Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
437
Добавлен:
08.02.2018
Размер:
3.66 Mб
Скачать

Заслонка шарнирно закреплена в точке O1 . Для открытия используется

трос, прикрепленный к нижнему краю заслонки К, направленный вертикально вверх. Определить силу Т, необходимую для открытия заслонки.

Решение. Как следует из условия, избыточное давление на поверхности отсутствует ( P0 = Pатм ), следовательно, на заслонку действует только сила ве-

сового давления жидкости Fж . Составим уравнение равновесия моментов:

MO1 = 0; Fж O1D T O1E = 0.

Выразим отсюда искомую силу Т:

Т = Fж О1D .

O1E

Очевидно, что для ответа на вопрос задачи необходимо определить величину Fж и координату точки приложения точки D. Определим силу давления

по формуле (4):

F

gh ω=1000 9,81 1,73

π 12

=13 322 Н =13,3 кН.

 

ж

 

 

C

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем расстояние ОD от уреза воды до точки D по формуле (5):

y

=

hC

 

 

 

; y =

1,73

 

= 2 м;

 

sinα

0,866

 

C

 

C

 

 

 

J = πd 4

;

 

J = 3,14 14

= 0,05 м4 ;

 

 

64

 

 

 

 

64

 

 

 

 

 

yD = 2 +

 

 

 

0,05

 

=

2,03 м.

 

 

2,0 0,785

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плечи O1D и O1E из геометрических соображений будут равны

O1D = yD yC + d2 = 2,03 2 +0,5 = 0,53 м; O1E = d cos α; O1E =1 0,5 = 0,5 м.

Искомая сила Т равна

Т =13,3 0,53 =14,1 кН. 0,5

2.3. Решение задач на определение силы гидростатического давления на криволинейные поверхности

Приступая к решению этого типа задач, следует вспомнить важное свойство давления — действие давления направлено по внутренней нормали к поверхности. Если поверхность представляет, например, тело вращения, то сила давления направлена по радиусу со стороны жидкости.

12

Сила гидростатического давления на любую криволинейную поверхность в условиях плоской задачи раскладывается на горизонтальную Fx

и вертикальную Fz составляющие. Результирующая сила давления находится как векторная сумма горизонтальной и вертикальной составляющих.

F = F 2

+ F 2 .

(6)

x

z

 

Направление силы определяет тангенс угла наклона силы к горизонтальной поверхности.

tgβ =

Fz

.

(7)

 

 

F

 

 

x

 

Горизонтальная составляющая силы давления на криволинейную поверхность равна силе давления на проекцию этой поверхности на вертикальную плоскость, нормальную оси Ox.

Fx = (P0 ghC )ωx ,

(8)

где P0 — избыточное давление на свободной поверхности жидкости; hC — глубина расположения центра тяжести площади вертикальной проекции ωx ; ωx — площадь проекции поверхности на вертикальную плоскость.

Вертикальная составляющая силы давления на криволинейную поверхность равна весу жидкости в объеме, заключенном между криволинейной поверхностью и ее проекцией на свободную поверхность.

Под весом понимается сила тяжести этого объема которая проходит через его центр тяжести.

Fz gW.

(9)

Объем W, определенный таким образом называется телом давления.

Различают действительные, фиктивные и смешанные тела давления.

Если тело давления АВС (рис. 6, а) заполнено жидкостью, то оно называется действительным, если не заполнено жидкостью (тело АВС рис. 6, б) — фиктивным, если есть те и другие участки (рис. 6, в) — смешанным.

 

 

 

 

 

a

 

б

 

в

Рис. 6

13

Если давление на свободной поверхности жидкости P0 Pатм, то тело

давления ограничивается пьезометрической плоскостью, удаленной от свободной поверхности на расстояние

h = ρPg0 .

Пример 4. Определить силу давления воды на 1 м ширины нижней криволинейной части сооружения (рис. 7), если H =1,5 м, r = 0,5 м.

Рис. 7

Решение. Выберем систему координат Оxz и спроецируем криволинейную фигуру на плоскость, нормальную оси Оx. Горизонтальная составляющая силы давления воды на криволинейную часть сооружения равна силе давления на вертикальную проекцию этой поверхности ωx .

Fx ghCωx g (H r2)rb,

Fx =1000 9,81(1,5 0,52)0,5 1 = 6130 , H = 6,13 кН.

Вертикальная составляющая Fz равна весу жидкости в объеме тела дав-

ления. Спроецируем криволинейную поверхность 1—4 на продолжение свободной поверхности и отметим, что тело давления будет фиктивным и ограничено сверху поверхностью 2—3. Его объем будет равен площади фигуры 1—2—3—4, умноженной на b =1 м.

Fz

 

πr

2

 

 

 

g Hr

b;

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

F

=1000 9,81 1,5 0,5

3,14 0,52

1 =5430 Н =5,43

кН.

 

z

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

Соседние файлы в папке Противопожарное водоснабжение