Гидростатическое давление

Гидростатика – это раздел гидравлики, рассматривающий законы равновесия жидкости и их практическое применение.

На жидкость, находящуюся в состоянии равновесия действуют внешние силы, распределенные по ее массе (объемные) и по поверхности (поверхностные силы). К первым относятся вес, силы инерции, ко вторым - силы давления внутри жидкости и атмосферного давления на свободную поверхность, силы трения в движущейся жидкости. Под влиянием этих сил на каждую точку жидкости, находящейся в равновесии, действует гидростатическое давление. Оно представляет собой напряжение сжатия и определяется выражением

Гидростатическое давление обладает следующими свойствами.

1⁰. В любой точке жидкости оно направлено перпендикулярно поверхности внутрь рассматриваемого объема жидкости.

2⁰. Оно неизменно во всех направлениях.

3⁰. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.

Поверхность, во всех точках которой гидростатическое давление одинаково называется поверхностью равного давления.

Уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке покоящейся жидкости при условии действия на нее только силы тяжести, называется основным уравнением гидростатики.

p =p₀ + ρgh, (2.1)

где р₀ – давление на свободной поверхности жидкости, которое передается всем точкам этой жидкости и по всем направлениям без изменения (закон Паскаля); ρ – плотность жидкости; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения; h – глубина погружения рассматриваемой точки.

Зная координаты свободной поверхности и произвольной точки, уравнение (1.1) можно записать в виде

,

где z и z₀ - вертикальные координаты произвольной точки и свободной поверхности (геометрическая высота); - пьезометрическая высота; сумма - гидростатический напор.

Давление, отсчитанное от абсолютного нуля, называется абсолютным (p_абс.), от атмосферного (р_а.) - избыточным (манометрическим) (р_изб.), т.е.

p_абс.= р_а.+ р_изб.

Состояние, при котором давление в жидкости меньше атмосферного называют вакуум (разрежение):

p_вак.= р_а.- р_абс.

Единица измерения давления – Паскаль (Па), но наиболее удобными для практического использования являются кратные единицы: 1 кПа = 10³ Па, 1 МПа = 10⁶ Па. Наряду с этими используют и другие единицы измерения: бар, техническая атмосфера (ат), физическая атмосфера (атм), единица жидкосного столба (мм рт.ст., мм вод.ст.). Связь между единицами давления представлена в приложении 2.