Гидростатическое давление и его свойства

Давление – напряжение, возникающее в жидкости под действием сжимающих сил.

В общем случае поверхностная сила , действующая на площадь , направлена под некоторым произвольным углом к рассматриваемой поверхности. Эту силу можно разложить на нормальную и тангенциальную составляющие (рис. 1.2.1). Первая, направленная внутрь объема, называется силой давления, а вторая силой трения.

Рис. 1.2.1. Схема для определения гидростатического давления в произвольной точке потока жидкости

Для жидкости, находящейся в покое, нормальное напряжение, то есть напряжение, создаваемое силой давления, называют гидростатическим давлением (или просто давлением) и обозначают буквой .

В движущейся жидкости возникает гидродинамическое давление.

Если сила равномерно распределена по площади , то среднее гидростатическое давление

. (1.2.1)

В общем случае гидростатическое давление в данной точке поверхности равно пределу, к которому стремится отношение силы давления к площади , на которую она действует, при уменьшении до нуля, то есть при стягивании ее к точке

. (1.2.2)

В технике при измерении давления за точку отсчета принято атмосферное (барометрическое) давление , которое с достаточной степенью точности считают постоянным и равным . Кроме того, различают абсолютное давление , избыточное (манометрическое) давление и вакуум .

Между этими видами давлений существуют следующие зависимости:

. (1.2.3)

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль - давление, вызываемое силой , равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью .

Наряду с этой единицей давления в технике применяют укрупненные единицы килопаскаль и мегапаскаль :

.

В промышленности до настоящего времени продолжают применять систему единиц измерения МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда), в которой за единицу давления принимают .

Используют также внесистемную единицу – техническую атмосферу:

.

Гидростатическое давление обладает двумя основными свойствами:

• давление в точке действует нормально к площадке действия и является сжимающим, то есть оно всегда направлено внутрь того объема жидкости, давление на который мы рассматриваем;
• величина давления в данной точке не зависит от угла наклона площадки действия по отношению к координатным осям.

Первое свойство гидростатического давления следует из закона Ньютона, который утверждает, что в неподвижной жидкости касательные силы трения (см. рис. 1.2.1) отсутствуют. Поэтому на неподвижную жидкость из поверхностных сил могут действовать только силы давления ; причем на внешней поверхности рассматриваемого объема жидкости силы давления всегда направлены по нормали внутрь объема и, следовательно, являются сжимающими.

Второе свойство гидростатического давления можно доказать, рассмотрев равновесие произвольно выделенного в неподвижной жидкости элементарного (бесконечно малого) объема в форме тетраэдра, с ребрами параллельными координатным осям и соответственно равными , и (рис. 1.2.2).

Рис. 1.2.2. Схема для доказательства свойств гидростатического давления

Обозначим через гидростатическое давление, действующее на грань тетраэдра, нормальную к оси , через - давление на грань, нормальную к оси , через - давление на грань, нормальную к оси , через - давление на наклонную грань.

Так как размеры тетраэдра , и взяты произвольно, то и наклон площадки будет произвольным, и, следовательно, в пределе при стягивании тетраэдра в точку, давление в этой точке по всем направлениям будет одинаковым, то есть справедливо равенство .

Давление – напряжение, возникающее в жидкости под действием сжимающих сил.

В общем случае поверхностная сила , действующая на площадь , направлена под некоторым произвольным углом к рассматриваемой поверхности. Эту силу можно разложить на нормальную и тангенциальную составляющие (рис. 1.2.1). Первая, направленная внутрь объема, называется силой давления, а вторая силой трения.

Рис. 1.2.1. Схема для определения гидростатического давления в произвольной точке потока жидкости

Для жидкости, находящейся в покое, нормальное напряжение, то есть напряжение, создаваемое силой давления, называют гидростатическим давлением (или просто давлением) и обозначают буквой .

В движущейся жидкости возникает гидродинамическое давление.

Если сила равномерно распределена по площади , то среднее гидростатическое давление

. (1.2.1)

В общем случае гидростатическое давление в данной точке поверхности равно пределу, к которому стремится отношение силы давления к площади , на которую она действует, при уменьшении до нуля, то есть при стягивании ее к точке

. (1.2.2)

В технике при измерении давления за точку отсчета принято атмосферное (барометрическое) давление , которое с достаточной степенью точности считают постоянным и равным . Кроме того, различают абсолютное давление , избыточное (манометрическое) давление и вакуум .

Между этими видами давлений существуют следующие зависимости:

. (1.2.3)

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль - давление, вызываемое силой , равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью .

Наряду с этой единицей давления в технике применяют укрупненные единицы килопаскаль и мегапаскаль :

.

В промышленности до настоящего времени продолжают применять систему единиц измерения МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда), в которой за единицу давления принимают .

Используют также внесистемную единицу – техническую атмосферу: