Свойства гидростатического давления
Гидростатическое давление направлено всегда по внутренней нормали к площадке, на которую оно действует (рис.3.4).
Доказательство ведется от обратного утверждения.
Рис.3.4 | Рис.3.5 | Рис. 3.6 |
Допустим, гидростатическое давление направлено не по нормали к площадке (рис.3.5). В этом случае его можно разложить на нормальную рn и касательную составляющие t. Появление касательной составляющей станет нарушением условия относительного покоя, т.е. частицы жидкости якобы будут перемещаться друг относительно друга.
Допустим, гидростатическое давление направлено по внешней нормали к площадке (рис.3.6). Это значило бы, что жидкость сопротивляется растягивающим усилиями, что нарушило бы принятую ранее аксиому.
Гидростатическое давление в любой точке покоящейся жидкости не зависит от направления площадки, для которой оно вычислено.
Проиллюстрируем это свойство. В жидкости на глубине h мысленно возьмем точку А (рис.3.7). Можно предположить, что давление в этой точке
будет совершенно одинаковым для направления площадок 1-1, 2-2, 3-3 и т.д., проходящих через эту точку. Докажем это очевидное свойство.
Рис. 3.7 Рис. 3.8
Для этого в жидкости, находящейся в покое, разместим оси координат и выделим в этих осях элементарный объем в виде прямоугольного клина (рис.3.8), стороны граней которого по осям равны δх, δу, δz. Применим принцип отвердевания, т.е. мысленно представим, что бесконечно малый объем превратился в твердое тело. В этом случае при рассмотрении тела в покое можно применить законы механики твердого тела, т.е. если тело находится в равновесии (покое), то сумма проекций всех сил на соответствующие оси равна нулю, т.е. ΣPx = 0, ΣPy = 0, ΣPz = 0.
На выделенный объем действуют массовая сила, вызванная ускорением J, проекции которого на соответствующие оси будут равны X, Y, Z, и поверхностные силы на соответствующие грани δPх, δPу, δPz, δPп. Направление грани с индексом «n» в системе координат взято произвольно.
Составим уравнение проекции сил на ось Х:
ΣРх = δРх - δРп·cosα + ХδМ = 0. (3.1)
Ввиду малости размеров граней клина будем считать, что давление на каждую из них будет одинаковым и каким-то средним, тогда
.
Сократив на δу·δz, получим:
.
В пределе, когда размеры клина будут приближаться к нулю, рср x и рср n будут стремиться к значениям гидростатического давления в точке в направлениях оси Х-Рх и наклонной грани n – Pn, и вследствие этого при переходе к пределу при δх = 0 получаем: рх – рn = 0 или рх = рn.
Составив уравнение проекции сил на оси y и z, найдем, что ру = рп; рz = рn, откуда
Px = Py = Pz = Pn.. (3.2)
Последнее равенствопоказывает, что гидростатическое давление в точке покоящейся жидкости имеет значение, не зависящее от направления площадки, для которой оно вычислено.
Но гидростатическое давление в различных точках не будет одинаковым. Для разных точек давление будет являться непрерывной функцией координат.
Дата добавления: 2015-03-20; просмотров: 993;