1. Визначення і формула гідростатичного тиску
2. Сила гідростатичного тиску
3. Вимірювання гідростатичного тиску
4. Властивості гідростатичного тиску

зміст

Гідростатику називається розділ гідравліки, в якому вивчаються закони рівноваги рідин і розглядається практичне застосування цих законів. Для того, щоб зрозуміти гідростатику необхідно визначитися в деяких поняттях і визначеннях.

У 1653 році французьким ученим Б. Паскалем було відкрито закон, який прийнято називати основним законом Паскаля.

Звучить він так:

Тиск на поверхню рідини, вироблене зовнішніми силами, передається в рідини однаково в усіх напрямках.

Закон Паскаля легко розуміється якщо поглянути на молекулярну будову речовини. У рідинах і газах молекули володіють відносною свободою, вони здатні переміщатися одна відносно іншої, на відміну від твердих тіл. У твердих тілах молекули зібрані в кристалічні решітки.

Відносна свобода, якою володіють молекули рідин і газів, дозволяє передавати тиск вироблене на рідину або газ не тільки в напрямку дії сили, а й у всіх інших напрямках.

Закон Паскаля для Паскаля знайшов широке поширення в промисловості. На цьому законі заснована робота гідроавтоматики, що управляє верстатами з ЧПУ, автомобілями і літаками і багатьох інших гідравлічних машин .

Визначення і формула гідростатичного тиску

З описаного вище закону Паскаля випливає, що:

Гідростатичний тиск - це тиск, вироблене на рідину силою тяжіння.

Величина гідростатичного тиску не залежить від форми посудини, в якому знаходиться рідина і визначається твором

ρ - щільність рідини

g - прискорення вільного падіння

h - глибина, на якій визначається тиск.

Для ілюстрації цієї формули подивимося на 3 судини різної форми.

У всіх трьох випадках тиск рідини на дно посудини однаково.

Повний тиск рідини в посудині одно

P0 - тиск на поверхні рідини. У більшості випадків приймається рівним атмосферному.

Сила гідростатичного тиску

Виділимо в рідині, що знаходиться в рівновазі, деякий обсяг, потім розсічемо його довільної площиною АВ на дві частини і подумки відкинемо одну з цих частин, наприклад верхню. При цьому ми повинні докласти до площини АВ сили, дія яких буде еквівалентна дії відкинутої верхній частині обсягу на що залишилася нижню його частину.

Розглянемо в площині перетину АВ замкнутий контур площею ΔF, що включає в себе деяку довільну точку a. Нехай на цю площу впливає сила ΔP.

Тоді гідростатичний тиск формула якого виглядає як

представлет собою силу, діючу на одиницю площі, буде називатися середнім гідростатичним тиском або середнім напругою гідростатичного тиску по площі ΔF.

Істинне тиск в різних точках цієї площі може бути різним: в одних точках воно може бути більше, в інших - менше середнього гідростатичного тиску. Очевидно, що в загальному випадку середній тиск РСР буде тим менше відрізнятися від істинного тиску в точці а, чим менше буде площа ΔF, і в межі середній тиск співпаде з істинним тиском в точці а.

Для рідин, що знаходяться в рівновазі, гідростатичний тиск рідини аналогічно напрузі стиснення в твердих тілах.

Одиницею вимірювання тиску в системі СІ є ньютон на квадратний метр (Н / м2) - її називають паскалем (Па). Оскільки величина Паскаля дуже мала, часто застосовують укрупнені одиниці:

кілоньютон на квадратний метр - 1кН / м2 = 1 * 103 Н / м2

меганьютон на квадратний метр - 1МН / м2 = 1 * 106 Н / м2

Тиск рівне 1 * 105 Н / м2 називається баром (бар).

У фізичній системі одиницею наміри тиску є дина на квадратний сантиметр (Діна / м2), в технічній системі - кілограм-сила на квадратний метр (кгс / м2). Практично тиск рідини зазвичай вимірюють в кгс / см2, а тиск рівне 1 кгс / см2 називається технічною атмосферою (ат).

