Основные законы гидростатики

ГИДРОСТАТИКА. Общие понятия. Основные законы гидростатики.

Гидравлика - это наука об условиях и законах равновесия и движения жидкостей и способах применения этих законов к решению практических задач.

Состоит из двух разделов: гидростатики и гидродинамики.

Гидростатика изучает вопросы равновесия жидкостей, находящихся под воздействием внешних сил, а также вопросы равновесия тел, полностью или частично погруженных в жидкость,

а гидродинамика - законы движения жидкостей и газов.

В гидравлике принято объединять: текучие жидкости, газы и пары. Это объясняется тем, что законы движения жидкостей и газов(паров) практически одинаковы, если их скорости значительно ниже скорости звука. Часто жидкостями называют вещества, обладающие легкой подвижностью при приложении к ним самых незначительных сил сдвига.

Жидкость, лишенная вязкости, несжимаемая под действием давления, не изменяющая плотности при изменении температуры называется «идеальной» жидкостью.
ВСЕ РЕАЛЬНО СУЩЕСТВУЮЩИЕ ЖИДКОСТИ ЯВЛЯЮТСЯ ВЯЗКИМИ !!!
При выводе основных закономерностей для жидкостей вводят понятие «идеальной» жидкости.
Некоторые физические свойства жидкостей.
Жидкости характеризуется: плотностью, удельным весом, вязкостью и давлением.
Плотность и удельный вес. Масса жидкости, заключенная в единице ее объема, называется плотностью и обозначается
Вес жидкости, заключённый в единице объема называется удельным весом жидкости.
Плотность капельных жидкостей увеличивается с повышением давления незначительно и обычно несколько уменьшается с возрастанием температуры. Плотность газов значительно изменяется в зависимости от температуры и давления.
Масса и вес связаны собой соотношением m = G/g
Так как удельный вес и плотность представляют отношение силы тяжести и массы к одному и тому же объёму, то связь между ними выражается следующим образом: Н/м3.
кг/м3
Н/м3
Зависимость между температурой, давлением и объемом газов определяется уравнением состояния, которое по имени автора носит название уравнения Клапейрона.
где P - давление, Н/м; V - объем газа, м3 ; m - масса, кг;
R - универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль.К;
Т - температура, 0К; М - молекулярная масса газа, кг/кмоль.
Вязкость. При движении реальной жидкости в ней возникают силы внутреннего трения которые оказывают сопротивление движению.
Свойство жидкости оказывать сопротивление движению называется вязкостью.
Допустим, что жидкость движется по трубе (рис.2.1).
Рис.2.1
Мысленно разобьем весь объем на ряд параллельных концентрических слоев. Наблюдения показывают - если некоторый слой имеет скорость w , то соседний с ним слой имеет скорость w + dw . Следовательно слои движутся с некоторой относительной скоростью, причем скорость слоев последовательно уменьшается от оси трубы к стенкам ее на величину dw ; возле стенок частицы жидкости как бы прилипают к стенкам, т.е скорость жидкости становится равной нулю.
Для перемещения каждого слоя относительно другого надо приложить силу, пропорциональную поверхности соприкосновения слоев.
Эта сила Т, отнесенная к единице поверхности F, называется напряжением внутреннего трения.
Согласно закону Ньютона напряжение внутреннего трения, возникающее между слоями жидкости при ее течении, прямо пропорционально градиенту скорости по нормали (dw/dn), т.е.:
Коэффициент пропорциональности в последнем уравнении называется коэффициентом динамической вязкости, или просто вязкостью и зависит от физических свойств жидкости. Его размерность: