Воспользуемся основным дифференциальным уравнением гидростатики (4.6)
dp = r × (X × dx + Y × dy + Z × dz).
В случае равновесия несжимаемой жидкости в поле земного тяготения проекции ускорения массовой силы (силы тяжести) X, Y и Z на координатные оси 0x, 0y и 0z (ось 0z направлена вертикально вверх) равны соответственно:
X = gx = 0; Y = gy = 0; Z = gz = – g,
где gx, gy и gz – проекции ускорения g по координатным осям.
Тогда из основного дифференциального уравнения гидростатики (4.6) имеем:
dp = – r × g × dz
или
+ dz = 0. (6.1)
Интегрируя (6.1) при r = const, имеем
+ z = С, (6.2)
где С – постоянная интегрирования.
Для определения постоянной интегрирования С рассмотрим резервуар, заполненный жидкостью (рис. 12).
Рисунок 12
Для точки m, лежащей на свободной поверхности жидкости р = рсв и z = z0. Подставляя эти значения в (6.2) находим, что
С = + z0.
Тогда
+ z = + z0
или
р = рсв + r × g × (z0 – z).
Обозначим (z0 – z) = h,
где h – глубина погружения рассматриваемой точки под уровень свободной поверхности жидкости.
|
|
Окончательно основное уравнение гидростатики (в интегральной форме) имеет вид:
р = рсв + r × g × h, (6.3)
где р – полное (или абсолютное) давление в рассматриваемой точке;
рсв – давление на свободную поверхность жидкости (внешнее давление). Часто обозначается р0;
r × g × h – относительное (или весовое) давление. Эта величина равна весу столба жидкости при единичной площади и высоте h.
Общий гидростатический закон может быть сформулирован следующим образом: давление в любой точке покоящейся жидкости равно внешнему давлению, сложенному с весом столба жидкости высотой от поверхности до данной точки с площадью основания, равной единице.
Иначе можно сказать, что абсолютное (полное) давление в рассматриваемой точке равно внешнему давлению, сложенному с давлением столба жидкости над точкой.
Если абсолютное давление в рассматриваемой точке р больше атмосферного рбар, то разность (р – рбар) представляет собой превышение полного давления над атмосферным и называется манометрическим или избыточным давлением в данной точке:
ризб = рман = (р – рбар). (6.5)
ризб = рман = рсв + r × g × h – рбар.
Если давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному (рсв = рбар), то
ризб = рман = r × g × h.
В этом случае избыточное и весовое давление совпадают.
Если абсолютное давление в точке меньше атмосферного, то недостача абсолютного давления до атмосферного называется вакуумом или разрежением:
рвак = (рбар – р). (6.6)