1.1. Гидростатика

Гидростатика - раздел гидравлики, изучающий законы равновесия жидкостей.

Внешние силы, действующие на некоторый объем покоящейся жидкости, могут быть разделены на две группы:

1) массовые (или объемные) силы, которые пропорциональны массе выделенного объема жидкости (или при постоянной плотности среды пропорциональны объему) и действуют на все частицы среды этого объема. Примером массовых сил являются сила тяжести, сила инерции, центробежная сила и др.;

2) поверхностные силы, которые действуют в каждой точке внешней поверхности выделенного объема жидкости и пропорциональны площади этой поверхности. Примером поверхностных сил являются силы давления поршня на жидкость, давления стенок сосуда на жидкость, атмосферного давления па свободную поверхность жидкости и т.п.

Под действием внешних сил в каждой точке объема покоящейся жидкости возникают внутренние силы, которые обуславливают напряженное состояние жидкости, характеризующееся давлением.

Гидростатическим давлением в точке называется предел отношения силы давления к площади, на которую она действует, при стремлении этой площади к нулю, т.е. при стягивании площадки в точку.

Рисунок 1 - Определение

Гидростатического давления

Гидростатическое давление можно отсчитывать либо от нуля, либо от атмосферного давления. Если давление р отсчитывают то его называют абсолютным, а если от атмосферного давления, - избыточным или манометрическим. Следователь­но, абсолютное давление

р_абс = Р_а + Р_изб . (1)

Гидростатическое давление измеряется в единицах силы, деленных на единицу площади, т.е. [р] = [сила/площадь].

За единицу давления в системе СИ принято равномерно распределенное давление, при котором на площадь 1 м² действует сила 1 Н; эта единица называется паскалем (Па). Наряду с этой единицей давления применяют следующие укрупненные единицы: декаПаскаль (даПа), килоПаскаль (кПа) и мегаПаскаль (МПа). При этом 1 Па =10 ^-1 даПа = 10^-3кПа = I0 ^-6 МПа. На практике широко используется также внесистемная еди­ница - техническая атмосфера (ат), равная 0,1 МПа.

Гидростатическое давление обладает следующими свой­ствами.

1. На поверхности жидкости гидростатическое давление всегда направлено по нормали внутрь рассматриваемого объема. При этом под поверхностью жидкости понимают не только поверхности раздела жидкости с газообразной средой или твердыми стенками, но и поверхности элементарных объемов, мыс­ленно выделяемых из общего объема жидкости.

2. В любой точке внутри жидкости гидростатическое давление по всем направлениям одинаково (является скалярной величиной), т.е. давление не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует в данной точке.

Абсолютным называется покой жидкости относительно Земли. Относительным покоем называется равновесие, при котором нет движения частиц жидкости относительно друг друга и по отношению к cтенкам сосуда, в котором она находится, но сосуд вместе с жидкостью находит­ся в движении относительно Земли. Рассмотрим равновесие объема, условно выделенного внутри покоящейся жидкости.

Сумма проекций всех сил на вертикальную ось должна равняться нулю.