Какие силы действуют на жидкость в сосуде

ВикиЧтение

Гидравлика
Бабаев М А

3. Силы, действующие в жидкости

Жидкости делятся на покоящиеся и движущиеся.

Здесь же рассмотрим силы, которые действуют на жидкость и вне ее в общем случае.

Сами эти силы можно разделить на две группы.

1. Силы массовые. По-другому эти силы называют силами, распределенными по массе: на каждую частицу с массой ?M = ?W действует сила ?F, в зависимости от ее массы.

Пусть объем ?W содержит в себе точку А. Тогда в точке А:

где FА – плотность силы в элементарном объеме.

Плотность массовой силы – векторная величина, отнесена к единичному объему ?W; ее можно проецировать по осям координат и получить: Fx, Fy, Fz. То есть плотность массовой силы ведет себя, как массовая сила.

Примерами этих сил можно назвать силы тяжести, инерции (кориолисова и переносная силы инерции), электромагнитные силы.

Однако в гидравлике, кроме особых случаев, электромагнитные силы не рассматривают.

2. Поверхностные силы. Таковыми называют силы, которые действуют на элементарную поверхность ?w, которая может находиться как на поверхности, так и внутри жидкости; на поверхности, произвольно проведенной внутри жидкости.

Таковыми считают силы: силы давления которые составляют нормаль к поверхности; силы трения которые являются касательными к поверхности.

Если по аналогии (1) определить плотность этих сил, то:

нормальное напряжение в точке А:

касательное напряжение в точке А:

И массовые, и поверхностные силы могут быть внешними, которые действуют извне и приложены к какой-то частице или каждому элементу жидкости; внутренними, которые являются парными и их сумма равна нулю.

Читайте также

Глава IX. Увеличение держащей силы

Как «прописал» доктор Хейн
На первый взгляд изобретение капитана Холла — последний завершающий этап в многовековой истории якоря. Что еще можно придумать, если и так конструкция доведена почти до совершенства? Правда, держащая сила

14. “Боевые силы Черноморского флота можно признать достаточными”

14. “Боевые силы Черноморского флота можно признать достаточными”
В 1890 г. Практическая эскадра провела в плаваниях четыре месяца. С вступлением кораблей в вооруженный резерв готовность флота к отражению нападения и к бою резко снижалась. Это хорошо понимали в Главном

2. Основные свойства жидкости

2. Основные свойства жидкости
Плотность жидкости.Если рассмотреть произвольный объем жидкости W, то он имеет массу M.Если жидкость однородна, то есть если во всех направлениях ее свойства одинаковы, то плотность будет равна

где M – масса жидкости.Если требуется узнать r в

5. Равновесие однородной несжимаемой жидкости под воздействием силы тяжести

5. Равновесие однородной несжимаемой жидкости под воздействием силы тяжести
Это равновесие описывается уравнением, которое называется основным уравнением гидростатики.Для единицы массы покоящейся жидкости

Для любых двух точек одного и того же объема, то

Полученные

9. Определение силы давления покоящейся жидкости на плоские поверхности. Центр давления

9. Определение силы давления покоящейся жидкости на плоские поверхности. Центр давления
Для того, чтобы определить силу давления, будем рассматривать жидкость, которая находится в покое относительно Земли. Если выбрать в жидкости произвольную горизонтальную площадь ?,

10. Определение силы давления в расчетах гидротехнических сооружений

10. Определение силы давления в расчетах гидротехнических сооружений
При расчетах в гидротехнике интерес представляет сила избыточного давления Р, при:р0 = ратм,где р0 – давление, приложенное к центру тяжести.Говоря о силе, будем иметь в виду силу, приложенную в центре

19. Уравнение неразрывности жидкости

19. Уравнение неразрывности жидкости
Довольно часто при решении задач приходится определять неизвестные функции типа:1) р = р (х, у, z, t) – давление;2) nx(х, у, z, t), ny(х, у, z, t), nz(х, у, z, t) – проекции скорости на оси координат х, у, z;3) ? (х, у, z, t) – плотность жидкости.Эти неизвестные,

9 Увеличение держащей силы

СКОВАННЫЕ СИЛЫ

СКОВАННЫЕ СИЛЫ
Промышленные города дореволюционной России тонули в море деревень. Россия была страной аграрной.И пейзаж ее чаще был сельскохозяйственный, аграрный: поля и деревни, поля и деревни…Уездный город: домики в три окошка, тропинки на улицах, заросших травой,

Глава VI. Прочность судового корпуса и его конструкция § 24. Силы, действующие на корпус плавающего судна

Глава VI. Прочность судового корпуса и его конструкция

§ 24. Силы, действующие на корпус плавающего судна
На корпус плавающего по воде судна действуют постоянные и временные силы. К постоянным относятся статические силы, такие, как вес судна и давление воды на погруженную

О добавлении охлаждающей жидкости

О добавлении охлаждающей жидкости
Если при значительном охлаждении автомобиля (-30 °C) уровень ОЖ в расширительном бачке существенно понизится, то не торопитесь доливать. Включите УОПД, запустите мотор, прогрейте его, зарядите ТА. Если после этого уровень ОЖ будет

IV. ЧЕЛОВЕК И СИЛЫ ПРИРОДЫ

IV. ЧЕЛОВЕК И СИЛЫ ПРИРОДЫ
1. Цветные слуги человека.Выло время, когда победители после войны забирали побежденных в плен и заставляли их работать на себя. Было время, когда помещики имели полную власть над крепостными, распоряжаясь их трудом, имуществом и даже жизнью. Выло

Силы, действующие на движущийся автомобиль

Силы, действующие на движущийся автомобиль
Современный автомобиль легко приспосабливается к условиям движения, он то медленно передвигается по грязной и скользкой дороге, то поднимается в гору, то мчится по автобану. При этом колеса автомобиля могут вращаться с разной

Эталон силы света

Эталон силы света
Свет — это электромагнитное излучение в диапазоне непосредственного восприятия человеком. Поэтому в технике и, соответственно, метрологии, ему уделяется большее внимание. Световых единиц, как известно, четыре — световой поток, сила света, светимость и

6.1.3. Рабочие и специальные жидкости

6.1.3. Рабочие и специальные жидкости
В зависимости от назначения и свойств жидкости делятся на охлаждающие, тормозные, амортизационные и пусковые.Гидравлические масла работают при больших перепадах температур (от —40 до +80 °C), давлениях 10–15 МПа, скоростях скольжения до

1.2. Опасные и вредные производственные факторы, действующие на работников

1.2. Опасные и вредные производственные факторы, действующие на работников
Вопрос 6. Какие факторы являются основными физически опасными и вредными производственными факторами? Ответ. Являются следующие факторы:движущиеся машины и механизмы, подвижные части

Источник

Вследствие
текучести (подвижности частиц) в жидкости
действуют силы не сосредоточенные, а
непрерывно распределенные по ее объему
или по поверхности. Эти силы, действующие
на жидкость и являющиеся по отношению
к ней внешними, делят на массовые
(объемные) и поверхностные.

Массовые
силы
пропорциональны массе жидкости или
газа (для однородной жидкости
пропорциональны ее объему). К массовым
силам относятся сила тяжести, центробежная
сила и т.д. Массовые силы действуют на
каждую частицу жидкости и характеризуются
ускорениями. Например, сила тяжести
является наиболее распространенной
массовой силой, характеризуется
ускорением силы тяжести g= 9,81 м/с2.

Поверхностные
силы непрерывно
распределены по поверхности жидкости.
Они обусловлены непосредственным
воздействием соседних объемов на данный
или же воздействием других тел (твердых
или газообразных), граничащих с данной
жидкостью. С такими же силами, но в
противоположном направлении, жидкость
действует на соседние с ней тела.

Можно
представить, как в общем случае
поверхностная сила ΔR
– действующая на площадку
и направленная под углом к ней, может
быть разложена на нормальную
(перпендикулярную к поверхности)и касательнуюсоставляющие. Первая называетсясилой
давления, а
вторая – силой
трения.
Обычно в гидравлике массовые силы
рассматривают отнесенными к единице
массы, а поверхностные – к единице
площади. Так как массовая сила равна
произведению массы на ускорение, то,
разделив ее на массу, получим массовую
силу, отнесенную к единице массы.
Результатом будет единичная массовая
сила, численно равная соответствующему
ускорению.

Единичная
поверхностная сила (вся поверхностная
сила, деленная на площадь), называется
напряжением поверхностной силы и
раскладывается на нормальное и касательное
напряжения. Нормальное напряжение, т.е.
напряжение силы давления, называется
гидродинамическим
давлением
(в случае покоя – гидростатическим
давлением) или просто давлением,
обозначается буквой p
и направлено по внутренней нормали,
т.е. является сжимающим. Если сила
давления
равномерно
распределена по площадке,
то среднее давление определяется по
формуле

.
(4.1)

Следовательно, давление – это сила, которая действует на единицу площади и направлена по нормали.

