Презентация на тему: Гидростатика

ГИДРОСТАТИКА Ильченко Марьяна Сергеевна методист ИМО МКУ «Центр обслуживания образовательных учреждений Благодарненского муниципального района Ставропольского края»

Тема №1. Основы гидростатики. Гидростатикой называют раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия неподвижной жидкости. 1.1 Жидкость. Идеальная жидкость (Ж). Жидкостью называют физические тела, легко изменяющие свою форму под действием сил самой незначительной величины. Различают два вида жидкостей: капельные и газообразные. Ж - принимают форму сосуда, в который они налиты (текуча). Ж - ограничена твердыми поверхностями сосуда и свободной поверхностью, которая граничит с газом или другой жидкостью. Капельные жидкости практически несжимаемы. Реальная жидкость обладает вязкостью (сцепление частиц). - Идеальная жидкость – это воображаемая жидкость, в которой отсутствуют силы сцепления между частицами (нет вязкости) и отсутствует сжимаемость.

1.2. Физические свойства жидкости. Плотность – это количество жидкости, содержащейся в единице объема (рис. 1.1) где р – плотность, (кг/м³); m – масса, (кг); V – объем жидкости, (м³) Плотность определяется ориометром. Рис.1.1. К вопросу о плотности Удельный вес – это вес единицы объема Ж. γ – удельный вес, (Н/м3) G – вес Ж, (Н) V – объем Ж, (м3) Удельный вес связан с плотностью соотношением

Сжимаемость жидкости – это свойство Ж уменшать объем под действием всестороннего внешнего давления (рис. 1.2). Сжимаемость характеризуется коэффициентом объемного сжатия - βρ - первоначальный объем Ж при давлении p1 - изменение объема Ж после приложения давления р2=р1+Δр Рис.1.2. К вопросу о сжимаемости Среднее значение коэффициента объемного сжатия воды при обычной температуре в зависимости от давления:

Вязкость - это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу её слоёв (рис. 1.3.), где 1, 2, 3 ... n - это слои жидкости. F1.2- сила сдвигающая 1-й слой относительно второго F2.1 -сила трения между слоями, которая оказывает сопротивление сдвигу, обусловленная вязкостью. Где ∆V-относительная скорость сдвига слоев, м/с; ∆n- элементарная толщина слоя, м; ∆V/∆n- градиент скорости характеризуется значением tg α (рис.1.3) S-площадь соприкосновения слоев; (м²) μ- коэффициент динамической вязкости, или просто вязкость, (Па∙С) Физический смысл коэффициента вязкости μ состоит в том, что он численно равен силе трения между слоями движущейся жидкости толщиной ∆n=1м, c площадью соприкосновения S=1м2 силе относительной скорости сдвига слоёв ∆V=1м/с. Кинематическая вязкость: Определение кинематической вязкости производится вяскозиметром.

1.3. Гидравлическое давление. Гидростатическое давление - это давление в покоящейся жидкости. Ι+ΙΙ =∆V - элементарный объём неподвижной жидкости. I - верхний слой жидкости II - нижний слой жидкости. ∆S - площадь поверхности разделяющей слои. ∆Fo - поверхностная сила давления воздуха ∆Fm - массовая сила от веса слоя I. Гидростатическая сила- это сумма поверхностной и массовой сил: Рис. 1.4. К вопросу о гидростатическом давлении. Гидростатическая сила ∆Fгс распределена вдоль поверхности ∆S разделяющей Ι-й и ΙΙ-й слои, её равнодействующая приложена в т. А, Среднее гидростатическое давление на поверхности ∆S: Абсолютное давление в точке А: pабс в точке А- это предел, к которому стремиться среднее давление при стремлении площадки ∆S→0

1.4. Свойства гидростатического давления. Гидростатическое давление направленно по внутренней нормали к поверхности, граничащей с жидкостью (рис. 1.5.) К вопросу о свойствах и гидростатического давления. 2 свойство Величина гидростатического давления в любой точке жидкости одинакова по всем направлениям, т.е. величина давления не зависит от ориентации площадки, на которую она действует. (Рис.1.6.) 3 свойство. Гидростатическое давление зависит от глубины, на которой она замеряется (рис.1.7.): pа=p0+pgh, - основное уравнение гидростатики. Где pа – гидростатическое давление в точке А на глубине h, Па. p0 – поверхностное давление; если сосуд открыт, то p0 = pатм -атмосферное pgh- избыточное давление (по отношению к поверхностному) при изменении глубины точки A изменяется слагаемое pgh что и определяет зависимость ра= f(h).

1.5. Закон паскаля и его техническое приложение. Внешнее давление, производимое на свободную поверхность покоящейся жидкости, передаётся одинаково всем её точкам без изменения (следует из анализа уравнения p=p0+pgh). - Закон используется в различных гидравлических устройствах: •гидропресс, •гидродомкрат, •гидроаккомулятор 1.5.1. Гидропресс – предназначен для создания больших усилий (рис. 1.8.). Устройство: 1-поршень первого гидроцилиндра; 2-поршень второго гидроцилиндра; 3-пружина сопротивления (деталь для прессования); 4-рабочая жидкость. Принцип работы (закон Паскаля): Под поршнем 1 на поверхности с помощью S1 силой F1 создаётся давление p1=F1/S1 (*) По закону Паскаля давление p1 передаётся без изменения под поршень 2 Сила давления под поршнем 2, создаваемая давлением p1: или Из уравнение (*) и (**) следует или Из рис.1.8. видно, что S2›S1, следовательно (S1/S2)›1, т.о. усилие F2 на 2-м (большем) поршне возрастает по отношению к усилию F1 во столько, во сколько площадь S2 больше площади S1.

1.6. Эпюры давления. Графическое изображение изменения гидростатического давления в зависимости от глубины вдоль плоской стенки называют эпюрой давления (рис.1.9.). При построении эпюры помнить, что гидростатическое давление всегда направленно по нормали к площадке (стенке) Вдоль стенки г/с давление изменяется по закону p=p0+pgh (линейно) Рис. 1.9. Эпюра давления в точке А pа=p0, т.к. h=0 и pgh=0; в точке В p=p0+pgh начало векторов pа и pв соединяются отрезками прямой. эпюра имеет вид трапеции.

1.7. Сила давления на плоскую стенку. При расчете гидротехнических сооружений необходимо знать: - величину силы давления, действующую на плоскую стенку; - точку приложения силы давления. Рассмотрим плоскую стенку, на которую слева действует слой жидкости толщиной H (рис.1.10.) 1 – плоская прямоугольная стена; 2 – жидкость слева от стены; ρ=f(H) – эпюра давления. Сила давления жидкости на плоскую стенку: F=ρc*S, где: ρc – давление в центре тяжести стенки С, определяется по формуле ρc= ρc+0,5ρgH. S – площадь поверхности стенки; точка D – это точка приложения силы давления F, H; yС и yD – соответственно координаты по оси Oy центра давления С и точки D приложения силы давления F. yc=0.5H yD=(2/3)H Рис. 1.10. Сила давления на плоскую стенку. Для прямоугольной стенки точка приложения силы F находится на глубине YD=(2/3)H

1.8. Сила давления на криволинейную стенку. Рассматривается цилиндрическая поверхность, имеющая вертикальную плоскость симметрии (Рис. 1.11а). V – объем Ж над цилиндрической поверхностью; значение полной гидростатической силы Где Fx=ρcSyz, (Syz – проекция криволинейной поверхности на оси Oyz, ρc – давление в центре с’ этой площадки); Fx=ρgV – вес жидкости в объеме V; Точка Е приложенная равнодействующей F находится графически (Рис. 1.11 б): Fx – проходит через точку D, ZD=(2/3)R, FZ – проходит через точку С, лежащую на радиусе R проведенном под углом 450 к оси ОХ и находящуюся на удалении 0,6R от точки О. (ОС= 0,6R)

1.9. Приборы для измерения давления. а) механические манометры. Применяются для измерения манометрического давления Ж; Устройство: 1-полая латунная трубка-пружина; 2-механизм поворота стрелки; 3-стрелка; 4-шкала; 5-штуцер подвода жидкости; 6-сосуд с жидкостью под давлением. Работа: Внутрь трубки 1 из сосуда 6 через штуцер 5 подается абсолютное давление жидкости pабс, которое распрямляет трубку. Снаружи на трубку действует атмосферное давление pатм, которое наоборот сгибает трубку. Окончательная деформация трубки 1 происходит под действием разности абсолютного pабс и атмосферного давления pатм. pман=pабс-pатм(*) - Деформация трубки 1 через механизм 2 приводит к повороту стрелки 3 относительно шкалы 4. - т.о. отклонение стрелки характеризует избыточное по отношению к атмосферному давление, которое называется манометрическое и обозначается pман.

б) Жидкостные манометр. служат для измерения избыточного (манометрического) давления жидкости высотой столба жидкости. по линии 0-0 давления в левой и правой частях трубки уравновешены. pабс=pизб-pатм откуда: pизб=pабс-pатм pизб=pман - избыточное давление принято называть манометрическим. Графически это выглядит так: Рис. 1.13. Жидкостный манометр. В жидкостных манометрах используется вода, а для измерения больших давлений ртуть, что уменьшает высоту столба в 13 раз. (γртути =13,6 г/см³, γводы=1,0 г/см³).

б) Вакуумметры. Для измерения давлений ниже атмосферного применяются вакуумметры. Вакуум- это давление, недостающее до атмосферного. Уравнение равновесия относительно 0-0 имеет вид: pабс+pвак=pатм, откуда pвак=pатм-pабс Если абсолютное давление равно нулю pабс=0, то pвак=pатм и говорят, что вакуум абсолютный. Графически изображение абсолютного давления по отношению к атмосферному при вакууме имеет вид: Рис. 1.14. Вакуумметр

1.10. Закон Архимеда. Гидростатическая подъемная сила. На тело, погруженное в жидкость действует выталкивающая сила (архимедова), равная весу жидкости в объеме погруженной части тела, обозначается Fарх. Возможны три варианта соотношения архимедовой силы Fарх и силы тяжести тела, погруженного в жидкость Fарх. 1) Fарх = FG - тело полностью погружено в жидкость и плавает, 2) Fарх < FG – тело тонет, 3) Fарх > FG – тело всплывает.

Интернет ресурсы:1. http://gidravl.narod.ru/osnovstat.html 2. http://www.coolreferat.com/Гидростатика_2 3. http://www.classes.ru/all-russian/russian-dictionary-Ushakov-term-10214.htm 4. http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/79217/Гидростатика