Тема: Физические свойства жидкости. Гидростатика
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1
Гидростатика
__Гидравлика и Гидрогазодинамика ________
(указывается наименование дисциплины в соответствии с учебным планом)
Направления подготовки:
280700 «Техносферная безопасность»
151900 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
Профиль подготовки:
Инженерная защита окружающей среды;
Технология машиностроения
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
г. Егорьевск 2014
Гидравлика. Гидрогазодинамика
Гидростатика
Контрольная работа №1
Тема: Физические свойства жидкости. Гидростатика
Варианты КР подготовил доцент Козенец В.В.
Задачи контрольной работы рассмотрены и одобрены на заседании учебно-методической группы (УМГ) кафедры
технологии автоматизированного производства
(полное наименование без сокращений)
(протокол № _____ от _______ 2014 г.)
Председатель УМГ кафедры разработчика _________ А.А. Махов
 Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№1 | |
| 1. | Найти давление на свободной поверхности в закрытом сосуде с бензином, если уровень жидкости в открытом пьезометре выше уровня жидкости в сосуде на h = 2 м , а атмосферное давление  . |
| 2. | Определить среднюю толщину солевых отложений δотл в герметичном водоводе с внутренним диаметром d = 0,3 м и длиной L = 2 км, если при выпуске воды в количестве ΔW = 0,05  давление в водоводе падает на величину  . Отложения по диаметру и длине водовода считать распределенными равномерно. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№2 | |
| 1. | В U-образный сосуд налиты ртуть и вода. Линия раздела жидкостей расположена ниже свободной поверхности ртути на hрт = 0,1 м . Определить разность уровней h . |
| 2. | При напорном течении горячего мазута плотностью  по трубе касательное напряжение на ее внутренней поверхности составляет τ = 2 Па . Найти значение кинематического коэффициента вязкости мазута, если скорость в поперечном сечении трубы изменяется согласно уравнению   (см. рисунок). |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№3 | |
| 1. | К резервуару, заполненному газом при давлении  , присоединена трубка, опущенная в сосуд с ртутью. Требуется: а) определить давление в резервуаре, если ртуть поднялась в трубке на высоту h=0,23 м; б) найти высоту h1, на которую поднимется ртуть в трубке, если вакуум в резервуаре составляет hв = 3 м вод.ст., а атмосферное давление  Па . Принять плотность воды  , а плотность ртути  . |
| 2. | В отопительный котел поступает  воды при температуре  . Сколько кубометров воды входит в котел и выходит из него, если нагрев производится до температуры  ; принять коэффициент температурного расширения воды равным  ? |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№4 | |
| 1. | Пружинный манометр подключен к сосуду с водой на высоте h =1 м от дна. Центр манометра находится выше точки подключения его к сосуду на z=1 м . Определить: а) избыточное давление  на дно при показании манометра  ; б) показание манометра при абсолютном давлении на поверхности воды в сосуде  , атмосферном давлении  и Н =1,5 м. |
| 2. | Определить объем воды, который необходимо подать в водовод диаметром d = 500мм и длиной L = 1км для повышения давления на  . Водовод подготовлен к гидравлическим испытаниям и заполнен водой при атмосферном давлении. Деформацией трубопровода пренебречь. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№5 | |
| 1. | 1. Определить вакуум в резервуаре, если h1 = 100 мм, h2 = 200 мм . |
| 2. | 1. Вода тяжелее керосина в 1,3 раза. Определить плотность  керосина при температуре  . |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№6 | ||
| 1. | Верхняя часть прибора для измерения глубины моря емкостью  заполнена водой, нижняя ртутью. При опускании прибора в море морская вода, плотность которой  , через трубку d вытесняет часть ртути в верхнюю камеру. Определить глубину моря, если после опускания сосуда на дно в верхней камере оказалось m = 0,2 кг ртути. Коэффициент объемного сжатия воды  . Сжимаемостью ртути пренебречь. | |
| 2. | Медный шар диаметром  весит в воздухе  , а при погружении в жидкость  . Определить плотность жидкости. | |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№7 | ||
| 1. | В сосуд, наполненный жидкостью, вставлены два плунжера, расположенные в одной горизонтальной плоскости; площади плунжеров  На первый из них действует сила  . Определить показание манометра рм и силу  , удерживающую в равновесии второй плунжер. | |
| 2. | Удельный вес бензина γ = 7063 H/м3 . Определить его плотность. | |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№8 | |
| 1. | U-образный ртутный манометр подключен к резервуару, заполненному водой. Определить абсолютное давление на поверхности воды, если h1 = 0,15 м , h2 = 0,25 м , атмосферное давление  . |
| 2. | Медный шар диаметром весит в воздухе , а при погружении в жидкость Определить плотность жидкости. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№9 | |
| 1. | Подпорная прямоугольная вертикальная стенка шириной b = 200 м сдерживает напор воды высотой Н =10 м Определить силу полного давления на стенку Р и опрокидывающий момент M . Построить эпюру давлений. |
| 2. | Вода тяжелее керосина в 1,3 раза. Определить плотность керосина при температуре . |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№10 | |
| 1. | 1. Определить силу P полного давления на торцевую, плоскую стенку горизонтальной цилиндрической цистерны диаметром  и точку ее приложения D, если уровень бензина, плотность которого  ,находится на расстоянии Н = 2,4 м от дна цистерны. Цистерна герметически закрыта, избыточное давление паров бензина на свободную поверхность составляет  . |
| 2. | Определить объем воды, который необходимо подать в водовод диаметром d = 500мм и длиной L = 1км для повышения давления на . Водовод подготовлен к гидравлическим испытаниям и заполнен водой при атмосферном давлении. Деформацией трубопровода пренебречь. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№11 | |
| 1. | В резервуар налит керосин с плотностью  . Требуется определить диаметры d болтов, прикрепляющих крышку лаза, и найти положение центра давления на крышку, если уровень керосина в резервуаре находится на расстоянии H = 8 м от дна, число болтов п =12 , диаметр лаза d = 0,75 м и расстояние от его центра тяжести до дна h = 1 м . Допускаемое напряжение на разрыв для болтов  . |
| 2. | При гидравлическом испытании трубопровода длиной L =1000 м и диаметром d=100 мм давление воды в трубе было поднято до  . Через час давление упало до  . Определить, пренебрегая деформацией трубопровода, сколько воды вытекло при этом через зазоры. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№12 | |
| 1. | Определить, на сколько увеличится давление, которое испытывает водолаз в морской воде при переходе от глубины h1 =15 м к глубине h2 = 30 м . |
| 2. | Медный шар диаметром весит в воздухе , а при погружении в жидкость . Определить плотность жидкости. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№13 | |
| 1. | Определить абсолютное и избыточное давление воды на дно открытого сосуда, если атмосферное давление  Па, а глубина воды в сосуде равна h = 2,5 м. |
| 2. | Вода тяжелее керосина в 1,3 раза. Определить плотность керосина при температуре . |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№14 | |
| 1. | Определить величину избыточного гидростатического давления  в точке А под поршнем и давление  в точке В сосуда с водой на глубине z = 2 м от поршня, если на поршень диаметром d = 200 мм действует сила =3080 Н . |
| 2. | Определить объем воды, который необходимо подать в водовод диаметром d = 500мм и длиной L = 1км для повышения давления на . Водовод подготовлен к гидравлическим испытаниям и заполнен водой при атмосферном давлении. Деформацией трубопровода пренебречь. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№15 | |
| 1. | Определить высоты h1 и h2 , если на поршни площадью  действуют силы P1, P2 , P3 . |
| 2. | При гидравлическом испытании трубопровода длиной L =1000 м и диаметром d=100 мм давление воды в трубе было поднято до . Через час давление упало до . Определить, пренебрегая деформацией трубопровода, сколько воды вытекло при этом через зазоры. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№16 | |
| 1. | Определить разность давлений Δp в резервуарах А и В, заполненных бензином, если показание дифференциального ртутного манометра h =70 мм. |
| 2. | В отопительный котел поступает воды при температуре . Сколько кубометров воды входит в котел и выходит из него, если нагрев производится до температуры ; принять коэффициент температурного расширения воды равным ? |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№17 | |
| 1. | Найти силу P2 ,сжимающую тело А при значении P1 = 0 и P1 =120Н, если площадь малого поршня  , большого  , h = 0,2 м и плотность жидкости  . Трением и весом поршней пренебречь. |
| 2. | Определить разность давлений Δp в колбах А и В с водой, если разность уровней ртути в дифференциальном манометре Δh = 23 см. Разность уровней осей колб Н = 1 м. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№18 | |
