Реферат на тему гидростатика

Обновлено: 07.07.2024

Поверхностная сила в неподвижной жидкости называется силой гидростатического давления или просто гидростатическим давлением. Свойства гидростатического давления: гидростатическое давление в любой точке жидкой среды не зависит от ориентации нормали элементарной площадки ΔSn , проведенной через данную точку; гидростатическое давление не зависит от угла наклона площадки α в плоскости (x,y); гидростатическое давление является скалярной функцией координат и времени: . [pic 1]

Кавитация возникает при достижении в жидкости давления, равного давлению упругости насыщенных паров жидкости при данной ее температуре. После этого, жидкость не выдерживает растягивающих нормальный усилий.

Запишите основное уравнение гидростатики и назовите величины, входящие в него.

Основное уравнение гидростатики:

где искомое давление; известное давление на свободной поверхности ; плотность; ускорение свободного падения; координата свободной поверхности; переменная координата, на которой определяется давление. [pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

Ответьте, в каких случаях в основной формуле гидростатики используется знак плюс, а в каких — минус.

Дайте словесное и математическое определения абсолютному гидростатическому давлению.

Абсолютное гидростатическое давление – сумма давления, создаваемого внутри жидкости или газа, и атмосферного давления.

где – абсолютное гидростатическое давление, атмосферное давление. [pic 12][pic 13]

Дайте словесное и математическое определения избыточному и вакуумметрическому давлениям.

Избыток гидростатического давления над атмосферным называется избыточным давлением:

Вакууметрическое давление – величина недостатка давления в жидкости до атмосферного:

Горизонтальная плоскость, давление жидкости на уровне которой равно атмосферному, называется пьезометрической плоскостью. То есть избыточное давление на уровне пьезометрической поверхности равно нулю.

Плоскость сравнения – это плоскость, уровень которой сравнивается с уровнем плоскости пьезометрической поверхности, для определения пьезометрического напора, который равен разности высот данных плоскостей.

Заглубление произвольной точки жидкости под пьезометрическую плоскость называется пьезометрической высотой в этой точке ( ): [pic 16]

где произвольная постоянная, которая одинакова для всего объема однородной жидкости и называется пьезометрическим напором; z – координата пьезометрической плоскости. [pic 18]

Определение жидкости. Жидкость - физическое тело, обладающее свойством текучести, т.е. способностью неограниченно изменять свою форму под действием даже весьма малых сил, но в отличие от газов практически не изменяющее свой объем при изменении давления.

В гидравлике рассматривают только капельные жидкости. К ним относятся вода, нефть, керосин, бензин, ртуть и др. Газообразные жидкости - воздух и другие газы - в обычном состоянии капель не образуют. Основной особенностью капельных жидкостей является то, что в большинстве случаев их рассматривают как несжимаемые.

Основные свойства жидкости. Рассмотрим основные физические свойства жидкости: плотность, удельный вес, температурное расширение и вязкость.

1. Плотность - отношение массы жидкости к занимаемому объему :

где - вес жидкости в объеме V.

Для воды при имеем .

Между удельным весом и плотностью можно найти связь, если учесть что G=mg:

3. Температурное расширение. Характеризируется температурным коэффициентом объемного расширения, представляющим собой относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на :

4. Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее слоев. Это свойство проявляется в том, что в жидкости при ее движении между слоями возникают касательные напряжения. При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью. Скорость U уменьшается по мере уменьшения расстояния y от стенки.

где коэффициент динамической вязкости жидкости; -приращение скорости, соответствующее приращению координаты .

Градиент скорости характеризует интенсивность сдвига жидкости в данной точке, коэффициент - вязкость капельных жидкостей и имеет размерность Нс/м 2 (Па∙с).

На практике наиболее часто используется коэффициент кинематической вязкости

Он измеряется в . Для воды при .

Приборы для измерения давления. Для измерения давления используют жидкостные (барометр, пьезометр, вакуумметр, дифманометр), механические (манометр, вакуумметр) и электрические приборы. Рассмотрим принцип действия основных из них.

1. Барометр состоит из открытой чашки, заполненной ртутью, и стеклянной трубки, верхний конец которой запаян, а нижний опущен в чашку под уровень ртути. В верхней части трубки воздуха нет, поэтому в ней действует давление насыщенных паров ртути. Значение атмосферного давления определяют по формуле

где - плотность ртути; - высота подъема жидкости в трубке.
2. Пьезометр - это прибор для измерения небольших давлений в жидкости при помощи высоты столба этой жидкости. Он состоит из вертикальной стеклянной трубки, верхний конец которой открыт и сообщается с атмосферой, а нижний присоединен к сосуду, в котором измеряют давление.

По основному уравнению гидростатики

3. Вакуумметр - это U-образная стеклянная трубка, в колене которой имеется жидкость, тяжелее от той, которая находится в сосуде. Один конец трубки соединен с сосудом, а второй открыт. Давление на свободной поверхности жидкости, если трубка присоединена выше этой поверхности, вычисляют по формуле

4. Пружинный манометр состоит из корпуса 5, штуцера 6, манометрической (пружинной) трубки 4, передающего механизма 3, стрелки 2 и шкалы 1. Жидкость под давлением попадает в штуцер, а затем в трубку. Под действием давления трубка разгибается и перемещается ее свободный конец, связанный со стрелкой прибора.

Гидростатика. В гидростатике изучается равновесие жидкостей, находящихся в общем случае, в состоянии относительного покоя, при котором в движущейся жидкости ее частицы не перемещаются друг относительно друга. При этом силы внутреннего трения отсутствуют, что позволяет считать жидкость идеальной.

В состоянии относительного покоя форма объема жидкости не изменяется, и она, подобно твердому телу, перемещается как единое целое. Так, жидкость находится в относительном покое в перемещающемся сосуде (например, в цистерне), внутри вращающегося с постоянной угловой скоростью барабана центрифуги и т.д. В подобных случаях покой рассматривают относительно стенок движущегося сосуда.

Жидкость в неподвижном сосуде находится в абсолютном покое (относительно поверхности земли), который в таком понимании является частным случаем относительного покоя.

Независимо от вида покоя на жидкость действуют силы тяжести и давления. В случае относительного покоя следует учитывать также силу инерции переносного (вместе с сосудом) движения жидкости.

Соотношение между силами, действующими на жидкость, которая находиться в состоянии покоя, определяющее условия равновесия жидкости, выражается дифференциальными уравнениями равновесия Эйлера.

В объеме жидкости, находящейся в покое, выделим элементарный параллелепипед объемом с ребрами , и , расположенными параллельно осям координат и . Сила тяжести, действующая на параллелепипед, выражается произведением его массы на ускорение свободного падения , т.е. равна . Сила гидростатического давления на любую из граней параллелепипеда равна произведению гидростатического давления на площадь этой грани. Будем считать, что давление является функцией всех трех координат: .

Согласно основному принципу статики, сумма проекций на оси координат всех сил, действующих на элементарный объем, находящийся в равновесии, равна нулю. В противном случае происходило бы перемещение жидкости.

Рассмотрим сумму проекций на ось . Сила тяжести направлена вниз, параллельно оси . Поэтому при выбранном положительном направлении оси сила тяжести будет проектироваться на эту ось со знаком минус:

Сила гидростатического давления действует на нижнюю грань параллелепипеда по нормали к ней, и ее проекция на ось равна . Если изменение гидростатического давления в данной точке в направлении оси равно , то по всей длине ребра оно составит . Тогда гидростатическое давление на противоположную (верхнюю) грань равно

() и проекция силы гидростатического давления на ось

Проекция равнодействующей силы давления на ось

Сумма проекций сил на ось равна нулю, т.е.

или, учитывая, что объем параллелепипеда (величина, заведомо не равная нулю), получим

Проекции сил тяжести на оси и равны нулю. Поэтому сумма проекций сил на ось

откуда после раскрытия скобок и сокращения находим

Соответственно для оси

Таким образом, условия равновесия элементарного параллелепипеда выражаются системой уравнений:

Данные уравнения представляют собой дифференциальные уравнения равновесия Эйлера.

Основное уравнение гидростатики. Из дифференциальных уравнений равновесия Эйлера следует, что давление в покоящейся жидкости изменяется только по вертикали (вдоль оси ), оставаясь одинаковым во всех точках любой горизонтальной плоскости, так как изменения давлений вдоль осей и равны нулю. В связи с тем, что в этой системе уравнений частные производные и равны нулю, частная производная может быть заменена на и, следовательно

Разделив левую и правую части последнего выражения на и переменив знаки, представим это уравнение в виде

Для несжимаемой однородной жидкости плотность постоянна и, следовательно

откуда после интегрирования получим

Для двух произвольных горизонтальных плоскостей 1 и 2 последнее уравнение выражают в форме

Это и есть основное уравнение гидростатики.

В данном уравнении и - высоты расположения двух точек внутри покоящейся однородной капельной жидкости над произвольно выбранной горизонтальной плоскостью отсчета (плоскостью сравнения), а и - гидростатические давления в этих точках.

Рассмотрим, например, две частицы жидкости, из которых одна расположена в точке 1 внутри объема жидкости – на высоте от произвольно выбранной плоскости сравнения 0-0, а другая находится в точке 2 на поверхности жидкости – на высоте от той же плоскости. Пусть и - давления в точках 1 и 2 соответственно. При этих обозначениях, согласно основному уравнению гидростатики

Член в уравнении гидростатики, представляющий собой высоту расположения данной точки над произвольно выбранной плоскостью сравнения, называется нивелирной высотой. Она, как и другой член этого уравнения , выражается в единицах длины

Величину называют напором давления, или пьезометрическим напором.

Следовательно, согласно основному уравнению гидростатики, для каждой точки покоящейся жидкости сумма нивелирной высоты и пьезометрического напора есть величина постоянная.

Члены основного уравнения гидростатики имеют определенный энергетический смысл. Так, выражение члена до сокращения характеризует удельную энергию, т. е. энергию, приходящую на единицу веса жидкости . Аналогичный энергетический смысл получает и нивелирная высота, если ее выражение умножить и затем разделить на единицу веса жидкости.

Таким образом, нивелирная высота , называемая также геометрическим (высотным) напором, характеризует удельную потенциальную энергию положения данной точки над выбранной плоскостью сравнения, а пьезометрический напор – удельную потенциальную энергию давления в этой точке. Сумма указанных энергий, называемая полным гидростатическим напором, или статическим напором, равна общей потенциальной энергии, приходящейся на единицу веса жидкости.

Следовательно, основное уравнение гидростатики представляет собой частный случай закона сохранения энергии: удельная потенциальная энергия во всех точках покоящейся жидкости есть величина постоянная.

Уравнение можно записать в форме

Последнее уравнение является выражением закона Паскаля, согласно которому давление, создаваемое в любой точке покоящейся несжимаемой жидкости, предается одинаково всем точкам его объема. Действительно, в соответствии с этим уравнением, при любом изменении давления в точке давление во всякой другой точке жидкости изменится настолько же.

Принцип сообщающихся сосудов и его использование. Пусть два открытых сообщающихся сосуда заполнены жидкостью плотностью . Выберем произвольную плоскость сравнения 0-0 и некоторую точку А внутри жидкости, лежащую в этой плоскости. Если считать точку А принадлежащей левому сосуду, то давление в данной точке

Если же считать точку А принадлежащей правому сосуду, то давление в ней

(, так как плоскость 0-0 проходит через точку А).

при равновесии для каждой точки давление одинаково в любом направлении (в противном случае происходило бы перемещение жидкости).

Аналогичный вывод может быть сделан для двух закрытых сообщающихся сосудов, в которых давления над свободной поверхностью жидкости одинаковы.

Таким образом, в открытых или закрытых находящихся под одинаковым давлением сообщающихся сосудах, заполненных однородной жидкостью, уровни ее располагаются на одной высоте независимо от формы и поперечного сечения сосудов. Этот принцип используется, в частности, для измерения уровня жидкости в закрытых аппаратах с помощью водомерных стекол.

Если сообщающиеся сосуды заполнены двумя несмешивающимися жидкостями, имеющими плотности (левый сосуд) и (правый сосуд), то при проведении плоскости сравнения 0-0 через границу раздела жидкостей аналогично предыдущему получим

Отсюда следует, что в сообщающихся сосудах высоты уровней разнородных жидкостей над поверхностью их раздела обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей.

