Гидростатика

Гидростатика – раздел гидравлики, изучающий законы, которым подчиняются жидкость, находящаяся в состоянии покоя, силы, действующие в такой жидкости, и давление покоящейся жидкости на различные поверхности.

Гидростатика рассматривает законы равновесия жидкости и ее взаимодействие в этом состоянии с твердыми телами и газами. Согласно положению теоретической механики любая система, в том числе и жидкостная, может находиться в равновесии только при условии равенства нулю равнодействующих всех приложенных к ней внешних сил, а также их результирующего момента. Состояние жидкости характеризуется только внутренними силами. В неподвижной жидкости возможен лишь один вид напряжения -напряжение сжатия. Напряжение сжатия – это плотность распределения поверхностных сил. Это понятие ввел известный французский математик О. Коши (1789-1857). В работах по упругости он рассматривал тело как сплошную среду и относил напряжение и деформацию к каждой его точке. Жидкость в общем случае может находиться под действием двух сил – поверхностных сил, т.е. под действием силы давления, равномерно распределённой по всей внешней поверхности выделенного жидкого тела, и массовых сил, определяемых характером переносного движения. Поверхностные силы, например, силы давления, приложены к поверхности объема жидкости и пропорциональны ее площади. Массовые силы действуют на каждую частицу жидкости и пропорциональны массе частиц. К их числу относятся силы тяжести, силы инерции и др.

Под внешней границей жидкого тела могут пониматься как соседние тела: твёрдые

(стенки сосуда или трубы, в которые помещена жидкость), газообразные (поверхность раздела между жидкостью и газовой средой); так и условные поверхности, мысленно выделяемые внутри самой жидкости.

Для жидкости, находящейся в состоянии равновесия, справедлив так называемый закон Паскаля. Закон Паскаля был сформулирован им в 1663 г. Внешнее давление р0, приложенное к свободной поверхности жидкости, находящейся в состоянии равновесия в замкнутом сосуде, передается всем частицам жидкости с одинаковой силой (без изменения). Выраженное законом Паскаля свойство жидкости передавать внешнее давление получило широкое применение в технике. На законе Паскаля основано действие гидравлических (водостолбовых) машин, к которым принадлежат гидравлические прессы, подъемные краны, молоты, домкраты и т.д.

Основным понятием гидростатики является понятие гидростатического давления в данной точке покоящейся жидкости. Гидростатическое давление в данной точке покоящейся жидкости принято обозначать р' и для краткости именовать просто "гидростатическим давлением". Гидростатическое давление выражается в единицах напряжения, т.е. в ньютонах на 1 м

Гидростатическое давление в точке определяется по формуле:

р' = р0 + h,

где р0 - внешнее давление, н/м

h - глубина погружения точки, м;

р`- удельный вес воды, н/м

Удельный вес чистой воды может быть принят в расчетах равным 9 810 н/.

Гидростатическое давление р', определяемое по уравнению, что приведено выше, именуется полным или абсолютным давлением. Это выражение называется основным уравнением (или основным законом) гидростатического давления. Основное уравнение гидростатического давления показывает, что в общем случае для всех точек жидкости абсолютное давление зависит не только от глубины погружения точек под уровнем свободной поверхности, но и от внешнего давления р0. Внешнее давление р0 действует одинаково в любой точке внутри жидкости, и с его изменением на столько же изменится и абсолютное гидростатическое давление в данной точке.

В гидротехнической практике (в открытых сосудах или водоемах) внешнее давление р0 часто равно атмосферному, т.е. р0 = . Величина = 1 кГ/ = 98 100 н/называется технической атмосферой.

Разница между полным и атмосферным давлениями называется манометрическим давлением. Манометрическое давление также называют избыточным гидростатическим давлением. Оно зависит от глубины погружения данной точки под уровнем свободной поверхности. р = р' -.