Лабораторная работа № 1 определение гидростатического давления
1. Цель работы
При выполнении данной работы студенты проводят опытную проверку основного уравнения гидростатики; знакомятся с измерительными приборами - пьезометрами, манометрами и вакууметрами, с помощью которых измеряют вакуум и избыточное давление внутри жидкости и в замкнутой воздушной области над поверхностью жидкости.
2. Основные положения и расчетные зависимости
Давление, возникающее в каждой точке жидкости под действием внешних сил и силы тяжести самой жидкости, называется гидростатическим.
Абсолютное гидростатическое давление рассчитывается по основному уравнению гидростатики:
(1-1)
или
(1-2)
где 
- внешнее давление (на поверхности
жидкости);
— объемный
вес жидкости;
-
плотность жидкости;
— глубина погружения
точки.
Уравнение в записи (1-1) более удобно для вычислений в системе МКГСС, а запись (2-2) - в системе СИ.
Второе слагаемое в уравнениях (1-1) и (2-2) обусловлено весом самой жидкости и называется весовым давлением:
(1-3)
При
сравнении абсолютного давления в данной
точке с давлением окружающей атмосферной
среды
возможны три случая:
1)
2)
и 3)
.
Во втором случае есть избыток абсолютного давления над атмосферным:
(1-4)
где 
- избыточное (или манометрическое)
давление.
В третьем случае имеет место недостаток абсолютного давления до атмосферного, т.е. есть вакуум; при этом вакуумметрическое давление (вакуум) равно:
(1-5)
Сравнивая формулы (1-4) и (1-5) можно видеть, что:
(1-6)
Изменение
давления в любой точке жидкости в
замкнутом сосуде можно получить, меняя
давление 
на свободной поверхности, которое также
может быть:
;
;
,
т.е. также может быть избыток внешнего давления над атмосферным или недостаток до него (внешний вакуум):
(1-7)
(1-8)
Измерительные приборы фиксируют только избыточное (манометрическое) давление и вакуум.
Простейшим измерительным прибором является пьезометр, с помощью которого можно измерить избыточное и вакуумметрическое давления непосредственно высотой столба жидкости в пьезометре, при этом связь между высотами и давлениями определится зависимостями:
(1-9)
(1-10),
где 
- пьезометрическая высота; 
- вакуумметрическая высота.
Энергия жидкости характеризуется так называемым напором.
Пьезометрический
напор 
представляет
собой запас потенциальной энергии одной
весовой единицы жидкости относительно
выбранной плоскости сравнения, и может
быть определен как сумма двух высот -
геометрической 
и пьезометрической 
:
(1-11)
где 
- отметка точки над плоскостью сравнения
0-0.
В покоящейся жидкости:
,
т.е. удельная энергия (энергия одной весовой единицы) для всех точек жидкости постоянная, что легко проверить визуально на опытной установке.
Опытная установка (рис. 1-1) состоит из металлического герметично закрытого резервуара 1 с жидкостью (водой), в боковой стенке которого имеются отверстия для присоединения измерительных приборов: пьезометров 2, манометра 3 и водомерного стекла 4, показывающего положение уровня воды в баке 1. Различное давление воздуха над поверхностью жидкости создается с помощью насоса, присоединяемого к нипельному устройству 6 в крышке бака. Величина давления на поверхности жидкости измеряется манометром 7 или вакууметром 8. Для измерения малых вакуумметрических давлений, когда пользование шкалой механического вакуумметра 8 затруднительно, к воздушному пространству над жидкостью присоединен жидкостный вакуумметр - обратный пьезометр 9. Вблизи пьезометров и у водомерного стекла поставлены рейки со шкалами.