- •1 Цель и задачи лабораторного занятия
- •2 Физические свойства жидкостей
- •Аэрогидростатика
- •3.1 Гидростатическое давление и его свойства. Единицы измерения давления
- •3.2.2 Равновесие газа. Международная стандартная атмосфера
- •4 Примеры применения законов гидростатики в технике
- •Пневмогидростатические машины
- •5 Выводы по работе
- •6 Оформление отчета
- •7 Контрольные вопросы
- •8 Рекомендуемая литература
- •Приложение
Аэрогидростатика
3.1 Гидростатическое давление и его свойства. Единицы измерения давления
На жидкость, находящуюся в состоянии равновесия, действуют две категории сил: массовые (или объемные) - вес, силы инерции, в т.ч. центробежные; и поверхностные. Под влиянием этих сил в каждой точке, находящейся в равновесии жидкости, возникает гидростатическое давление р, величина которого определяется по выражению
где Р – сила давления (н), действующая на площадку f (м2).
Гидростатическое давление, как и напряжение, в системе СГС измеряется в дин/см2, в системе КГСС – кгс/м2. В международной системе единиц (СИ) в качестве единицы принято давление (ГОСТ 7664-61), вызываемое силой в 1 ньютон, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2. Называется эта единица «Паскаль», обозначается Па н/м2.
Кроме того, гидростатическое давление измеряется в кгс/см2, высотой столба жидкости (в м вод.ст., мм рт.ст. и т.д.) и, наконец, в атмосферах физических (атм) и технических (ат кГ/см2 кгс/см2) (в гидравлике пока еще преимущественно пользуются последней единицей). В табл.3.1 приведены значения коэффициентов для перехода от одних единиц давления к другим.
На внешней поверхности жидкости гидростатическое давление всегда направлено по внутренней нормали, а в любой точке внутри жидкости его величина не зависит от ориентировки площадки, на которую оно действует. Поверхность, во всех точках которой гидростатическое давление одинаково, называется поверхностью равного давления. К последней относится и свободная поверхность, т.е. поверхность раздела между жидкостью и газообразной средой.
3.2 Основное уравнение гидростатики
3.2.1 Равновесие тяжелой несжимаемой жидкости
Для любой точки жидкости, находящейся в состоянии равновесия (рис. 3.1) справедливо равенство
(3.1)
г де р – давление в данной точке (на рис. 3.1 в точке А);
р0 – давление на свободной поверхности жидкости;
и - высоты столбов жидкости с удельным весом , соответствующие давлениям в рассматриваемой точке и на свободной поверхности жидкости;
z и z0 – координаты точки А и свободной поверхности жидкости, соответственно, относительно произвольной горизонтальной плоскости сравнения 0 -0 (рис.3.1);
H – гидростатический напор.
Из формулы (3.1) следует
(3.2)
где h – глубина погружения рассматриваемой точки.
Выражение (3.2) называется основным уравнением гидростатики в интегральной форме. Величина gh представляет вес столбика жидкости высотой h с площадью основания равной единице.
Таким образом, как это следует из выражения (3.2), гидростатическое давление р в данной точке равно сумме давления на свободной поверхности жидкости р0 и давления, производимого столбом жидкости высотой, равной глубине погружения точки.
Согласно уравнению (3.2), давление на поверхности жидкости р0 передается всем точкам объема жидкости и по всем направлениям одинаково (закон Паскаля).
Разность между абсолютным давлением рабс в точке и атмосферным давлением ратм называется избыточным давлением и обозначается ризб.
Величина h (рис. 3.1, а) в этом случае называется пьезометрической высотой, которая является мерой избыточного давления.
Соответственно, разность между атмосферным давлением и абсолютным называют вакуумметрическим давлением (рис.3.1, б) или вакуумом.