Занятие №1 основные физические свойства жидкости общие сведения

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ
Общие сведения
На жидкость действуют поверхностные и массовые силы. Поверхно­стные - это силы, действующие на поверхность жидкости, например силы давления поршня насоса или силы давления воздуха, газа. Массовые - это силы тяжести, инерции и центробежные силы, которые в однородной жид­кости распределены по всему объему. При воздействии поверхностных и массовых сил в жидкости возникает давление. *
Давлением в покоящейся жидкости называется напряжение сжатия [6]





В технике отсчитывают давление от условного нуля, за который при­нято давление атмосферного воздуха на поверхности земли. Превышение (избыток) абсолютного давления р над атмосферным />_атм называется из­быточным давлением р_п:
В технике широкое распространение получили манометры избыточ­ного давления, которые измеряют превышение давления над атмосфер­ным. Поэтому избыточное давление часто называют манометрическим.
Абсолютное давление может быть меньше атмосферного. Недоста­ток между абсолютным давлением и атмосферным называется вакууммет- рическим давлением или вакуумом р_й:
При абсолютном давлении р -> 0 вакуумметрическое р_ъ р_ши. Из выражений (2.2) и (2.3)
Таким образом, при абсолютном давлении, меньше атмосферного, избыточное давление отрицательно.
Атмосферное давление на поверхности жидкости. В однородной несжимаемой жидкости, находящейся под действием силы тяжести и ат­мосферного давления на свободной поверхности, давление определяется по закону
где р - давление в произвольной точке жидкости на глубине h; р₀- дав­ление на свободной поверхности жидкости; р - плотность жидкости; g - ускорение свободного дадения.
Эта зависимость представляет основной закон равновесия жидкости в однородном поле тяжести. В рассматриваемом случае равновесия жидко­сти горизонтальные плоскости являются поверхностями равного давления.
На рис. 2.1 показаны эпюры давления жидкости на боковые стенки сосуда. Слева построена эпюра давления, отвечающая избыточному давле­нию, справа - абсолютному давлению.
При определении давления в точках жидкости, заполняющей от­крытый в атмосферу сосуд, известно действующее на жидкость внешнее давление, равное атмосферному. При этом абсолютное давление в произ­вольной точке жидкости на глубине И
Р = Ръш+№^к (2.6)
Избыточное давление, созда­ваемое в данном случае только весом жидкости.
В прил. 2 приведено изменение атмосферного давления в зависимо­сти от высоты над уровнем моря.
Избыточное давление на поверхности жидкости. Если в закрытом сосуде на поверхность жидкости действует избыточное давление, т.е. внешнее давление р₀, которое больше окружающего атмосферного давле­ния /?_атм, то пьезометрическая плоскость, отвечающая атмосферному дав­лению, располагается над свободной поверхностью жидкости на высоте
где р_0и- избыточное давление на по­верхности жидкости.
Формулы (2.7) и (2.8) дают возможность выражать избыточное давление в любой точке жидкости через пьезометрическую высоту, т.е. величину Н заглубления данной точки под пьезометрической плоско­стью плоскостью атмосферного давления.
Эта плоскость проходит через уровень в пьезометре, присоединен­ном к сосуду (рис. 2.2).














Так, для воды в открытом водоеме (р = 1000 кг/м³) на глубине h - 10 м (g = 9,81 м/с²) избыточное давление р_н = 98,1 кПа.
Вакуумметрическое давление иа поверхности жидкости. Если в закрытом сосуде на поверхность жидкости действует ваку умметрическое
давление, т.е. внешнее дав­ление р₀, которое меньше окружающего атмосфер­ного давления р_аш, то пье­зометрическая плоскость на­ходится под поверхностью жидкости на высоте
_h^₌P™ZEl ₌ Eto' ₍₂.9 у Рg Р8
где р_0ъ - вакуумметрическое давление на поверхности жидкости (рис. 2.3).
Величину /з_0в называют вакуумметрической высотой.
При измерении невысоких давлений (меньше одной атмосферы) ис­пользуются жидкостные манометры различных конструкций. На рис. 2.4 показан дифференциальный жидкостный манометр, при помощи которого измеряют разность давления в двух резервуарах, расположенных на разной
высоте и заполненных различными жидкостями.
Расчетные зависимости давле­ния от высот столбов жидкости полу­чают из уравнений равновесия жидко­стей. Для их составления целесообраз­но выбрать плоскость сравнения 0-0, от которой ведется отсчет давления. Плоскость сравнения целесообразно проводить через нижнюю точку ко­лена манометра или через линию раз­дела жидкостей, как показано на рис. 2.4.













В этом случае давление в точках due будет одинаково: p_d = р_е. Давле­ние в точке d относительно давления в точке b