1. Силы, действующие на жидкость

Жидкость в гидравлике рассматривают как сплошную среду обладающую свойством текучести. Вследствие текучести (подвижности частиц) в жидкости действуют силы не сосредоточенные, а непрерывно распределенные по ее объему (массе) или поверхности. В соответствии с этим силы, действующие в жидкости, разделяют на поверхностные и массовые (объемные).

Массовые силы пропорциональны массе жидкости. К ним относятся сила тяжести и сила инерции переносного движения.

Поверхностные силы распределены по поверхности жидкости и пропорциональны ее площади. К ним относятся силы, обусловленные непосредственным воздействием соседних объемов жидкости друг на друга или взаимодействием жидкости и других тел (твердых или газообразных).

В общем случае поверхностная сила, действующая со стороны жидкости на некоторую площадку взаимодействия, направлена под некоторым углом к этой площадке. Она может быть разложена на нормальную и тангенциальную составляющие. Первая называется силой давления, а вторая – силой трения.

Давлением в данной точке жидкости называют отношение силы давления к площади поверхности, стремящейся к нулю (при стягивании поверхности в точку):

_,

где ∆F – элементарная сила, ∆S – элементарная площадь

В случае, когда сила F является равнодействующей равномерно распределенных по поверхности S сил, давление рассчитывается по формуле:

,

В Международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (обозначение Па). Один паскаль равен силе в 1H, действующей на поверхность площадью в 1м².

Атмосферное давление это гидростатическое давление столба воздуха, которое на уровне моря равнозначно давлению столбика ртути высотой h₀ =760 мм и равно 101325 Па.

Давление измеряется в разных единицах. Между единицами давления существует следующее соотношение:

1 атм (физическая атмосфера) = 760 мм рт. ст. = 1,013^.10⁵ Па = 10,33 м вод. ст. = 1,033 кгс/см².

1 кгс/см² =1 ат (техническая атмосфера)= 10⁴ кгс/м² = 9,81^.10⁴ Па = 735,6 мм рт. ст. = 10 м вод. ст.

Различают абсолютное, избыточное и вакуумметрическое (вакуум, разрежение) давления (рисунок 1).

Рисунок 1 – Распределение давлений

Если давление отсчитывают от абсолютного нуля (абсолютного вакуума), то его называют абсолютным (p_абс) или барометрическим давлением. Если абсолютное давление больше атмосферного (p_атм), то разность абсолютного и атмосферного давлений называют избыточным или манометрическим давлением (p_изб=p_абс-p_атм). Если абсолютное давление меньше атмосферного, то разность атмосферного и абсолютного давлений называют разрежение, вакуумом или вакуумметрическим давлением (p_вак=p_атм-p_абс). Вакуум – это недостаток до атмосферного давления (рисунок  1)

Для измерения давления используют барометры, манометры, вакуумметры и. т.д.

Барометры используются для измерения атмосферного давления, для измерения избыточного давления – манометры, для измерения разрежения – вакуумметры [1-8].

2. Физические свойства жидкостей

2.1. Плотность

Под плотностью ρ понимают массу единицы объема жидкости:

,

где m – масса жидкости, кг;

V – объем жидкости, м³;

Единицей измерения плотности в системе СИ является кг/м³.

Плотность жидкостей зависит от температуры и практически не зависит от давления. Значения плотности определяются опытным путем и приводятся в справочной литературе.

В некоторых случаях для характеристики вещества применяют относительную плотность (∆), которая представляет собой отношение плотности рассматриваемого вещества к плотности другого (условного) вещества при определенных физических условиях. В качестве условного вещества для определения плотности жидких и твердых веществ принимают воду. Относительную плотность газов выражают по отношению к сухому воздуху или водороду [5].

Плотность газов значительно меняется с изменением давления и температуры. В технических расчетах при определении плотности газов (паров) при рабочих условиях с достаточной точностью применимы законы идеальных газов. Тогда плотность газа в зависимости от температуры и давления можно рассчитать по формуле:

где ρ₀, Т₀, р₀ – плотность, температура и давление при нормальных физических условиях (273 К, 760 мм рт ст).

Т, p- температура и давление при рабочих условиях;

,

где М - молярная масса газа, кг/кмоль.