Сили, які діють в нерухомій рідині. Поняття про тиск.

Гідростатика вивчає закони рівноваги рідини, яка знаходиться під дією внутрішніх і зовнішніх сил, а також рівновагу тіл, які занурені в рідину.

Під відносним спокоєм слід розуміти такий стан рідини, при якому окремі її частинки, залишаючись в спокої, переміщуються разом з посудиною, в якій вони знаходяться. Такий рух називають переносним рухом рідини.

Під абсолютним спокоєм, або просто спокоєм, розуміють стан рідини, яка спочиває в нерухомому (відносно поверхні Землі) резервуарі.

У будь-якому даному об’ємі рідини діють внутрішні та зовнішні сили.

Внутрішні сили є результатом дії одних частинок на інші (усередині об'єму рідини).

Зовнішні сили, що діють на масу рідини, яка спочиває, підрозділяють на масові і поверхневі.

Як відомо, стан спокою чи стан руху рідини обумовлюється насамперед характером діючих на рідину сил, їх величиною і напрямом. Таким чином, вивчення законів рівноваги і руху варто починати з розгляду сил, що змінюють той чи інший стан рідини.

Рідини і гази завжди зазнають дії деяких зовнішніх сил. Ці сили є розподіленими, тобто діючими у всіх точках поверхні чи об’єму. По характеру дії розподілені сили можна поділити на поверхневі і об'ємні.

Об'ємні сили – це зовнішні сили, які пропорційні об’єму рідини (або маси). В гідравліці часто масові сили характеризують одиничними масовими силами, що являють собою відношення масової сили до маси розглянутого об’єму рідини, тобто являють собою прискорення. Проекції результуючих одиничних сил на координатні вісі позначають через Х, Y, Z.

Поверхневими силами називають сили, що діють на поверхні розглянутих об’ємів рідини.

Поверхневі сили є результатом безпосереднього впливу на частину рідини сусідніх з нею часток або інших тіл. Для якісного і кількісного опису поверхневих сил служить поняття про напруження.

Розглянемо деякий об’єм рідкого тіла, що знаходиться в рівновазі (рис. 1). Поділимо площиною АВ даний об’єм рідини на дві частини. Рідина яка міститься в частині I досліджуваного об’єму, буде впливати на частину II по площині розділу АВ. Позначимо площу площини розділу через F і подумки відкинемо праву частину I. Очевидно, що для збереження рівноваги лівої залишеної частини II необхідно замінити вплив відкинутої правої частини деякою силою Р, яка діє на площині розділу площею F. Ця сила називається силою гідростатичного тиску.

Рис. 1 Схема до визначення гідростатичного тиску.

Величина називається середнім гідростатичним тиском.

Візьмемо на площині АВ довільну точку С та виділимо біля неї малу площадку ΔF. На цю площадку буде діяти деяка сила ΔР. Якщо ми будемо зменшувати площадку ΔF таким чином, щоб вона прагнула до нуля, то одержимо відношення сили ΔР до площадки DF, яке являє собою гідростатичний тиск у точці С:

. (1)

Розмірність тиску дорівнює розмірності напруги, тобто або Па.

Гідростатичний тиск характеризується трьома основними властивостями:

1. Гідростатичний тиск спрямований нормально до поверхні, на яку він діє і створює лише стискаючу напругу. Дійсно, в рідині практично не виникають напруги, які розтягують, а якщо вона знаходиться в спокої, то в ній немає і дотичних напружень. Не може тиск діяти і на майданчик під кутом, відмінним від 90°, так як в цьому випадку його можна було б розкласти на нормальний і дотичний, але дотичні напруги можуть виникати тільки при русі рідини, тому в цьому випадку тиск може бути тільки нормальним до площини і створювати тільки стискаючі напруги.

2. В будь-якій точці рідини гідростатичний тиск однаково діє в усіх напрямках. Для доказу цієї властивості виділимо в даному об’ємі рідини призму з основою у вигляді трикутника ABC (рис. 2, а) і замінимо дію об'єму рідини поза призмою на її бічні грані відповідними силами. Так як призма знаходиться в рівновазі, то многокутник (в даному випадку трикутник) цих сил буде замкнутий (рис. 2, б).

Рис. 2 Властивості гідростатичного тиску

Трикутник сил подібний трикутнику ABC. Із закону подібності випливає, що:

. (2)

Розділимо всі члени цієї рівності на довжину призми ∆l:

. (3)

Добутки у знаменниках цього виразу представляють площі відповідних граней призми. Якщо розміри АВ, ВС, СА та ∆l будуть прагнути до нуля, то відповідно з виразом (1) отримаємо:

Р_АВ = Р_ВС = Р_СА = Р (4)

Так як орієнтація граней призми була прийнята довільно, то слід вважати доведеним положення про рівність тиску в одній точці по всім напрямкам.

3. З урахуванням викладеного вище гідростатичний тиск в точці залежить тільки від її положення в просторі, тобто:

Р = f (x, у, z).

В одиницях СІ тиск вимірюється в паскалях (Па), кілопаскалях (кПа), мегапаскалях (МПа). У технічній літературі, яка видана раніше 1980 р., зустрічається вимірювання тиску в технічних атмосферах (кгс/см²):

1 кгс/см² = 98 100 Н/м² = 98100 Па = 98,1 кПа = 0,0981 МПа.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Рівняння рівноваги рідини та їх фізичне розуміння.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.