МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇІСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Прикладна гідромеханіка (Гідростатика)

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів спеціальності "Гідравлічні і пневматичні машини" всіх форм навчання"

Рекомендовано Методичною радою НТУУ «КПІ»

Київ

НТУУ «КПІ»

2009

Прикладна гідромеханіка (Гідростатика): Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів спеціальності "Гідравлічні і пневматичні машини" всіх форм навчання" / Уклад.: Б.А. Скочеляс, В.М. Турик. – К.: НТУУ «КПІ», 2009. – 26 с.

Гриф надано Методичною радою НТУУ «КПІ»

(протокол №4 від 24.12.2009 р.)

Електронне навчальне видання

Прикладна гідромеханіка

(Гідростатика)

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів спеціальності "Гідравлічні і пневматичні машини" всіх форм навчання"

Укладачі: Скочеляс Богдан Андрійович, канд. техн. наук, доц.

Турик Володимир Миколайович, канд. техн. наук, доц.

Відповідальний

редактор Яхно Олег Михайлович, д-р техн. наук, проф.

Рецензент Шишкін Валерій Миколайович, канд. техн. наук, доц.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ГІДРОСТАТИЧНИЙ ТИСК ТА ЙОГО ВИМІРЮВАННЯ

ВСТУП

Тиск в рідині є однією з найважливіших характеристик її стану.

Метою лабораторної роботи є закріплення основних теоретичних понять розділу «Гідростатика», присвяченого вивченню гідростатичного тиску, його основної властивості та видів, ознайомлення з приладами та методами вимірювання тиску, а також набуття навичок практичної роботи з цими приладами у складі гідравлічної системи.

1. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Завдяки великої рухливості частинок рідини, вона не здатна чинити опір дії зосереджених сил. Тому діючі в рідині сили мають бути розподілені або по її поверхні, або по об’єму. В залежності від цього розрізняють поверхневі сили, пропорційні площі поверхні рідини, і масові сили, пропорційні її масі (наприклад, сили тяжіння, переносні і коріолісови сили інерції, сили електромагнітної природи). Границя відношення елементарної поверхневої сили, що діє в межах елементарної площадки, до величини площі її поверхні, коли остання стягується в точку, визначає вектор напруження поверхневої сили в точці рідини.

Вектор поверхневої сили, що діє на площадку , може бути розкладений на нормальну до поверхні проекцію і тангенціальну проекцію . Якщо перша складова сили направлена до площадки, то вона називається силою тиску; другу складову називають дотичною силою зсуву. Границі відношень цих складових поверхневої сили до величини при стягуванні площадки в точку дають відповідно нормальне напруження, або тиск в точці , а також дотичне напруження в точці . За умов відсутності граничних переходів у наведених формулах, а також обмежень на розміри поверхонь площадок, маємо середні по поверхні значення нормального та дотичного напружень. При рівномірно розподіленої сили тиску по поверхні будь-якої площадки середній для цієї поверхні тиск становитиме (надалі індекс «с», тобто «середній», вилучаємо).

В ньютонівській рідині, яка знаходиться в стані спокою, можуть діяти тільки сили тиску, бо при наявності сили зсуву завжди виникає течія. Тому при рівновазі ньютонівської рідини дотичні напруження в ній відсутні, а діють лише нормальні напруження, які для випадку стискуючої поверхневої сили називаються гідростатичним тиском.

Основна властивість гідростатичного тиску — у даній точці рідини або газу він однаковий у всіх напрямках.

Гідростатичний тиск у будь-якій точці краплинної рідини може бути визначений згідно з основним рівнянням гідростатики

, (1)

де – тиск на вільній поверхні рідини, який за законом Паскаля передається в усі точки об’єму рідини; – густина рідини; – прискорення вільного падіння; – глибина занурення точки; – тиск стовпа рідини висотою («ваговий тиск»).

Одиницею вимірювання тиску в системі СІ є паскаль (Па): 1Па=1Н/м².

Оскільки ця величина досить мала, то широко застосовують такі похідні одиниці, як кілопаскаль (1кПа=10³ Па) і мегапаскаль (1МПа=10⁶ Па).

У техніці досі вживають позасистемні одиниці тиску. Серед них найбільш поширені такі: технічна атмосфера (1ат=1кгс/см²=98100Па), фізична, або стандартна, атмосфера (1атм=1,033ат=101325Па при «стандартному» значенні g=9,80665м/с²), бар (1бар=10⁵Па). Інколи в якості міри тиску приймають висоту стовпчика рідини, що зрівноважує даний тиск (тобто тиск виражається у вигляді відповідного  напору  рідини).  Згідно  із  залежністю , маємо: 1ат 735,56мм рт. ст. 10м вод. ст.; 1атм 760мм рт. ст. 10,33м вод. ст. ; 1бар 750мм рт. ст.

Існують чотири види тиску (рис.1):

p_п =0

Рис. 1

1. Абсолютний тиск (p) — тиск, виміряний відносно тиску в порожнечі. Тобто, за початок відліку абсолютного тиску приймається тиск, що дорівнює нулю: p_п=0.

2. Атмосферний, або барометричний, тиск (p_атм) — абсолютний тиск атмосферного повітря.

3. Надлишковий, або манометричний, тиск (р_н = p_м): p_н = р – p_атм , коли абсолютний тиск більший за атмосферний p > p_атм .

4. Вакуумметричний тиск (p_в) — недостача абсолютного тиску до атмосферного: p_в= p_атм – р.