Жидкости и их ключевые физические свойства. Равновесие жидкости и действующие силы. Гидростатическое давление, его свойства и эпюры. Основное уравнение гидростатики. Абсолютное и избыточное давление. Сила давления жидкости на плоскую поверхность.
Аннотация к работе
Гидравлика - наука, изучающая равновесие и движение жидкости, а также ее взаимодействие с твердыми телами, погруженными в нее, и твердыми поверхностями, граничащими с жидкостью. Гидравлика позволяет разрабатывать методики решения различных прикладных задач в строительстве, коммунальном хозяйстве, охране водных ресурсов и других сферах человеческой деятельности, связанных с водой и другими жидкостями. Леонардо да Винчи (1452-1519) в XV в. написал работу "О движении и измерении воды", Галилео Галилей (1564-1642) в 1612 г. в своем трактате "Рассуждение о телах, пребывающих в воде, и о тех, которые в ней движутся" рассмотрел условия равновесия жидкости, обосновал основные законы плавания тел. Далее Эванджелиста Торричелли (1608-1647) предложил в 1643 г. формулу для определения скорости истечения жидкости из отверстия, Блез Паскаль (1623-1662) открыл закон о передаче внешнего давления в жидкости, который до настоящего времени служит основанием для конструирования гидравлических машин (прессы, домкраты, тормоза и др.), Исаак Ньютон (1643-1727) в 1686 г. предложил гипотезу о законе внутреннего трения в движущейся жидкости. Даниил Бернулли в 1738 г. дал теоретическую основу уравнения, отражающего закон сохранения энергии для жидкости, справедливо считающегося основополагающим в практических расчетах по гидравлике.Основное отличие жидкостей от твердых тел заключается в их текучести, т.е. способности легко принимать форму сосуда, в который жидкость поместили, при этом объем жидкости не изменяется. В сосудах жидкость образует свободную поверхность, а газ аналогичной поверхностью не обладает. Однако с точки зрения механики и жидкость, и газ подчиняются одним и тем же закономерностям в случае, если сжимаемостью газа можно пренебречь. Поэтому в гидравлике под термином "жидкость" понимаются и собственно жидкости (которые часто называют капельными жидкостями), и газы (газообразные жидкости). Так как вода является наиболее распространенной в природе жидкостью, в качестве примера количественного значения параметра, определяющего то или иное свойство жидкости, будем приводить значение рассматриваемого параметра для воды.Гидростатика - раздел гидравлики, в котором изучается жидкость, находящаяся в покое. Если на выделенную массу жидкости не действуют внешние силы, то все частицы этой массы остаются неподвижными относительно выбранной системы координат, т.е. находятся в покое или движутся прямолинейно с одинаковой для всех частиц скоростью, при этом взаиморасположение частиц остается постоянным. Рассмотрим, какие силы могут действовать на жидкость, находящуюся в равновесии, и каким условиям должны удовлетворять внешние силы, чтобы условия равновесия жидкости не нарушались. Выделим некоторый объем W из массы жидкости, находящейся в резервуаре, и рассмотрим силы, действующие на этот объем. Действительно, так как жидкости сопротивляются сжимающим усилиям и в силу свойства текучести не могут сопротивляться сдвигающим усилиям, сила N (рис.2.2) должна быть направлена нормально (под углом 90°) к поверхности, ограничивающей объем жидкости, и не может быть направлена под другим углом, как, например, сила F, стремящаяся сдвинуть частицу жидкости, находящуюся в точке М.Для его объяснения рассмотрим некоторый объем жидкости, находящийся в равновесии (рис.2.3). Тогда предел отношения при называется гидростатическим давлением в рассматриваемой точке Таким образом, гидростатическое давление в рассматриваемой точке жидкости есть упругое напряжение сжатия, возникающее в жидкости под действием внешних сил. Под 1 Па понимают давление, создаваемое силой в 1 Н, которая равномерно распределена по поверхности площадью 1 м2. Так как сила , использованная в данном определении понятия гидростатического давления, должна быть перпендикулярна площадке , так как жидкость находится в равновесии, то и гидростатическое давление должно быть направлено со стороны жидкости по нормали к той поверхности, на которую действует.Определим, каким образом гидростатическое давление зависит от места расположения точки, в которой определяется давление. Для этого выделим из покоящейся жидкости (рис.2.5), заполняющей резервуар 1, параллелепипед 2 с основанием и высотой , равной глубине жидкости в резервуаре. Так как жидкость находится в равновесии: , а сила , действующая на дно параллелепипеда, уравновешивается силой и силой веса жидкости, находящейся в объеме параллелепипеда, (и - объем параллелепипеда).Поверхностью равного давления называется поверхность, в каждой точке которой величина гидростатического давления одинакова (p=const). Например, на поверхности жидкости, соприкасающейся с атмосферой, давление равно ра. Такая поверхность равного давления называется свободной поверхностью.Преобразуем уравнение (2.2), записав значение (рис.2.6). Разделим обе части полученного уравнения на величину и сделаем перестановки слагаемых: (2.3) Уравнение (2.3) также носит название основного уравнения гидростатики, но оно представлено в другой форме записи.
План
Содержание
Введение
Глава 1. Жидкости и их основные физические свойства
Глава 2. Гидростатика
2.1 Равновесие жидкости и действующие силы
2.2 Гидростатическое давление и его свойства
2.3 Основное уравнение гидростатики
2.4 Поверхность равного давления. Закон Паскаля
2.5 Геометрическое и энергетическое понятия основного уравнения гидростатики
2.6 Абсолютное и избыточное давление
2.7 Эпюры гидростатического давления
2.8 Сила давления жидкости на плоскую поверхность
2.9 Центр давления
2.10 Давление жидкости на криволинейные поверхности