КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Гидростатическое давление и его свойства
Массовыми силами являются силы, пропорциональные массе жидкости: силы тяжести и инерционные силы. Жидкость, помещенная в резервуар, оказывает давление, как на его стенки, так и на дно, зависящее от плотности жидкости и места положения рассматриваемой точки. Так, вода и ртуть при одинаковых прочих условиях будут оказывать разное силовое воздействие на стенки сосуда, а частицы жидкости, находящиеся внизу, будут сжиматься сильнее, чем верхние.
Рассмотрим резервуар, представленный на рис.3.1а. На дно резервуара площадью abсd оказывает воздействие вес налитой жидкости, т. е. Р= , где — плотность жидкости; V — ее объем. Воздействие силы Р на площадь дна представляет среднее гидростатическое давление . Выделим на боковой поверхности небольшую площадку, силу давления на нее обозначим через . Отношение будет также средним гидростатическим давлением в пределах выделенной площадки. Если теперь выделенную площадку уменьшать до нуля, то будет также стремиться к нулю, а отношение в пределе будет представлять собой гидростатическое давление (обозначается буквой р) в точке: (1) В качестве единицы этой величины применяют Па. Под паскалем понимают давление, создаваемое силой в 1н, равномерно распределенной по нормали к поверхности площадью 1 м2. Итак, гидростатическое давление в точке является пределом отношения силы гидростатического давления, действующей на элементарную площадку к самой элементарной площадке, если последняя стремится к точке. Рассмотрим свойства гидростатического давления. На вертикальной левой стенке резервуара (рис. 3.1, а) выделим элементарную площадку . Предположим, что реакция стенки на жидкость будет приложена в точке А и направлена к ней под углом φ. Вектор R можно разложить на два направления — нормальное к стенке и касательное вдоль стенки: Rn и. Сила Rn вызывает в жидкости сжатие, чему жидкость легко противостоит. Сила должна была вызвать перемещение частиц жидкости вдоль стенки, но этого мы не наблюдаем (все рассматривается для случая покоя жидкости). Наше предположение о том, что вектор R направлен под углом — неверно.
Рис.3.1. Отсюда следует: Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости. Выделим из жидкости, заполняющей объем резервуара (рис. 3.1, а), элементарный кубик со сторонами dх, dy, dz (рис. 3.1, б). Так как кубик находится в равновесии, то это значит, что уравновешены поверхностные и массовые силы по всем трем осям: , (2) , (3) (4) где dxdydz — объем кубика. Сократив равенства, получим (5) Членом pgdz, бесконечно малым по сравнению с r и можно пренебречь, т. е. ; ; (6) Так как кубик не деформируется (не вытягивается вдоль одной из осей, жидкость находится в покое), давления по различным осям одинаковы, а именно == (7) Итак, приходим к выводу: Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях гидростатическое давление в любой точке одинаково по всем направлениям. Рис 3.2.
Третьим свойством гидростатического давления является зависимость его от координат пространства p=f(x, y, z). Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве. Выясним характер этой зависимости. Выделим из жидкости, заполняющей резервуар (рис. 3.2), параллелепипед с основанием и высотой h. Давление на свободной поверхности резервуара равно p0. Поскольку параллелепипед внутри жидкости находится в равновесии, то , . Сила, действующая с торца параллелепипеда , уравновешивается силой давления р0 и силой веса жидкости в объеме параллелепипеда, т. е. (9) Разделив полученное равенство на , получим: / ω (10) где р — гидростатическое давление жидкости на глубине h. Это уравнение является основным уравнением гидростатики. Полученное уравнение означает: полное или абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости слагается из давления на ее свободной поверхности р0 и давления gh, созданного весом выше лежащего слоя жидкости (так называемого столба жидкости). В открытом резервуаре, находящемся на поверхности земли, первое слагаемое в последнем уравнении равно атмосферному давлению, второе слагаемое gh называется избыточным давлением: (12) В водоеме на глубине 10 м согласно (12) = 1000 кг/м3 ×9,8 м/с2 × 10 м=98 000 Па. Таким образом, давление 1 м столба жидкости равно 9,8 кПа.
Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 846; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |