19760

Основи гідростатики

Лекция

Физика

Розділ 2. €œОснови гідростатики€ Дія на рідину. Гідростатичний тиск його властивості. Основне рівняння гідростатики. Закон Паскаля його практичне застосування. Тиск рідини на плоску та криву поверхню. Гідростатичний парадокс. Закон Архімеда умови плаванн...

Украинкский

2013-07-17

82 KB

29 чел.

Розділ 2. “Основи гідростатики”

  1.  Дія на рідину. Гідростатичний тиск, його властивості.
  2.  Основне рівняння гідростатики. Закон Паскаля, його практичне застосування.
  3.  Тиск рідини на плоску та криву поверхню. Гідростатичний парадокс. Закон Архімеда, умови плавання тіл.

-1-

Гідростатика – розділ гідромеханіки, який вивчає закони рівноваги рідини, яка знаходиться під дією зовнішніх та внутрішніх сил, та умови рівноваги тіл, занурених у рідину.

Дія на рідину

  •  Внутрішня – взаємодія між частинами рідини, молекулами (поверхневий натяг, в’язкість);
  •  Зовнішня – сили, що діють на рідину з боку інших середовищ або тіл (сили тяжіння, інерції, тиску).
  •  Масова (об’ємна) – сили, які діють на всю кількість рідини та пропорційні масі рідини (сили тяжіння та інерції);
  •  Поверхнева: дотична (сили внутрішнього тертя) та нормальні (сили тиску)

Гідростатичний тиск P – тиск з боку нерухомої рідини на поверхню площею S (тіло). Одиниці вимірювання в системі СІ: P – [1 Па]; на практиці зустрічаються - [1 м. в. ст.], [1 кгс/см2], [1 атм].

Властивості гідростатичного тиску:

  1.  завжди діє по нормалі (перпендикулярно) до площини та є стискаючим;
  2.  в будь-якій точці всередині рідини в усіх напрямках однаковий, т.б. не залежить від кута нахилу площини, на яку діє.

-2-

Основне рівняння гідростатики:

P = P0 + Pнад =

= P0 + ρgh

Гідростатичний тиск в будь-якій точці рідини P на глибині h дорівнює сумі поверхневого тиску P0 та надлишкового тиску (ρgh), створеного стовпом рідини h.

Якщо вибрати довільну горизонтальну поверхню ОО’, то (див. мал.1):

– гідростатичний напір,  – п’єзометрична висота;
z – нівелірна висота.

Приклад: знайти надлишковий та повний тиск в воді на глибині 10м.

Розв’язання: Згідно з основним рівнянням гідростатики

Pнад =  ρgh;   P = P0 + ρgh. 

Якщо P0=101,3 кПа=1атм, ρ=103 кг/м3, то

Pнад = 103*9,8*10 = 105 (Па) = 1 (атм); P = 1+1=2 (атм).

Таким чином, якщо говорити за воду, то 10 метрів водяного стовпчика є аналогом тиску в 1 атм. Отже тиск можна вимірювати в [м в. ст.], при чому

10 м в. ст. = 1 атм

Закон Паскаля:

Тиск, прикладений до зовнішньої поверхні рідини, який не порушує її рівновагу, передається всім точкам цієї рідини.

Ця закономірність помітна з основного рівняння гідростатики: зовнішній (атмосферний) тиск Pо передається кожній точці рідини.

Якщо розглянути два сполучених циліндра (мал. 2), то при дії сили тиску F1 в першому циліндрі виникає тиск P1, а в другому P2. А за законом Паскаля P1=P2.

А з цієї рівності маємо .

Тобто отримуємо виграш в силі.

Технічне застосування – гідравлічний прес (мал. 2), для якого:

,

де F1, F2 – сили, прикладені до поршнів пресу; S1, S2 – площі поверхонь цих поршнів (d1, d2 – їх діаметри); η – коефіцієнт корисної дії механізму (0,75÷0,85).

-3-

Дія рідини на плоску поверхню:

  1.  Середня сила тиску на дно посудини:

,

де Fт – сила тиску; Pп – повний тиск на дні посудини; Sосн – її площа основи.

  1.  Середня сила тиску на бічну поверхню (грань) посудини: ,

де Fт – сила тиску; PB – тиск на бічну поверхню посудини в центрі тяжіння; Sб.п. – площа бічної поверхні; hc – глибина центру тяжіння (для вертикальної прямокутної б.п. hB=2/3*hп).

Гідростатичний парадокс: сила тиску рідини на дно посудини залежить від площі дна, висоти стовпчика рідини, її густини та не залежить від форми та об’єму посудини.

FТ1=FТ2=FТ3 при S1=S2=S3  та h1=h2=h3 (мал. 4)

Дія рідини на криволінійну поверхню:

Повна сила гідростатичного тиску (на циліндричну поверхню) посудини: ,

де ;

де Fр.в., Fр.г.– горизонтальна та вертикальна реакції поверхні; Sг – площа вільної поверхні; Sв– площа кривої поверхні; hc – глибина центру тяжіння

Закон Архімеда:

На тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила, направлена вертикально в гору і дорівнює вазі рідини, яку витісняє тіло.

де FА – виштовхувальна сила; F – рівнодійні сил гідростатичного тиску F1, F2; ρр – густина рідини; V – об’єм тіла (мал. 5).

FА прикладена до центру водовиміщення т.D, в той час як сила тяжіння прикладена до центру тяжіння тіла т.С. (мал. 6)

Величини цих сил та розміщення точок їх прикладання створюють умови плавання тіл (плавучість):

  1.  G=FA або ρт=ρр – тіло плаває, занурене повністю (G=ρтgV, FA= ρрgV);
  2.  G>FA або ρт>ρр – тіло тоне;
  3.  G<FA або ρт<ρр – тіло спливає (до умови 1).

Умови рівноваги (остійність):

  1.  т.С нижче т.D – остійне (мал. 7, а);
  2.  т.С вище т.D – неостійне (мал. 7, б);
  3.  т.С співпадає з т.D – “байдужа” рівновага (мал. 7, в).

Питання для самоперевірки

  1.  Гідростатичний тиск, його визначення, властивості.
  2.  Основне рівняння гідростатики. Закон Паскаля.
  3.  Застосування закону Паскаля, гідравлічний прес.
  4.  Дія гідростатичного тиску на плоску вертикальну та горизонтальну поверхні. Гідростатичний парадокс.
  5.  Дія гідростатичного тиску на криволінійну поверхню.
  6.  Закон Архімеда. Умови плавання тіл. Плавучість, остійність.


