2 — гидростатика

Закон Архимеда

Вследствие разности давлений в жидкости на разных уровнях появляется архимедова сила F_formula_А или сила выталкивающая.

Возникновение выталкивающей силы поясним на рисунке 1.15.3.

Рис. 1.15.3. АрхимедовасилаFА=F2–F1=S(p2–p1)=ρgSh, F1=p1S, F2=p2S.

Прямоугольный параллелепипед (h – высота, S – площадь основания) погрузим в жидкость. Запишем разность давлений на нижнюю и верхнюю грани: Δp=p2–p1=ρgh. Таким образом, выталкивающая сила FА будет иметь направление вверх, и ее модуль: FА=F2 – F1=SΔp=ρgSh=ρgV (V является объемом вытесненной жидкости; ρV– ее массой).

Определение 5

Закон Архимеда: архимедова сила, оказывающая воздействие на тело, погруженное в жидкость или газ, равна весу жидкости или газа, который вытесняется телом.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Закон Архимеда применим к телам любой формы.

Следствием из закона Архимеда является утверждение, что, если средняя плотность тела ρт больше плотности жидкости (или газа) ρ, тело опустится на дно. Если же ρт<ρ, тело будет плавать на поверхности жидкости. Объем той части тела, которая погружена в жидкость, будет таким, что вес вытесненной жидкости станет равным весу тела. Чтобы поднять воздушный шар в воздух, его вес должен быть меньше, чем вес вытесненного воздуха. Именно по этой причине воздушные шары наполняют легкими газами (водородом, гелием) либо нагретым воздухом.

Мы получили выше формулу, определяющую полное давление в жидкости p=p+ρgh; из нее следует, что в сообщающихся сосудахлюбой формы, наполненных однородной жидкостью, давления в любой точке на одном и том же уровне одинаковы (рис. 1.15.4).

Рис. 1.15.4. Пример сообщающихся сосудов. В правом сосуде поверхность жидкости свободна. На уровне h давление в обоих сосудах одинаково и равно p=FS=ρgh+pатм. Давление на дно сосудов p=p+ρgh.

Закрыв поршнями оба цилиндра вертикального расположения сообщающихся сосудов и приложив внешнюю силу к поршням, мы создадим в жидкости большое давление p, во много раз превышающее гидростатическое давление ρgh в любой точке системы. В таком случае можно утверждать, что во всей системе установлено одинаковое давление p.

При разных площадях поршней (S1 и S2) и воздействие на них силы со стороны жидкости будет разным (F1=pS1 и F2=pS2). Для удержания системы в состоянии равновесия прикладываемые силы к поршням должны быть такими же по модулю, но имеющими противоположную направленность. В итоге имеем: F1S1=F2S2 или F2=F1S2S1.

Если S2≫S1, то F2≫F1. Устройства такого строения дают возможность использовать значительный выигрыш в силе и называются гидравлическими машинами (рис. 1.15.5). При перемещении поршня в узком цилиндре вниз под воздействием внешней силы F1 на расстояние h1 поршень в широком цилиндре сдвинется на расстояние h2=S1S2h1, поднимая тяжелый груз.

Из всего сказанного следует:

Определение 6

«Золотое правило механики»: выигрыш в силе в n=S2S1 раз всегда соответствует такому же проигрышу в расстоянии, а произведение силы при этом не изменяется: F1h1=F2h2.

Данное правило справедливо для всех идеальных машин, в которых исключена сила трения.

Рис. 1.15.5. Гидравлическая машина.

Определение 7

Гидравлические машины, используемые для подъема грузов, называют домкратами.

Домкраты широко применяются, в том числе, в качестве гидравлических прессов. В качестве жидкости обычно используют минеральные масла.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Закон Паскаля. Гидростатическое давление

Этот закон был открыт французским ученым Б. Паскалем в 1653 г. Его иногда называют основным законом гидростатики.

Закон Паскаля можно объяснить с точки зрения молекулярного строения вещества. В твердых телах молекулы образуют кристаллическую решетку и колеблются около своих положений равновесия. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они могут перемещаться друг относительно друга. Именно эта особенность позволяет давление, производимое на жидкость (или газ) передавать не только в направлении действия силы, но и во всех направлениях.

Закон Паскаля нашел широкое применение в современной технике. На законе Паскаля основана работа современных суперпрессов, которые позволяют создавать давления порядка 800 МПа. Также на этом законе построена работа всей гидроавтоматики, управляющей космическими кораблями, реактивными авиалайнерами, станками с числовым программным управлением, экскаваторами, самосвалами и т.д.

