Тема 2. Гідростатичний тиск і його властивості. Прилади для виміру тиску

2.1 Теоретичні положення

Для рішення завдань потрібно засвоїти такі поняття, як тиск, поверхня рівня

Розрізняють :

Абсолютний тиск Р_абс, що відрізняє тиск в точці Р від абсолютного вакууму.

Надлишковий (манометричний) тиск Р_ман= Р_абс - Р_а, що перевищує Р_абс над атмосферним.

Вакуумметричний тиск (вакуум) Р_вак= Р_а- Р_абс. тиск у точці, коли абсолютний тиск менший від атмосферного

При визначенні тиску в точці рідини необхідно розрізняти

а) масові сили (сили ваги, інерції);

б) поверхневі сили (сили тиску).

Основні рівняння гідростатики дозволяють визначити тиск у будь-якій точці рідини:

(2.1)

де Р_0- - тиск над вільною поверхнею, Па

h - глибина занурення точки, м

ρ- густина рідини

При рішенні завдань, що включають різні рідини, ефективним є застосування поверхонь рівня, у яких тиск однаковий.

Площина, у всіх точках якої тиск дорівнює атмосферному, називається п’єзометричною площиною.

Геометрична й енергетична інтерпретація основного рівняння гідростатики представляється у вигляді напорів (питома енергія даного об’єму рідини, віднесеної до її одиниці ваги).

Гідравлічний напір:

(2.2)

де - наведений напір

Z- геометричний напір.

Горизонтальна площина з координатою: називається площиною п’єзометричного напору, площиною гідростатичного напору.

Гідравлічний тиск у рівнянні (2.1) дозволяє встановити зв'язок між напором і тиском: для манометричного (надлишкового, Р_абс>Р_атм) тиску

(2.3)

для вакуумметричного тиску (Р_абс<Р_атм)

(2.4)

У тому випадку, коли тиск над вільною поверхнею більше атмосферного, площина п’єзометричного напору розташовується вище площини вільного рівня рідини на величину

У тому випадку, коли повний тиск невеликий, варто враховувати тиск насиченої пари (Р_нп._п.), що визначає величину Р₀ над вільною поверхнею рідини.

Приклад. Визначити величину h якщо, показання ртутного вакуумметра дорівнює 0,1 м, пружинного вакуумметра - 600 мм р т. ст.

По табл. 1.1 визначаємо для t=15 °C густину ртуті: r_рт= 1356кг/м³ та води r_В =998кг/м³.

Рішення. Величину h визначаємо, вибравши площину рівня, що проходить через поверхню води в баку, тоді з основного закону гідростатики:

звідки

Для визначення Р_пов використаємо допущення про рівність тисків повітря над поверхнями води й ртуті, тоді . Вибираємо площину порівняння, що проходить через рівень ртуті в трубці, що сполучається з атмосферою. Тоді

звідки

Підставляючи отримане значення у вираз для , одержимо

де вираз в дужках і є значення, зворотне показу пружинного вакуумметра й , але виражене в Па. Приводячи до одиниць системи СИ

м

- рівень води в баку вище рівня води в трубці на 6,7 м .

Відповідь: м