Hidrostatik basınç ve özellikleri

Hidrostatik basınç, dış kuvvetlerin etkisi altında meydana gelen bir sıvıdaki iç basınç stresidir.

Denge durumundaki herhangi bir sıvı cisim, iki dış kuvvet kategorisinin etkisi altındadır: yüzey ve kütle.

Yüzey kuvvetleri, örneğin bir pistonun veya pompa pistonunun basınç kuvvetleri gibi bir sıvı gövdesinin yüzeyine etki eden kuvvetlerdir. atmosfer basıncı vb.

Kütle veya hacim kuvvetleri, homojen bir sıvıda sıvı cismin tüm hacmi boyunca dağılan yerçekimi, atalet ve merkezkaç kuvvetleridir. Bir sıvı parçacığına uygulanan temel kütle kuvvetinin değeri, bu parçacığın kütlesi ile orantılıdır.

Durgun bir akışkandaki iç sürtünme kuvvetleri kendilerini göstermezler.

Durmakta olan bir sıvı bedeni alalım ve zihinsel olarak bir düzlem boyunca bölelim. A-A iki parçaya. tepe atılacak ve alt kısımdaki kuvvet etkisi yerine kuvvet uygulanacaktır. F(şek.2.1). Kuvvet F Sıvı cismin üst ve alt kısımlarını ayıran W alanına uygulanan, hidrostatik basınç kuvveti olarak adlandırılır.

Bu durumda, alt kısmın üst kısma eşit büyüklükte bir kuvvetle etki ettiği akılda tutulmalıdır. F ama ters yönde.

Ortalama hidrostatik basıncın değeri, birim alan başına kuvvetin büyüklüğü ile belirlenir, yani.

W alanındaki herhangi bir noktadaki hidrostatik basıncın değeri, temel kuvvetin oranı ile belirlenir. dF temel alana uygulanan dw bu noktanın bölgesinde yer almaktadır.

Hidrostatik basınç için SI birimi Pascal'dır. bir Pa = 1 N/m2 .

Hidrostatik basıncın iki ana özelliği vardır.

Hidrostatik basıncın ilk özelliği.

Hidrostatik basınç her zaman etki alanına yönelik iç normal boyunca hareket eder. Bu önerme çelişkiyle kanıtlanabilir. Diyelim ki hidrostatik basınç vektörü R normal boyunca değil, eğimli bir çizgi boyunca yönlendirilir (Şekil 2.2). hadi normale çevirelim R n ve teğet R için bileşenler. Vücudun üst ve alt kısımlarının normal bileşenleri dengelenecek ve teğetsel bileşenler, sıvının bir kısmının dinlenme durumuna aykırı olarak diğerine göre yer değiştirmesine neden olacaktır. Bu nedenle, hidrostatik basınç sadece etki bölgesinin normali boyunca yönlendirilebilir.

Şimdi vektörü varsayalım R iç boyunca değil, dış normal boyunca yönlendirilir (Şekil 2.3). Sıvı, çekme kuvvetlerini algılama yeteneğine sahip olmadığı için, sıvı gövdesinde bir kopma meydana gelir, bu da dinlenme durumuyla da çelişir ve fiziksel özellikler sıvılar. Bu nedenle, bu varsayım hariç tutulmuştur.

Yukarıdakilerden, her zaman sıvıya yönlendirilen hidrostatik basıncın bir sıkıştırma basıncı olduğu sonucu çıkar.

Hidrostatik basıncın ikinci özelliği.

Sıvının içindeki herhangi bir noktada, hidrostatik basınç tüm yönlerde aynıdır ve belirli bir noktada hareket ettiği platformun eğim açısına bağlı değildir.

Bu özelliği kanıtlamak için, sabit bir sıvıda, kenarları koordinat eksenlerine paralel ve sırasıyla eşit olan dikdörtgen prizma şeklinde temel bir hacim seçiyoruz. dx, dy, dz(şek.2.4)

Netlik için, prizmanın projeksiyonunu koordinat eksenleri üzerinde yapacağız. Öküz ve Öz. Bileşenleri eşit olan seçilen hacme yakın sıvıya bir birim vücut kuvveti etki etsin. X, Y ve Z.

ile belirtmek P için eksene dik bir yüze etki eden hidrostatik basınç Öküz, vasıtasıyla p y eksene dik bir yüzdeki basınç Oy vb. Eğimli yüzeye etki eden hidrostatik basınç ile gösterilecektir. P n, ve yüzün alanı dw. Tüm bu basınçlar, normaller boyunca karşılık gelen alanlara yönlendirilir.

Önce eksen yönünde olmak üzere tahsis edilen sıvı hacmi için denge denklemini oluşturalım. Öküz

kütle kuvvetinin hareket yönü nerede.

, (2.4)

(köşe a iyi eğitimli P n ve eksen Öküz)

, (2.6)

(X hacmi boyunca birim kütle kuvvetidir).

Bir tetrahedronun kütlesi hacminin ürününe eşittir dW yoğunluk için r, yani

Hidrolik iki bölüme ayrılır: hidrostatik ve hidrodinamik. Hidrodinamik daha kapsamlı bir bölümdür ve sonraki derslerde ele alınacaktır. Bu ders hidrostatik konusunu ele alacaktır.

Hidrostatik akışkan dengesi yasaları ve pratik uygulamaları ile ilgilenen hidrolik bölümü olarak adlandırılır.

2.1. hidrostatik basınç

Durmakta olan bir sıvıda her zaman bir basınç kuvveti vardır. hidrostatik basınç. Sıvı, kabın tabanı ve duvarları üzerinde bir kuvvet etkisine sahiptir. İçinde bulunan bir sıvının parçacıkları üst katmanlar bir rezervuarın altındaki sıvı parçacıklardan daha düşük sıkıştırma kuvvetleri yaşar.

Sıvı ile doldurulmuş düz dikey duvarlara sahip bir tank düşünün (Şekil 2.1, a). Tankın dibine etki eden kuvvet P dökülen sıvının ağırlığına eşit G = γ V, yani P=G.

Eğer bu kuvvet P alt alana böl S abcd, sonra alırız ortalama hidrostatik basınç tankın dibinde hareket eder.

Hidrostatik basıncın özellikleri vardır.

Mülk 1 . Akışkanın herhangi bir noktasında, hidrostatik basınç, seçilen hacme teğet bölgesine diktir ve söz konusu akışkan hacminin içinde hareket eder.

Bu ifadeyi kanıtlamak için Şekil 2.1'e dönelim, a. Tankın yan duvarında bir platform seçin S yan(gölgeli). Hidrostatik basınç, bu alana dağıtılmış bir kuvvet şeklinde etki eder ve bunun yerine tek bir sonuçla yer değiştirebilir, bunu ifade ederiz. P. Diyelim ki hidrostatik basınç bileşkesi P, bu sitede hareket eden noktada uygulanır ANCAK ve ona φ açısıyla yönlendirilir (Şekil 2.1'de oklu kesikli bir çizgi ile gösterilir). Daha sonra duvarın tepki kuvveti R sıvı üzerinde aynı değere sahip olacaktır, ancak ters yönde (oklu katı bölüm). belirtilen vektör R vektörün iki bileşenine ayrılabilir: normal R n(gölgeli alana dik) ve teğet R τ duvara.

Pirinç. 2.1. Hidrostatik basıncın özelliklerini gösteren şema a - ilk özellik; b - ikinci özellik

Kuvvet normal basınç R n akışkanda basınç gerilmelerine neden olur. Bu gerilimler sıvı tarafından kolayca karşılanır. Kuvvet R Duvar boyunca akışkana etki eden τ, duvar boyunca akışkanda kayma gerilmelerine neden olmalı ve parçacıklar aşağı doğru hareket etmiş olmalıdır. Ancak tanktaki sıvı durgun olduğu için bileşen R τ eksik. Bundan hidrostatik basıncın ilk özelliğini çıkarabiliriz.

Mülk 2 . Hidrostatik basınç her yönde sabittir.

Bir rezervuarı dolduran bir sıvıda, çok küçük kenarları Δ olan temel bir küp seçiyoruz. x, Δ y, Δ z(Şekil 2.1, b). Yan yüzeylerin her biri, karşılık gelen basıncın ürününe eşit bir hidrostatik basınç kuvveti ile preslenecektir. P x ,P y ,P z temel alanlarda. Pozitif yönde hareket eden basınç vektörlerini (belirtilen koordinatlara göre) şu şekilde gösterelim: P" x ,P" y ,P" z, ve sırasıyla zıt yönde hareket eden basınç vektörleri P"" x ,P"" y ,P"" z. Küp dengede olduğuna göre eşitlikleri yazabiliriz.

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

burada γ sıvının özgül ağırlığıdır; Δ x, Δ y, Δ z küpün hacmidir.

Ortaya çıkan eşitlikleri azaltırsak, şunu buluruz:

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

Üçüncü denklemin terimi γΔ z kıyasla sonsuz küçük P" z ve P"" z, ihmal edilebilir ve sonunda

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

Küpün deforme olmaması (eksenlerden biri boyunca gerilmemiş olması) nedeniyle, farklı eksenlerdeki basınçların aynı olduğu varsayılmalıdır, yani.

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

Bu, hidrostatik basıncın ikinci özelliğini kanıtlar.

Mülk 3 . Bir noktadaki hidrostatik basınç, uzaydaki koordinatlarına bağlıdır.

Bu konum özel bir kanıt gerektirmez, çünkü nokta oturması arttıkça içindeki basıncın artacağı ve oturma azaldıkça azalacağı açıktır. Hidrostatik basıncın üçüncü özelliği şu şekilde yazılabilir:

Hidrostatik basınç, yerçekimi nedeniyle bir sıvının basıncını ifade eder. Bu fenomen fizik, tıp ve teknik endüstride uygulama bulmuştur. Örneğin, tansiyon deneyimlediği hidrostatik basınçtır. kan damarları. Temel olarak, kan çağrılabilir ve atardamar basıncı. Bir kuyuda hidrostatik basıncın nasıl oluştuğunu gözlemlemek çok yaygındır.

Bazı özellikler

Hidrolik iki bölümden oluşur:

• hidrostatik;
• hidrodinamik.

Hidrostatik, sıvı basıncı yasalarını, denge durumunu inceleyen bir hidrolik bölümüdür. Ayrıca, tüm fenomenler matematiksel hesaplamaları ifade eder. Hidrostatik basınç uygulamada çok yaygındır, örneğin basınç ölçümü.

Durgun haldeki bir sıvı her zaman hidrostatik basınç olarak bilinen basınca maruz kalır. Su sürekli olarak kabın gövdesine baskı yapar. Üst katmanlarda bulunan su parçacıkları, altta bulunan parçacıklarla karşılaştırıldığında küçük bir sıkıştırma kuvvetine maruz kalır.

Hidrostatik basıncın bazı karakteristik özellikleri vardır:

1. Su yüzeyinin her noktası, seçilen hacme dokunan alana 90° yönlendirilen hidrostatik etkiye maruz kalır. Basınç eylemi, kesinlikle herhangi bir su hacmi içinde gerçekleştirilir.
2. Hidrostatik basınç nereye yönlendirilirse yönlendirilsin, değeri her zaman aynı kalır ve bu yapılan hesaplamalarla da doğrulanmıştır.
3. Uzay koordinatları hidrostatik basıncı hiçbir şekilde etkilemez.
4. Kuyular gibi sıvıyı içeren rezervuar tipinin hidrostatik basınç üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bir hesaplama yapmak için, sıvının yoğunluğunu, tankın yüksekliğinin büyüklüğü ve serbest düşüş hızı ile çarpmanız gerekir.
5. Tanklarda aynı miktarda sıvı çeşitli şekiller, konteynerin dibine farklı kuvvetle basar. Bu basınç, sıvı kolonunun boyutu ile doğrudan ilişkili olduğu için, çok dar kaplar geniş olanlardan daha fazla etkilenir. Bu nedenle, az miktarda sıvı bile büyük bir baskı düzenleyebilir.

kuyudaki basınç nedir

Kuyu yoğun üretime tabi tutulduğunda piezometrik seviyede bir düşüş meydana gelir. Sonuç olarak, kuyuda bir basınç düşüşü var. Tabii ki, bu çok dezavantajlı, ancak düşüş, büyük derinliklerde bulunan sıcak suyun gelmesine neden olmanızı sağlar.

Hesaplama, suyun ne kadar derin olduğunu gösterdiğinden, kuyudaki piezometrik seviyedeki bir düşüşle sıcaklığı o kadar yüksek olur, sıvının sıcaklığı yükselir. Böyle bir fenomen Larderello'da görülebilir. Bu fenomenin olumlu bir etkisi var, onun sayesinde alabilirsiniz çok sayıda elektrik.

Su elde etmek için kuyuların açılması, daha fazla çalışması doğal dengenin ihlaline yol açar. Yeni bir denge, yani en yeni hidrotermal mekanizma ortaya çıkıyor. Piezometrik seviyedeki bir düşüş basıncı etkiler, hızla azalmaya başlar. Sonuç olarak, böyle bir katman, diğer hidrotermal sistemlerin yanı sıra derin katmanların sularını işgal etmeye çalışıyor. Bu nedenle termal birikintilerden gelen su, doğal kaynaklardan gelenden çok daha fazla kuyuya zarar vermeden alınabilir.

Bununla birlikte, bu sıvı hacmi oldukça görecelidir. Sonuçta kuyudaki su sonsuz değil. Kuyudaki suyun biteceği bir zaman gelecek. Durumu düzeltmek için kuyuyu derinleştirmeniz, kuyuya su sağlamak için pompalar kurmanız gerekecek. Sonuç olarak, yeraltı ısısı çok pahalı hale gelecektir. Bu nedenle, herhangi bir alan, kuyudan ağrısız bir şekilde alınabilen kuyudaki su hacminin doğru bir şekilde hesaplanmasını gerektirir.

Kuyular açıldığında: nüanslar

Bir ev inşa etmeden önce kuyuları açmaya başlamak daha iyidir.

Kablo vurmalı sondaj için kuyu şemaları.

Bu çok para ve zaman kazandıracak. Kuyudaki su, inşaatı daha rahat hale getirecek, su kaynağı aramaya gerek kalmayacak.

Çalışmaya başlamak için tüm nesnelerin konumunun doğru bir düzenini yapmanız gerekir. Sitenin alanını hesaplayın, tüm nüansları dikkate alın. Tabii ki, zaten inşa edilmiş bir ev için bir kuyu açabilirsiniz. Bugün, her koşulda su temini konusunda uzmanlaşmış birçok kuruluş var. Bu tür çalışmalar özel teknik ekipman üzerinde gerçekleştirilir.

sıvı seviyesi hesabı nasıl yapılır

• su düzleminden ölçümün başladığı noktaya olan mesafe;
• özgül ağırlık değeri;
• uygulanan basınç miktarı dış etkiÇarşamba için.

Ölçümler tamamen açık bir kapta yapılıyorsa, bir dönüştürücü kullanılarak bağıl basınç değeri ölçülmelidir. Bu, sahip olduğunuz baskıyı görmezden gelmenizi sağlayacaktır. çevre. Hesaplama formülü şöyle görünür:

h=p/(ρ*g), burada:

• p hidrostatik basınçtır;
• ρ özgül yoğunluğun değeridir;
• g, serbest düşüşün boyutudur;
• h, su sütununun boyutudur.

Tamamen kapalı bir kap kullanılıyorsa, örneğin çeşitli amaçlar için kullanılır. kimyasal maddeler, hesaplama yapmak, doğru ölçümler yapmak çok daha zordur. Kapalı bir kapta bulunan hava kütlesi mevcut sıvıyı etkiler ve bunun sonucunda ek basınç oluşur.

Bu bağlamda, birkaç dönüştürücü kullanmanız gerekecektir. Biri hidrostatik basıncı ölçmek için, diğeri ise hava kütlesinin sıvının üzerinde yarattığı etkiyi ölçmek için. Bu tür işler için klasik transdüserlerin aşağıdaki gibi aynı tip basıncı ölçmesi arzu edilir:

• akraba;
• mutlak.

Neredeyse herkes yapacak. Bu durumda, hesaplama şöyle görünecektir:

h=(p2-p1)/((ρ*g), burada:

• p2 hidrostatik basınçtır;
• p1 gaz basıncıdır;
• ρ özgül yoğunluktur;
• g, serbest düşüş hızının değeridir;
• h sıvı yüksekliğidir;
• m - seviye.

Hidrostatik Doğruluk: Öne Çıkanlar

Bir ölçüm sisteminin oluşturulması üzerinde çalışma yapıldığında, sensörün okumalarını her zaman hesaba katmak gerekir, bazen tamamen doğru olmazlar. Şunlara bağlıdırlar:

• spesifik yer çekimi;
• ortam sıcaklığı.

Özgül ağırlığın boyutu her zaman sabit bir değere sahip olmayacaktır. Örneğin deniz suyu ölçüldüğünde özgül ağırlıkta bir artış olur. Bunun nedeni yüksek tuz içeriğidir.

Sonuç olarak, var yüksek kan basıncı. Bu, seviyenin yüksekliğinde bir artış olarak algılanabilir, ancak bu değer değişmemiş olabilir. Aşırı durumlarda, minimum düzeyde değişti.

Ölçümlerin yapıldığı ortam herhangi bir değişikliğe tabi olmadığında, örneğin dizel yakıtı alın, özgül ağırlıktaki değişikliği göz ardı etmek caizdir.

Sıcaklık dalgalanmaları özgül ağırlığın boyutunu etkileyebilir. Sıcaklıkta bir artış olduğunda, yoğunlukta bir azalma ve seviyede bir artış olur. Bununla birlikte, seviye değişiklikleri meydana geldiğinde hidrostatik basınç yeterince tepki veremez.

Tankın şekli, her sıvının basıncı üzerinde belirli bir etkiye sahiptir. Ölçüm yapıldığında sıcaklık farkından dolayı seviye artışı görülebilir. Şu anda etkinin büyüklüğü, yalnızca tankın genişlemesi yukarı doğru yönlendirildiğinde seviyedeki bir düşüşten bahsedebilir. Seviye değerinin doğru olması veya orantısız bir artış olması mümkündür. Bazen ortam sıcaklığındaki düşüş nedeniyle yoğunluk artar, özellikler ters olur. Daha doğru bir hesaplama yapmak için sıcaklık sıçramalarını telafi etmek gerekir.

Basınç nedir: verileri karakterize etme

Hidrostatik kafanın boyutu, hareketsiz haldeki herhangi bir sıvının karakteristik özelliklerini ifade eder. Basınç kuvvetinin büyüklüğü genellikle metre cinsinden ölçülür.

Kafa verileri şöyle görünür:

• z - geometrik kafa;
• hp piezometrik yüksekliktir.

Temel olarak hidrostatik kafa, herhangi bir sıvının kalan enerjisinin boyutunu ifade eder. Örneğin, tesisat sistemine giren basınç kuvveti, su kulesinin yüksekliğine bağlıdır. Karakteristik hp, basıncın boyutunu ifade eder. ortaya çıktıysa aşırı basınç, bu, su kaynağında oluştuğu anlamına gelir, bu nedenle büyük bir basınç olacaktır. Sıvı herhangi bir yüksekliğe yükselebilir.

için kafa okuma farklı noktalar akışkan tek bir yatay düzlemden üretilir. Konumlarını karşılaştırmak için bu gereklidir. Kesinlikle herhangi bir yüzey yatay bir yüzey olarak alınabilir. Boru yatay olarak döşeniyorsa, bazı durumlarda hesaplama borunun merkez hattına göre yapılır. Bu durumda geometrik yükseklik sıfır olur. Çoğu zaman, yükseklik işaretleri, dünya okyanus düzleminin ortalama seviyesinden bir okuma alan mutlak jeodezik işaretlerle eşittir. Ülkemizde seviye Baltık Denizi yüzeyinden ölçülür.

Hidrostatik başlığın en önemli özelliği, hidrolik bağlantısı olan tüm su dinlenme noktalarına göre eşit değerde olmasıdır. Hesaplama, basınç farklı olsa da, basınç kuvvetinin herhangi bir derinlikte eşit olduğunu kanıtladı.

Açık bir tankta, su yüzeyindeki bir noktanın basıncını bulmak çok kolaydır. Yatay bir yüzeyden olan mesafeyi ölçmek gerekir. açık seviye atmosferik basınç altında su.