Гидростатическое давление жидкости

Гидростатическое давление внутри жидкости на любой глубине не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость, и равно произведению плотности жидкости, ускорения свободного падения и глубины, на которой определяется давление:

В однородной покоящейся жидкости давления в точках, лежащих в одной горизонтальной плоскости (на одном уровне), одинаковы. Во всех случаях, приведенных на рис. 1, давление жидкости на дно сосудов одинаково.

Рис.1. Независимость гидростатического давления от формы сосуда

На данной глубине жидкость давит одинаково по всем направлениям, поэтому давление на стенку на данной глубине будет таким же, как и на горизонтальную площадку, расположенную на такой же глубине.

Полное давление в жидкости, налитой в сосуд, складывается из давления у поверхности жидкости и гидростатического давления:

Давление у поверхности жидкости часто равно атмосферному давлению.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Основной закон гидростатики, согласно которому давление, создаваемое в любой точке покоящейся несжимаемой жидкости, одинаково во всех точках ее объема.  

Основной закон гидростатики — это закон Паскаля, согласно которому в состоянии равновесия величина давления р в жидкости ( или газе) не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует.  

Основной закон гидростатики широко применяется для решения практических задач

Однако при его использовании в практических расчетах следует обращать особое внимание на высоту / г, так как она может принимать как положительные, так и отрицательные значения.  

Кроме основных законов гидростатики Архимеда, Сте-вин формулирует еще два положения, касающиеся элементарных свойств несжимаемой тяжелой жидкости.  

Как записывается основной закон гидростатики.  

ПАСКАЛЯ ЗАКОН — основной закон гидростатики, согласно к-рому давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости, передается одинаково по всем направлениям.  

ПАСКАЛЯ ЗАКОН — основной закон гидростатики, согласно к-рому давление на поверхность жидкости, произведенное внеш.  

Полученное уравнение называют основным законом гидростатики. Оно позволяет подсчитать давление в любой точке внутри покоящейся жидкости.  

Это уравнение и выражает основной закон гидростатики.  

При выборе знака в основном законе гидростатики всегда следует помнить, что чем ниже ( глубже) располагается точка в данной жидкости, тем больше давление в этой точке.  

Гидравлический пресс.| Сосуды разной формы.  

Это и есть принцип Паскаля — основной закон гидростатики.  

В заключение следует добавить, что основной закон гидростатики широко используется при измерении давлений.  

Схема действия сил при прямолинейном движении сосуда.  

Эта зависимость является более общей, чем основной закон гидростатики, который может быть получен из нее как частный случай. Тогда с учетом 1 Низ (2.11) получим формулу (2.1), т.е. основной закон гидростатики.  

Страницы:      1    2    3

Вопросы по гидростатике

Вопрос 1. Что такое гидростатический парадокс?

Ответ. Гидростатический парадокс – явление, когда вес жидкости в сосуде не совпадает с весовым давлением, которое она оказывает на стенки сосуда. Возникает в сосудах конусообразной формы.

Вопрос 2. Какие есть внесистемные единицы изменения давления:

Ответ. Внесистемные единицы давления:

  • миллиметр ртутного столба;
  • бар;
  • атмосфера.

Вопрос 3. В условиях физических задач часто можно встретить формулировку «нормальные условия». Что этот значить?

Ответ. Это значит, что давление нужно брать равным 101325 Па (или 760 мм рт. ст.), а температуру – 0 градусов Цельсия (или 273 Кельвина).

Вопрос 4. Что такое сообщающиеся сосуды?

Ответ. Сообщающиеся сосуды – это емкости, соединенные между собой. Жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой. Уровень жидкости с одной плотностью в сообщающихся сосудах всегда одинаков. Простейший пример сообщающихся сосудов: обычный чайник. Если мы нальем в него воду, уровень будет одинаковым как в носике, так и в основном объеме. Если же плотности жидкостей разные, то выше будет уровень той, у которой плотность меньше.

Вопрос 5. Что такое гидравлический пресс?

Ответ. Гидравлический пресс – устройство, в основе действия которого лежит закон Паскаля и принцип сообщающихся сосудов. Пресс состоит из двух соединённых и заполненных маслом цилиндров: узкого и широкого. При нажатии на поршень узкого цилиндра, широкий цилиндр получает во столько раз большее давление, во сколько раз площадь большего поршня больше площади меньшего поршня.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector