Сделай Сам Свою Работу на 5

Гидростатическое давление и его свойства. Единицы давления





Выделим в жидкости некоторый объем (рис. 3.1) и разделим его на две части горизонтальной плоскостью с площадью поверхности раздела S. Заменим силы, с которыми верхняя часть выделенного объема воздействует на нижнюю часть, равнодействующей силой Е. Равновесие жидкости при этом не нарушится. Разложим эту силу Е на две составляющие: нормальную силу F и касательную Т. Предположим, что жидкость находится в состоянии покоя. Тогда касательные напряжения в покоящейся жидкости будут равны нулю, соответственно, Т=0. Как отмечалось выше, напряжения растяжения в жидкости равны нулю, следовательно, в покоящейся жидкости возможны только напряжения сжатия, а сила гидростатического давления F=E. Причем сила F будет нормальна к поверхности площадью S и она – сила гидростатического давления. Напряжения, которые при этом возникают, являются напряжениями сжатия жидкости σ или гидростатическим давлением р.

Напряжения, возникающие в покоящейся жидкости под действием сжимающих сил, называются гидростатическим давлением.

При равномерном распределении силы F по площади S гидростатическое давление р равно:



. (3.1)

 

Когда сила F неравномерно распределена по площади S, тогда и давление р в каждой точке этой площади различно. В этом случае имеет место давление в точке. Выделим на упомянутой плоскости элементарную площадку ΔS (см. рис. 3.1), на которую будет приходиться элементарная сила гидростатического давления ΔF. Тогда давление в точке будет равно:

 

(3.2)

 

Гидростатическое давление характеризуется следующими основными свойствами.

Первое свойство. Гидростатическое давление направлено внутрь рассматриваемого объема жидкости по нормали к поверхности (по внутренней нормали), на которую действует, и создает только напряжение сжатия. Это свойство вытекает из определения гидростатического давления, т.к. напряжения сжатия возникают от нормально действующих сжимающих сил.

Второе свойство. Давление на поверхность жидкости, производимое внешними силами, передаётся жидкостью одинаково во всех направлениях. Установлен Б. Паскалем и опубликован в 1663 г. На основе закона Паскаля основано действие гидравлических прессов и других объемных гидроприводов.



Третье свойство. Гидростатическое давление в различных точках покоящейся жидкости различно и является функцией координат точки, т.е. p = f(x,y,z). Тогда полный дифференциал давления равен:

 

. (3.3)

В Международной системе единиц давление измеряется в паскалях (Па, Ра). 1 Па – это давление, вызываемое силой в 1 Н, равномерно действующей на площади в 1 м2. В странах Евросоюза широко используется внесистемная единица – бар (bar): 1 бар=105 Па. В странах Британского содружества и США в качестве единиц давления используются 1 фунт на 1 дюйм2 [pound square inches (PSI)] и 1 фунт на 1 фут2 [pound square feet (psf)]: 1 PSI=6894,76 Па и 1 psf=47,8 Па.

 

 

Системы отсчета давления

В зависимости от выбора начала отсчета численное значение одного и того же давления может быть разным. Давление, изменяемое от пустоты, называют абсолютным рабс. В условиях Земли измерить такое давление достаточно сложно, т.к. необходимо создать пустоту, от которой нужно мерить. Поэтому в наземных машинах, механизмах и системах в качестве начала отсчета используют атмосферное давление ратм. Атмосферное давление – гидростатическое давление воздуха на все находящиеся в нем предметы и земную поверхность, создаваемое притяжением атмосферы к Земле.

Давление, измеряемое от атмосферного называют избыточным ризб. Очевидно, что избыточное давление может быть как положительным, так и отрицательным.

Если абсолютное давление меньше атмосферного, тогда избыточное давление будет отрицательным, называемое вакуумметрическим рвак.

Рассмотрим графическую интерпретацию вышесказанного (рисунок 3.2). Если в какой то точке пространства (точка 1), заполненного жидкостью или газом, абсолютное давление будет больше, атмосферного, то избыточное давление будет положительным. Когда абсолютное давление будет меньше атмосферного (точка 2), то избыточное давление будет отрицательным.



Абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давления связаны между собой уравнениями:

; (3.4)

. (3.5)

 

Известно, что ратм в условиях тропосферы из-за возникновения циклонов и антициклонов не является постоянной величиной, но колебания его не значительны. Поэтому, в технических расчетах объектов, находящихся примерно на уровне моря, принимают р0атм = 1 · 105Па. Атмосферное давление зависит от высоты над уровнем моря: чем больше высота, тем меньше ратм. Данная зависимость описывается барометрической формулой:

 

, (3.6)

 

где рhатм – атмосферное давление на высоте h (м) по отношению к уровня моря, Па; р0атм – атмосферное давление на уровне моря, Па; е – основание натурального логарифма: е=2,718; M – молярная масса сухого воздуха: M =0,029 кг/моль; Rm – универсальная газовая постоянная: Rm=8,31 Дж/(моль∙К); T – абсолютная температура воздуха, К.

Данное явление необходимо учитывать при проектировании инженерных сетей для высотных зданий и сооружений.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.