Гидростатическое давление и его свойства. Единицы измерения

На жидкое тело могут действовать две категории сил: по­верхностные и массовые. Поверхностные силы — это такие силы, которые ока­зывают действие на поверхность жидкого тела, например силы давления поршня или плунжера насоса, атмосферное давление и др.

Массовые, или объемные, силы — это силы тяжести, инерции и центробежные силы, которые в однородной жидкости распределены по всему объему жидкого тела. При воздействии поверхностных и массовых сил в жидкости возникают внутрен­ние силы, вызывающие внутри жидкого тела напряжение, ана­логичное напряжению, возникающему в твердых телах при воз­действии на них внешних сил. Находящееся в состоянии равновесия жидкое тело (рис. 2, а) разделим мысленно плоскостью ВС на две равные части. Верх­няя часть / жидкого тела будет оказывать давление на нижнюю часть //. Для сохранения равновесия нижней части мысленно приложим силу Р, с которой верхняя часть действует на нижнюю (рис. 2, б). Силу Р называют силой гидростатического давления. Если разделить эту силу Р на площадь w, то получим среднее гидростатическое давление p_ср, т. е.

Таким образом, гидростатическое давление в точке есть пре­дел отношения при 'условии, что стремится к нулю. Гидростатическое давление р измеряют в Па или МПа. Гидро­статическое давление обладает двумя основными свойствами. Первое свойство. Гидростатическое давление действует всегда по внутренней нормали, направленной к площадке действия. Второе свойство. Гидростатическое давление не зависит от ориентации (угла наклон а) площадки действия и в различных направлениях одина­ково по величине.

Закон Паскаля

Рассмотрим сосуд, наполненный жидкостью (рис. 7, а). На свободной поверхности жидкости при помощи поршня, находя­щегося в положении /—/, создано давление, равное р₀. Абсолют­ное давление в точке А будет pA=Po+pgh- Переместим поршень в положение //—//. Давление на свободной поверхности жидко­сти в сосуде увеличится на величину Др и будет равно р₀ + &р. Тогда абсолютное давление в точке А будет р = p₀ + A.p + pgh. Следовательно, при изменении давления на величину Д/? на свободной поверхности жидкости на эту же величину изменится давление и в точке А. Это значит, что если жидкость на­ходится в состоянии покоя, то изменение давле­ния на любой внешней поверхности, возникаю­щее от действия внешних сил, передается без и з -менениявовсе точки объема, за ним аемого дан­ной жидкостью. В этом и заключается сущность закона Паскаля, широко применяемого при расчете и конструировании гидравлических машин. Например, конструкцию гидравлического пресса, предназначенного для увеличения сжимающей силы, рассчитывают с использованием закона Паскаля, да и сама идея конструкции гидравлического,пресса принадлежит Паскалю. На рис. 7, б показана принципиальная схема гидропресса. Со­гласно схеме на малый поршень действует сила Р\, на боль­шой pz- Система заполнена однородной жидкостью. Гидравличе­ское давление, создаваемое приложенной пилой Р,. в правом цилиндре равно /?₁ = P_I/Q_b в левом цилиндре Но, по закону Паскаля, р\ = р2,

следовательно,

откуда суммарная сила, действующая на большой поршень, равна

 (50)

Разница в массе поршней нами не учитывается. С учетом коэффициента полезного действия

 (51)

Обычно КПД, который учитывает силы трения в манжетах при движении поршней, принимают равным т] = 0,75...0,80.

Таким образом, сжимающее усилие Р₂, действующее на боль­шой поршень, возрастает во столько раз, во сколько площадь большого поршня больше площади малого поршня без учета КПД гидропресса.