- •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
1.10.3 . Давление жидкости на криволинейную поверхность
В отличие от плоской стенки гидростатическое давление в разных точках криволинейной стенки различается не только по величине, но и по направлению. Поэтому силу гидростатического давления, действующую на криволинейную стенку, непосредственно определить нельзя: ее находят через составляющие этого вектора. Sx
Sy
Sx
dРx
dРy
dРизб
Рис. 16. К определению силы давления на криволинейную стенку
Рассмотрим криволинейную поверхность АБ, подверженную действию избыточного гидростатического давления (жидкость справа) (рис. 15).
Выделим площадку
,
центр тяжести которой погружен в
жидкость на глубину
.На площадку
будет действовать элементарная сила
избыточного давления
:
,
(38)
Разложим
на составляющие:
- горизонтальная
составляющая силы

,
(39)
- вертикальная
составляющая силы

,.
(40)
где
- угол составляющей между элементарной
площадкой
и горизонтальной плоскостью,град.
Рассмотрим каждую в отдельности составляющие силы избыточного давления, действующего на криволинейную поверхность АБ.
Элементарная горизонтальная составляющая силы избыточного давления равна
.
В то же время
.
Следовательно
.
Из рис. 15 видно, что
,
где
- площадь проекции элементарной площадки
на вертикальную плоскость,
.
Откуда
.
Горизонтальная составляющая силы избыточного давления после интегрирования равна
(41)
где
-
статический момент инерции площади
относительно
свободной поверхности жидкости,
;

т.е. статический
момент инерции равен произведению
площади вертикальной проекции
на глубину погружения центра ее тяжести
.
Откуда находим
(42)
Элементарная вертикальная составляющая силы избыточного гидростатического давления равна:
,
или (43)

Величина
является площадью проекции
на горизонтальную плоскость
.
Следовательно
.
Заметим, что
представляет собой бесконечно малый
объем
бесконечно малой призмы.
Произведение
является силой тяжести в этом бесконечно
малом объеме
:
.
Отсюда вертикальная составляющая силы избыточного гидростатического давления будет равна
.
После интегрирования находим:
;
;
.
(44)
где
- тело давления,
.
Объем
,
являющийся суммой элементарных объемов,
называется телом давления.
Тело давления – это объем, ограниченный криволинейной поверхностью АБ, ее проекцией на уровень свободной поверхности и вертикальными плоскостями проецирования.
Полная сила гидростатического давления определяется из выражения
(45)
|
где |
|
-
горизонтальная составляющая силы
избыточного гидростатического
давления,
|
|
|
|
-
вертикальная составляющая силы
избыточного гидростатического
давления,
|
Направление полной
силы
определяется углом
(рис. 16):
.
Полная сила избыточного гидростатического давления приложена в центре давления.
Вектор полной силы
давления
должен проходить через точку пересечения
ее горизонтальной и вертикальной
составляющих, т.е.
и
под углом
.
Таким образом, центр давления для криволинейных поверхностей находится графоаналитическим путем.
Если криволинейная
поверхность цилиндрическая, то сила
будет проходить через центр радиуса
кривизны этой поверхности.


;
.