Законы гидростатики

Гидростатика – раздел гидравлики, изучающий законы равновесия жидкости и их применение.

Напряжение в жидкости описывается давлением.

Давление (р) – величина, равная отношению модуля силы давления F, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

p=F/S (Н/м²)

При равномерном распределении сил давления, давление на всех участках поверхности одинаково и численно равно силе давления, действующую на поверхность единичной площади.

Рассмотрим наиболее важный для практики частный случай равновесия жидкости, находящейся под действием только сил тяжести.

Рассмотрим закрытый сосуд, в котором находится жидкость. (рис. 2.5)

Обозначим через р₀внешнее поверхностное давление, т.е. давление на свободную поверхность жидкости.

Наметим точку А, у которой выделим единицу массы жидкости. К этой единице массы приложена объемная сила – сила тяжести.

Тогда давление в произвольной точке А выразится зависимостью:

р=-ρ gZ+(р₀+ρ gZ₀) или р=р₀+ρ g(Z₀-Z)=р₀+ρ gh.

Давление р, определяемое по этой формуле, называется абсолютным давлением. р_абс=р₀+ ρ gh- уравнение и является основным уравнением гидростатики в простейшей гидравлической форме.

Величина ρgh представляет собой ту часть абсолютного давления р_абс, которая обусловлена весом самой жидкости. Назовем ее весовым давлением.

р_вес=ρ gh.

Основное уравнение гидростатики показывает, что абсолютное давление в точке равно сумме внешнего поверхностного давления р₀ и весового давления(ρgh)

Разность между абсолютным гидростатическим давлением и атмосферным называется избыточным или манометрическим давлением (такое давление показывает механический манометр):

р_изб=р_абс – р_ат.

Если р₀=р_атм, то из основного уравнения гидростатики следует, что

р_абс=р_атм+ρ gh и р_абс – р_атм=р_изб=ρ gh

т.е. избыточное давление равно весовому.

По основному уравнению гидростатики можно определить абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости.

Если взять ряд точек, в которых гидростатическое давление одинаково, и провести через эти точки поверхность, то получим поверхность равного давления.

Закон Паскаля

Давление, оказываемое на жидкость, передается жидкостью одинаково во всех направлениях.

Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости снизу.

На этом законе основано действие многих гидравлических устройств: тормозная система, гидропривод, гидропресс и т.д. Рассмотрим распространенный случай равновесия жидкости, когда на нее действует только одна массивная сила-сила тяжести и получим уравнение, позволяющие находить гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема жидкости. Это основное уравнение гидростатики:

Закон Архимеда

На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила (сила Архимеда). Выталкивающая сила равна по модулю ( и противоположна по направлению) силе тяжести, девствовавшей на вытесненным телом объем жидкости, и приложена к центру тяжести этого объема.

F=

Основной закон гидростатики для толщи жидкости – зависимость давления от глубины, который для несжимаемой жидкости в однородном поле тяжести имеет вид

-Закон Архимеда

Тело помещенное в воду, плавает, если сила Архимеда уравновешивает силу тяжести тела.Поведение тела в жидкости зависит от соотношения между плотностями.

1.если сила тяжести больше архимедовой силы, то тело будет опускаться на дно.

2. если сила тяжести равна архимедовой силы, то тело может находиться в равновесии в любом месте жидкости.

3. если сила тяжести меньше архимедовой силы, то тело будет подниматься из жидкости.