Між усіма цими одиницями існує наступне співвідношення:

1АТ = 1 кгс / см2 = 0,98 бар = 0,98 * 105 Па = 0,98 * 106дін = 104 кгс / м2

Слід пам'ятати що між технічної атмосферою (ат) і атмосферою фізичної (Ат) існує різниця. 1 Ат = 1,033 кгс / см2 і являє собою нормальний тиск на рівні моря. Атмосферний тиск залежить від висоти розташування місця над рівнем моря.

Вимірювання гідростатичного тиску

На практиці застосовують різні способи обліку величини гідростатичного тиску. Якщо при визначенні гідростатичного тиску береться до уваги і атмосферний тиск, що діє на вільну поверхню рідини, його називають повним або абсолютним. У цьому випадку величина тиску зазвичай вимірюється в технічних атмосферах, званих абсолютними (ата).

Часто при обліку тиску атмосферний тиск на вільній поверхні не беруть до уваги, визначаючи так зване надлишковий гідростатичний тиск, або манометричний тиск, тобто тиск понад атмосферного.

Манометричний тиск визначають як різницю між абсолютним тиском в рідині і тиском атмосферним.

Рман = Рабс - Ратм

і вимірюють також в технічних атмосферах, які називаються в цьому випадку надлишковими.

Трапляється, що гідростатичний тиск в рідині виявляється менше атмосферного. У цьому випадку говорять, що в рідині є вакуум. Величина вакууму дорівнює різниці між атмосферним і і абсолютним тиском в рідині

Рвак = Ратм - Рабс

і вимірюється в межах від нуля до атмосфери.

Властивості гідростатичного тиску

Гідростатичний тиск води володіє двома основними властивостями:
Воно спрямоване по внутрішній нормалі до площі, на яку діє;
Величина тиску в даній точці не залежить від напрямку (тобто від орієнтованості в просторі майданчики, на якій знаходиться точка).

Перше властивість є простим наслідком того становища, що в спочиває рідини відсутні дотичні і розтягують зусилля.

Припустимо, що гідростатичний тиск направлено не по нормалі, тобто НЕ перпендикулярно, а під деяким кутом до майданчика. Тоді його можна розкласти на дві складові - нормальну і дотичну. Наявність дотичній складової через відсутність в спочиває рідини сил опору сдвигающим зусиллям неминуче призвело б до руху рідини вздовж майданчика, тобто порушило б її рівновагу.

Тому єдиним можливим напрямком гідростатичного тиску є його напрямок по нормалі до площадки.

Якщо припустити що гідростатичний тиск направлено не по внутрішньої, а по зовнішній нормалі, тобто не всередину даного об'єкту а назовні від нього, то внаслідок того, що рідина не чинить опору розтягуючих зусиль - частинки рідини прийшли б в рух і її рівновагу було б порушено.

Отже, гідростатичний тиск води завжди направлено по внутрішній нормалі і являє собою стискає тиск.

З цього ж правило слід, що якщо змінитися тиск в якійсь точці, то на таку ж величину змінитися тиск у будь-якій точці цієї рідини. У цьому полягає закон Паскаля, який формулюється таким чином: Тиск вироблене на рідину, передається всередині рідини в усі боки з однаковою силою.

На застосування цього закону грунтуються дію машин, що працюють під гідростатичним тиском.

Ще одним фактором що впливає на величину тиску є в'язкість рідини , Якій до недавнього часу приято було нехтувати. З появою агрегатів працюють на високому тиску в'язкість довелося так само враховувати. Виявилося, що при зміні тиску, в'язкість деяких рідин, таких як масла, може змінюватися в кілька разів. А це вже визначає можливість використовувати такі рідини як робоче середовище.

На додаток до статті "Гідростатичний тиск: визначення, формула і властивості." Вам може бути цікаво: