- •Два режима течения жидкости
- •Физический смысл числа Рейнольдса
- •Силы, действующие в жидкости
- •1.1 Массовые силы
- •1.2 Поверхностные силы
- •1.2.1 Силы поверхностного натяжения
- •1.3 Силы давления
- •1.3.1Свойства гидростатического давления
- •Следствия основного уравнения гидростатики
- •2. Основное уравнение гидростатики
1.3 Силы давления
Давление– напряжение, возникающее в жидкости под действием сжимающих сил.
Рассмотрим объем жидкости, находящейся в равновесии (рис. ).
Выделим внутри этой жидкости на глубине hгоризонтальную элементарную площадкуDS,параллельную свободной поверхности жидкости.( Свободной называют поверхность находящуюся на границе раздела жидкости и газа.) Спроектировав эту площадку на свободную поверхность жидкости, получим вертикальный параллелепипед, у которого нижнее основание — площадкаDS,а верхнее — ее проекцияDS',при этомDS = DS'.На площадкуDSдействует сила гидростатического давленияDР,равная произведению массы выделенного столба (параллелепипеда) жидкости на ускорение свободного падения:
![]()
Отношение силы DР кплощадкеDS,на которую она действует, представляет собой силу, действующую на единицу площади и называетсясредним гидростатическим давлениемили средним напряжением гидростатического давления по площадиDS:
![]()
Истинное давление Р в различных точках этой площадки DS может быть различным; Рсрбудет тем меньше отличаться от действительного в точке, чем меньше будет площадьDS.Таким образом, если размер площадкиDSуменьшать, приближать к нулю, то отношениеDР /DSбудет стремиться к некоторому пределу, выражающему истинное гидростатическое давление в точке:
![]()
Гидростатическое
давление Р (Па) измеряют в единицах силы,
деленных на единицу площади, оно
характеризуется тремя основными
свойствами. Если давление отсчитывается
от нуля, оно называется абсолютными
обозначается![]()
,
если от атмосферного, –избыточными
обозначается
.Атмосферноедавление
обозначается
.
Кроме того, различают давление гидродинамическоеигидростатическое. Гидродинамическое давление возникает в движущейся жидкости. Гидростатическое давление – давление в покоящейся жидкости.
1.3.1Свойства гидростатического давления
Первое свойство.Гидростатическое давление направлено всегда по внутренней нормали к поверхности, на которую оно действует.

Рассмотрим силу гидростатического давления Р,приложенную в точке С под углом к поверхностиА—Вобъема жидкости, находящегося в покое (рис. ).Тогда эту силу можно разложить на две составляющие: нормальнуюРпи касательнуюРt к поверхности А—В. Касательная составляющая—это равнодействующая сил трения, приходящихся на выделенную поверхность вокруг точкиС.Но так как жидкость находится в покое, то силы трения отсутствуют, т. е.Рt =0.
Следовательно, сила гидростатического давления Рв точкеСдействует лишь в направлении силыРп, т. е. нормально к поверхностиА—В.Причем направлена она только по внутренней нормали. При предположении направления силы гидростатического давления по внешней нормали возникнут растягивающие усилия, что приведет жидкость в движение. А это противоречит условию. Таким образом, сила гидростатического давления всегда сжимающая, т. е. направлена но внутренней нормали.
Второе свойство состоит в том, что в любой точке внутри жидкости давление по всем направлениям одинаково. Иначе это свойство давления звучит так: на любую площадку внутри объёма жидкости, независимо от её угла наклона, действует одинаковое давление.
Докажем второе свойство..
Для доказательства этого свойства выделим в жидкости, находящейся в равновесии, частицу в форме треугольной призмы с основанием в виде прямоугольного треугольника А—В—С.Будем рассматривать этот объём в некоторой произвольной системе координатX,Y,Z. При этом ось у перпендикулярна плоскости.Заменим действие жидкости вне призмы на ее боковые грани гидростатическим давлением соответственноPх, Pz, Pе.
![]()
![]()
![]()
Кроме этих сил на призму действует сила тяжести dG,равная весу призмыg*dz*dx*dy/2.
Силой тяжестью можно пренебречь. Так как она будет величиной 3-го порядка малости, а силы действующие на грани призмы 2 –го порядка малости.
Так как частица жидкости находится в равновесии, в покое, то сумма проекций всех сил, приложенных к ней, на любое направление равна нулю т.е.
![]()
![]()
![]()
![]()
Подставляя dz=de sina и dx=de cosa в предыдущие уравнения и разделив каждое уравнение dy, получим
![]()
![]()
![]()
Из выражений следует
![]()
Следовательно, гидростатическое давление на наклонную грань Реодинаково по величине с гидростатическим давлением на вертикальную и горизонтальную грани. Так как угол наклона граниaвзят произвольно, то можно утверждать, что гидростатическое давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям.
![]()
Третье свойство. Гидростатическое давление в точке зависит только от ее координат в пространстве, т. е.
![]()
Это свойство не требует специального доказательства, так как очевидно, что по мере увеличения заглубления точки под вровень давление в ней будет возрастать и, наоборот, по мере уменьшения заглубления —уменьшаться.
