Гидростатическое давление и его свойства. Гидростатика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей

Гидростатика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей. В гидростатике рассматриваются силы, действующие в покоящейся жидкости, давление ее на различные поверхности, а также равновесие твердых тел, частично или полностью погруженных в жидкость. Законы гидростатики лежат в основе многих практически важных инженерных расчетов. Они широко используются при расчете гидравлических систем машин и механизмов, плавучести и устойчивости плавающих средств, резервуаров для хранения жидкостей и др.

Как установлено ранее, в жидкости, находящейся в покое (u = 0), свойство вязкости не проявляется и касательные силы отсутствуют (t = 0). В связи с этим в покоящейся жидкости могут существовать только нормальные сжимающие силы. Эти силы называются силами гидростатического давления.

Различают суммарное гидростатическое давление и гидростатическое давление в точке.

Выделим в жидкости поверхность произвольной формы площадью F (рис. 1 – 1). Сила давления жидкости P на площадь конечных размеров F называется суммарным давлением жидкости. Суммарное давление жидкости имеет размерность силы [P] = н, кгс.

Возьмем на поверхности F в окрестности произвольной точки A бесконечно малую площадку DF. Пусть на эту площадку со стороны жидкости действует сила DP. Будем уменьшать величину площадки DF до нуля. Тогда отношение силы DP к площади DF будет стремиться к определенному пределу, который называется гидростатическим давлением p в точке (или сокращенно гидростатическим давлением):

. (1 – 1)

Гидростатическое давление в жидкости имеет размерность напряженияи аналогично нормальному напряжению в твердых телах:

Гидростатическое давление в точке покоящейся жидкости обладает двумя основными свойствами.

Первое свойство: гидростатическое давление всегда нормально к поверхности (площадке), на которую оно действует, и направлено по внутренней нормали к ней (рис. 1 – 2).

Это единственно возможное направление гидростатического давления, соответствующее случаю отсутствия в жидкости касательных или растягивающих сил и сохранению равновесия покоящейся жидкости.

Второе свойство: гидростатическое давление в данной точке жидкости одинаково по всем направлениям (рис. 1 – 3):

p_x = p_y = p_z = p_n = p. (1 – 2)

Индексами x, y, z, n отмечены одинаковые по величине, но различные по направлению давления в данной точке. Согласно этому свойству на любую единичную площадку, проведенную через данную точку и произвольно ориентированную в этой точке, будет действовать одно и то же по величине гидростатическое давление, направленное в каждом случае (в соответствии с первым свойством) нормально к площадке. Поэтому второе свойство гидростатического давления можно выразить также в следующем виде: величина гидростатического давления в данной точке не зависит от угла наклона единичной площадки, на которую оно действует.

Однако, в различных точках, по-разному расположенных в жидкости, гидростатическое давление, вообще говоря, не будет одинаковым. Оно будет зависеть от сил, действующих в жидкости, и является функцией координат рассматриваемой точки: p = p (x, y, z).