Силы, действующие в жидкости
Действующие в жидкости силы можно разделить на две группы: поверхностные и массовые.
Поверхностные — это силы, пропорциональные поверхности, на которую они действуют. К ним относятся силы давления, силы трения.
Р
ассмотрим
сосуд, наполненный жидкостью. Если
выделить в нем бесконечно малый объем
жидкости, то на этот объем будут
действовать силы со стороны соседних
таких же бесконечно малых объемов
(рис.5). Кроме этого на свободную поверхность
жидкости действует сила атмосферного
давления Pатм
и силы со стороны стенок сосуда.
Рис.5 Поверхностные силы
Если на жидкость действует какая-то внешняя сила, то говорят, что жидкость находится под давлением. Обычно для определения давления жидкости, вызванного воздействием на нее поверхностных сил, применяется формула
|
(Н/м2) или (Па), |
где F - сила, действующая на жидкость, Н (ньютоны); S - площадь, на которую действует эта сила, м² (кв.метры).
Массовые — это силы, пропорциональные массе, на которую они действуют. К ним относятся силы тяжести, силы инерции, центробежные силы.
Тема 2 Гидростатика
Гидростатика — это раздел гидромеханики, рассматривающий законы, которым подчиняются жидкости в состоянии покоя.
В гидростатике жидкость рассматривается как идеальная, так как в покоящейся жидкости сдвига слоёв нет, поэтому вязкость в ней не проявляется.
2.1 Гидростатическое давление и его свойства
Рисунок 6 — Схема, поясняющая понятие гидростатического давления Гидростатическое давление — это напряжение сжатия, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна. |
Рассмотрим некоторый объем покоящейся жидкости (рисунок 6). Разделим этот объем на две части произвольной плоскостью ABCD и верхнюю часть отбросим. Для сохранения равновесия нижней части к плоскости ABCD необходимо приложить силу F, заменяющую действие отброшенной верхней части объема жидкости на нижнюю.
Возьмем на плоскости ABCD произвольную точку а и выделим около нее площадку S. В центре этой площадки действует сила F, представляющая собой равнодействующую сил, приложенных к различным точкам площадки S.
Тогда отношение силы F к площади S, на которую эта сила действует, и есть гидростатическое давление:
(12)
Из формулы (12) сила гидростатического давления:
(13)
Гидростатическое давление обладает тремя важными свойствами:
Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости.
Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях.
Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.
По мере увеличения глубины погружения точки под уровень жидкости давление в ней будет возрастать и, наоборот, по мере уменьшения глубины погружения точки давление в ней будет падать.