центре тяжести вертикальной проекции криволинейной поверхности;

w_z - площадь этой проекции.

Рассматриваемая криволинейная поверхность проектируется на вертикальную плоскость, находится центр тяжести полученной проекции и давление р_с. В зависимости от условия задачи расчет ведется по абсолютному или избыточному давлению.

Точка приложения силы Р_х, как и в случае плоской поверхности, находится с использованием формулы (1.3).

Величина силы Р_х и положение центра давления могут быть найдены графо-аналитическим способом построением эпюры давления.

2) Определяют вертикальную составляющую силы давления:

Р_z = g W_т.д , (1.5)

где g - удельный вес жидкости;

W_т.д - объем тела давления.

Построение тела давления подробно рассмотрено в учебной литературе [1, 2, 4]. В случае цилиндрической поверхности его объем найдется как произведение площади поперечного сечения тела давления S _т.д на ширину поверхности b, т.е. W_{т.д. =} S _т.д b.

Вертикальная составляющая силы давления Р_z проходит через центр тяжести объема W_т.д. Если объем тела давления заполнен жидкостью, сила Р_z положительна и направлена вниз; если объем тела давления не заполнен жидкостью (фиктивное тело давления), сила Р_z отрицательна и направлена вверх.

3) Определяют равнодействующую силу и точку ее приложения.

Величина силы:

Р = Ö Р_х² + Р_z² (1.6)

Направление силы (по углу j):

tg j = Р_z / Р_х (1.7)

Координаты точки приложения силы можно определить из уравнения окружности х² + z² = r² .