1. Гидравлика
1.1. Введение
Раздел механики, в котором изучаются равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими её поверхностями, называется гидромеханикой.
Одной из прикладных отраслей гидромеханики является гидравлика - наука, изучающая законы покоя и движения жидкостей и разрабатывающая методы применения этих законов в практических целях.
В гидравлике выделяют следующие разделы:
- кинематика жидкости изучает виды и характеристики движения жидкости, но не рассматривает силы, под действием которых это движение происходит;
- гидростатика изучает законы равновесия (покоя) жидкости;
- гидродинамика изучает законы движения жидкости.
Историческое развитие механики жидкостей шло двумя путями:
- теоретический – путь точного математического анализа, основанного на законах механики. Он привел к созданию теоретической гидромеханики.
- экспериментальный привел к созданию гидравлики.
Первым научным трудом в области гидравлики считают трактат Архимеда(287-212 гг. до н.э.) «О плавающих телах». Однако сведения о некоторых законах гидравлики были, видимо, известны и ранее, так как задолго до Архимеда строили грандиозные по тем временам оросительные каналы и водопроводы.
В Китае приблизительно 2500 лет назад был построен Великий канал протяженностью 1800 км.
В древнем Риме 2300 лет назад был построен первый водопровод.
В Индии глубина некоторых искусственных водохранилищ достигала 15 метров.
Подъем а развитии гидравлики начался через 17 веков после Архимеда. В XV-XVI вв.Леонардо да Винчи(1452-1519) написал работу «О движении и измерении воды», (возможно «О движении воды в речных сооружениях») которая была опубликована лишь более чем через 400 лет после ее создания. Ввел понятие сопротивления движению твердых тел в жидкостях и газах и положил начало экспериментальной гидравлике, поставив лабораторные опыты.
В X VI—X VII вв. труды Архимеда были развиты С. Стевином, Г. Галилеем и Б. Паскалем. Э. Торричелли дал формулу для скорости жидкости, вытекающей из отверстия. Работами Г. Галилея, X. Гюйгенса и И. Ньютона были установлены основные зависимости, определяющие сопротивление тела, движущегося в жидкости. В 1742 г. М. В. Ломоносов (1711—1765) в книге «Первые основания металлургии или рудных дел» дал рекомендации по строительству плотин и водяных колес. Он изучал также движение воды в лотках, подводящих воду к обогатительным установкам на рудниках. В конце X V в. стали применять водопроводные сети для передачи энергии на расстояние. Энергия жидкости использовалась для разведения мостов.
Русские ученые Д. Бернулли, Л. Эйлер, М. В. Ломоносов создали прочный фундамент для развития гидравлики. В XIX в. русскими учеными И. С. Громекой, Н. П. Петровым, Н. Е. Жуковским было положено начало развития гидродинамики. В середине XIX в. получили распространение гидравлические прессы, был применен гидравлический аккумулятор для накопления энергии в период холостых ходов машин. В начале XX в. были разработаны гидромоторы и гидравлические трансмиссии тракторов, создана гидродинамическая передача, примененная и на строительных' машинах.