Построение тела давления

Тело давления это объем жидкости ограниченный криволинейной поверхностью, вертикальными образующими, проходящими через крайние точки криволинейной поверхности, и линией свободной поверхностью жидкости, или ее продолжением.

Возможны два случая расположения криволинейной поверхности под уровнем жидкости. В первом случае жидкость расположена над твердой поверхностью; тело давления заполнено жидкостью и считается положительным, а вертикальная составляющая силы направлена вниз. Во втором случае тело давления не заполнено жидкостью и считается отрицательным - вертикальная сила давления направлена вверх.

Схема №40

Для того чтобы построить тело давления для данной схемы, будем отталкиваться от основного определения.

Криволинейную поверхность обозначим буквами А и В, а точку касания с поверхностью С. Точка «перелома» делит исходную дугу АВ на две, АС и СВ, построение произведем в два этапа

Рассмотрим дугу АС и жидкость, находящуюся слева от нее. Отталкиваясь от определения тела давления, проводим вертикальные образующие через крайние точки дуги АС, далее продолжаем уровень свободной поверхности жидкости до образующей выходящей из точки С и получим точку С`, заштрихуем полученную площадь, ограниченную линиями АС, СС` и C`F.

Построение тела давления для дуги ВС совершенно аналогично дуге АС. Из чего можно подытожить следующее: тело давления для данной схемы будет объем полуцилиндра и оно будет отрицательным, т.к. оно не заполнено жидкостью.

Построение эпюр избыточного гидростатического давления жидкости

Схема №75

.

Так как избыточное гидростатическое давление изменяется по линейному закону то для построения графика, называемого эпюрой давления, достаточно найти давление в двух точках. Очевидно, что это будут точки на поверхности жидкости, где сила давления будет равна нулю, h = 0; и на дне, где сила давления будет максимальной, h = max.

В данной схеме вода находится как слева, так и справа от стенки, а значит, на первом этапе мы будем строить две эпюры гидростатического давления, для правой жидкости и для левой.

Строим эпюры давления воды на стенку слева и справа в масштабе. Все особенности построения отображены на рисунке справа. За основу построений взят произвольный масштаб. Атмосферное давление не учитываем, так как оно действует на стенку слева и справа, и, следовательно, взаимно уравновешивается.

Эпюра равнодействующей равна разности эпюр слева и справа. Вычитая левую из правой, имеем:

ГИДРОСТАТИКА. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Вопрос №20. Какова связь между кинематической и динамической вязкостью? Каковы их размерности? Почему указанные величины имеют такие названия?

Вязкость - свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой, другими словами это внутреннее трение.

Основной закон вязкого течения был установлен И. Ньютоном: где F тангенциальная (касательная) сила, вызывающая сдвиг слоёв жидкости или газа относительно друг друга, S площадь слоя, по которому происходит сдвиг, а градиент скорости течения (быстрота изменения её от слоя к слою), иначе — скорость сдвига.

Коэффициент пропорциональности  называется коэффициентом динамической вязкости или просто вязкостью. Он количественно характеризует сопротивление жидкости или газа смещению её слоёв. Величина, обратная вязкости называется текучестью.

Согласно формуле Ньютона вязкость численно равна тангенциальной силе, необходимой для поддержания разности скоростей, равной единице, между двумя параллельными слоями жидкости или газа, расстояние между которыми равно единице. Из этого определения следует, что в Международной системе единиц единица вязкости имеет, размер , а в СГС системе единиц – Пуазель. Один пуаз равен вязкости жидкости, оказывающей сопротивление силой в 1 дину взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и взаимно перемещающихся с относительной скоростью 1 см/сек названа в честь Ж. Л. М. Пуазейля.

Пуазейль (Poiseuille) Жан Луи Мари, французский врач и физик, член Французской медицинской академии (с 1842). Пуазелю принадлежат работы по вопросам кровообращения и дыхания. Впервые применил (1828) ртутный манометр для измерения кровяного давления в артерии животного. Интерес к проблемам кровообращения привёл его к гидравлическим исследованиям. В 1840—41 он экспериментально установил закон истечения жидкости через тонкую цилиндрическую трубку. Именем Пуазейля названа единица динамической вязкости Пуаз.

Кинематическая вязкость - кинематический коэффициент вязкости, отношение обычного коэффициента вязкости  к плотности вещества , обозначается . Единицей измерения в Международной системе единиц служит м²/сек. Единица кинематической вязкости, входит в СГС систему единиц и равен кинематической вязкости, при которой динамическая вязкость среды плотностью 1 г/см³ равна 1 П. Названа в честь Дж. Г. Стокса. Кинематическая вязкость определяется легче и точнее, Именно по причине отсутствия стандартизированных методов испытаний масел в условиях деформации сдвига приходилось использовать очень точный и простой в измерении показатель кинематической вязкости. По той же причине успешно используется такой эксплуатационный показатель качества, как стабильность кинематической вязкости. Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Вопрос №30. В чем заключается закон Паскаля?

Для ответа на вопрос вернемся в прошлое на 362 года назад и посмотрим на опыт продемонстрированный Блезом Паскалем в 1638 году. Паскаль вставил в закрытую бочку, наполненную водой, трубку диаметром 1 см², длиной 5 метров и, поднявшись на балкон второго этажа дома, вылил в эту трубку кружку воды. Когда вода в ней поднялась до высоты ~ 4 метра, давление воды увеличилось настолько, что в крепкой дубовой бочке образовались щели, через которые потекла вода.

Как известно твердые тела передают производимое на них извне давление по направлению действия силы, вызывающей это давление. Совсем иначе же передают внешнее давление жидкости и газы. Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа одинаково по всем направлениям. Это утверждение объясняется подвижностью частиц жидкостей и газов во всех направлениях.

На основании вышеизложенного мы можем сформулировать закон Паскаля как: ЗАКОН ПАСКАЛЯ — давление на поверхность жидкости, производимое внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях.

На законе Паскаля основано действие гидравлических прессов и других гидростатических машин. Применительно к гидравлическому инструменту, это значит, что если в гидравлической системе используется более одного гидроцилиндра, то каждый цилиндр будет развивать усилие, пропорциональное испытываемой им нагрузке. Для того чтобы все цилиндры в системе работали синхронно, необходим включать в гидросистему дополнительный элемент— делитель потока.

• Если взять шприц с S поверхности поршня 1 см² и приложить к поршню силу в 2 кг, то генерируемое давление составит 2 кг/см2. Если это давление передаётся в гидроцилиндр с S поверхности поршня 30 см², то давление на все стенки цилиндра, включая поршень, составит также 2 кг/см2. Это позволяет движущемуся поршню поддерживать вес 60 кг, что видно из формулы: 2 кг/см² x 30 см² = 60 кг.