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

59010. Жанрова своєрідність та мова Вибраних місць із листування з друзями М. В. Гоголя 47.5 KB
  І Гоголь хоча й сам переживав важку кризу ретельно відповідав усім хто писав йому: Стоит только хорошенько выстрадаться самому как уже все страдающие становятся тебе понятны и почти знаешь что нужно сказать им. Починає Вибрані місця із листування з друзями передмова в якій Гоголь пояснює чому він вирішив написати цю книгу.
59011. Жанр танка в ліриці Ісікава Такубоку 103 KB
  За деякими японськими джерелами днем народження Такубоку вважається 20 лютого 1886 року дата реєстрації його народження. Ісікава прізвище поета Такубоку літературний псевдонім. Такубоку був першим і єдиним хлопчиком у родині.
59012. Життя людини - найвища цінність 61 KB
  Сухомлинського його твори; збагачувати активний словник учнів розвивати вміння формувати ціннісні судження про гармонійне життя; виховувати бажання глибше ознайомитися з біографією Великого Кобзаря Ліни Костенко Матері Терези Леонардо да Вінчі...
59013. Цікаві завдання та різноманітні інтелектуальні ігри. Задачі. Залізна логіка 129.5 KB
  Гарненька історія промовив інспектор Варніке вислухавши фрау Пепприх у якої тільки що вкрали двох відгодованих до свята гусей. У вашому поясненні парубче дещо не відповідає дійсності сказав інспектор Варніке. Чому інспектор Варніке запідозрив молодика у співучасті в крадіжці...
59014. Здоровя - мудрих гонорар 63.5 KB
  Учителям пропонується пройти стежиною здоровя. Маршрут стежки здоровя Перша зупинка Канони здоровя знайомство з основними заповідями Салернського кодексу здоровя медичного трактату XIV століття.
59015. Знакова система - символічна основа народного орнаменту 47.5 KB
  Завдання до уроку Розробка нескладної композиції орнаменту з використанням символів за власним вибором для оздоблення: керамічної тарілки чи глечика; декоративної серветки; святкового рушничка; килима; козацького поясу; бойової сокири; кіраси; ножен козацької шаблі.
59016. Казки українських письменників 39.5 KB
  Раніше ми вже з вами читали та переказували народні казки. Які казки називаються народними Відповідь учнів. Отже тема нашого уроку казки українських письменників.
59017. Казки Шарля Перро 34.5 KB
  Казкові перегони Кожний учень отримує квитокпазл за допомогою яких клас учнів ділиться на три команди: Попелюшка Кіт у чоботях Червона шапочка Завдання: кожна команда має скласти з пазлів малюночок і правильно вказати назву казки.
59018. Карта півкуль. Океани. Материки 51 KB
  Мета: сформувати уявлення про види географічних карт; сформувати поняття океан море материк навчити користуватися картою півкуль показувати на карті океани та материки Обладнання: глобус карта півкуль фізична карта України демонстраційні картки з назвами материків та океанів...