Тема 2 Гидростатика
2.1 Понятие гидростатического давления
Гидростатика — это раздел гидравлики, изучающий жидкость в состоянии покоя. Она изучает законы равновесия жидкости и распределения в ней давления.
Одной из основных теоретических задач гидростатики является вопрос о характере распределения давления в объеме жидкости, которая в самом общем случае может находиться в абсолютном или относительном покое.
Абсолютный
покой. Если
жидкость находится в покое (скорость
движения равна нулю, т.е.
=0)
относительно системы координат, жестко
связанной с Землей, такой покой называется
абсолютным. Например, жидкость, находящаяся
в покое в любом аппарате или емкости
(резервуаре), которые в свою очередь
находятся в неподвижном состоянии
относительно Земли.
Относительный покой. Если жидкость находится в покое (скорость движения равна нулю, т.е. =0) относительно системы координат, которая движется относительно Земли, такой покой называется относительным. Например, жидкость, находящаяся в покое в любом аппарате или емкости (резервуаре), которые свою очередь находятся в движении относительно Земли. При этом, движение может быть равноускоренным или с постоянной скоростью.
Когда жидкость находится в покое, то она характеризуется свойствами, очень близкими к свойствам идеальной жидкости. Вследствие текучести в жидкости действуют силы не сосредоточенные, а непрерывно распределённые по её объёму или поверхности.
На жидкость в состоянии покоя действуют следующие силы:
массовые силы, пропорциональны массе жидкости – это силы тяжести и инерции;
поверхностные силы (атмосферное давление, давление поршня или других предметов, находящихся на поверхности), которые непрерывно распределены по поверхности жидкости и при равномерном их распределении пропорциональны площади этой поверхности. Эти силы возникают из-за воздействия соседних объёмов жидкости или же воздействия других тел (твёрдых или газообразных), соприкасающихся с данной жидкостью.
Когда жидкость находится в равновесии, то под действием внешних сил в жидкости возникает давление. Давление в неподвижной жидкости называется гидростатическим давлением.
Рассмотрим некоторый объем жидкости массой М, находящийся в состоянии относительного покоя (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Схема для определения гидростатического давления
Рассечем
объем, занимаемый жидкостью, произвольной
плоскостью АВ на две части, содержащие
соответственно массы М1
и М2,
и отбросим одну из них (например, правую).
Чтобы сохранить равновесие оставшейся
в левой части массы жидкости М1,
необходимо приложить силу, эквивалентную
действию отброшенной массы М2.
Эта сила ∆F
будет равномерно распределена по площади
сечения ∆S.
Тогда отношение
представляющее собой среднюю силу,
действующую на единицу площади ∆S,
будет называться средним гидростатическим
давлением.
В общем случае величина среднего давления рср будет тем меньше отличаться от истинного значения давления, например в точке а, чем меньше будет площадь сечения ∆S, т.е. истинное гидростатическое давление равно
Сила, действующая на единицу площади ∆S при стремлении (стягивании) этой площади к размерам точки А, называется силой гидростатического давления.
За единицу давления принят Паскаль – давление, вызываемое силой 1Н, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2.
В технике в настоящее время продолжают применять также систему единиц метр, килограмм-сила, секунда (МКГСС), в которой за единицу давления принимается 1кгс/ м2. Широко используют также внесистемные единицы – техническую атмосферу и бар:
Па;
;
.
Давление часто выражается высотой столба жидкости, которая называется пьезометрической высотой или пьезометрическим напором
,
м.
Пьезометрическая высота – это высота такого столба жидкости, который своим весом способен создать давление, равное гидростатическому давлению в рассматриваемой точке.
;