Если сосуды заполнены одной жидкостью плотностью , но давления над уровнем жидкости в них неодинаковы и равны (левый сосуд) и (правый сосуд), то

откуда разность уровней жидкости в сосудах

Полученное уравнение применяют при измерениях давлений или разностей давлений между различными точками с помощью дифференциальных U-образных манометров.

Условия равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах используют также для определения высоты гидравлического затвора в различных аппаратах. Так, в непрерывно действующих сепараторах смесь жидкостей различной плотности (эмульсия) непрерывно поступает в аппарат 1 по центральной трубе 2 и расслаивается в нем, причем более легкая жидкость плотностью удаляется сверху через штуцер 3, а более тяжелая имеющая плотность , - снизу через U-образный затвор 4. Если принять, что уровень границы раздела фаз поддерживается на границе цилиндрической и конической частей аппарата и провести через эту границу плоскость сравнения 0-0, то необходимая высота гидравлического затвора составит

При этом допускается, что давление над жидкостью внутри аппарата и на выходе из затвора одинаково.

Пневматическое измерение количества жидкости в резервуарах. Для контроля над объемом жидкости в каком-либо резервуаре 1, например подземном, в него помещают трубу 2, нижний конец которого доходит почти до конца резервуара. Давление над жидкостью в резервуаре равно . По трубе 2 подают сжатый воздух или другой газ, постепенно повышая его давление, замеряемое манометром 3. Когда воздух преодолеет сопротивление столба жидкости в резервуаре и начнет барботировать сквозь жидкость, давление , фиксируемое манометром, перестанет возрастать и будет равно

откуда уровень жидкости в резервуаре

По величине и известной площади поперечного сечения резервуара определяют объем находящейся в нем жидкости.

Гидростатические машины. На использовании основного уравнения гидростатики основана работа гидростатических машин, например гидравлических прессов, применяемых в химической промышленности для прессования и брикетирования различных материалов. Если приложить относительно небольшое усилие к поршню 1, движущемуся в цилиндре меньшего диаметра , и создать давление на поршень, то согласно закону паскаля, такое же давление будет приходиться на поршень 2 в цилиндре большего диаметра . При этом сила давления на поршень 1 составит

а сила давления на поршень 2

В результате поршень в цилиндре большего диаметра передает силу давления, во столько раз большую, чем сила, приложенная к поршню в цилиндре меньшего диаметра, во сколько поперечное сечение цилиндра 2 больше, чем цилиндра 1. Таким способом с помощью сравнительно небольших усилий осуществляют прессование материала 3, помещенного между поршнем 2 и неподвижной плитой 4.

Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Если жидкость помещена в сосуд любой формы, то гидростатическое давление во всех его точках горизонтального дна сосуда одинаково, давление же на его боковые стенки возрастает с увеличением глубины погружения.

Гидростатическое давление на уровне дна сосуда, как и для любой точки внутри жидкости, определяется уравнением , но для всех точек дна величина представляет собой высоту жидкости в сосуде. Обозначив последнюю через , получим

таким образом, сила давления на горизонтальное дно сосуда не зависит от формы сосуда и объема жидкости в нем. При данной плотности жидкости эта сила определяется лишь высотой столба жидкости и площадью дна сосуда:

Гидростатическое давление жидкости на вертикальную стенку сосуда изменяется по высоте. Соответственно сила давления на стенку также различна по высоте сосуда. Поэтому

где - расстояние от верхнего уровня жидкости до центра тяжести смоченной площади стенки.

В данном уравнении выражение в скобках представляет собой гидростатическое давление в центре тяжести смоченной площади стенки. Поэтому сила давления на вертикальную стенку равна произведению ее смоченной площади на гидростатическое давление в центре тяжести смоченной площади стенки.

Количество страниц - 18
В работе рассмотрено:
определение жидкости;
основные свойства жидкости;
приборы для измерения давления;
понятие гидростатики;
дифференциальные уравнения равновесия Эйлера;
основное уравнение гидростатики;
принцип сообщающихся сосудов;
пневматическое измерение количества жидкости в резервуарах;
гидростатические машины;
давление жидкости на дно и стенки сосуда.

Бойко И.А. Основы гидравлики

формат pdf
размер 3.32 МБ
добавлен 10 ноября 2009 г.

Учебное пособие. Красноярск: Красноярский государственный технический университет, 2005. - 27 с. Содержание. Учебная цель. Концепция и основные термины. Содержание учебного элемента. Общие положения. Физические свойства жидкостей и газов. Основы гидростатики. Гидростатическое давление и его свойства. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Давление жидкости на плоские стенки. Давление жидкости на криволинейные стенки. Основные понятия гид.

Кордон М.Я., Симакин В.И., Горешник И.Д. Гидравлика

формат pdf
размер 702.54 КБ
добавлен 22 февраля 2010 г.

Пенза: Пензенский государственный университет, 2005. - 71 с. Основные физические свойства жидкостей, Основы гидростатики, Основы кинематики и динамики жидкости, Примеры, Контрольные вопросы.

Лекции по гидравлике

формат doc
размер 574.55 КБ
добавлен 22 августа 2009 г.

Предмет гидравлики. Физические свойства жидкости. Основы гидростатики, гидростатическое давление и его свойства, давление на плоскую наклонную стенку и на цилиндрическую поверхность. Основные понятия о движении жидкости. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для реальной жидкости. Режимы движения жидкости. Потери напора при ламинарном течении жидкости. истечение жидкостей из отверстий, насадков и из под затворов. Гидравлич.

Лекции по гидравлике

формат doc
размер 5.94 МБ
добавлен 30 декабря 2010 г.

Рассматриваются основные теоретические положения гидростатики, кинематики и динамики жидкости. Излагаются закономерности ламинарного и турбулентного движения. Даются основные законы и расчётные уравнения, применяемые в инженерной практике. Приводятся задания для выполнения контрольных работ студентами – заочниками и методические указания к их решению, а также лабораторные работы. Предназначено для студентов всех форм обучения инженерно-технически.

Лекции по гидравлике в виде шпор

формат doc
размер 1.12 МБ
добавлен 20 января 2010 г.

Лекции по гидравлике, выполненные в виде шпаргалки. 4й кегль, 4 столбца, наличие картинок и формул. Все готово, осталось только распечатать и вырезать, ничего подгонять не нужно. Идеально для сдачи экзамена/зачета. перечень тем (неполный). плотность и сжимаемость. законы переноса. структура потока. турбулентность. основы гидростатики. силы, действующие в жидкости. гидростатическое давление. основное уравнение гидростатики. сообщающиеся сосуды. за.

Лекция №2 - Законы жидкости (Гидростатика)

формат pdf
размер 649.44 КБ
добавлен 24 марта 2009 г.

Гидростатическое давление и его свойства. Дифференциальное уравнение равновесия жидкости. Основное уравнение гидростатики. Прикладные вопросы гидростатики.

Метревели В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями

формат pdf
размер 69.04 МБ
добавлен 12 августа 2011 г.

М.: Высшая школа, 2008, 192 с. В книге рассмотрены решения типовых задач по всем разделам объемных курсов "Основы гидравлики и гидропривода" и "Гидравлические и пневматические системы": физические свойства жидкостей и газов, основные законы гидростатики и гидродинамики, основные уравнения напорного течения жидкости, работа гидромашин в простой и сложной сетях, расчет элементов объемного гидропривода - насосов, гидродвигателей, аппаратуры управле.

Метревели В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями

формат djvu
размер 4.74 МБ
добавлен 14 ноября 2009 г.

М.: Высшая школа, 2008. -192 с. В книге рассмотрены решения типовых задач по всем разделам объемных курсов "Основы гидравлики и гидропривода" и "Гидравлические и пневматические системы": физические свойства жидкостей и газов, основные законы гидростатики и гидродинамики, основные уравнения напорного течения жидкости, работа гидромашин в простой и сложной сетях, расчет элементов объемного гидропривода - насосов, гидродвигателей, аппаратуры управле.

Некрасов Б.Б. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах

формат pdf
размер 34.34 МБ
добавлен 14 апреля 2011 г.

Учебник. - 2-е изд. перераб. и дополн. - М.: Машиностроение, 1967. - 368 с. Резензент - проф. Н. Я. Фабрикант, Научный редактор - доц., канд. техн. наук А. С. Шифрин В книге изложены законы гидростатики, общие уравнения гидравлики, режимы течения жидкостей в трубах, законы истечения жидкостей четерз отверстия и насадки, приведены методы гидравлического расчета трубопроводов. Специальные разделы посвящены авиационным центробежным и объемным нас.

Сазанов И.И. Гидравлика (конспект лекций)

формат pdf
размер 2.59 МБ
добавлен 24 мая 2009 г.

М.: ИЦ МГТУ Станкин, 2004. — 292 с. В учебном пособии рассмотрены основные законы и уравнения гидравлики, охватывающие разделы свойств жидкостей, гидростатики, кинематики и динамики жидкостей, гидродинамического подобия и особых случаев течения. Изложены основные вопросы, направленные на приобретение студентами теорети-ческих знаний и практических навыков по применению основ процессов, протекающих в жидких средах в основном с ориентацией на гидра.

ГОСТ

Такие разделы физики, как гидростатика и гидродинамика, объединяет в себе один - гидравлика.

Гидравлика является прикладной наукой о законах движения и способах их приложения к решению задач инженерной практики.

Гидравлика

Рисунок 1. Разделы гидравлики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Гидравлика в физике характеризуется особенным подходом в плане изучения явлений течения жидкостей. Так, она помогает устанавливать приближенные зависимости, ограничиваясь при этом (в большинстве случаев) исследованием одноразмерного движения. При этом она активно задействует различные эксперименты в лабораторных условиях.

Сама наука разделена на две основные части:

теоретическую (занимается изучением наиболее важных положений равновесия и движением разных жидкостей);
практическую (предусматривает активное применение теоретических положений в плане решений инженерно-практических вопросов).

Гидравлическая практика, в свою очередь, включила в себя следующие подразделы, каждый из которых занимается исследованием движения жидкостей в неустановившемся и установившемся состояниях:

трубопроводная гидравлика;
закономерности открытых русел;
течение различных жидкостей из отверстий и через сливы;
теория гидравлической фильтрации.

В современной науке, таким образом, основной акцент делается на три важных раздела: гидродинамику, гидростатику и кинематическую гидравлику.

Основы гидростатики

Гидростатика является важным разделом гидромеханики, который занимается изучением равновесия жидкостей и воздействия покоящейся жидкости на погруженное в нее тело.

В качестве одной из главных задач гидростатики выступает задача исследования распределения давления в жидкости. При известном распределении давления, становятся возможными расчеты силы, воздействующей со стороны покоящейся жидкости на тела, которые в нее погружены (к примеру, таким телом может быть подводная лодка, стена плотины и пр.)

Готовые работы на аналогичную тему

В частности, становится доступным выведение условий плавания тела на поверхности жидкости или внутри нее. Также можно установить, какие условия потребуются плавающим телам для устойчивости (особенно актуально в кораблестроении).

На определенных законах (в частности, законе Паскаля) основывается действие гидравлических пресса, аккумулятора, жидкостного манометра, а также многих других приборов и машин.

Одним из главных законов в гидростатике считается закон Архимеда, позволяющий определять воздействующую на тело величину подъемной силы, что происходит в момент его погружения в газ либо жидкость вместе с сосудом таким образом, что в отношении него она будет покоиться.

Принципы законов гидростатики позволяют определять форму поверхности жидкости, например, во вращающихся сосудах. По причине того, что поверхность жидкости всегда будет установлена таким образом, что сумма всех действующих на частицы жидкости сил (сила давления в данном случае становится исключением) оказывается нормальной по отношению к поверхности.

Рисунок 2. Законыгидростатики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Основы гидродинамики

Гидродинамика в физике является еще одним разделом гидравлики, занимающимся изучением законов механического движения жидкости, а также ее взаимодействия с подвижными и неподвижными типами поверхностей.

Рисунок 3. Гидродинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В качестве одной из наиболее важных задач гидродинамики выступает выявление гидродинамических характеристик потока. Объектами исследования здесь выступают гидродинамическое давление, скорость движения жидкостей, сопротивление движению жидкостей и изучение их взаимозависимости.

Кинематика жидкости зачастую рассматривается в гидравлике совместно с динамикой. При этом она будет отличаться от нее изучением разновидностей и кинематических характеристик движения жидкостей, не учитывая при этом силы воздействия на осуществление движения. В то же время, динамика жидкости акцентирует внимание на изучении законов ее движения, в зависимости от сил, которые были приложены к ней.

Жидкость в гидравлике будет рассматриваться в качестве непрерывной среды, сплошь заполняющей некоторое пространство, исключая образование пустот. Провокаторами ее движения выступают такие внешние силы как: внешнее давление, сила тяжести и др.

Зачастую, эти силы уже заданы в условиях задач гидродинамики, требующих решения. Неизвестными факторами остаются: внутреннее гидродинамическое давление и скорость течения жидкости в каждой определенной точке некоего пространства. При этом гидродинамическое давление в каждой точке считается функцией не только ее координат (как это было в отношении гидростатического давления), но и функция времени (что подразумевает ее способность к изменению со временем).

Гидростатика – это раздел гидравлики (механики жидкости), изучающий покоящиеся жидкости. Она изучает законы равновесия жидкости и распределения в ней давления. Основные величины, используемые в гидростатике, – это давление p и напор H.

Работа содержит 1 файл

Гидростатика.doc

В гидравлике при изучении законов равновесия и движения широко пользуются различными физическими характеристиками жидкости (например, плотность, вязкость, удельный вес, удельный объём). Студенту нужно уметь определять основные физические характеристики жидкости, знать единицы этих характеристик. Следует также рассмотреть основные физические свойства капельных жидкостей: сжимаемость, тепловое расширение и др.

2. Гидростатическое давление

Гидростатическое давление p – это скалярная величина, характеризующая напряжённое состояние жидкости. Давление равно модулю нормального напряжения в точке: p = /s /.

Давление в системе СИ измеряется в паскалях: Па = Н/м 2 .

Связь единиц давления в различных системах измерения такая:

100 000 Па = 0,1 МПа = 1 кгс/см 2 = 1 ат = 10 м вод. ст.

Два свойства гидростатического давления:

Давление в покоящейся жидкости на контакте с твёрдым телом вызывает напряжения, направленные перпендикулярно к поверхности раздела.
Давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям. Это свойство отражает скалярность давления.

2.1 Гидростатический парадокс

Суммарное давление на горизонтальное дно зависит только от глубины погружения дна h₀ и величины площади последнего и не зависит от формы сосуда, а следовательно, и от веса налитой в эти сосуды жидкости. На рис. 1 показано несколько сосудов личных форм с плоским дном площадью глубиной жидкости в них h, одинаковыми для всех сосудов.

Рис. 1. Гидростатический парадокс

Различные формы стенок сосудов и различные веса жидкости в этих сосудах не оказывают никакого влияния на величину суммарного давления на их дно, равного для всех сосудов согласно:

Это кажущееся противоречие известно под названием гидростатического парадокса. Объясняется это явление тем, что разность между силой давления на горизонтальное дно.

2.2 Основное уравнение гидростатики

Основное уравнение гидростатики гласит, что полное давление в жидкости p равно сумме внешнего давления на жидкость p₀ и давления веса столба жидкости p_ж, то есть

где h – высота столба жидкости над точкой (глубина её погружения), в которой определяется давление (рис. 2).

Из уравнения следует, что давление в жидкости увеличивается с глубиной и зависимость является линейной.

Рис. 2. Схема к основному уравнению гидростатики

Рис. 3. Изменение давления: 1 – открытый резервуар; 2 – пьезометр

В частном случае для открытых резервуаров, сообщающихся с атмосферой (рис. 3), внешнее давление на жидкость равно атмосферному давлению p_o = p_атм = 101 325 Па 1 ат. Тогда основное уравнение гидростатики принимает вид:

p = p_атм+ g h.

Открытые резервуары – это не только баки, ёмкости, сообщающиеся с атмосферой, но также любые канавы с водой, озёра, водоёмы и т.д.

Избыточное давление (манометрическое) есть разность между полным и атмосферным давлением. Из последнего уравнения получаем, что для открытых резервуаров избыточное давление равно давлению столба жидкости:

p_изб=p_ман= p - p_атм = g h.

Читайте также: