Свойства гидростатического давления.

Физические свойства жидкостей (плотность, сжимаемость).

Жидкие тела отли­чаются от твердых весьма малой силой сцепления между отдель­ными частицами и их легкоподвижностью, благодаря чему жид­кость легко принимает форму сосуда, в который она налита. Это свойство жидких тел называется текучестью. Жидкие тела бывают двух видов: капельные и газообразные жидкости (пары и газы). Обычно капельные жидкости называются несжимаемыми, а уп­ругие — сжимаемыми.

Наиболее часто применяемой в гидравлике характеристикой жидких тел является плотность жидкости р=M/W (кг/м³)

Сжимаемость. Капельные жидкости оказывают весьма силь­ное сопротивление сжимающим усилиям и допускают очень боль­шое давление (до 3000 атм и более). Если на некоторый объем жидкости JV_h налитой в сосуд, произвести с помощью поршня давление р, то под влиянием этого давления объем жидкости умень­шится и станет равным W₂. Относительное изменение объема жид­кости при изменении давления dp называется коэффициентом объемного сжатия

βv=dW/dpW

При изменении давления в пределах от 100 до 50000 кПа коэф­фициент объемного сжатия воды практически постоянен и может быть принят βv =5 10^-6 см²/Н = 5• 10^-7 1/кПа.

Вязкость жидкости, коэффициенты вязкости их размерность.

При движении реальной жидкости по тру­бам и в открытых руслах в жидкости между ее отдельными слоями возникают внутренние силы трения, или силы вязкости, величи­на которых зависит от рода жидкости и распределения скоростей между ее отдельными слоями.

Свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц и развивать при движении внутренние касательные напря­жения называется вязкостью жидкости

Установленный Н.П.Петровым закон внутреннего трения вы­ражается равенством

Tтр=±µSdu/dy

где Т_тр — сила внутреннего трения; и — динамическая вязкость жидкости; S — площадь трущихся слоев; du/dy — градиент скоро­сти, характеризующий относительное изменение скорости между отдельными слоями потока.

Для характеристики вязкости применяют также отношение динамической вязкости к плотности, называемое кинематиче­ской вязкостью v = µ/p. Кинематическая вязкость имеет размерность [vJ=m²/c.

Вязкость жидкостей уменьшается с повышением температуры.

Для опытного определения вязкости жидкостей существуют приборы, называемые вискозиметрами.

 

Силы, действующие на жидкость.

В состоянии покоя или движе­ния на жидкость действуют различные силы. По своей природе эти силы можно подразделить на две группы: силы объемные и силы поверхностные. Силы массовые (или объемные) действуют на все частицы данного объема жидкости; к таким силам относят­ся сила тяжести, сила инерции, центробежные силы и т.п. Повер­хностные силы приложены к той или иной поверхности, ограни­чивающей рассматриваемый объем жидкости или проведенной внутри этого объема; к таким силам относятся нормальные и ка­сательные силы, т.е. силы гидродинамического давления, силы трения, силы упругости.

Массовые силы пропорциональны массе жидкости, а для од­нородных жидкостей — пропорциональны объему, в связи с чем их часто называют объемными.

Поверхностные силы пропорциональны площади той поверх­ности жидкости, на которую они действуют.

Гидростатика — раздел гидравлики, в котором рассматрива­ются равновесие жидкости, силовое воздействие покоящейся жидкости на плоские и криволинейные поверхности и равнове­сие тел в жидкости. В гидростатике изучается равновесие поко­ящейся жидкости как сплошной среды, т.е. физические свойства остаются постоянными для любого малого объема жидкости.

Свойства гидростатического давления.

1. Гидростатическое давление направлено по внутренней нормали к площадке, на ко­торую оно действует, и создает только сжи­мающее напряжение. Действительно, в жид­кости практически не возникает растягива­ющих напряжений, а в покоящейся жидкости нет и касательных напряжений. Давление не может действовать на площадку под углом, отличающимся от 90°, так как в этом случае его можно было бы разложить на нормальную и касательную составляющие. Однако, как отмечалось ранее, каса­тельные напряжения могут возникать только при движении жид­кости, поэтому давление может быть только нормальным к пло­щадке и создавать только сжимающие напряжения.

2. Давление в точке жидкости не зависит от ориентации пло­щадки и будет одинаковым по всем направлениям. Для доказа­тельства этого свойства выделим в покоящейся жидкости эле­ментарный объем в виде трехгранной призмы. При этом оси координат направлены по ребрам призмы, ее стороны име­ют размеры dx, dy, dz, dn, а наклонная грань расположена под произвольным углом а. При отбрасывании окружающей жидко­сти на данную призму будут действовать элементарные силы, которые можно подразделить: на силы гидростатического давле­ния на боковые грани d F_x, d F_z, d F_n, силы гидростатического дав­ления на торцевые грани +dF_y, -d F_y и массовую силу, проекции которой на координатные оси составляют dGx = Xp1/2dxdydz,