3 Лабораторные работы

3.1 Измерение гидростатических давлений

Цель работы – приобретение практических навыков работы с механическими мановакуумметрами при измерении гидростатичес­кого давления, изучение основного закона гидростатики.

3.1.1 Теоретические основы исследования

Гидростатическое давление р представляет собой предел отно­шения силы гидростатического давления Р к площади площадки её действия ω при стремлении ω к нулю:

, (3.1)

где ω – величина некоторой площадки, намеченной или внутри жидкости, или на ее поверхности;

Р – сила давления жидкости на эту площадку.

Ограничиваемся рассмотрением жидкости, нахо­дящейся под действием только одной объемной силы – силы тя­жести. В этом случае абсолютное гидростатическое давление в рассматриваемой точке рассчитывают по формуле

(3.2)

где – давление на свободной поверхности жидкости;

h – глубина погружения рассматриваемой точки под свободную

поверхностью жидкости;

γ – объемный вес жидкости,

(3.3)

здесь ρ – плотность жидкости;

– ускорение свободного падения.

Давление, обусловленное весом самой жидкости и определяемое вторым слагаемым правой части формулы (3.2), называется весо­вым давлением. Обозначим весовое давление :

(3.4)

Если рассматриваемая покоящаяся жидкость находится в от­крытом сосуде, то давление , действующее на свободной по­верхности, оказывается равным атмосферному , то есть _. Тогда абсолютное гидростатическое давление в рассматриваемой точке определяют как

(3.5)

Величина превышения абсолютного давления над атмосферным на­зывается избыточным гидростатическим давлением, его определяют

(3.6)

и в случае открытого сосуда, как следует из уравнения (3.4), избыточное давление равняется весовому давлению:

(3.7)

Если давление на свободной поверхности оказывается больше атмосферного (такое положение может иметь место в случае, когда жидкость находится в герметически закрытом сосуде), то

(3.8)

где

(3.9)

или

(3.10)

где – избыточное давление на свободной поверхности жидкости.

Единицами измерения любого вида гидроста­тического давления являются в международной системе единиц паскаль (1Па=1Н/м²), а в часто используемой в старой технической литературе и при градуировке приборов системе МКГС – в технических атмосферах (1 атм=1кг/см²). Часто гидростатическое давление измеряют высотой столба жидкости известного объемного веса (например, высотой столба воды в метрах или высотой столба ртути в миллиметрах). Соотношение между единицами измерения давления можно представить в следующем виде:

1атм=1 кг/см²=9.81∙10^-4Па=10 м. вод. ст.=736 мм.рт.ст.

Если в данной среде абсолютное давление оказывается меньше атмосферного, то есть то в этой среде имеет место вакуум, или разрежение. Абсолютное давление в этом случае определяют по формуле

(3.11)

где – вакуумметрическая высота.

Под величиной вакуумметрического давления (вакуума) пони­мают недостаток давления до атмосферного или отрицательное избыточное давление:

.

Вакуум измеряют теми же единицами, что и другие виды гид­ростатического давления.