| 1. | Определить полезную нагрузку Р, действующую вдоль штока, если в поршневую полость гидроцилиндра подводится манометрическое давление  , а в полости со стороны штока манометрическое давление  . Диаметр поршня D =10 см, а диаметр штока d = 3см. Трением пренебречь. |
| 2. | Сообщающиеся сосуды заполнены различными жидкостями. Плотность одной жидкости  , другой -  . Уровень жидкости в первом сосуде h1=0,4м Определить разность уровней h . |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№19 | |
| 1. | Найти силу P2 ,сжимающую тело А при значении P1 = 0 и P1 =120Н, если площадь малого поршня , большого , h = 0,2 м и плотность жидкости . Трением и весом поршней пренебречь. |
| 2. | При гидравлическом испытании трубопровода длиной L =1000 м и диаметром d=100 мм давление воды в трубе было поднято до . Через час давление упало до . Определить, пренебрегая деформацией трубопровода, сколько воды вытекло при этом через зазоры. |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
| Егорьевский технологический институт (филиал) (ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Вариант№20 | |
| 1. | Определить высоты h1 и h2 , если на поршни площадью действуют силы P1, P2 , P3 . |
| 2. | В резервуар налит керосин с плотностью . Требуется определить диаметры d болтов, прикрепляющих крышку лаза, и найти положение центра давления на крышку, если уровень керосина в резервуаре находится на расстоянии H = 8 м от дна, число болтов п =12 , диаметр лаза d = 0,75 м и расстояние от его центра тяжести до дна h = 1 м . Допускаемое напряжение на разрыв для болтов . |
| _____________ доц. Козенец В.В. |
Второй вариант контрольной работы по гидростатике
Задание 1
Задача 1.1
Участок трубопровода заполнен водой при температуре 10 
и атмосферном давлении. Определить повышение давления в трубопроводе при нагреве воды на 5 
и закрытых задвижках на концах участка.
Задача 1.2
| Сообщающиеся сосуды заполнены различными жидкостями. Плотность одной жидкости , другой - . Уровень жидкости в первом сосуде h1=0,4м Определить разность уровней h . |
Задание 2
Задача 2.1
В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром d = 2м хранится 15т нефти. Ее плотность при температуре 
равна 850 
. Определить колебание уровня нефти в резервуаре Δh при колебании температуры от 
до 
. Расширение резервуара не учитывать. Коэффициент температурного расширения нефти 
.
Задача 2.5
| Определить величину избыточного гидростатического давления в точке А под поршнем и давление в точке В сосуда с водой на глубине z = 2 м от поршня, если на поршень диаметром d = 200 мм действует сила =3080 Н . |
Задание 3
Задача 3.1
Котел емкостью 
заполнен водой при атмосферном давлении. Если при гидравлическом испытании нужно довести давление до 
по манометру, то за какое время это можно осуществить при помощи насоса, подающего 
?
Задача 3.2
Гидравлический повыситель давления (мультипликатор) развивает давление  (  ). Под каким начальным давлением  должна подводиться вода под большой поршень диаметром D = 300 мм, если диаметр скалки d = 100 мм ? Трением в уплотнениях пренебречь. |
Задание 4
Задача 4.1
В автоклав объемом W0 = 50 л под некоторым давлением закачано W1 = 50,5 л эфира. Определить, пренебрегая деформацией стенок автоклава, повышение давления в нем Δp , если коэффициент объемного сжатия эфира 
при 
.
Задача 4.2
| Определить давление, возникающее в жидкости, и силу, развиваемую гидравлическим прессом, если: диаметр большого плунжера D=500мм, диаметр малого плунжера d = 50 мм , большое плечо рукоятки а = 500 мм, меньшее плечо b =100 мм. Усилие, прикладываемое к рукоятке G = 150 Н. Весом плунжера и трением в уплотнениях пренебречь. |
Задание 5
Задача 5.1
Определить давление, требующееся для сжатия жидкости с объемным модулем упругости Е=2000 МПа в 1,5 раза.
Задача 5.2
| Определить высоты h1 и h2 , если на поршни площадью действуют силы P1, P2 , P3 . |
Задание 6
Задача 6.1
Участок трубопровода заполнен водой при температуре 10 и атмосферном давлении. Определить повышение давления в трубопроводе при нагреве воды на 5 и закрытых задвижках на концах участка.
Задача 6.2
Определить давление резервуаре p0 и высоту подъема уровня воды h1 в трубке 1, если  , h3 = 0,8 м и показание ртутного манометра h2 = 0,15 м . |
Задание 7
Задача 7.1
В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром d = 2м хранится 15т нефти. Ее плотность при температуре равна 850 . Определить колебание уровня нефти в резервуаре Δh при колебании температуры от до . Расширение резервуара не учитывать. Коэффициент температурного расширения нефти .
Задача 7.2
| Найти силу P2 ,сжимающую тело А при значении P1 = 0 и P1 =120Н, если площадь малого поршня , большого , h = 0,2 м и плотность жидкости . Трением и весом поршней пренебречь. |
Задание 8
Задача 8.1
Котел емкостью заполнен водой при атмосферном давлении. Если при гидравлическом испытании нужно довести давление до по манометру, то за какое время это можно осуществить при помощи насоса, подающего ?
Задача 8.2
| Определить полезную нагрузку Р, действующую вдоль штока, если в поршневую полость гидроцилиндра подводится манометрическое давление , а в полости со стороны штока манометрическое давление . Диаметр поршня D =10 см, а диаметр штока d = 3см. Трением пренебречь. |
Задание 9
Задача9.1
В автоклав объемом W0 = 50 л под некоторым давлением закачано W1 = 50,5 л эфира. Определить, пренебрегая деформацией стенок автоклава, повышение давления в нем Δp , если коэффициент объемного сжатия эфира при .
Задача 9.2
Определить работу, затрачиваемую на перемещение поршня площадью  на расстояние L в трубопроводе, соединяющем резервуары 1 и 2 с площадями  , заполненные при начальном положении поршня до одной и той же высоты жидкостью плотностью ρ . Трением поршня о стенки трубопровода пренебречь. |
Задание 10
Задача 10.1
Определить давление, требующееся для сжатия жидкости с объемным модулем упругости Е=2000 МПа в 1,5 раза.
Задача 10.2
Две вертикальные трубы центрального отопления соединены горизонтальным участком, на котором установлена задвижка диаметром d = 0,2 м . Температура воды в правой вертикальной трубе равна  , а в левой  . Найти разность сил полного давления на задвижку справа Р1 и слева Р2. Высота воды в вертикальных трубах над уровнем горизонтальной трубы hс = 20м. |
Задание 11
Задача 11.1
Участок трубопровода заполнен водой при температуре 10 и атмосферном давлении. Определить повышение давления в трубопроводе при нагреве воды на 5 и закрытых задвижках на концах участка.
Задача 11.2
| Определить силу полного давления воды на плоский щит, перекрывающий канал, и усилие, которое необходимо приложить для подъема щита. Ширина канала b = 1,8 м, глубина воды в канале h = 2,2 м. Вес щита G = 15 кН. Коэффициент трения щита по опорам f = 0,25. |
Задание 12
Задача 12.1
В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром d = 2м хранится 15т нефти. Ее плотность при температуре равна 850 . Определить колебание уровня нефти в резервуаре Δh при колебании температуры от до . Расширение резервуара не учитывать. Коэффициент температурного расширения нефти .
Задача 12.2
Котел системы водяного отопления имеет люк для осмотра диаметром D = 0,8 м . Люк закрыт плоской крышкой, прикрепленной n = 10 болтами. Определить диаметр болтов, если уровень воды в расширительном сосуде находится на высоте H = 30 м , а центр тяжести крышки на высоте h = 2 м от осевой линии котла. Температура воды  . |
Задание 13
Задача 13.1
Котел емкостью заполнен водой при атмосферном давлении. Если при гидравлическом испытании нужно довести давление до по манометру, то за какое время это можно осуществить при помощи насоса, подающего ?
Задача 13.2
| Прямоугольный поворотный затвор размерами b× a =1× 2 м перекрывает выход из резервуара. На каком расстоянии х необходимо расположить ось затвора 0 , чтобы при открывании его в начальный момент необходимо было преодолевать только трение в шарнирах, если глубина в резервуаре H = 3 м . |
Задание 14
Задача 14.1
В автоклав объемом W0 = 50 л под некоторым давлением закачано W1 = 50,5 л эфира. Определить, пренебрегая деформацией стенок автоклава, повышение давления в нем Δp , если коэффициент объемного сжатия эфира при .
Задача 14.2
| Вертикальный плоский прямоугольный щит, состоящий из пяти одинаковых досок шириной a = 20 см и длиной l =1,6м, сдерживает напор воды высотой H =1м. Определить силу Р давления воды на щит в целом и на каждую доску щита в отдельности. |
Задание 15
Задача 15.1
Определить давление, требующееся для сжатия жидкости с объемным модулем упругости Е=2000 МПа в 1,5 раза.
Задача 15.2
В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром D = 8м находится вода высотой слоя h1 =1,2м и нефть плотностью 
c высотой слоя h2 = 6,6м. Определить манометрическое давление p у дна резервуара и силу Р действия жидкости на дно.