Тема 2 Гідростатичний тиск

2.1 Загальні теоретичні відомості

Гідростатика (від грецького хюдор – вода і статіке – рівновага) – розділ, який вивчає умови і закони рівноваги рідин під дією прикладених сил, а також дію рідини, що знаходиться в стані спокою, на занурені тіла і обмежуючі стінки посудини.

Сили, що діють на рідину поділяються на зовнішні і внутрішні.

Зовнішні сили – це сили, які прикладені до частинок рідини з боку інших фізичних тіл та енергетичних полів. Внутрішні сили – це сили взаємодії між частинками рідини.

На рідину, що знаходиться у стані покою, діють дві групи зовнішніх сил:

1. Масові сили – це сили, що діють на всі частинки рідини і пропорційні масі частинок (рідини).

2. Поверхневі сили – це сили які прикладені до окремих точок поверхні рідини і пропорційні її площі.

Гідростатика розглядає тільки нормальні поверхневі сили тиску і масові сили. Дотичні сили не враховуються, тому що у стані рівноваги дотичні напруження в рідини відсутні і дорівнюють нулю.

В рідині, яка знаходиться у стані спокою, рівнодійна зовнішніх сил спрямована завжди по нормалі до площини дії і називається силою гідростатичного тиску F. Стискальне напруження, що виникає в рідині в стані рівноваги під дією цієї сили, називається гідростатичним тиском р.

Сили F , віднесена до одиниці площі , створює середній тиск. Відношення F до , коли  наближається до нуля, називається гідростатичним тиском у точці:

р = , (2.1)

або

р = . (2.2)

Гідростатичний тиск у системі СІ має розмірність Н/м² чи Па (паскаль). У техніці застосовують також інші одиниці тиску:

1 атм (фізична атмосфера) = 101325 Па = 760 мм вод. ст.;

1 ат (технічна атмосфера) = 1кгс/см² = 9,810⁴ Па;

1 бар = 110⁵ Па;

1 мм вод. ст. = 1 кгс/м² = 9,81 Па;

1 мм рт. ст. = 1 Торр = 133,3224 Па.

Якщо на рідину діє тільки сила ваги, гідростатичний закон розподілу тиску в однорідній важко стисливій рідині має вигляд:

р = р₀ +  g h, (2.3)

де р  повний або абсолютний тиск у розглянутій точці, Па;

р₀  тиск на вільній поверхні (поверхневий або зовнішній тиск ), Па;

відносний (або ваговий тиск), Па;

- глибина занурення розглянутої точки під рівень вільної поверхні, м.

Загальний гідростатичний закон: повний (абсолютний) тиск у будь-якій точці спочиваючої рідини дорівнює зовнішньому тиску, складеному з тиском стовпа рідини висотою .

Закон Паскаля: тиск на вільну поверхню передається в усі точки спочиваючої рідини без змін.

Слідство із закону Паскаля: на будь-якій горизонтальній площині, що перетинає розглянутий спочиваючий об'єм однорідної рідини або газу, тиск постійний.

Звичайно в інженерній практиці використовують не абсолютний тиск р , а його відхилення від атмосферного р_бар.

Якщо повний тиск у розглянутій точці більше атмосферного, то різниця () являє собою перевищення абсолютного тиску над атмосферним і називаєтьсяманометричним або надлишковим тиском у даній точці:

р_ман = p_надл = р – р_бар = р₀ + gh – р_бар. (2.4)

Якщо тиск на вільній поверхні рідини дорівнює атмосферному , то

р_ман = р_надл = gh. (2.5)

У цьому випадку надлишковий і ваговий тиск збігаються.

Якщо резервуар закрито, а надлишковий тиск на вільній поверхні дорівнює р_{надл. 0}, то надлишковий тиск у заданій точці можна визначити за формулою:

р_ман = р_надл = р_{надл. 0} + gh. (2.6)

Якщо абсолютний тиск у розглянутій точці менше атмосферного, то недостача повного тиску до атмосферного називається вакуумом або розрідженням:

р_вак = р_бар  р. (2.7)

Прилади для виміру тиску досить різноманітні. Вони класифікуються по різних ознаках.

За характером вимірюваної величини прилади розділяють на такі групи:

1. Прилади для виміру атмосферного тиску  барометри.

2. Прилади для виміру різниці абсолютного й атмосферного тисків, тобто надлишкового й вакуумметричного тисків:

• манометри – прилади, що вимірюють надлишковий тиск ;

• вакуумметри – прилади, що вимірюють вакуум ;

• мановакуумметри – прилади, що вимірюють і надлишковий тиск і вакуум.