Гидростатическое давление и его свойства.
Гидростатика - раздел гидравлики, изучающий законы равновесия жидкостей и их инженерные приложения. Для изучения законов гидростатики необходимо знать силы, действующие на некоторый объем покоящейся жидкости (см.главу 1).
Нормальное напряжение, т. е. напряжение силы давления, называется гидромеханическим (в случае покоя – гидростатическим) давлением, или просто давлением, и обозначается буквой p.
Рассмотрим какой-либо объем жидкости, находящейся в равновесии (рис. 2.1). Если этот объем рассечь некоторой плоскостью на две части и мысленно отбросить верхнюю часть, то для сохранения равновесия нижней части необходимо к плоскости приложить силы, эквивалентные действию верхней отброшенной части на нижнюю. Пусть на площадку ΔS действует сила ΔР, представляющая собой равнодействующую всех приложенных к различным точкам этой площадки сил, обусловленных воздействием отброшенной части объема жидкости на площадку ΔS.
Тогда отношение pср=ΔP/ΔS представляет собой среднее гидростатическое давление на площадку ΔS, т. е. среднее гидростатическое давление есть отношение поверхностной силы, действующей на некоторую поверхность рассматриваемого объема жидкости, к площади этой поверхности.
Рис.2.1. Гидростатическое давление
Если плоскость расположена горизонтально, параллельно свободной поверхности жидкости, то в любой точке этой плоскости среднее гидростатическое давление одинаково. Но если плоскость расположена наклонно или вертикально, то в разных точках ее гидростатическое давление будет различно, находясь в зависимости от глубины погружения их под свободную поверхность жидкости. В связи с этим кроме среднего гидростатического давления вводиться понятие гидростатического давления в данной точке. Разница между истинным давлением в точке и средним давлением в пределах площадки ΔS будет тем меньше, чем меньше эта площадка.
Если уменьшать площадку ΔS, то будет уменьшаться и ΔP, но в пределе отношение ΔP к ΔS будет конечной величиной и представит гидростатическое давление в точке, т. е.
Таким образом, гидростатическим давлением в точке называется предел отношения силы давления к площади, на которую она действует, при стремлении этой площади к нулю, т. е. при стягивании площадки в точку.
Как массовые, так и поверхностные силы в гидромеханике рассматривают в виде единичных сил, т.е. сил, отнесённых к соответствующим единицам. Массовые силы относят к единице массы, а поверхностные – к единице площади.
Так как массовая сила равна произведению массы на ускорение, следовательно, единичная массовая сила численно равна соответствующему ускорению.
Гидростатическое давление измеряется в единицах силы, деленных на единицу площади, т. е.:
[р] = [P/S]=Н/м2.
За единицу давления в системе СИ принято равномерно распределенное давление, при котором на площадь 1 м2 действует сила 1 Н; эта единица называется паскалем (Па). Наряду с этой единицей давления применяют следующие укрупненные единицы: декапаскаль (даПа), килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа). Причем:
1 Па = 10-1 даПа = 10-3 кПа = 10-6 МПа.
На практике широко используется также внесистемная единица - техническая атмосфера (ат), равная 0,1 МПа.
Рис. 2.2. Гидростатическое давление
Гидростатическое давление обладает двумя важными свойствами.
1. На поверхности жидкости гидростатическое давление всегда направлено по нормали внутрь рассматриваемого объема жидкости (рис.2.2, стр. 58).
2. В любой точке внутри жидкости гидростатическое давление по всем направлениям одинаково, т. е. давление не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует в данной точке.
Касательное напряжение в жидкости, т. е. напряжение трения, обозначается буквой τ и выражается подобно давлению пределом
, (2.1)
а размерность его та же, что и размерность давления.
Для жидкостей, находящихся в равновесии, давление аналогично напряжению сжатия в твёрдых телах.
Дата добавления: 2015-01-29; просмотров: 2828;