Гидравлика (стр. 1 из 7)
1 Жидкость и ее основные физические свойства
1.1 Определение жидкости
Жидкость - физическое тело, обладающее свойством текучести, т.е. способностью неограниченно изменять свою форму под действием даже весьма малых сил, но в отличие от газов практически не изменяющее свой объем при изменении давления.
В обычном состоянии жидкость оказывает малое сопротивление разрыву и большое сопротивление сжатию (имеет малую сжимаемость). Вместе с тем жидкость оказывает значительное сопротивление относительному движению соседних слоев (обладает вязкостью) . В понятие «жидкость» включают как жидкости обычные, называемые капельными, так и газы, когда их можно считать как сплошную малосжимаемую легкоподвижную среду.
В гидравлике рассматривают только капельные жидкости. К ним относятся вода, нефть, керосин, бензин, ртуть и др. Газообразные жидкости - воздух и другие газы - в обычном состоянии капель не образуют. Основной особенностью капельных жидкостей является то, что в большинстве случаев их рассматривают как несжимаемые.
1.2 Основные свойства жидкости
Рассмотрим основные физические свойства жидкости: плотность, удельный вес, температурное расширение и вязкость.
1 Плотность
- отношение массы жидкости mк занимаемому объему V :
.(1.1)Единица плотности в системе СИ-
.Плотность воды при температуре 
.2 Удельный вес
( 
)- это вес единицы объема, т.е. 
, (1.2)где
-вес жидкости в объеме V.Для воды при
имеем 
.Между удельным весом
и плотностью можно найти связь, если учесть что G=mg: 
. (1.3)3 Температурное расширение. Характеризируется температурным коэффициентом
объемного расширения, представляющим собой относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на 
: 
(1.4)где
изменение температуры, 
.4 Вязкость-свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее слоев. Это свойство проявляется в том, что в жидкости при ее движении между слоями возникают касательные напряжения. При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью (рис. 1.1). Скорость U уменьшается по мере уменьшения расстояния y от стенки.
 | Согласно гипотезе И.Ньютона касательные напряжения , возникающие в движущейся жидкости, зависят от ее рода и характера и прямо пропор-циональны градиенту скорости |
| Рисунок 1.1 – Профиль скоростей при течении вязкой жидкости |
, (1.5)где
коэффициент динамической вязкости жидкости; 
-приращение скорости, соответствующее приращению координаты dy.Градиент скорости
характеризует интенсивность сдвига жидкости в данной точке, коэффициент 
- вязкость капельных жидкостей и имеет размерность Нс/м2 (Па∙с).На практике наиболее часто используется коэффициент кинематической вязкости
. (1.6)Он измеряется в
. Для воды при 
.2 Гидростатика
2.1 Гидростатическое давление
Гидростатика — это раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкости и применение этих законов для решения практических задач.
На жидкость, находящуюся в состоянии равновесия (покоя), действуют две категории сил: поверхностные и массовые.
Поверхностные силы - это силы, действующие на поверхности объемов жидкости, например, сила давления поршня, сила атмосферного давления. Массовыми являются силы, пропорциональные массе жидкости: силы тяжести, инерции. В результате действия внешних сил внутри жидкости возникает напряжение сжатия или гидростатическое давление. Итак, гидростатическим давлением р называется сжимающее напряжение, возникающее внутри покоящейся жидкости. Средним гидростатическим давлением называется отношение
(2.1)где F- сжимающая сила, Н; S- площадь площадки,
.Гидростатическое давление, как и напряжение, измеряется в
или в паскалях (Па):1 =1Па= = 
Кроме того, гидростатическое давление измеряется в 
, высотой столба жидкости, мм вод.ст. и мм рт. ст., в атмосферах физических ,а, и технических ,ат. На практике давление часто имеряют в технических атмосферах. Между единицами существует следующая связь: 
.Гидростатическое давление имеет такие свойства:
а) гидростатическое давление направлено всегда по внутренней нормали (перпендикуляру) к площадке, на которую оно действует (рис 2.1);
Рисунок 2.1 - Направление давления
б) гидростатическое давление в любой точке жидкости по всем направлениям одинаково.
2.2 Основное уравнение гидростатики
Возьмем в жидкости произвольную точку с координатой Z и глубиной погружения h(рис 2.2).
 | Уравнение, выражающее гидростатическое давление р в любой точке неподвижной жидкости в том случае, когда из массовых сил на нее действует только одна сила тяжести, называется основным уравнением гидростатики |
| Рисунок 2.2 – Давление в точке |
(2.2)где
- давление на свободной поверхности жидкости;h- глубина расположения рассматриваемой точки.
Другая форма записи уравнения (2.2) имеет вид
(2.3)где z и
-вертикальные координаты произвольной точки и свободной поверхности жидкости, отсчитываемые от горизонтальной плоскости.При известной величине удельного веса
уравнение (2.2) можно записать в виде 
. (2.4)Из выражения (2.4) следует, что гидростатическое давление р в данной точке равно сумме давлений на свободной поверхности жидкости
и давления, производимого столбом жидкости высотой, равной глубине погружения точки.2.3 Понятие о пьезометрической высоте и вакууме
Различают давление, которое соответствует абсолютному нулю, и давление атмосферное (рис.2.3). Относительно абсолютного нуля давление в любой точки жидкости называется абсолютным
.  | Разность между абсолютным давлением и атмосферным давлением  называется избыточным давлением и обозначается  : |
| Рисунок 2.3 – Виды давления |
(2.5)