Hüdrostaatiline rõhk ja selle omadused

Hüdrostaatiline rõhk on vedeliku sisemine survepinge, mis tekib välisjõudude mõjul.

Igasugune tasakaaluseisundis olev vedel keha on kahe kategooria välisjõudude mõju all: pind ja mass.

Pindjõud on jõud, mis mõjuvad vedeliku keha pinnale, näiteks kolvi või pumba kolvi survejõud, Atmosfääri rõhk jne.

Massi- ehk ruumalajõud on gravitatsiooni-, inerts- ja tsentrifugaaljõud, mis homogeenses vedelikus jaotuvad kogu vedelikukeha mahus. Vedeliku osakesele rakendatava elementaarmassi jõu väärtus on võrdeline selle osakese massiga.

Sisehõõrdejõud puhkeolekus vedelikus ei avaldu.

Võtame vedela keha puhkeolekus ja jagame selle mõtteliselt mööda tasapinda A-A kaheks osaks. üleval visatakse ära ja selle jõumõju alumisele osale asendatakse jõuga F(joon.2.1). Tugevus F, mida rakendatakse vedelikukeha ülemist ja alumist osa eraldavale alale W, nimetatakse hüdrostaatiliseks survejõuks.

Sel juhul tuleb meeles pidada, et alumine osa mõjub ülemisele jõuga, mis on võrdne F aga vastupidises suunas.

Keskmise hüdrostaatilise rõhu väärtus määratakse jõu suuruse järgi pindalaühiku kohta, s.o.

Hüdrostaatilise rõhu väärtus piirkonna W mis tahes punktis määratakse elementjõu suhtega dF rakendatakse elementaaralale dw asub selle punkti piirkonnas.

Hüdrostaatilise rõhu SI-ühik on Pascal. üks Pa = 1 N/m2.

Hüdrostaatilisel rõhul on kaks peamist omadust.

Hüdrostaatilise rõhu esimene omadus.

Hüdrostaatiline rõhk toimib alati piki sisemist normaalset, mis on suunatud toimepiirkonnale. Seda väidet saab tõestada vastuoluga. Oletame, et hüdrostaatilise rõhu vektor R suunatud mitte mööda tavalist, vaid mööda kaldjoont (joon. 2.2). Jagame selle normaalseks R n ja puutuja R kuni komponendid. Keha ülemise ja alumise osa normaalsed komponendid tasakaalustavad ning tangentsiaalsed komponendid põhjustavad ühe vedeliku osa nihkumist teise suhtes, mis on vastuolus puhkeolekuga. Seetõttu saab hüdrostaatilist rõhku suunata ainult mööda normaalset tegevuskohta.

Oletame nüüd vektorit R on suunatud mitte mööda sisemist, vaid piki välist normaalset (joon. 2.3). Kuna vedelikul puudub võime tajuda tõmbejõude, siis tekib vedelikukeha rebend, mis on samuti vastuolus puhke- ja puhkeseisundiga. füüsikalised omadused vedelikud. Seetõttu on see eeldus välistatud.

Eelnevast järeldub, et hüdrostaatiline rõhk, olles alati suunatud vedelikku, on surverõhk.

Hüdrostaatilise rõhu teine ​​omadus.

Vedeliku mis tahes punktis on hüdrostaatiline rõhk kõikides suundades ühesugune ega sõltu platvormi kaldenurgast, millel see antud punktis toimib.

Selle omaduse tõestamiseks eristame statsionaarses vedelikus elementaarmahu ristkülikukujulise prisma kujul, mille servad on paralleelsed koordinaattelgedega ja on vastavalt võrdsed dx, dy, dz(joonis 2.4)

Selguse huvides teeme prisma projektsiooni koordinaattelgedele Ox ja Oz. Laske valitud ruumala lähedal olevale vedelikule mõjuda ühikuline kehajõud, mille komponendid on võrdsed X, Y ja Z.

Tähistage P kuni hüdrostaatiline rõhk, mis toimib telje suhtes normaalsel pinnal Ox, läbi P y surve teljega normaalsele näole Oy jne. Kaldpinnale mõjuvat hüdrostaatilist rõhku tähistatakse tähisega P n, ja näopiirkond läbi dw. Kõik need rõhud on suunatud mööda normaalväärtusi vastavatesse piirkondadesse.

Koostame jaotatud vedelikumahu jaoks tasakaaluvõrrandi esmalt telje suunas Ox

kus on massijõu toimesuund.

, (2.4)

(nurk a hästi haritud P n ja telg Ox)

, (2.6)

(X on massijõu ühik piki selle ruumala).

Tetraeedri mass on võrdne selle ruumala korrutisega dW tiheduse jaoks r, st.

Hüdraulika on jagatud kaheks osaks: hüdrostaatika ja hüdrodünaamika. Hüdrodünaamika on ulatuslikum osa ja seda käsitletakse järgmistes loengutes. See loeng käsitleb hüdrostaatikat.

Hüdrostaatiline nimetatakse hüdraulika sektsiooniks, mis käsitleb vedeliku tasakaalu seaduspärasusi ja nende praktilist rakendamist.

2.1. hüdrostaatiline rõhk

Puhkeseisundis olevas vedelikus on alati survejõud, mida nimetatakse hüdrostaatiline rõhk. Vedelik avaldab jõudu anuma põhja ja seintele. Vedeliku osakesed, mis asuvad ülemised kihid reservuaari puhul kogevad madalamat survejõudu kui põhjas olevad vedelikuosakesed.

Mõelge lamedate vertikaalsete seintega paaki, mis on täidetud vedelikuga (joonis 2.1, a). Paagi põhja mõjuv jõud P võrdne valatud vedeliku massiga G = γV, st. P=G.

Kui see jõud P jagage põhja pindalaga S abcd, siis saame keskmine hüdrostaatiline rõhk mis toimivad paagi põhjas.

Hüdrostaatilisel rõhul on omadused.

Vara 1 . Vedeliku mis tahes punktis on hüdrostaatiline rõhk risti valitud ruumala puutuja kohaga ja toimib vaadeldava vedeliku mahu sees.

Selle väite tõestamiseks pöördume tagasi joonise 2.1 juurde, a. Valige paagi külgseinal platvorm S pool(varjutatud). Hüdrostaatiline rõhk mõjub sellele alale jaotatud jõu kujul, mille saab asendada ühe resultandiga, mida me tähistame P. Oletame, et tuleneb hüdrostaatiline rõhk P, tegutseb sellel saidil, rakendatakse punktis AGA ja on suunatud sellele nurga φ all (joonisel 2.1 tähistatud katkendjoonega noolega). Siis seina reaktsioonijõud R vedelikul on sama väärtus, kuid vastupidises suunas (tahke segment noolega). Määratud vektor R saab lagundada vektori kaheks komponendiks: normaalseks R n(varjutatud alaga risti) ja puutuja R τ seinale.

Riis. 2.1. Hüdrostaatilise rõhu omadusi illustreeriv skeem a - esimene omadus; b - teine ​​omadus

Tugevus normaalne rõhk R n tekitab vedelikus survepingeid. Vedelik talub neid pingeid kergesti. Tugevus Rτ, mis toimib vedelikule piki seina, oleks pidanud tekitama vedelikus piki seina nihkepingeid ja osakesed oleksid pidanud liikuma allapoole. Aga kuna paagis olev vedelik on puhkeolekus, siis komponent R τ puudu. Sellest saame järeldada hüdrostaatilise rõhu esimese omaduse.

Vara 2 . Hüdrostaatiline rõhk on konstantne igas suunas.

Mõnda reservuaari täitvas vedelikus valime väga väikeste külgedega Δ elementaarkuubiku x, Δ y, Δ z(joonis 2.1, b). Iga külgpinda surub hüdrostaatiline survejõud, mis on võrdne vastava rõhu korrutisega P x ,P y ,P z elementaarsetel aladel. Tähistame positiivses suunas (vastavalt näidatud koordinaatidele) mõjuvad rõhuvektorid kui P" x ,P" y ,P" z, ja vastavalt vastupidises suunas toimivad rõhuvektorid P"" x ,P"" y ,P"" z. Kuna kuup on tasakaalus, saame võrdusi kirjutada

P" x ∆ yΔ z=P"" x ∆ yΔ zP" y xΔ z=P"" y xΔ zP" zΔ xΔ y+γ Δ x, Δ y, Δ z=P"" zΔ xΔ y

kus γ on vedeliku erikaal; Δ x, Δ y, Δ z on kuubi maht.

Saadud võrdusi vähendades leiame, et

P" x =P"" x ;P" y =P"" y ;P" z + γΔ z=P"" z

Kolmanda võrrandi liige γΔ z, kui lõpmata väike võrreldes P" z ja P"" z, võib tähelepanuta jätta ja siis lõpuks

P" x =P"" x ;P" y =P"" y ;P" z =P"" z

Tulenevalt sellest, et kuup ei deformeeru (ei venita piki üht telgedest), tuleb eeldada, et surved piki eri telge on ühesugused, s.t.

P" x =P"" x =P" y =P"" y =P" z =P"" z

See tõestab hüdrostaatilise rõhu teist omadust.

Vara 3 . Punkti hüdrostaatiline rõhk sõltub selle koordinaatidest ruumis.

See seisukoht ei vaja erilist tõestust, kuna on selge, et punktivajumise suurenedes rõhk selles suureneb ja vajumise vähenedes see väheneb. Hüdrostaatilise rõhu kolmanda omaduse võib kirjutada järgmiselt

Hüdrostaatiline rõhk viitab vedeliku rõhule, mis on tingitud gravitatsioonist. See nähtus on leidnud rakendust füüsikas, meditsiinis ja tehnikatööstuses. Näiteks, vererõhk on hüdrostaatiline rõhk, mida kogeb veresooned. Põhimõtteliselt võib verd nimetada ja arteriaalne rõhk. Väga sageli jälgitakse, kuidas kaevus tekib hüdrostaatiline rõhk.

Mõned funktsioonid

Hüdraulika koosneb kahest osast:

• hüdrostaatika;
• hüdrodünaamika.

Hüdrostaatika on hüdraulika osa, mis uurib vedeliku rõhu seaduspärasusi, selle tasakaaluolekut. Pealegi väljendavad kõik nähtused matemaatilisi arvutusi. Hüdrostaatiline rõhk on praktikas väga levinud, näiteks rõhu mõõtmisel.

Puhkeolekus olev vedelik on alati allutatud nn hüdrostaatilisele rõhule. Vesi surub pidevalt anuma kehale. Ülemistes kihtides paiknevad veeosakesed kogevad põhjas paiknevate osakestega võrreldes väikest survejõudu.

Hüdrostaatilisel rõhul on mõned iseloomulikud omadused:

1. Iga veepinna punkt allub hüdrostaatilisele toimele, mis on suunatud 90° nurga all valitud ruumala puudutavale alale. Surve toime toimub absoluutselt igas mahus vees.
2. Kuhu iganes hüdrostaatiline rõhk on suunatud, jääb selle väärtus alati samaks, mida kinnitasid tehtud arvutused.
3. Ruumi koordinaadid ei mõjuta kuidagi hüdrostaatilist rõhku.
4. Vedelikku sisaldava reservuaari tüüp, näiteks kaevud, ei mõjuta hüdrostaatilist rõhku. Arvutamiseks peate korrutama vedeliku tiheduse paagi kõrguse ja vaba langemise kiirusega.
5. Sama kogus vedelikku paakides erinevaid kujundeid, surub erineva jõuga anuma põhjale. Kuna see rõhk on otseselt seotud vedelikusamba suurusega, on väga kitsad anumad mõjutatud rohkem kui laiad. Seetõttu suudab isegi väike kogus vedelikku korraldada tohutut survet.

Milline on rõhk kaevus

Kui kaevu allutatakse intensiivsele tootmisele, väheneb piezomeetriline tase. Selle tulemusena on kaevus rõhulangus. Loomulikult on see väga ebasoodne, kuid kukkumine võimaldab teil põhjustada kuuma vee saabumist, mis asub suurel sügavusel.

Kuna arvutus näitas, et mida sügavam on vesi, seda kõrgem on selle temperatuur, siis kaevu piesomeetrilise taseme langusega vedeliku temperatuur tõuseb. Sellist nähtust võib näha Larderellos. Sellel nähtusel on positiivne mõju, tänu sellele saate suur hulk elektrit.

Kaevude puurimine vee saamiseks, nende edasine kasutamine toob kaasa loodusliku tasakaalu rikkumise. Ilmub uus tasakaal, see tähendab uusim hüdrotermiline mehhanism. Piezomeetrilise taseme langus mõjutab rõhku, see hakkab kiiresti vähenema. Selle tulemusena püüab selline kiht hõivata sügavate kihtide vett, aga ka muid hüdrotermilisi süsteeme. Seetõttu saab soojusmaardlatest vett ilma kaevu kahjustamata võtta palju rohkem, kui see tuleb looduslikest allikatest.

See vedeliku maht on aga pigem suhteline. Vesi kaevus ei ole ju lõpmatu. Tuleb aeg, mil kaevust saab vesi otsa. Olukorra parandamiseks peate kaevu süvendama, paigaldama kaevu vee varustamiseks pumbad. Selle tulemusena muutub maa-alune soojus väga kalliks. Seetõttu nõuab iga väli kaevu vee mahu täpset arvutamist, mida saab valutult kaevust võtta.

Kui puuritakse kaevud: nüansid

Kaevude puurimist on parem alustada enne maja ehitamist.

Kaevude skeemid kaabli löökpuurimiseks.

See säästab palju raha ja aega. Vesi kaevus muudab ehitamise mugavamaks, veeallikat pole vaja otsida.

Töö alustamiseks peate koostama kõigi objektide asukoha täpse paigutuse. Arvutage saidi pindala, võtke arvesse kõiki nüansse. Muidugi saab kaevu puurida juba ehitatud majale. Tänapäeval on palju organisatsioone, mis on spetsialiseerunud veevarustuse korraldamisele mis tahes tingimustes. Selline töö toimub spetsiaalsete tehniliste seadmete abil.

Kuidas arvutada vedeliku taset

• kaugus vesitasandist punktini, kus mõõtmist alustati;
• erikaalu väärtus;
• avaldatava surve suurus välismõju kolmapäevaks.

Kui mõõtmised tehakse täiesti avatud anumas, tuleb suhtelist rõhu väärtust mõõta anduri abil. See võimaldab teil tekkinud survet ignoreerida keskkond. Arvutusvalem näeb välja selline:

h=p/(ρ*g), kus:

• p on hüdrostaatiline rõhk;
• ρ on eritiheduse väärtus;
• g on vaba langemise suurus;
• h on veesamba suurus.

Kui kasutatakse absoluutselt suletud anumat, kasutatakse näiteks mitmesuguste keemilised ained, arvutuse läbiviimine, täpsete mõõtmiste tegemine on palju keerulisem. Õhumass, mis on suletud anumas, mõjutab olemasolevat vedelikku, mille tulemusena tekib lisarõhk.

Sellega seoses peate kasutama mitut muundurit. Üks hüdrostaatilise rõhu mõõtmiseks ja teine ​​​​mõju mõõtmiseks, mille õhumass tekitab vedeliku kohal. Sellise töö jaoks on soovitav, et klassikalised andurid mõõdaksid sama tüüpi rõhku, mis võib olla:

• sugulane;
• absoluutne.

Peaaegu igaüks teeb. Sel juhul näeb arvutus välja järgmine:

h=(p2-p1)/((ρ*g), kus:

• p2 on hüdrostaatiline rõhk;
• p1 on gaasirõhk;
• ρ on eritihedus;
• g on vaba langemise kiiruse väärtus;
• h on vedeliku kõrgus;
• m - tase.

Hüdrostaatiline täpsus: esiletõstmised

Mõõtesüsteemi moodustamisel tuleb alati arvestada anduri näitudega, mõnikord pole need täiesti täpsed. Need sõltuvad:

• erikaal;
• ümbritseva õhu temperatuur.

Erikaalu suurusel ei ole alati konstantset väärtust. Näiteks merevee mõõtmisel suureneb erikaal. Selle põhjuseks on kõrge soolasisaldus.

Selle tulemusena on kõrge vererõhk. Seda võib tajuda taseme kõrguse suurenemisena, kuid see väärtus ei pruugi olla muutunud. Äärmuslikel juhtudel on see muutunud minimaalselt.

Kui keskkond, kus mõõtmisi tehakse, ei muutu, näiteks diislikütus, on lubatud erikaalu muutust ignoreerida.

Temperatuuri kõikumised võivad mõjutada erikaalu suurust. Kui temperatuur tõuseb, siis tihedus väheneb ja tase tõuseb. Hüdrostaatiline rõhk ei suuda aga tasememuutuste korral adekvaatselt reageerida.

Paagi kuju avaldab teatud mõju iga vedeliku rõhule. Mõõtmiste tegemisel on näha temperatuuride erinevusest tingitud taseme tõusu. Löögi suurus võib sel ajal rääkida ainult taseme langusest, kui paagi paisumine on suunatud ülespoole. Võimalik, et taseme väärtus on tõene või on tegemist ebaproportsionaalselt suure tõusuga. Mõnikord tõuseb tihedus ümbritseva õhu temperatuuri languse tõttu, omadused muutuvad vastupidiseks. Täpsema arvutuse tegemiseks on vaja temperatuuri hüppeid kompenseerida.

Mis on rõhk: andmete iseloomustamine

Hüdrostaatilise pea suurus viitab mis tahes puhkeolekus oleva vedeliku iseloomulikele omadustele. Survejõu suurust mõõdetakse tavaliselt meetrites.

Pea andmed näevad välja järgmised:

• z - geomeetriline rõhk;
• hp on piesomeetriline kõrgus.

Põhimõtteliselt väljendab hüdrostaatiline pea mis tahes vedeliku puhkeenergia suurust. Näiteks veetorni kõrgusest sõltub survejõud, mis torusüsteemi siseneb. Iseloomulik hp viitab rõhu suurusele. Kui ilmus ülerõhk, mis tähendab, et see tekkis veevarustuses, mistõttu tekib suur rõhk. Vedelik võib tõusta mis tahes kõrgusele.

Pea lugemine jaoks erinevad punktid vedelik toodetakse ühelt horisontaaltasandilt. See on vajalik nende positsioonide võrdlemiseks. Horisontaalse pinnana võib võtta absoluutselt mis tahes pinda. Kui toru on paigaldatud horisontaalselt, tehakse mõnel juhul arvutus toru keskjoone suhtes. Sel juhul muutub geomeetriline kõrgus nulliks. Väga sageli võrdsustatakse kõrgusmärgid absoluutsete geodeetiliste majakatega, mis võtavad näidu maailma ookeani tasapinna keskmisest tasemest. Meie riigis mõõdetakse taset Läänemere pinnalt.

Hüdrostaatilise pea kõige olulisem omadus on selle võrdne väärtus kõigi hüdroühendusega veepuhkepunktide suhtes. Arvutamine tõestas, et survejõud on igal sügavusel võrdne, kuigi rõhk võib olla erinev.

Avatud paagis on veepinnal oleva punkti survet väga lihtne leida. On vaja mõõta kaugust horisontaalsest pinnast kuni avatud tase atmosfäärirõhu all olev vesi.