Силы, действующие в покоящейся жидкости.

Поскольку жидкость обладает свойством текучести и легко деформируется под дей­ствием минимальных сил, то в жидкости не могут действовать сосредоточенные силы, а возможно существование лишь сил распределённых по объёму (массе) или по поверхно­сти. В связи с этим действующие на жидкости распределённые силы являются по отноше­нию к жидкости внешними. По характеру действия силы можно разделить на две катего­рии: массовые силы и поверхностные.

Массовые силы пропорциональны массе тела и действуют на каждую жидкую час­тицу этой жидкости. К категории массовых сил относятся силы тяжести и силы инерции переносного движения.

Массовые силы это силы, пропорциональные массе жидкости. В случае однородной жидкости эти силы пропорциональны объёму. Прежде всего, к ним относится вес жидкости

,

где G – вес жидкости,

W – объём жидкости,

m – масса жидкости,

g – ускорение свободного падения,

ρ – плотность жидкости,

γ – удельный вес жидкости.

Поверхностные силы равномерно распределены по поверхности и пропорциональны площади этой поверхности. Эти силы, действуют со стороны соседних объёмов жидкой среды, твёрдых тел или газовой среды. В общем случае поверхностные силы имеют две составляющие нормальную и тангенциальную.В общем случае поверхностная сила , действующая на площадке под некоторым углом к ней, может быть разложена на нормальную и тангенциальную составляющие. Первая, направленная внутрь объема, называется силой давления, вторая – силой трения. Нормальная составляющая вызывает в жидкости нормальные напряжения или гидромеханическоедавление, которое в покоящейся жидкости называется гидростатическим. Если сила равномерно распределена по площадке , то

,

Если давление отсчитывается от нуля, оно называется абсолютным и обозначается , если от атмосферного, – избыточным и обозначается . Атмосферное давление обозначается .

Кроме того, различают давление гидродинамическое и гидростатическое. Гидродинамическое давление возникает в движущейся жидкости. Гидростатическое давление – давление в покоящейся жидкости.

Напряжение тангенциальной составляющей поверхностной силы Т (касательное на­пряжение ) определяется аналогичным образом (в покоящейся жидкости Т=0).

Единицей измерения касательных напряжений (иногда в литературе называется гидростатическим давлением) в системе СИ является паскаль (Па) — ньютон, отнесенный к квадратному мет­ру .

Поскольку эта величина очень мала, то величину давления принято измерять в мегапаскалях МПа

1МПа = 1 10⁶ Па.

В употребляемой до сих пор технической системе единиц давление измеряется в технических атмосферах, am

1 am = 1кГ/см² = 0,1 МПа, 1 МПа = 10 am.

В технической системе единиц давление кроме технической атмосферы измеряется также в физических атмосферах, А.

А = 1,033 am.

Важным при решении практических задач является выбор системы отсчета давления (шкалы давления). За начало шкалы может быть принят абсолютный нуль давления (аналог абсолютного нуля температуры) — 0абс. При отсчете давлений от этого нуля их называют абсолютными Рабс:

Однако, как показывает практика, технические задачи удобнее решать, используя избыточные давления Р_из6, т.е. когда за начало шкалы принимается атмосферное давление — 0атм

Давление, которое отсчитывается «вниз» от атмосферного нуля, называется давлением вакуума Рвак, или вакуумом .

Таким образом, существуют три шкалы для отсчета давления, т. е. давление может быть абсолютным, избыточным или вакуумным. Получим формулы для пересчета одного давления в другое.

Для получения формулы пересчета избыточного давления в абсолютное Рабс воспользуемся рис. 1.2, 6. Пусть значение искомого давления определяется положением точки В. Тогда очевидно, что

Рабс = Ра + Ризб,

где Ра — атмосферное давление, измеренное барометром.

Связь между абсолютным давлением Рабс и давлением вакуума Рвак можно установить аналогичным путем, но уже исходя из положения точки С:

Рабс = Ра-Рвак

И избыточное давление, и вакуум отсчитываются от одного нуля (0атм), но разные стороны. Следовательно,

Ризб=-Рвак

Избыточное давление в жидкостях измеряется манометрами. Это весьма обширный набор измерительных приборов различной конструкции и различного исполнения