P0

A

ha

za

hb

zb

B

O

O

Мал. 1

F1

F2

P1

P2

Мал. 2

Мал. 3

B

Fт

h

FA

P

Мал. 5

Мал. 4

P2

P1

P0

Мал. 6

C

D

FA

G

G

C

D

FA

Мал. 7

G

D

C

FA

C

D

FA

G


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27767. Функции социального педагога 18.81 KB
  Коррекционная: осуществление коррекции всех воспитательных влияний оказываемых на детей и подростков как со стороны семьи так и социальной среды в том числе и неформальной; усиление позитивных влияний и нейтрализация или переключение негативных влияний социальной среды. Социально профилактическая и реабилитационная: организация системы профилактических мер по предупреждению отклоняющегося девиантного и преступного делинквентного поведения детей и подростков; влияние на формирование нравственно правовой устойчивости; ...
27768. Педология 15.29 KB
  Несмотря на имевшиеся недостатки переоценивание роли биологических или социальных факторов в формировании ребенка использование технократических методов исследования отсутствие должного взаимодействия с другими науками педология внесла неоценимый вклад в развитие социальной педагогики. постановлением О педологических извращениях в системе Наркомпросов педология была объявлена лженаукой а педологи лжеучеными мракобесами и даже фашистскими прихвостнями и изгнаны из школы на них обрушились репрессии [4].
27769. Человек как жертва процесса социализации 17.19 KB
  Человек не только объект и субъект социализации. Это связано с тем что процесс и результат социализации заключают в себе внутреннее противоречие. Таким образом можно констатировать что в процессе социализации заложен внутренний до конца не разрешимый конфликт между степенью адаптации человека в обществе и степенью обособления его в обществе.
27770. Песталоцци 18.14 KB
  Передовая студенческая молодежь к которой принадлежал Песталоцци организовала кружок €œпатриотов€ находившийся под влиянием идей французских просветителей и в первую очередь Руссо. Цюрихские власти подвергли кратковременному аресту нескольких активных членов кружка в том числе и Песталоцци. Выйдя из тюрьмы Песталоцци не завершив своего образования поселился в деревне в имении Нейгоф чтобы организовать образцовое сельское хозяйство которое могло бы наглядно показать крестьянам как улучшить свое положение. Но этот утопический...
27771. Социальный педагог 16.1 KB
  Социальный педагог осуществляет социальнопедагогическую деятельность со всеми категориями населения: с детьми подростками молодежью взрослыми. Социальный педагог является связующим звеном между клиентом и его окружением посредником в системе взаимодействия личности семьи общества. или специализированных учреждениях отделение социальной помощи детский дом центр реабилитации социальный приют медикопсихологическая консультация телефон доверия центр занятости и трудоустройства и т.
27772. Планирования работы с неблагополучными семьями 18.87 KB
  Программа работы варьируется в связи с изменившимися условиями но обязательно заслушивается на заседании общественной инспекции по делам несовершеннолетних при администрации поселка или комиссии по делам несовершеннолетних и защите их прав о выполнении данной программы. Поэтому социальный педагог должен взаимодействовать с учителями классными руководителями семьей и ребенком приложить все усилия для результативной работы. Одна из форм работы социального педагога с семьей социальный патронаж представляющая собой посещение семьи на дому с...
27773. Педагогическая деятельность Л. Н. Толстого 25.96 KB
  Толстой вступил как он сам писал об этом позже в период трехлетнего страстного увлечения этим делом. Толстой считал что наступило время вспомним что тогда Россия переживала период первой революционной ситуации и подъема общественнопедагогического движения когда образованные люди страны должны активно помогать народным массам испытывавшим огромную потребность в образовании удовлетворить это их законное стремление не доверяя столь важного дела царской власти. Толстой систематически освещал в своем педагогическом журнале Ясная...
27774. Социализирующие функции семьи 26.46 KB
  На всех этапах социализации образовательный уровень семьи интересы ее членов сказываются на интеллектуальном развитии человека на том какие пласты культуры он усваивает на стремлении к продолжению образования и к самообразованию. Вчетвертых семья имеет важное значение в овладении человеком социальными нормами а когда речь идет о нормах определяющих исполнение им семейных ролей влияние семьи становится кардинальным. Ценности и атмосфера семьи определяют и то насколько она становится средой саморазвития и ареной самореализации ее...
27775. СПЕЦИФИКА РАБОТЫ СОЦИАЛЬНОГО ПЕДАГОГА В ЛЕТНИХ ОЗДОРОВИТЕЛЬНЫХ ЛАГЕРЯХ 20.36 KB
  Социальный педагог находясь среди детей в летнем лагере чувствуя их настроение зная их проблемы реально оценивая возможности личности устанавливает доброжелательные гуманистические отношения устраняет дефицит общения. При этом специалист оценивает влияние микросреды детского лагеря окружения детей групп сверстников объединений подростков. Все это педагоги связывают с деятельностью детей на практике и включают в работу лагерной смены. Таким образом у детей формируется эмоциональноценностное отношение к миру и человеческой...