 |
Основное уравнение гидростатики
|
|
|
|
Гидравлика
Жидкость и ее основные физические свойства
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 обычном состоянии жидкость оказывает малое сопротивление разрыву и большое сопротивление сжатию (имеет малую сжимаемость). Вместе с тем жидкость оказывает значительное сопротивление относительному движению соседних слоев (обладает вязкостью). В понятие «жидкость» включают как жидкости обычные, называемые капельными, так и газы, когда их можно считать как сплошную малосжимаемую легкоподвижную среду.
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 m к занимаемому объему V:
. (1.1)
Единица плотности в системе СИ- 
.Плотность воды при температуре 
.
2 Удельный вес 
(
)- это вес единицы объема, т.е.
, (1.2)
где 
-вес жидкости в объеме V.
Для воды при имеем 
.
Между удельным весом и плотностью можно найти связь, если учесть что G=mg:
. (1.3)
3 Температурное расширение. Характеризируется температурным коэффициентом 
объемного расширения, представляющим собой относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на 
:
|
|
|
(1.4)
где 
изменение температуры, 
.
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 (рис. 1.1). Скорость U уменьшается по мере уменьшения расстояния y от стенки.
| Согласно гипотезе И.Ньютона касательные напряжения, возникающие в движущейся жидкости, зависят от ее рода и характера и прямо пропор-циональны градиенту скорости |
| Рисунок 1.1 – Профиль скоростей при течении вязкой жидкости |
, (1.5)
где 
коэффициент динамической вязкости жидкости; 
-приращение скорости, соответствующее приращению координаты dy.
Градиент скорости 
характеризует интенсивность сдвига жидкости в данной точке, коэффициент 
- вязкость капельных жидкостей и имеет размерность Нс/м2 (Па∙с).
На практике наиболее часто используется коэффициент кинематической вязкости
. (1.6)
Он измеряется в 
. Для воды при 
.
Гидростатика
Гидростатическое давление
Гидростатика — это раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкости и применение этих законов для решения практических задач.
На жидкость, находящуюся в состоянии равновесия (покоя), действуют две категории сил: поверхностные и массовые.
Поверхностные силы - это силы, действующие на поверхности объемов жидкости, например, сила давления поршня, сила атмосферного давления. Массовыми являются силы, пропорциональные массе жидкости: силы тяжести, инерции. В результате действия внешних сил внутри жидкости возникает напряжение сжатия или гидростатическое давление. Итак, гидростатическим давлением р называется сжимающее напряжение, возникающее внутри покоящейся жидкости. Средним гидростатическим давлением называется отношение
|
|
|
(2.1)
где F- сжимающая сила, Н; S- площадь площадки, 
.
Гидростатическое давление, как и напряжение, измеряется в 
или в паскалях (Па):1 =1Па= = 
Кроме того, гидростатическое давление измеряется в 
, высотой столба жидкости, мм вод.ст. и мм рт. ст., в атмосферах физических,а, и технических,ат. На практике давление часто имеряют в технических атмосферах. Между единицами существует следующая связь: 
.
Гидростатическое давление имеет такие свойства:
а) гидростатическое давление направлено всегда по внутренней нормали (перпендикуляру) к площадке, на которую оно действует (рис 2.1);
Рисунок 2.1 - Направление давления
б) гидростатическое давление в любой точке жидкости по всем направлениям одинаково.
Основное уравнение гидростатики
Возьмем в жидкости произвольную точку с координатой Z и глубиной погружения h (рис 2.2).
| Уравнение, выражающее гидростатическое давление р в любой точке неподвижной жидкости в том случае, когда из массовых сил на нее действует только одна сила тяжести, называется основным уравнением гидростатики |
| Рисунок 2.2 – Давление в точке |
(2.2)
где 
- давление на свободной поверхности жидкости;
h- глубина расположения рассматриваемой точки.
Другая форма записи уравнения (2.2) имеет вид
(2.3)
где z и 
-вертикальные координаты произвольной точки и свободной поверхности жидкости, отсчитываемые от горизонтальной плоскости.
При известной величине удельного веса 
уравнение (2.2) можно записать в виде
. (2.4)
Из выражения (2.4) следует, что гидростатическое давление р в данной точке равно сумме давлений на свободной поверхности жидкости 
и давления, производимого столбом жидкости высотой, равной глубине погружения точки.
|
|
|
