2.3.Силы, действующие в жидкости

Силы, действующие в жидкости, делятся на массовые и поверхностные. Силы называются массовыми, если они действуют на массы (объёмы) жидкости и пропорциональны этим объёмам. Массовые силы характеризуются ускорениями массовых сил X, Y, Z.

Ускорениями массовых сил вдоль соответствующей оси называется отношение массовой силы, действующей вдоль этой оси (F_x, F_y, F_z), к массе жидкости

(2.0)

К массовым силам относятся силы тяжести и силы инерции. В поле силы тяжести ускорения массовых сил равны:

(2.0)

Силы называются поверхностными, если они действуют на поверхности выделенных объёмов жидкости и пропорциональны площадям этих поверхностей. Поверхностные силы характеризуются нормальными p и касательными напряжениями . Нормальным напряжением называется отношение силы dP, действующей нормально к поверхности, к величине площади этой поверхности d.

.

(2.0)

Касательным напряжением называется отношение силы dT, действующей касательно к поверхности, к величине площади этой поверхности d.

.

(2.0)

Касательные напряжения связаны с вязкостью жидкости, поэтому если движения жидкости нет, или жидкость движется как твердое тело, то касательные напряжения равны нулю.

2.4.Абсолютное Гидростатическое давление и его свойства

Абсолютное гидростатическое давление в точке также может быть представлено следующим образом. Рассмотрим в покоящейся жидкости произвольный объем W, ограниченный поверхностью S. Проведем секущую плоскость , делящую объем W на две части верхнюю и нижнюю. Отбросим мысленно одну из них (например, верхнюю). Причем отбрасывается и жидкость и газ. Действие отброшенной части на нижнюю часть следует заменить распределенными по поверхности ω силами ∆P_i одна из них ∆P приходится на долю поверхности ∆ω. Среднее давление в пределах выделенной площадки определиться как частное от деления силы ∆P на площадь ∆ω:

(2.0)

Р ис. 2.2

Абсолютным гидростатическим давлением в точке называется предел, к которому стремится отношения силы действующей на площадку к величине площади этой площадки, если площадь площадки стремится к нулю ∆ω→0:

(2.0)

В системе единиц СИ гидростатическое давление измеряется в Па = Н/м². Так, как 1 Па очень маленькая величина, то чаще давление измеряется в МПа (1 МПа = 10⁶ Па).

Гидростатическое давление обладает двумя свойствами:

Первое свойство - сила гидростатического давления направлена по внутренней нормали к площадке, которая воспринимает это давление. Это свойство является по существу следствием физико-механических свойств жидкости или газа, находящихся в равновесии. Действительно, если жидкость или газ находятся в равновесии, то в любой произвольной точке касательные напряжения равны нулю и перемещение жидкой частицы вдоль площадки невозможно, так как в противном случае равновесие нарушится. Совпадение же направления действия силы гидростатического давления с внутренней нормалью доказывается свойством жидкости или газа не оказывать сопротивления растягивающим усилиям. Поэтому по второму свойству абсолютное гидростатическое давление не может быть отрицательным и может меняться в пределах 0 < p < ∞.

Второе свойство - величина гидростатического давления в точке не зависит от ориентации (от угла наклона) площадки.