Лекция 2. ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ

Гидравлика делится на два раздела: гидростатика и гидродинамика. Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практическое применение.

2.1. Гидростатическое давление

В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна.

m=ρV

Рассмотрим резервуар с плоскими вертикальными стенками, наполненный жидкостью (рис.2.1, а). На дно резервуара действует сила P, равная весу налитой жидкости , т.е. P = G.

Если эту силу P разделить на площадь дна S_abcd, то мы получим среднее гидростатическое давление, действующее на дно резервуара.

Гидростатическое давление обладает свойствами.

Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке, касательной к выделенному объему, и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости.

Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях.

Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от её координат в пространстве.

2.2. Некоторые понятия в гидростатике

1. Пьезометрическая высота давления

Пьезометрической высотой давления называется высота h_п от точки, находящейся под давлением до поверхности, где давление равно атмосферному. Из уравнения гидростатики: Р = Р_а+ρgh можно получить значение пьезометрических высот для точек А и В:

На рис.2.2 в состоянии равновесия представлен закрытый сосуд, наполненный жидкостью, на поверхности которой давление Р>Р_а. К стекам сосуда подведены две открытые трубки, называемые пьезометрами («пьезо» - греческое слово – давление, «метр» - измерение). Трубки А и В расположены на разных уровнях z_А и z_В от плоскости сравнения 0-0. Жидкость в точках А и В, которая находится под давлением Р, поднимется по пьезометрам и, испытывая атмосферное давление Р_а, остановится на одной плоскости 0’-0’, называемой напорной плоскостью.

Рис. 2.2. Закрытый сосуд, наполненный жидкостью

Как видно из рис.5, пьезометрические высоты давления для любых точек, расположенных на разных уровнях в покоящейся жидкости, неравны между собой.	(2.1)
	(2.2)

2.2.2. Пьезометрический, или гидростатический напор

На рис.2.2 пьезометрические высоты для точек А и В установились на одной напорной плоскости 0’-0’, а сумма координат точек А и В и пьезометрических высот давления есть величина постоянная Н_А = Н_В.

Пьезометрическим, или гидростатическим напором Н называется высота для точки, находящейся под давлением от плоскости сравнения до поверхности, где давление равно атмосферному. Отметим, что для точек А и В пьезометрические высоты различны, а пьезометрический напор одинаков.

2.2.3. Приведённая высота давления

На рис.2.3 в состоянии равновесия представлен закрытый сосуд, наполненный жидкостью, на поверхности которой, так же как и на рис.5, Р>Р_а. В сосуде выбирается точка А с координатой z_A над плоскостью сравнения, и к боковой стенке на этом уровне подведена пьезометрическая трубка. Вода в трубке установилась на пьезометрической высоте h_п.А и определился пьезометрический напор для точки А: Н_А. Дополнительно в сосуд опущена трубка до уровня точки А, причем верхний конец трубки запаян и из неё выкачан воздух. Вода в этой трубке при Р=0 поднимается на большую высоту h_пр.

Приведенной высотой давления h_пр называется высота от точки, находящейся под давлением, до поверхности, где давление равно нулю.

Рис. 2.3. Закрытый сосуд, наполненный жидкостью

(в состоянии равновесия)