Выталкивающая сила гидростатического давления.

УЛЬЯНОВСКИЙ ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра Полевых трубопроводов

 

Экз. № ____

УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры

полковник А.Кузнецов

 

«__» __________ 20__ г.

 

Кандидат технических наук, профессор

Германович П.К.

 

Л Е К Ц И Я

 

для курсантов, обучающихся по специальности

«Обеспечение войск ракетным топливом и горючим»

По дисциплине Гидравлика

Тема № 4 Плавание тел

 

Занятие № 4/1 Плавание тел

 

Обсуждено на заседании кафедры

«__» __________ 20__ г.

Протокол № __

 

 

Ульяновск

20__ г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Учебные вопросы лекции

Введение

 

1 Выталкивающая сила гидростатического давления. Закон Архимеда.

 

2 Расчет массы балласта при прокладке трубопровода через водные преграды.

 

 

Литература

 

Основная

 

1 Германович П.К, Кузнецов А.И. Гидравлика в нефтегазовом деле. Учебное пособие. Ульяновск. У ВВТУ. 2004 г.

 

Дополнительная

 

1 Чугаев P.P. Гидравлика. Учебник. Л., Энергоиздат. 1982 г.

2 Рабинович Е.З. Гидравлика. Учебник. М., Недра. 1987 г.

Учебно-материальное обеспечение

 

1 Наглядные пособия (схемы).

Заставки для ПТУ по теме 4.

2 Технические средства обучения

Учебное телевидение, ПТУ.

 

 

ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ

УКАЗАНИЯ

1. Принять доклад от дежурного по курсу.

2. Проверить наличие курсантов путём опроса командиров учебных групп (или выборочно подняв одну из учебных групп). Сверить данные докладов с данными написанными дежурным на классной доске, дневном рапорте или в классном журнале.

3. Проверить внешний вид курсантов и соблюдение формы одежды.

4. Объявить тему лекции и учебные вопросы.

5. Дать перечень используемой для проработки материала лекции литературы.

6. Объявить учебные и воспитательные цели.

7. Увязать излагаемый на лекции учебный материал с учебным материалом предыдущей лекции.

8. Поставить перед курсантами проблемные вопросы решаемые в ходе чтения лекции.

9. Лекцию читать с использованием технических средств обучения, наглядных пособий, плакатов и схем.

10.При чтении лекции связывать теорию гидравлических процессов с процессами, происходящими в гидравлических машинах, гидравлических системах, используемых в службе горючего.

11. Рассматриваемые в лекции вопросы подкреплять примерами из опыта ВОВ, Афганских и Чеченских событий.

 

 

Введение

Почему металл в воде тонет, а пароход из металла плавает?

Известно, что тела, находящиеся в жидкости, могут плавать, находясь в равновесии, внутри жидкости. Каждое из этих явлений есть результат соотношения силы веса тела и сил, действующих на тело со стороны жидкости.

Помимо известных случаев плавучести средств водного транспорта, указанное свойство тел широко используется в технике. Например, на плавучести основано применение указателей уровня жидкостей в резервуарах, механизм автостопа раздаточных кранов с автоматической отсечкой подачи горючего, механизм водоотделителя у топливозаправщиков и т.п.

Плавучесть тел использовалась в отдельных случаях в период Великой Отечественной войны для подачи горючего через водные преграды в герметично закрытой таре.

На законе Архимеда основан технический способ определения плотности жидкости посредством простейшего прибора, называемого денсиметром.

С использованием теории о выталкивающей силе гидростатического давления проводится расчёт массы балласта предотвращающей всплытие и перемещение по дну полевых трубопроводов.

 

Учебные цели лекции.

 

1. Дать курсантам теоретические основы определения выталкивающей

силы гидростатического давления.

2. Научить курсантов определять массу балласта для предотвращения

всплытия и перемещения по дну трубопровода проложенного через

водную преграду.

 

Воспитательные цели лекции.

 

1.Прививать курсантам будущим офицерам специалистам службы горю­чего любовь к своей профессии.

2.Воспитывать у курсантов ответственность за качество учёбы.

3.Вырабатывать у курсантов потребность к выполнению требований во­инских уставов.

4.Повышать у курсантов командно - методические навыки.

 

Выталкивающая сила гидростатического давления.

Закон Архимеда

Плавучесть твердого тела обуславливается наличием выталкивающей силы гидростатического давления, приложенной к данному телу со стороны жидкости, в которую это тело погружено. От соотношения этой силы и веса зависит положение, в котором будет находиться это тело относительно данной жидкости.

Для выяснения вопроса о плавучести рассмотрим условия равновесия твердого тела внутри жидкости (Рисунок 1).

 

Рисунок 1

 

Внутри покоящегося объема жидкости плотностью р_ж, помещен твердый прямоугольный параллелепипед, имеющий объем V и плотность р_т.

Из вывода основного закона гидростатистики мы знаем, что силы гидростатического давления на боковые грани параллелепипеда попарно уравновешиваются. Поэтому рассмотрим условия равновесия трех сил, приложенных к параллелепипеду: сил гидростатического давления Р₁ и Р₂ и сила веса G.

Проектируя эти силы на ось Z, находим:

 

P_rP₂ - G = 0 P_rP₂ = G

 

Это значит, что рассматриваемое твердое тело находится в равновесии, если разность гидростатистических давлений на его верхнюю и нижнюю грани (Р_г Р₂) равны весу тела G.

Рассмотрим, что собой представляет разность Р₁ - Р₂

Известно, что Р₁ - это сила давления на нижнюю грань параллелепипеда, равная произведению площади нижней грани ΔF, умноженной на гидростатическое давление

 

P₁=ΔFp_ж.gh₁,

Р₂ – это сила давления на верхнюю грань параллелепипеда, равная произведению площади ΔF верхней грани на гидростатическое давление

P₂=ΔF ρ_жgh₂

 

тогда P₁- P₂ = ΔF ρ_жgh₁ - ΔF ρ_жgh₂

P_r -P₂ = ΔF (h₁ - h₂) р_ж g

ΔF (h₁ - h₂) = V

 

Это объем твердого тела, погруженного в жидкость, следовательно

 

P_r -P₂= V р_ж g

 

Вес жидкости, вытесненный объемом твердого тела (параллелепипеда).

Разность сил P_r -P₂ есть сила гидростатического давления, стремящаяся вытолкнуть тело на поверхность жидкости, которая и называется выталкивающей силой гидростатического давления.

 

Обозначим P_r -P₂ = R_apx, тогда R_apx = V р_ж g

 

Это и есть закон Архимеда, который формулируется следующим образом: