1.3. Система единиц измерения физических величин, применяемых в гидравлике

Так как гидравлика изучает законы равновесия и движения жидкостей, логично прежде всего рассмотреть некоторые физические свойства реальных жидкостей. Прежде чем перейти к изучению основных свойств жидкостей, остановимся на единицах измерения, принятых в гидравлике.

Физическая величина – это качественная характеристика физического тела, явление или процесса.

Измерением называют действие, выполняемое с помощью средств измерения и имеющее целью нахождение числового значения измеряемой величины в принятых единицах.

Единицей измерения называют значение физической величины, принятое за основание сравнения для количественной оценки величин того же рода.

Единицы измерения бывают основными и производными.

Основные – единицы, размер которых устанавливается произвольно, независимо от размеров других единиц.

Совокупность единиц, охватывающих все или отдельные области измерения, представляют собой систему единиц

За основу принята Международная система единиц измерения (СИ). Кроме того, применяются внесистемные единицы. В инженерной практике используются такие системы МКГСС и СГС.

Основными единицами системы СИ являются:

единица длины – метр (м);

единица массы – килограмм (кг);

единица времени – секунда (с);

единица температуры – градус Кельвина ( К);

В физической системе СГС за единицу длины принят – см, за единицу времени – с, за единицу массы – г (масса 1 см³ воды при 4⁰С), единица температуры – градус Кельвина ( К).

Основные единицы в технической системе МКГСС:

единица длины – м, единица времени – с, за единицу массы здесь принимается масса, которая под действием силы в 1 кгс получает ускорение, равное 1м/с². Эту единицу часто называют технической единицей массы

Однако до сих пор в инженерной практике измеряют: давление (напор) в технических атмосферах (атм), метрах водяного столба и миллиметрах ртутного столба (м вод. ст. и мм рт. ст.), температуру в градусах Цельсия(⁰С), динамическую вязкость в пуазах(Пз) и кинематическую в стоксах (Ст), работу и энергию в киловаттчасах (кВт·ч).

Чтобы оценивать основные физические свойства жидкостей в различных системах единиц измерения, нужно знать соотношения между ними для этих свойств.

Назовем некоторые основные соотношения, которые служат для пересчета данных из одной системы единиц в другую

Если принять массу m=1г, ускорение g = 981 см/с² (ускорение силы тяжести), то получим силу:

в системе СГС (физической)

F_сгс = 1г · 981 см/с² = 981 дина;

в системе СИ (международной)

F_СИ = 0,001 кг · 9,81 м/с² = 0,00981 Н;

в системе МКГСС (технической)

F_МКГСС = 0,001 кгс.

Отсюда имеем

1Н = 100 000 дин = 0,102 кгс;

Поступая подобным образом, можно найти также соотношение между единицами измерения массы в различных системах:

Размерности и единицы измерения других физических единиц, с которыми приходится иметь дело при гидравлических расчетах, легко получить как производные от установленных выше основных единиц измерения.

1.4. Физические свойства жидкости

Плотность – это масса жидкости, заключенная в единице объема. В Международной системе единиц (СИ) она измеряется в кг/м3. Для однородной жидкости

Ρ=m/W, (5)

где m – масса масса жидкости;

W – объём жидкости.

Значения плотностей некоторых широко распространенных жидкостей при нормальных условиях (t = 20°С, p = 0,1 МПа):

                   вода – 998 кг/м3;                  

 ртуть – 13 546 кг/м3;

                   нефть натуральная – 760 – 900 кг/м3;

                   масла минеральные – 850 – 930 кг/м3;

                   бензин – 712 – 780 кг/м3.

Удельный вес – это вес жидкости единичного объема:

γ = G/ W= gm/W =ρg (6)