87818

Уравнение поверхностей уровня жидкости, вращающейся вместе с сосудом вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ω. Уравнение свободной поверхности уровня

Лекция

Физика

Максимальная высота подъема жидкости в сосуде H - максимальная высота подъема жидкости параболоида вращения свободной поверхности уровня. Далее следует заменить через первоначальный уровень жидкости в сосуде при. объем жидкости в сосуде который находится в состоянии абсолютного покоя...

Русский

2015-04-23

152.61 KB

10 чел.

ЛЕКЦИЯ 2

Уравнение поверхностей уровня жидкости, вращающейся вместе с сосудом вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ω. Уравнение свободной поверхности уровня.

Пусть имеется сосуд с жидкостью, вращающийся вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ω. Найдем уравнение поверхностей уровня для рассматриваемого случая, воспользовавшись уравнением поверхности уровня в дифференциальном виде

.

На жидкость массой m в окрестностях произвольно взятой точки М действуют внешние массовые силы:



Найдем проекции этих сил и суммы проекций единичных массовых сил на оси координат.

Ось x



Следовательно, сумма проекций единичных массовых сил на ось x будет равна

ω

X

x

x

x

R

М


R – радиус сосуда;

r  - радиус вращения т. М;  

h – глубина погружения т. М от

свободной   

поверхности уровня.

Ось y



Следовательно, сумма проекций единичных массовых сил на ось y будет равна


Ось z



Следовательно, сумма проекций единичных массовых сил на ось z  будет равна

Подставляя найденные значения сумм проекций единичных массовых сил, получим
. Берем неопределенный интеграл полученного выражения


поэтому

уравнение поверхностей уровня (уравнение семейства параболоидов вращения)

Уравнение свободной поверхности уровня

Рассмотрим вершину параболоида вращения соответствующего свободной поверхности уровня; для нее справедливо: r=0; ; подставляя эти значения в последнее уравнение получим значение константы интегрирования для уравнения свободной поверхности уровня ,  отсюда следует  что, уравнением свободной поверхности уровня будет

Геометрический смысл высота подъема ветви параболоида вращения относительно горизонтальной плоскости  для точки на свободной поверхности уровня N(.

Максимальная высота подъема жидкости в сосуде

H – максимальная высота подъема жидкости параболоида вращения свободной поверхности уровня.

Согласно уравнения свободной поверхности уровня для точки на этой поверхности с координатами () связь между Н и R будет определяться уравнением . Далее следует заменить через первоначальный уровень жидкости в сосуде (при ).

– объем жидкости в сосуде, который находится в состоянии абсолютного покоя;

- объем жидкости в сосуде, который находится в состоянии относительного покоя; в силу закона сохранения объема жидкости получают

Откуда

или . Подставляя полученное выражение в ранее найденное для максимальной высоты подъема жидкости, получим

, откуда

– максимальная высота подъема жидкости в сосуде


Закон распределения давления внутри жидкости, вращающейся вместе с сосудом вокруг вертикальной оси с угловой скоростью ω.

 

Закон Паскаля, полученный ранее для случая абсолютного покоя жидкости, справедлив и для случая относительного покоя в любых его формах в том числе и для вращающегося сосуда; здесь h есть сумма высоты подъема ветви параболоида вращения над плоскостью  и расстояния между горизонтальными плоскостями . Т.е. .

Определение силы давления жидкости на плоскую стенку сосуда и на дно сосуда (без вывода).

ЦМ

ЦД

F

FДН

РИСУНОК      

       

                                                                              

Fплощадь смоченной боковой стенки сосуда;

hц глубина погружения центра масс площади F;

точка ЦМ – центр масс площади F;

точка ЦД – центр давления, точка приложения равнодействующей силы давления.

 – сила полного давления на боковую стенку сосуда (сила атмосферного давления + сила гидростатического давления жидкости).

Сила полного давления на дно сосуда может быть определена по формуле

Определение точки приложения силы полного давления (координаты центра давления ). Без вывода.


I0 – момент инерции площади, относительно центральной оси (ось, которая проходит через центр масс площади F)


, где a – основание прямоугольника, b – высота.

Элементы кинематики жидкости

(Основная теорема кинематики – теорема Коши-Гельмгольца. Траектория жидкостной частицы. Линии тока. Элементарная струйка. Трубка тока. Поток жидкости. Живое сечение потока. Смоченный периметр. Гидравлический радиус. Эквивалентный диаметр).

В кинематике изучают движение жидкости с точки зрения геометрии, без учета ее массы и сил, определяющих это движение

Основная теорема кинематики – теорема Коши-Гельмгольца. В этой теореме доказывают, что скорость перемещения жидкостной частицы складывается из трех скоростей:

– поступательная скорость;

– деформационная скорость;

                                                 Изменение прямых углов одной из граней за время

    

– вращательная скорость.

Траектория жидкостной частицы – это путь, пройденный жидкостной частицей за некоторый промежуток времени (S).

Линиями тока называют совокупность жидкостных частиц, векторы скоростей которых касательны к ней в данный момент времени.

Элементарная струйка. Трубка тока.

Если в движущейся жидкости в поперечном сечении выделить элементарную площадку dS и через все точки провести линии тока для данного момента времени, то получается объемный пучок линий тока, который называется элементарной струйкой, а ее боковая поверхность – поверхность трубки тока.

Поток жидкости – это совокупность элементарных струек жидкости, текущих в данном русле.

Живое сечение потока – это поверхность, проведенная через данную точку в пределах потока, перпендикулярная линиям тока.

Смоченным периметром называют длину линии, по которой жидкость в данном живом сечении соприкасается с руслом.

Гидравлический радиус (для канала с произвольным сечением) – это отношение площади живого сечения к смоченному периметру.

Для круглой трубы гидравлический радиус равен:

где d – смоченный периметр

Гидравлический радиус в два раза меньше геометрического.

Эквивалентный диаметр (для канала произвольного сечения) принимается  равным:


Плавно изменяющееся движение жидкости – это такое движение, при котором кривизна струек мала, угловое расхождение между отдельными струйками не велико, живое сечение потока плоское, перпендикулярно оси потока.

Расход жидкости – это объем жидкости, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени.

Средней скоростью в данном сечении потока называется такая фиктивная, но одинаковая во всех точках данного сечения скорость, при которой через сечение проходит то же количество жидкости, какое и при действительном распределении скоростей.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83766. Элементы юридического состава налога. Основные и факультативные. Понятие и их правовое значение 43.59 KB
  Обязанность плательщика по уплате налога устанавливается совокупностью элементов юридического состава налога. Элементы налога это внутренние исходные функциональные единицы которые в своей совокупности составляют юридическую конструкцию налога и придают им их универсальность. Обязательные существенные элементы юридического состава налога это элементы без которых налоговое обязательство и порядок его исполнения не могут считаться определенными.
83767. Субъект налогообложения: понятие субъектов, виды, правовой статус 47.87 KB
  Общественные отношения преимущественно образующие предмет налогового права складываются относительно перехода права собственности на денежные средства. Большинство названных отношений направлены на достижение баланса частных и публичных интересов поэтому и понятие субъекта налогового права носителя интереса является ключевым. Точное определение субъекта налогового права имеет и практическое значение поскольку позволяет выявить круг лиц вступающих в налоговые отношения и действия которых влекут юридически значимые последствия. Наличие...
83768. Объект и предмет налогообложения. Масштаб налога и налоговая база 44.73 KB
  Объект налогообложения это те юридические факты действия события состояния которые обуславливают обязанность субъекта заплатить налог совершение оборота по реализации товара работ услуг; ввоз товара на территорию России; владение имуществом; совершение сделки куплипродажи ценных бумаг; вступление в наследство; получение дохода и т. наличие объекта налогообложения. Налоговый кодекс Российской Федерации определяет понятие объект налогообложения так: Объектами налогообложения могут являться операции по реализации товаров работ...
83769. Налоговый период, порядок исчисления налога, способы, сроки и порядок уплаты налога 42.93 KB
  Налоговый период календарный год или иной период времени применительно к отдельным налогам по окончании которого определяется налоговая база и исчисляется сумма налога подлежащая уплате. Продолжительность момент начала и момент окончания каждого налогового периода устанавливается законодательством о налогах и сборах применительно к каждому отдельному налогу. Порядок исчисления налога ст.
83770. Понятие системы налогов и сборов. Структура и принципы построения 45.33 KB
  Система налогов и сборов не путать с налоговой системой это совокупность налогов и сборов взимаемых с плательщиков в порядке и на условиях определенных Налоговым кодексом. 12 НК РФ устанавливает следующие виды налогов и сборов в РФ: федеральные; региональные; местные. Федеральные налоги Федеральными налогами и сборами признаются налоги и сборы которые установлены НК РФ и обязательны к уплате на всей территории РФ при отсутствии специальных налоговых режимов п.
83771. Налоговое право РФ: общие положения, предмет, метод, система 46.7 KB
  Сегодня основными научными подходами для определения места НП в системе юридических наук являются: 1 концепция рассмотрения НП в качестве обособленной части АП швейцарская налоговая правовая доктрина 2 концепция рассмотрения НП в качестве обособленной части ФП неаполитанская налоговая правовая школа 3 концепция автономии НП согласно которой оно занимает особое или даже исключительное положение в системе права независимое от общих принципов как частного так и публичного права французская налоговая правовая доктрина 4 концепция...
83772. Источники налогового права. Налоговое законодательство и дополнительные источники налогового права 48.45 KB
  Налоговое законодательство и дополнительные источники налогового права. Источники налогового права это внешние конкретные формы его выражения т. правовые акты представительных и исполнительных органов государственной власти и органов местного самоуправления содержащие нормы налогового права.
83773. Нормы налогового права: понятие, особенности, виды норм налогового права 48.68 KB
  Особенности норм НП: 1 налоговые нормы отличаются от всех иных норм права по своему непосредственному целевому назначению 2 реализация большинства из них политически направлена в рамках внутренней и внешней экономической политики Признаки: 1 это правила поведения гарантированные государством 2 возлагают юридические обязанности и предоставляют субъективные права 3 имеют общеобязательный характер 4 всегда выражены в НПА 5 являются средством реализации публичных а не частных интересов 6 практически не имеют своего прототипа в...
83774. Налоговые правоотношения: понятие, признаки, структура 45.16 KB
  НК РФ законодательство о налогах и сборах регулирует властные отношения по установлению введению и взиманию налогов и сборов в РФ а также отношения возникающие в процессе осуществления налогового контроля обжалования актов налоговых органов действий бездействия их должностных лиц и привлечения к ответственности за совершение налогового правонарушения. Под воздействием правовых норм участники налоговых правоотношений наделяются правосубъектностью юридическими правами и обязанностями в налоговой сфере. Наряду с ней предпосылками...