Следствия основного уравнения гидростатики

Во-первых, из основного уравнения гидростатики следует, что для любой точки жидкости в состав величины давления входит P0- давление, которое приложено к граничной поверхности жидкости извне. Эта составляющая одинакова для любой точки жидкости. Поэтому из основного уравнения гидростатики следует закон Паскаля, который гласит: давление, приложенное к граничной поверхности покоящейся жидкости, передаётся всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково. Следует подчеркнуть, что давление во всех точках не одинаково. Одинакова лишь та часть (составляющая), которая приложена к граничной поверхности жидкости. Закон Паскаля – основной закон, на основе которого работает объёмный гидропривод, применяемый в абсолютном большинстве гидросистем технологических машин.

Вторым следствием является тот факт, что на равной глубине в покоящейся жидкости давление одинаково. В результате можно говорить о поверхностях равного давления. Для жидкости, находящейся в абсолютном покое или равномерно движущейся, эти поверхности – горизонтальные плоскости. В других случаях относительного покоя, которые будут рассмотрены ниже, поверхности равного давления могут иметь другую форму или не быть горизонтальными. Существование поверхностей равного давления позволяет измерять давление в любой точке жидкости.

Гидростатический метод измерения уровня -метод основанный на измерении гидростатического давления столба жидкости по формуле P=ρgh, где P-давление, ρ-плотность, g –ускорение свободного падения, h – высота столба жидкости. Для измерения гидростатическим методом уровня жидкости в ёмкости используют гидростатические датчики уровня (гидростатический уровнемер)
Гидростатический уровнемер (гидростатический датчик уровня) – прибор, измеряющий уровень жидкости в ёмкости методом измерения гидростатического давления столба жидкости по формуле h=P/ρg, где P-давление, ρ-плотность, g –ускорение свободного падения, h – высота столба жидкости. Главное достоинство гидростатических уровнемеров это высокая точность при относительно невысокой стоимости и простоте конструкции. Гидростатическим методом, с помощью гидростатического датчика уровня, можно измерять объём жидкости. Для цилиндрических и параллелепипедообразных емкостей используют формулу V=S*h, где V –объём, S – площадь основания, h – высота. Для конусообразных емкостей V=⅓ π(h2³-h1³) /tg²a. Для ёмкостей сложных конфигураций емкость необходимо «разделить» на части и рассчитывать по формулам для параллелепипеда, цилиндра и конуса. При этом следует учитывать, что чем больше площадь поверхности жидкости, тем выше погрешность.

К числу простых гидравлических машин, работа которых основана на использовании законов гидростатики, относятся гидропресс, гидроаккумулятор и гидродомкрат.

Гидропресс применяется для получения больших сжимающих усилий, необходимых при обработке различных изделий (ковке, штамповке, прессовании). Он состоит из двух сообщающихся цилиндров с поршнями малого d1 и большого d2 диаметров (рис.). Первый поршень (ныряло) соединен с рычагом, имеющим в т.О неподвижную шарнирную опору. Второй поршень (плунжер) составляет одно целое с платформой, на которую помещается прессуемое тело. Рычаг приводится вручную или с помощью специального двигателя. Рассматривая равновесие рычага, составим уравнение моментов относительно т.О и найдем:

Давление от малого поршня передается на большой поршень, причем сила давления на большой поршень

после подстановки значений

или с учетом потерь энергии на трение в движущихся частях, так называемого КПД t] == 0,80 ... 0,85,окончательно найдем

В современных гидропрессах можно получить усилия до 7*10⁵ кН. Если гидропресс используется в качестве гидроподъемника, то неподвижную плиту убирают.

Рис.. Схема гидравлического пресса.

Рис Схема гидравлического аккумулятора.

Гидроаккумулятор служит для аккумулирования энергии, чтобы затем по мере надобности ее расходовать. Применяют его для поднятия больших грузов, для открытия и закрытия ворот шлюзов и т. д.

Различают грузовые и газовые гидроаккумуляторы. Грузовой гидроаккумулятор состоит из вертикального цилиндра, внутри которого помещен длинный плунжер, соединенный своей верхней частью с грузом большого веса. В гидроаккумулятор по трубе насосом нагнетается жидкость, которая поднимает плунжер с грузом вверх на некоторую высоту Н. Сжатая в гидроаккумуляторе жидкость под постоянным давлением, т. к. давление жидкости в гидроаккумуляторе не зависит от степени его разрядки, подводится по нижней трубе к гидравлическим машинам, обеспечивая их работу с постоянной нагрузкой

Искусно используют закон Архимеда подводники. Если подводная лодка плывет между слоями воды с разной температурой, ее балласт подбирают таким образом, чтобы обеспечить небольшую перегрузку для теплого слоя и недогрузку для холодного. В этом случае лодка лежит на холодном слое, не нуждаясь в специальных мерах для поддержания равновесия. Для батискафа с небольшой отрицательной плавучестью слой более плотной воды может играть роль уравновешивающего «жидкого грунта».При переходе подводной лодки из морских глубин в устье реки, подводники тщательно следят за расстоянием между лодкой и дном, так как в пресной воде выталкивающая сила Архимеда меньше, чем в морской, и при недосмотре со стороны экипажа лодка может сесть на илистый грунт речного устья.Очень большое значение закон Архимеда имеет в технике бурения. Буровая колонна для бурения глубоких скважин уже на глубине 5 км в воздухе имела бы вес 226 тонн. Однако в промывочной жидкости плотностью 2 г/см³ в соответствии с законом Архимеда вес буровой колонны будет сильно уменьшен. Алюминиевые трубы «теряют» в весе в этих условиях до 50%. Подбором промывочной жидкости можно намного уменьшить вес буровой колонны. Это в огромной степени способствует успеху бурения.

Используя законы гидростатики, человек все полнее познает условия жизни в водной среде и все больше подчиняет водную стихию своей власти.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: