Силы, действующие на жидкость. Давление в жидкости

Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практические приложения.

Из механики твердого тела известно, что в том случае, если на тело не действуют внешние силы или их сумма равна нулю, то тело находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения. Данное утверждение справедливо и для жидкости. В этом случае отсутствует взаимное перемещение частиц жидкости и такое состояние массы жидкости называется равновесным.

Все внешние силы, действующие на жидкость, можно разделить на массовые (объемные) и поверхностные.

Массовые силы – это силы, величина которых пропорциональна массе (силы тяжести, силы инерции).

Поверхностные силы – это силы, действующие на поверхность S ограничивающую объем V, со стороны окружающей жидкости. К ним относятся: силы давления и силы трения. Эти силы непрерывно распределены по поверхности жидкости и пропорциональны площади этой поверхности.

В общем случае поверхностная сила R, действующая на площадке S, направлена под некоторым углом к ней, и ее можно разложить на нормальную F и тангенциальную T составляющие (Рис.2.1).         

Рис.2.1. Разложение поверхностной силы на две составляющие.

Первая называется силой давления, а вторая – силой трения.

Массовые силы отнесенные к единице массы, а поверхностные к единице площади называют единичными силами.

Так как массовая сила равна произведению массы на ускорение, следовательно, единичная массовая сила равна соответствующему ускорению.

Единичная поверхностная сила, называемая напряжением поверхностной силы, раскладывается на нормальные и касательные напряжения.

Нормальное напряжение называется давлением гидромеханическим, а в случае покоя – гидростатическим и обозначается буквой р.

Если сила давления F равномерно распределена по площадке S, то среднее давление определяется по формуле

                                   р= .                                                      (2.1)

Давление в данной точке равно

                                  р= .                                                (2.2)

Если давление р отсчитывается от абсолютного нуля, то его называют абсолютным, а если отсчитывается от атмосферного давления р_а, то его называют избыточным или манометрическим(р_м).

Следовательно

                             р_абс=р_а+р_м.

Таким образом, манометрическое давление – это превышение давления в данной точке над атмосферным

                                                 р_м=р_абс-р_а.