г. Санкт-Петербург,
Ленинский пр.,
114 лит. А, оф. 170 Н
Гидростатическое давление. В покоящейся жидкости давление, например атмосферное, приложенное к ее поверхности, согласно закону Паскаля передается без изменения во все точки жидкого объема. Если дополнительные внешние силы отсутствуют, то избыточное по отношению к атмосферному гидростатическое давление р внутри покоящейся жидкости в любой точке объема определяется только весом расположенного выше столба жидкости высотойhр:
где,1— капиллярная трубка; 2 — измерительная трубка; 3 —элементарный объем А; 4 — трубки Пито; 5, 6 — поверхности (5 — гидродинамических напоров идеальной жидкости, 6 — гидростатических напоров движущейся вязкой жидкости)
Если плотность воды по глубине изменяется, то жидкость является неоднородной и гидростатическое давление в ней определяется следующим выражением:
Где z - вертикальная координата.
Равнодействующая сила гидростатического давления выталкивает погруженное в воду тело с силой, равной весу воды в объеме тела. Вода — смачивающая жидкость, поэтому в капиллярах она образует вогнутые мениски, давление под которыми меньше атмосферного; эта разность давлений поднимает воду в капилляре радиусом rк на высоту, равную согласно формуле Лапласа:
Гидростатический напор. Известно, что механическая энергия некоторого объема покоящейся жидкости с постоянной плотностью определяется ее потенциальной составляющей и измеряется работой, которую надо совершить, чтобы преодолеть действие сил двух полей; 1) гравитации (поднять этот объем жидкости на высоту г относительно выбранной плоскости сравнения); 2) гидростатического давления (действующего в этом объеме). В качестве показателя потенциальной энергии единицы веса жидкости используется гидростатический,напор H, измеряемый в метрах:
где Hр — пьезометрическая высота, характеризующая долю потенциальной энергии, связанной с действием гидростатического давления; z— геометрическая высота положения рассматриваемого объема над плоскостью сравнения.
Гидродинамический напор. Механическая энергия движущегося объема жидкости включает потенциальную и кинетическую. Из гидродинамики идеальной жидкости, т. е. несжимаемой, постоянной плотности и не обладающей вязкостью и инерцией, известно, что ее полная энергия определяется уравнением Бернулли:
где Hи — гидродинамический напор, характеризующий полную энергию движущейся жидкости с определенным весом; и2/(2g) — скоростной напор, или скоростная высота, hи, характеризующий дополнительный подъем воды в измерительной трубке (трубка Пито), обусловленный скоростью и установившегося потока жидкости.
Силы вязкости. Реальные жидкости обладают вязкостью, или внутренним трением, т. е. сопротивлением перемещению слоев относительно друг друга. Если возьмем несколько слоев жидкости общей мощностью т и представим, что нижний слой неподвижен, а верхний медленно движется со скоростью и, то все лежащие между ними слои начнут медленно двигаться параллельно друг другу со скоростями, уменьшающимися сверху вниз от µ до 0. Вязкость проявляется в том, что частицы жидкости проникают из слоя в слой, и каждый вышележащий слой увлекает за собой нижележащий. И.Ньютон изучил такое параллельно-струйное движение и установил следующее: а) чтобы вызвать перемещение слоев жидкости, к ней надо приложить внешнюю силу и Совершить работу по взаимному перемещению слоев, работа превращается в тепловую энергию движения молекул жидкости; б) трение между слоями пропорционально поверхности соприкосновения слоев Ω и скорость относительного взаимного перемещения слоев; в) сила трения не зависит от давления в жидкости и различна для разных жидкостей; г) сила вязкого трения направлена противоположно потоку жидкости.
Согласно закону Ньютона сила вязкого трения равна:
Силы вязкого трения увеличиваются с ростом и и уменьшением толщины слоя жидкости m. Повышение температуры жидкости приводит к ускорению ее движения, так как µ уменьшается. При возрастании давления до 20 МПа ц примерно постоянно, далее быстро увеличивается.