О ткуда берутся силы, действующие со стороны жидкости на крышки?

Жидкость находится в неподвижном состоянии под силовым воздействием. Жидкость сжата со всех сторон силами реакции окружающих поверхностей, силой давления со стороны газа и собственным весом. В результате в ней возникают сжимающие напряжения (Рис.2).

Рис.2 Определение давления

Выделим внутри жидкости вокруг точки А площадку d. Сила dР1 характеризует действие частиц, находящихся вверху площадки, а сила dР2 - находящихся внизу площадки. Вектор напряжения – предел отношения элементарной силы dР к площади d при стремлении площади d к нулю с сохранением ориентации площадки

.

_{Вектор напряжения зависит от ориентации площадки. Их число – бесчисленное множество. Каждый вектор может иметь нормальную по отношению к площадке и касательную составляющую.}

Абсолютное гидростатическое давление – модуль вектора сжимающего напряжения в жидкости. В покоящейся жидкости отсутствуют касательные напряжения, а модули нормальных напряжений на всех площадках, проходящих через точку А, равны между собой и называются абсолютным гидростатическим давлением.

.

Давление – скалярная величина, имеющая размерность напряжения.

_{Свойства гидростатического давления}

Рис.3

Иллюстрация к свойствам гидростатического давления

1. Во всех точках горизонтальной площади, проведенной через однородную жидкость, давление одинаково.

2. В данной точке внутри жидкости давление по всем направлениям одинаково. Это означает, что давление в жидкости на определенном уровне можно определять и сверху, и снизу, и слева, и справа.

3. На внешней поверхности жидкости давление направлено перпендикулярно к поверхности. В противном случае на жидкость действовали бы касательные силы и она бы двигалась.

Молекулы жидкости, стремясь освободиться от сжимающих напряжений, в свою очередь оказывают силовое воздействие на окружающие поверхности (3^ий закон Ньютона – действие равно противодействию!). В результате и возникают силы давления на крышки в нашей задаче.

_{Давление в газе}

В идеальном газе отсутствуют связи между молекулами, поэтому давление газа имеет совсем другой физический смысл, чем давление в жидкости. Молекулы газа совершают хаотическое (броуновское) движение. При этом они ударяются о поверхность жидкости и теряют свой импульс. Как известно из теоретической механики, при изменении импульса появляется сила, в данном случае это сила давления газа на поверхность жидкости. Единичная (на единицу площади) сила давления и есть давление газа.

Состояние газа определяется тремя параметрами – абсолютным давлением р, плотностью  и абсолютной температурой T, которые связаны уравнением состояния (уравнением Клапейрона).

_{pV = mRT,}

_{где R – газовая постоянная, R=287дж/кгК для воздуха.}

Уравнение состояния можно записать в виде:

_{p/ =RT.}

При увеличении температуры усиливается броуновское движение молекул и частота их ударов о поверхность. При этом давление газа увеличивается.

В малых объёмах давление газа одинаково во всех точках объёма. В больших объёмах давление газа уменьшается с высотой по экспотенциальному закону.