Гидростатика

      Введение 

     Гидростатика  – это раздел гидравлики (механики жидкости), изучающий покоящиеся жидкости. Она изучает законы равновесия жидкости и распределения в ней давления. Основные величины, используемые в гидростатике, – это давление p и напор H.

     В гидравлике при изучении законов равновесия и движения широко пользуются различными физическими характеристиками жидкости (например, плотность, вязкость, удельный вес, удельный объём). Студенту нужно уметь определять основные физические характеристики жидкости, знать единицы этих характеристик. Следует также рассмотреть основные физические свойства капельных жидкостей: сжимаемость, тепловое расширение и др. 
 

     2. Гидростатическое  давление 

      Гидростатическое давление p – это скалярная величина, характеризующая напряжённое состояние жидкости. Давление равно модулю нормального напряжения в точке: p = /s /.

     Давление  в системе СИ измеряется в паскалях: Па = Н/м².

     Связь единиц давления в различных системах измерения такая:

     100 000 Па = 0,1 МПа = 1 кгс/см² = 1 ат = 10 м вод. ст.

     Два свойства гидростатического давления:

1. Давление в покоящейся жидкости на контакте с твёрдым телом вызывает напряжения, направленные перпендикулярно к поверхности раздела.
2. Давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям. Это свойство отражает скалярность давления.

     2.1 Гидростатический парадокс 

     Суммарное давление на горизонтальное дно зависит  только от глубины погружения дна  h₀ и величины площади последнего и не зависит от формы сосуда, а следовательно, и от веса налитой в эти сосуды жидкости. На рис. 1 показано несколько сосудов личных форм с плоским дном площадью глубиной жидкости в них h, одинаковыми для всех сосудов. 

     Рис. 1. Гидростатический парадокс

      Различные формы стенок сосудов  и различные веса жидкости в этих сосудах не оказывают никакого влияния на величину суммарного давления на их дно, равного для всех сосудов согласно: 

     p = h . 

     Это кажущееся противоречие известно под  названием гидростатического парадокса. Объясняется это явление тем, что разность между силой давления на горизонтальное дно. 

     2.2 Основное уравнение гидростатики 

     Основное  уравнение гидростатики гласит, что  полное давление в жидкости p равно сумме внешнего давления на жидкость p₀ и давления веса столба жидкости p_ж, то есть 

     p=p₀+ p_ж= p₀+gh, 

     где h – высота столба жидкости над точкой (глубина её погружения), в которой определяется давление (рис. 2).

     Из  уравнения следует, что давление в жидкости увеличивается с глубиной и зависимость является линейной. 

     Рис. 2. Схема к основному уравнению гидростатики

      Рис. 3. Изменение давления: 1 – открытый резервуар; 2 – пьезометр 

     В частном случае для открытых резервуаров, сообщающихся с атмосферой (рис. 3), внешнее давление на жидкость равно атмосферному давлению p_o = p_атм = 101 325 Па 1 ат. Тогда основное уравнение гидростатики принимает вид: 

     p = p_атм+gh. 

     Открытые  резервуары – это не только баки, ёмкости, сообщающиеся с атмосферой, но также любые канавы с водой, озёра, водоёмы и т.д.

     Избыточное  давление (манометрическое) есть разность между полным и атмосферным давлением. Из последнего уравнения получаем, что для открытых резервуаров избыточное давление равно давлению столба жидкости: 

     p_изб=p_ман= p - p_атм = gh. 
 

      Библиографический список 

1. Тимченко, В.И. Гидравлика: практикум для студентов / В.И. Тимченко; Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса. – Шахты: ЮРГУЭС, 2010. – 41 с.
2. Гидравлика. Гидравлические и пневматические системы: практикум / В.И. Тимченко. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2008. – 53 с.
3. Гидравлика. Гидравлические и пневматические системы в автомобилях и гаражном оборудовании: практикум / В.И. Тимченко, И.К. Гугуев, А.И. Шилин, А.Г. Илиев. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2008. – 53 с.
4. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: учеб. пособие для вузов / Т.В. Артемьева [и др.]; под ред. С.П. Стесина. – М.: Академия, 2009. – 336 с.
5. Сологаев, В.И. Механика жидкости и газа: конспекты лекций / В.И. Сологаев; СибАДИ. – Омск, 2010. – 56 с.
6. Механика жидкости и газа: пособие / К.Г. Донец; Южно-Рос. гос. ин-т экономики и сервиса (филиал). – Шахты: ЮРГУЭС, 2008. – 48 с.
7. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов [и др.]. – 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 2010. – 423 с. 
8. Сапронов, А.Г. Энергосбережение на предприятиях бытового обслуживания: учеб. пособие / А.Г. Сапронов, В.А. Шаповалов; под ред. А.Г. Сапронова. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2009. – 115 с.
9. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: учеб. пособие для вузов / Т.В. Артемьева [и др.]; под ред. С.П. Стесина. – 3-е изд., стер. – М.: Академия, 2008. – 336 с.