- •Гидравлика курс лекций
- •Предисловие
- •Глава 1. Гидростатика
- •Свойства жидкостей.
- •Гидростатическое давление и его свойства.
- •Гидростатическое давление обладает следующими двумя свойствами:
- •Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения л. Эйлера)
- •Основное уравнение гидростатики
- •Закон Паскаля
- •Пьезометрическая высота
- •Удельная потенциальная энергия
- •Приборы для измерения давления
- •Силы давления жидкости на поверхности
- •1.10.1. Сила давления на плоскую поверхность
- •1.10.2. Давление жидкости на наклонную поверхность
- •1.10.3 . Давление жидкости на криволинейную поверхность
- •Расчет тонкостенных цилиндрических сосудов, подверженных внутреннему давлению
- •Закон Архимеда и плавание тел
- •Остойчивость тел
Закон Архимеда и плавание тел
Пусть тело произвольной формы полностью погружено в жидкость (рис. 20). Выделим цилиндрическую часть этого тела с бесконечно малой площадью поперечного сечения.

Рис. 21. К определению гидростатической подъемной силы
Сила давления, действующая на цилиндрическую часть тела:
,
(52)
|
где |
|
- давления, действующие на верхнее и нижнее основания цилиндра, Па; |
|
|
|
- площадь верхнего и нижнего оснований цилиндра, м2. |
Из основного закона гидростатики следует
,
(53)
|
где |
|
- глубина погружения верхнего и нижнего оснований цилиндра, м; |
|
|
|
-
плотность жидкости, в которой расположено
тело,
|
Для силы давления, действующей на тело произвольной формы можно написать
,
(54)
|
где |
V |
– |
объем тела; |
|
|
Y |
– |
гидростатическая подъемная сила, поддерживающая сила, или Архимедова сила. |
Полученный результат представляет собой математическое выражение закона Архимеда:
На тело, погруженное в жидкость, действует поддерживающая (гидростатическая подъемная) сила, направленная вверх и численно равная силе тяжести вытесненной жидкости.
Точка приложения гиростатической подъемной силы - центр давления (точка D).
Плавание тел в жидкости определяется величиной двух сил: силы тяжести и гидростатической подъемной силы.
Сила тяжести тела
,
(55)
|
где |
|
- плотность тела. |
Сила тяжести тела
приложена в его центре тяжести (точка
С), если
сила тяжести тела больше гидростатической
подъемной силы, то оно тонет, а если
- всплывает. Когда эти две силы равны
,
тело плавает на поверхности.
Остойчивость тел
Различают остойчивость тел, полностью погруженных в жидкость (подводное плавание), и остойчивость тел, плавающих на свободной поверхности жидкости (надводное плавание).
Точка приложения
силы тяжести тела
называетсяцентром
тяжести тела
и обозначается буквой
.
Центр водоизмещения
или центр
давления располагается
в центре тяжести объема водоизмещения
и обозначается буквой
.
Условно считают,
что подъемная сила
приложена в центре давления, т.е. в точке
.
В общем случае центр тяжести и центр давления не совпадают.
Линия, проходящая
через центр тяжести тела
и центр водоизмещения
и соответствующая нормальному положению
тела, называетсяосью
плавания (рис.
22).
р0
р0
р0
Рz
Рz
Рz
а б в
Рис. 22. К вопросу об остойчивости тел
Условия остойчивости сводятся к следующим основным положениям:
если пара сил (вес тела
и подъемная сила
)
при крене тела стремится уменьшить
крен и вернуть тело в первоначальное
положение, то такое положение будет
остойчивым;если пара сил (вес тела
и подъемная сила
)
стремится этот крен увеличить, то
положение тела будет неостойчивым.
Рассмотрим три случая остойчивости тел, погруженных в жидкость:
центр тяжести тела
находится ниже центра водоизмещения
(рис. 22, а). В этом случае образуется пара
сил, стремящаяся после крена вернуть
тело в первоначальное положение;
следовательно, имеет место остойчивое
равновесие;центр тяжести тела
находится выше центра водоизмещения
(рис. 22, б). В этом случае образуется пара
сил, которая стремится увеличить крен
тела; следовательно, имеет место
неостойчивое равновесие;при совпадении центра тяжести
и
центра водоизмещения
(рис. 22, в). Пара сил отсутствует, и имеет
место случай безразличного равновесия,
при котором тело будет сохранять
заданное ему положение.

,


,


.