Правила і порядок виконання віртуальної роботи. Схемний пристрій гідравлічного преса зображено на рис

 

Схемний пристрій гідравлічного преса зображено на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Початковий стан віртуальної лабораторної роботи

 

Для відтворення роботи гідравлічного преса необхідно підвести курсор до ручки приводу і, натискаючи ліву кнопку миші, повільно переміщати рукоятку вниз до упору, при цьому обидва поршні прийдуть в рух. Відпуск лівої кнопки приведе до повернення важеля і поршнів в початкове положення. Заздалегідь натиснута клавіша <F> клавіатури допоможе переміщати ручку простим рухом миші, не натискаючи при цьому ніяких її кнопок. Такий режим дозволяє повернути ручку преса вниз до упору (перевести її в горизонтальне положення) і, опустивши покажчик миші ще нижче, зберегти горизонтальне положення ручки.

 

Тепер можна безпосередньо виміряти співвідношення плечей важеля за допомогою горизонтальної лінійки. Відлік розмірів ас і аb плечей важеля слід проводити від середини рукоятки важеля (точка с) до осі обертання самого важеля (точка а) і від точки упору в шток малого поршня (точка b) до точки а. Повернути ручку в початкове положення можна буде, натискаючи клавішу <S>. Клавіші діють тільки в режимі англійської розкладки клавіатури «En».

Всі виміри проводяться вимірювальною лінійкою. Лінійка переміщається по екрану за допомогою лівої кнопки миші, крім того, лінійка переміщається клавішами із стрілками, розташованими на клавіатурі. Встановлена розмірність шкали горизонтальної вимірювальної лінійки — ^х2 див. Це означає, що загальна довжина її складає 6^х2=12 сантиметрів.

В процесі роботи для підвищення точності відліку показників лінійки ви вільно можете збільшувати масштаб екрану і переміщати його вміст за допомогою лівої кнопки миші, для цього на будь-якому місці екрану правою кнопкою миші викличте відповідне меню і виберіть пункт «Zoom in». Для того, щоб повернутися в звичайний режим, потрібно знову викликати правою кнопкою те ж меню і вибрати пункт «Show All».

 

Лабораторна робота №1. 4

Тема: «Сила тиску рідини на плоску поверхню»

Мета роботи:

1. Визначення сили сумарного тиску води на плоску стінку.

2. Розрахунок положення центру тиску.

3. Побудова епюри тиску і обчислення її об'єму.

Теоретична частина

Сила тиску на плоску поверхню уявляє собою рівнодіючу всіх одиничних сил на цю поверхню. Позначається через F і вимірюється в ньютонах або інших одиницях сили. Сила тиску визначається добутком гідростатичного тиску в центрі тяжіння поверхні на її площу:

F=p_cS

де

S — площа поверхні;

p_c — тиск в центрі тяжіння площі поверхні.

Для надмірного тиску

p_c= rgh_с

Таким чином

F=pgh_cS (1.22)

де

h_c — глибина занурення центру тяжіння площі, тобто вертикальна відстань від вільної поверхні рідини до центру тяжіння стінки, мал. 1.6.

Сила тиску на плоску поверхню не залежить від кута нахилу поверхні стінки до горизонту в умовах незмінної глибини занурення її центру тяжіння.

При визначенні сили тиску рідини на стінку посудини слід мати на увазі, що вона не залежить від кількості рідини в посудині.

Силу тиску можна визначити не тільки по рівнянню (1.22), але і графічним шляхом. Виявляється, що сила тиску рівна об'єму епюри тиску. Тому для визначення сили тиску рідини на стінку можна побудувати епюру тиску і визначити її об'єм.

Рис. 1.10. Знаходження центру тиску рідини на стінку посудини

 

Точка застосування сили тиску на плоску поверхню називається центром тиску.

Положення центру тиску для стінок, що володіють вертикальною віссю симетрії, при обліку тільки надмірного тиску знаходиться за допомогою теореми про рівність моменту рівнодіючій сумі моментів складових. В цьому випадку центр тиску розташовується на осі симетрії, і положення його визначається координатою центру тиску y_с, відлічуваної в площині стінки до лінії урізання, див. рис. 1.10:

(1.23)

де

у_с — координата центру тяжіння майданчика;

I_c — момент інерції майданчика щодо осі, паралельній лінії урізання 0—0 і стінки, що проходить через центр тяжіння;

S_o-o — статичний момент майданчика щодо лінії урізання.

 

Лінія урізання — це лінія перетину площини кришки з площиною вільної поверхні рідини або продовження цих площин.

Величина

називається ексцентриситетом гідростатичного тиску. Вона завжди більше нуля і рівна нулю тільки при горизонтальному положенні стінки. Отже, центр тиску завжди розташований нижче за центр тяжіння майданчика і співпадає з центром тяжіння тільки при горизонтальному положенні стінки. Максимальному значенню ексцентриситету відповідає вертикальне розташування площі стінки.

Робота виконується на дослідній установці, зображеній на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Схематичний пристрій дослідної установки

 

Труба квадратного перетину із стороною а = 95 мм закрита похилою кришкою площею S = 127,5 см² з кутом нахилу a= 45 °. У резервуар налита вода r_в= 1000 кг/м^3. Кришка притиснута до труби силою тиску води р ісилою власного тяжіння G_кр = 0,290 кг Кришка повертається щодо лінії урізання; відстань від осі обертання О дотруби Оd = 55 мм; а тп = 90 мм. Кінець кришки в точці «С» сполучений з тросом Т, який, проходячи через блоки, поза резервуаром прикріплений до майданчика (G _пл = 0,125 кг) з вантажем G _гp, приймемо, G₁ = G_гp + G_пл

Порядок виконання роботи

 

У резервуар наливають до певного рівня воду. Силою тиску води і силою власного тяжіння кришка закриває перетин труби. На майданчик, закріплений на тросі, встановлюють вантаж G_гp. Потім через спусковий кран воду з резервуару виливають. Коли момент сили тяжіння вантажу G₁ щодо осі о стане більше суми моментів сили тиску води на кришку і сили тяжіння кришки, остання відкриється і вода потече по трубі квадратного перетину.

При проведенні роботи необхідно виміряти по водомірній трубці глибину Н води в резервуарі у момент повного відкриття кришки і визначити масу вантажу G_гр.

Обробка дослідних даних

 

Силу тиску води на кришку обчислюють, встановивши тиск в центрі тяжіння кришки, що визначається глибиною занурення його.

Глибину занурення центру тяжіння кришки у момент відкриття встановлюють двома методами:

1) безпосередньо вимірюванням:

(1.24)

2) з рівняння сил, що діють на кришку у момент відкриття.

Рівняння моментів складають щодо осі, що проходить горизонтально через точку о. Нехтуючи силою тертя в блоках і в шарнірі кришки, отримаємо:

де

– ексцентриситет гідростатичного тиску, м;

– момент інерції кришки щодо осі, що проходить через центр тяжіння її і паралельно лінії урізання;

– статичний момент кришки щодо лінії урізання.

 

Вирішуючи рівняння моментів відносно h_c, можна отримати:

 

 

(правильність цього рішення рекомендується перевірити самостійно).

Використовуючи набуте в досліді значення h_c, необхідно встановити помилку вимірювання у відсотках, прийнявши за дійсне значення h_c, отримане з рівняння моментів.

Силу тиску рідини на похилу поверхню (кришку затвора) визначають по рівнянню:

(1.25)

 

Силу тиску необхідно розрахувати також графічним методом, побудувавши епюру гідростатичного тиску і визначивши її об'єм.

Для побудови епюри тиску знаходять гідростатичний тиск на верхній кромці кришки в точці b і на нижній кромці в точці п, мал. 1.7:

p₁= rg(H - mn - а);

р₂= rg(H - тп).

У просторі епюра тиску буде призмою, що має в основі трапецію. Об'єм її:

 

(1.26)

 

Положення центру тиску встановлюють розрахунковим шляхом по рівнянню (2.23), де:

- відстань в площині стінки від центру тяжіння до лінії урізання, м;

- ексцентриситет гідростатичного тиску, м.

Глибина занурення центру тиску: