7. Паскаль заңы

Гидростатиканың негізгі теңдеуі сұйықтықтың бетіндегі қысым сұйықтық ішіндегі кез келген нүктеге өзгеріссіз берілетінін көрсетеді.

Сұйықтықпен толтырылған ыдысты қарастырайық (2.5 сурет). Ыдыс үстінен w ауданды піспекпен (поршень) жабылған. Піспекке сұйықтық бетінде меншікті қысымды қалыптастыратын Р сыртқы күші келтірілген.

.

Рисунок 2.5 – Паскаль заңына қарап тұжырымдалған сұлба

Гидростатиканың негізгі теңдеуінің негізінде белгіленген нүктелердің әрбірі үшін гидростатикалық қысымды жазайық.

1 нүктесі үшін ;

2 нүктесі үшін;

3 нүктесі үшін ;

ерікті нүкте үшін .

Теңдеуде көрсетілгендей кез келген нүкте үшін сол бір сыртқы қысым кіретінін көреміз. Осыған байланысты гидростатикалық қысымның екінші қасиетін ескере отырып, Паскаль заңын қалыптастыруға болады.

Паскаль заңы: сұйықтықтың сыртқы бетіне келтірлген қысым осы сұйықтықтың барлық нүктелері мен барлық бағыттарына бірдей беріледі.

Паскаль заңын қолдану үшін қарапайым – гидравликалық сыққыштардың, мультипликаторлардың (қысымды жоғарылатушылар), домкраттардың, көтергіштердің және т.б. - гидравликалық машиналарының қондырғылары негізделген.

2.6 -суретінде шағын және үлкен цилиндрлі сәйксінше мен аудандарынан тұратын гидравликалық сыққыштың принципальды сызбасы көрсетілген. Цилиндрлер өзара құбырмен біріктірілген.

Сурет 2.6– Гидравликалық сыққыш

Егер сұйықтықтың бетінде шағын цилиндрде піспек арқылы күшімен бассақ, онда бұл күш піспектің астында қысымын қалыптастырады. Паскаль заңы бойынша бұл қысым сұйықтықтың барлық нүктелеріне беріледі.

Демек, ауданды піспек үшін сол қысымы беріледі және қысым күші әсер етеді. Осы теңдеуге шамасын қойып, келесі формуланы аламыз

. (2.19)

Осылайша, ауданды піспекке сұйықтық арқылы, қысымынан бірнеше есе көп күші беріледі, ал ауданы ауданынан бірнеше есе көп.

Тәжірбие тұрғысынан цилиндрлердегі піспектердің дамушы үйкеліс күштері 2.19 формуласы бойынша есептелген күштерден аз болады. Бұл азаю орташа мәні 0,8 тең қысқышының ПӘК-інде есепке алынады.

8. Сұйықтыққа енгізілген дененің қысымы мен осы деннің күі. Архимед заңы

Сұйықтыққа енгізілген денедегі сұйықтықтың қысым күшін қарастырайық (2.7 сурет).

Призма пішініндегі дене һ биіктіктен және w төменгі, жоғарғы негізді ауданнан тұрады. Жоғарғы негіз сұйықтыққа тереңдікте енгізілген, ал төменгіге - тереңдікте.

Сурет 2.7 –Сұйыққа батқан денеге күштің әсері сұлбасы

Сондықтан да денеге келесілер әсер етеді:

а) жоғарғы негізге әсер етеін сұйықтықтың гидростатикалық қысымының күші;

б) төменгі негізге әсер етеін сұйықтықтың гидростатикалық қысымының күші;

в) бүйір беттерге (призманың шектері) әсер ететін сұйықтықтың қысым күші есептелмейді, өйткені олар өзара теңестірілген.

Гидростатикалық қысымның тең әсер етуші күші және күштерінің айырымына тең және жоғарыға бағытталған (үлкен күштің бағытына)

.

, ал, онда

(2.20)

Осылайша, сұйықтыққа енгізілген денеге, денемен шығарылған сұйықтықтың салмағына тең итеруші күш әсер етеді – бұл Архимед заңы.

Архимед заңы кез келген пішіндегі денелер үшін қолданыла береді, өйткені призма пішіні мен одан да күрделі пішіндегі басқа денелерді шексіз көптеген қарапайым тік призмалардан тұрады деп болжауға болады.

Көлемді су ығыстырымы – бұл денемен шығарылған сұйықтық көлемі.

Жаппай су ығыстырымы – бұл денемен шығарылған сұйықтықтың салмағы (итеруші күшке тең).

Сұйықтыққа біртіндеп немесе толығымен енгізілген денеге (2.8 сурет) екі күш әсер етеді:

а) төменге бағытталған С оның ауырлық центріне бекітілген дененің салмағы .

б) жоғары бағытталған, және D су ығыстырымының центрі деп аталатын қысым центрінде бекітілген итеруші (көтеруші) күш Р.

Шығарылған сұйықтық көлемінің ауырлық центрі су ығыстырымының центрі болып табылады.

Сурет 2.8 – Сұйықтықта батқан және онда қалқып жүрген денеге күштің әсері сұлбасы

және кұштерінің қатынастарын байланысты сұйықтыққа енгізілген дененің үш жағдайы болуы мүмкін:

а) егер >,онда дене батады;

б) егер =,онда дене бату жағдайында жүзеді;

в) егер < , онда дене шығарылған сұйықтықтың салмағы салмағына тең болмайынша қалқып жүреді (яғни итеруші немесе көтеруші күш).

Бос беттікте қалқып жүрген дененің тепе теңдігі үшін, ауырлық центрі мен қысым центрі бір вертикальда жатуы керек.

Шынымен 2.9 суретте көрсетілгендей, дененің ауырлық центрі мен қысым центрі бір вертикальда жатпайды, және күштері пайда болады да, денені айналдыруға тырысады.

Сурет 2.9 – Сұйықтықта батқан және онда қалқып жүрген денеге күштің әсері сұлбасы