Закон Паскаля и его практическое применение
На основании основного уравнения гидростатики может быть сформулирован закон Паскаля: внешнее давление, производимое на свободную поверхность покоящейся жидкости, передается одинаково всем ее точкам по всем направлениям.
Свойство жидкости передавать производимое на нее без изменения давления используется в различных гидростатических устройствах: гидравлических прессах, домкратах, гидроаккумуляторах и др.
Гидравлический пресс предназначен для создания больших усилий, необходимых в ряде производственных процессов. На рис. 5 дана схема гидравлического пресса. Принцип его работы следующий. В рабочий цилиндр 2 поршнем 1 насоса подается под давлением рабочая жидкость, например масло. Давление, создаваемое поршнем 1: p=F1/A1,
где F1 – сила, действующая на поршень 1;A1 – площадь его поперечного сечения.
Рабочая жидкость передает развиваемое поршнем 1 давление поршню 4 рабочего цилиндра 3. Сила, развиваемая поршнем 4: F2 = pA2,
где А2 –площадь поперечного сечения поршня 4.
Откуда р = F2/A2. Тогда F2/A2 = F1/A1 или
F2 = F1 × A2/A1 = pA2 |
т.е. сила F2 во столько раз больше силы F1, во сколько раз площадь поршня 4 больше площади поршня 1.
В действительности сила, развиваемая прессом, несколько меньше силы, определяемой по формуле (17), из-за действия сил трения, возникающих в движущихся частях пресса, а также утечек жидкости. Эти потери учитывают коэффициентом полезного действия (КПД) h пресса, который равен h = 0,75...0,85. Поэтому действительная сила, развиваемая прессом: P = pS2h.
Гидроаккумулятор предназначен для накопления (аккумулирования) энергии с тем, чтоб отдать ее при необходимости выполнить кратковременную работу, требующую больших усилий. Гидроаккумуляторы широко применяют в современных мощных гидравлических прессах, в машинах для литья под давлением при принудительном заполнении расплавленным металлом литейных форм, в устройствах привода движения створов гидрошлюзов и т.д. Принцип работы тот же, что и у гидравлического пресса.
На рис. 6 показан грузовой гидроаккумулятор, состоящий из цилиндра 2, внутри которого перемещается плунжер 1. По трубопроводу 4 насосом подается жидкость (обычно масло) в цилиндр. Плунжер вместе с грузами поднимается вверх. После достижения верхней точки насос автоматически выключается.
В положении, при котором груз поднялся на высоту Н, запас потенциальной энергии гидроаккумулятора равен mgH, где m – масса плунжера с грузами. При этом давление внутри цилиндра p=mg/A, где А – площадь поперечного сечения плунжера. Под таким же давлением жидкость подается через трубопровод 3 к исполнительным машинам и механизмам.
Рисунок 5 – Гидравлический пресс
15.Вакуумметрическое давление
Вакуумом называется разность между атмосферным давлением и давлением в разреженном пространстве, то есть величина вакуума показывает, на сколько давление в сосуде меньше атмосферного.
Рисунок 3 – Схема, поясняющая понятие вакуума.
Рассмотрим два сосуда, соединенных между собой. Сосуд II заполнен жидкостью и имеет давление на свободной поверхности, равное атмосферному ра. В сосуде I, откачивая воздух, создадим разрежение с давлением рразр. меньше атмосферного. Тогда жидкость из сосуда II начнет подниматься по трубке. Пусть при каком-то рразр. уровень в трубке поднялся на высоту hv. Рассмотрим равновесие частиц жидкости в трубке на уровне а-а. Так как они находятся в равновесии, то это значит, что давление со стороны сосуда I, равное Pразр + g × hv, и давление со стороны сосуда II, равное ра, одинаковы. Тогда pразр.+ g × hv = pa, отсюда
ра – рразр = g × hv = pv |
где рv – вакуумметрическое давление или вакуум. Теоретические пределы вакуума:0- когда ра = рразр. 1 aт - когда рразр = 0.
Практически вакуум не достигает 1 aт, так как в действительности величина разрежения не будет совершенной пустотой: при сильном разрежении пространство частично заполняется парами самой жидкости и выделяемым из жидкости растворенным в ней воздухом.
18. Расход и средняя скорость потока
Расходом называется количество жидкости, протекающей через живое сечение потока в единицу времени. Различают объемный Q, массовый М и весовой G расходы жидкостей:
; | |
; | |
где Q – объем жидкости; m – масса жидкости; t – время.