Касательное
напряжение в жидкости, т.е. напряжение
трения, обозначается буквой
и
выражается так

.
(4.2)

За
единицу давления в системе СИ принят
Паскаль– давление, вызываемое
силой 1 Н, равномерно распределенной по
нормальной к ней поверхности площадью
1 м2 . В технике основной единицей
давления являетсяатмосфера(техническая атмосфера), кГ/– давление, вызываемое силой 1 кГ
равномерно распределённой по нормальной
к ней поверхности площадью 1.

Касательное
напряжение имеет ту же размерность и
ту же единицу измерения в системе СИ,
что и давление.

5. Основные физические свойства жидкостей

Плотность.
Плотность
характеризует распределение массыm
жидкости по объему W.

Плотностью однородной жидкости называется отношение массы жидкости к ее объему

.
(5.1)

В
общем случае плотность зависит от
давления и температуры, но так как в
обычных условиях жидкость находится
под атмосферным давлением и изменение
температуры незначительно, то плотности
жидкостей могут считаться практически
постоянными, т.е.

=
const.

Ниже
приведены значения плотностей некоторых
жидкостей и газов: плотность дистиллированной
воды при 4ºС равна 1000 кг/м3,
плотность морской воды 1020-1030 кг/м3,
нефти и нефтепродуктов – 650-900 кг/м3,
ртути – 13596 кг/м3.
Плотности газов (при 0ºС и нормальном
давлении): воздух –
= 1,293 кг/м3,
водород –
= 0,0898 кг/м3,
метан –
= 0,72 кг/м3.

Сжимаемость.Сжимаемостью жидкости
называется ее свойство уменьшать свой
объем под влиянием внешних сил. Жидкости
характеризуются очень малой сжимаемостью,
например, для пресной воды при температуре
от 0 до 20°С и повышении давления на 25 ат.
объем жидкости уменьшается на 1/21000 часть
своей первоначальной величины.
Следовательно, жидкость представляет
собой физическое тело, не имеющее
определённой формы, но обладающее
неизменным объёмом, поэтому при решении
большинства гидравлических задач
сжимаемость жидкости не учитывается.

Температурное
расширение. Жидкости,так же как
твердые тела и газы, при изменении
температуры изменяют свой объем и
плотность. Вода наибольшей плотностью
обладает при температуре t
= 4ºC:
= 1000 кг/м3.
При охлаждении воды от 4 до 0ºС объем ее
увеличивается и плотность принимает
значение
= 999,87 кг/м3.
Образующийся из воды лед при температуре
0ºС имеет плотность
= 918 кг/м3.
При нагревании воды выше 4°С объем ее
также увеличивается. Свойство жидкости
изменять свой объем при изменении
температуры оценивается коэффициентом
температурного расширения βt.
Предположим, что первоначальный объем
W
при нагревании его от температуры t1
до t2
увеличился на величину ∆W;
коэффициент βtопределяется
так

βt
=
,(5.2)

где
∆t
= t2
– t1.

Величина
βt
является малой, но не постоянной, а
изменяющейся вместе с температурой.
Так, например, при атмосферном давлении
и изменении температуры от 4 до 10ºС
среднее значение
= 0,00004 1/С°.

Пример
5.1. В системах
водяного отопления устраивают
расширительные резервуары, присоединяемые
к системе в её верхней точке; они
устраиваются для аккумулирования
прироста объёма воды в системе при её
нагревании. Определить наименьший объём
расширительного резервуара при колебании
температуры воды на
.объём
воды в системе W=1,2 м3,
коэффициент температурного расширения
л/град. Изменение объёма воды найдём по
формуле (5.2)

Какие силы действуют на жидкость в сосуде

Вязкость.
Все жидкости и газы, существующие в
природе, обладают вязкостью, которая
проявляется
в виде трения при

относительном
перемещении

Рис.
5.1

частиц.
Наряду с легкоподвижными жидкостями
(вода, воздух) существуют очень вязкие
(глицерин, тяжёлые масла); таким образом,
вязкость характеризует степень текучести
жидкости. Легко представить поочерёдное
перемешивание двух разных жидкостей –
например, воды и масла; пока предмет,
которым производится перемешивание,
неподвижен, вязкость никак не проявляется.
Таким образом, сила сопротивления
различна в разных жидкостях и возникает
только при относительном перемещении
частиц. Представим, что на поверхности
жидкости глубиной h движется со скоростью
пластина Пплощадью S, (рис.5.1). Для преодоления силы
сопротивления к ней должна быть приложена
некоторая сила F. Существование сил
трения внутри жидкости приводит к тому,
что слой, непосредственно прилегающий
к пластине П(«прилипает» к ней), действует на соседний
с ним внутренний слой, этот слой – на
следующий и т.д. Как показывают опыты,
сила F прямо пропорциональна скорости
верхней пластины,
её площади и обратно пропорциональна
расстоянию между пластинами h. Кроме
того, эта сила зависит от свойств жидкости
– от её вязкости. Например, для глицерина
эта сила при прочих равных условиях
больше, чем для воды. Сила, действующая
на пластину П,
запишется так

где S –
площадь пластины, h – расстояние между
пластинами; μ–
коэффициент вязкости данной жидкости.
Если в промежутке между этими пластинами
представить два слоя жидкости, то сила
их взаимодействия (внутреннего трения
в жидкости) равна

(5.3)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Жидкостью в гидравлике называют физическое тело способное изменять свою форму при воздействии на нее сколь угодно малых сил. Различают два вида жидкостей: жидкости капельные и жидкости газообразные (рис.1.2). Капельные жидкости представляют собой жидкости в обычном, общепринятом понимании этого слова (вода, нефть, керосин, масло и.т.д.). Газообразные жидкости – газы, в обычных условиях представляют собой газообразные вещества (воздух, кислород, азот, пропан и т.д.).

Рис. 1.2. Виды жидкостей

Основной отличительной особенностью капельных и газообразных жидкостей является способность сжиматься (изменять объем) под воздействием внешних сил. Капельные жидкости (в дальнейшем просто жидкости) трудно поддаются сжатию, а газообразные жидкости (газы) сжимаются довольно легко, т.е. при воздействии небольших усилий способны изменить свой объем в несколько раз (рис.1.3).

Рис. 1.3. Сжатие жидкостей и газов

В гидравлике рассматриваются реальная и идеальная жидкости. Идеальная жидкость в отличие от реальной жидкости не обладает внутренним трением, а также трением о стенки сосудов и трубопроводов, по которым она движется. Идеальная жидкость также обладает абсолютной несжимаемостью. Такая жидкость не существует в действительности, и была придумана для облегчения и упрощения ряда теоретических выводов и исследований.

На жидкость постоянно воздействуют внешние силы, которые разделяют на массовые и поверхностные.

Массовые: силы тяжести и инерции. Сила тяжести в земных условиях действует на жидкость постоянно, а сила инерции только при сообщении объему жидкости ускорений (положительных или отрицательных).

Поверхностные: обусловлены воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или воздействием других тел.

Рассмотрим сосуд, наполненный жидкостью. Если выделить в нем бесконечно малый объем жидкости, то на этот объем будут действовать силы со стороны соседних таких же бесконечно малых объемов (рис.1.4). Кроме этого на свободную поверхность жидкости действует сила атмосферного давления Pатм и силы со стороны стенок сосуда.

Рис. 1.4. Поверхностные силы

Если на жидкость действует какая-то внешняя сила, то говорят, что жидкость находится под давлением. Обычно для определения давления жидкости, вызванного воздействием на нее поверхностных сил, применяется формула

(Н/м2) или (Па),

где F – сила, действующая на жидкость, Н (ньютоны);
S – площадь, на которую действует эта сила, м² (кв.метры).

Если давление Р отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным давлением Рабс. Если давление отсчитывают от атмосферного, то оно называется избыточным Ризб. Атмосферное давление постоянно Ра = 103 кПа (рис.1.5).

Рис. 1.5. Схема к определению давлений

За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль – давление вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м²:

1 Па = 1 Н/м² = 10-3 кПа = 10-6 МПа.

Размерность давления обозначается как “Па” (паскаль), “кПа” (килопаскаль), “МПа” (мегапаскаль). В технике в настоящее время продолжают применять систему единиц МКГСС, в которой за единицу давления принимается 1 кгс/м².

1 Па = 0,102 кгс/м² или 1 кгс/м² = 9,81 Па.

Источник