Основное уравнение гидростатики

Общее представление о гидростатическом давлении

Гидростатическое давление – это сила давления водного столба над определенным, условно обозначенным уровнем. Полная удобная подвижность частиц капель жидкости или газа позволяет, находясь в состоянии покоя, передать равносильно давление по всем направлениям. Таким образом, давление воздействует на любую часть плоскостей, что ограничивают жидкость, при использовании силы P, которая по своей характеристике пропорциональна размеру данной поверхности либо направлена по нормали в ее сторону. Гидростатическим давлением называют отношение между Pw, иначе говоря, это давление, создаваемое р на поверхности, равной единице.

В итоге мы получаем довольно легкое уравнение P = pw, которое позволяет точно вычислять давление на конкретную поверхность чего-либо, например сосуда, газа или жидкостных капель, что находятся в условиях, создающих очень малое давление в сравнении с тем, что передается снаружи. К этому аспекту явлений можно отнести практически любые случаи газового давления и расчетов давления воды, находящейся в гидравлическом прессе или аккумуляторе.

Блез Паскаль открыл и описал это жидкостное свойство в 1653-м, однако Симон Стевин знал и использовал это понятие немного раньше.

Давление тел, жидкостей и газов

Силу, действующую перпендикулярно опоре, называют силой давления.

Давлением (р) называют отношение модуля F силы давления, действующей на опору, к площади S поверхности этой опоры:   p = F / S

В СИ единица давления носит название паскаль (Па): 1 Па = 1 Н/м2.

Давление – физическая величина, равная отношению силы к площади поверхности, перпендикулярно которой эта сила действует. Давление характеризует силу, приходящуюся на каждую единицу площади её приложения.

Давление газа

Все газы вне зависимости от того, находятся они в сосуде или нет, постоянно оказывают давление на окружающие их тела. Давление газа в закрытом сосуде возрастает при увеличении плотности или температуры газа.

Состояние газа при низком давлении называется вакуумом.

Закон Паскаля (для газа): Воздух передаёт оказываемое на него давление во всех направлениях одинаково.

Атмосферное давление

Сила, с которой столб атмосферного воздуха давит на земную поверхность, равна силе тяжести: Р = M*g, где М — масса столба воздуха.

Давление воздуха на поверхность Земли (на уровне моря) почти не изменяется и в среднем равно: р_атм = 101 325 Н/м2 = 0,1 МПа. Это давление называют нормальным атмосферным давлением. Его существование объясняется притяжением атмосферного воздуха к Земле.

Дополнительная информация по теме в конспекте по географии «Атмосферное давление»

Давление жидкости. Гидростатика

Давление жидкости на покоящееся в ней тело называют гидростатическим давлением. Оно прямо пропорционально плотности и высоте слоя (столба) жидкости. Науку, изучающую давление жидкостей, называют гидростатикой.

Гидростатическое давление на глубине h равно p = p_атм+ p*g*h

Закон Паскаля: давление, оказываемое на покоящиеся жидкости или газы, передается без изменения во все части этих жидкостей или газов. Жидкость и газ передают оказываемое на них давление во всех направлениях одинаково.

Вне зависимости от формы и размеров сосуда давление внутри жидкости на одной и той же глубине одинаково.

Приборы для измерения давления

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Нормальным атмосферным давлением называют такое давление, которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм рт.ст. при температуре 0°С:  р_атм = 0,1 МПа. Существуют ртутные барометры и барометры-анероиды (безжидкостные барометры)

Понижение атмосферного давления, как правило, предвещает ухудшение погоды и наоборот. По мере подъёма над поверхностью Земли атмосферное давление понижается приблизительно на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 м подъёма. Приборы для измерения давлений ниже атмосферного, называются вакуумметрами.

Манометр – прибор для измерения давления внутри закрытых сосудов. Как правило, манометр измеряет разность давления в сосуде и атмосферного давления. Существуют открытые U-образные жидкостные манометры, а также безжидкостные (деформационные) манометры.

Жидкостные манометры основаны на измерении разности высот столбов однородной жидкости в сообщающихся сосудах, один из которых находится под действием атмосферного давления. Измеряемая разность давлений равна p₁ – p_атм = p*g*D*h

Решение задач

Практика: Задачи на давление твердых тел с ответами и решениями.

Практика: Задачи на давление жидкостей с ответами и решениями.

Таблицы и схемы по теме «Давление тел, жидкостей и газов»

Конспект всех уроков по теме «Давление тел, жидкостей и газов».

Следующая тема «Закон Архимеда»

Каким бывает давление в скважине

Когда скважина подвергается интенсивной эксплуатации, возникает уменьшение пьезометрического уровня. Вследствие этого происходит падение давления в скважине. Конечно, это очень невыгодно, однако падение позволяет вызвать приход горячей воды, которая находится на большой глубине.

Схема кривой восстановления давления в скважине.

Так как расчет показал, что чем глубже находится вода, тем выше ее температура, при уменьшении в скважине пьезометрического уровня происходит повышение температуры жидкости. Такое явление можно увидеть в Лардерелло. Это явление несет с собой положительный эффект, благодаря ему можно получить большое количество электроэнергии.

Бурение скважин для получения воды, их дальнейшая эксплуатация приводят к нарушению натурального природного баланса. Появляется новый баланс, то есть новейший гидротермальный механизм. Уменьшение пьезометрического уровня влияет на давление, оно начинает стремительно снижаться. В результате такой слой пытаются занять воды глубоких пластов, а также других гидротермальных систем. Именно поэтому воду из термальных месторождений можно без ущерба скважине брать намного больше, чем она поступает из естественных источников.

Однако этот объем жидкости достаточно относителен. Ведь вода в скважине не бесконечна. Наступит такой момент, когда вода в скважине закончится. Чтобы исправить положение, придется делать углубление скважины, устанавливать насосы для подачи воды в скважине. В результате подземное тепло станет очень дорогим. Поэтому любое месторождение требует точного расчета объема воды в скважине, который можно безболезненно забирать из колодца.

СТАТИКА И ГИДРОСТАТИКА Теория и формулы (кратко)

Статика — раздел механики, изучаю­щий условия равновесия тел.

Условия рав­новесия  тела:

а) Поступательно движущееся тело на­ходится в состоянии равновесия (покоится или движется прямолинейно и равномерно),    если 

б) Вращающееся    тело,   имеющее   непо­движную ось вращения, находится в покое или равномерно вращается, если         М₁ + М₂ + М₃ + … + M_N = 0,  где М — момент силы —  произведение силы на её плечо.

Виды равновесия.

1. Виды равновесия тела с закрепленной осью вращения

а) если ось проходит через центр масс, то тело находится в безразличном равновесии при любом положении тела (а);

б) ось выше точки центра тяжести — ус­тойчивое равновесие (б);

в) ось ниже точки центра тяжести — неус­тойчивое равновесие( в).

1. Виды равновесия тела, имеющего точ­ку опоры:

а) если равнодействующая всех сил направлена к положению равновесия, то тело нахо­дится в устойчивом положении (рис. а);

б)    если равнодействующая всех сил направлена от положения равновесия, то тело находится в неустойчивом  равновесии (рис. б);

в)    если Σ  = 0, — равновесие безразличное (рис. в).

1. Виды равновесия тела, имеющего пло­щадь опоры.

Если вертикаль, проведенная через центр тяжести тела, пересекает площадь его опоры, то равновесие тела устойчивое. Если не пересекает, то тело падает, — равновесие не­устойчивое.

Простые механизмы и блоки

Простые механизмы — приспособления, которые служат для преобразования силы. К ним относятся:  рычаг (блок, ворот) и наклонная плоскость (клин, винт). Они применяются для получения выигрыша в силе.

F₂/F₁ – выигрыш в силе.      F₁l₁=F₂l₂ — условие равновесия рычага для двух сил.

Золотое правило механики: все простые механизмы, не дают выигрыша в работе — во сколько раз мы выигрываем в силе, во столько же раз мы проигрываем в расстоянии.

Что такое напор: характеризующие данные

Под размером гидростатического напора понимаются характерные свойства любой жидкости, состоящей в покое. Величину силы напора принято измерять метрами.

Данные определения напора выглядят следующим образом:

• z – геометрический напор;
• hp – пьезометрическая высота.

В основном гидростатический напор выражает размер энергии покоя любой жидкости. К примеру, от высоты водонапорной башни зависит сила напора, который поступает в водопроводную систему. Характеристика hp относится к размеру давления. Если появилось избыточное давление, значит, оно образовалось в водопроводе, следовательно, будет иметь место большой напор. Жидкость сможет подниматься на любую высоту.

Отсчет напора для разных точек жидкости производится от единой горизонтальной плоскости. Это необходимо для сравнения их положения. За горизонтальную поверхность может быть взята абсолютно любая поверхность. Если труба установлена горизонтально, в некоторых случаях расчет проводится относительно осевой линии трубы. В этом случае геометрическая высота становится нулем. Очень часто отметки высоты приравнивают к абсолютным геодезическим маякам, которые берут отсчет от усредненного уровня плоскости мирового океана. У нас в стране уровень отсчитывается от поверхности Балтийского моря.

Важнейшей особенностью гидростатического напора является его одинаковая величина относительно всех точек покоя воды, которые имеют гидравлическую связь. Расчет доказал, что сила напора равна на любой глубине, хотя давление может быть разным.

Точность гидростатики: основные моменты

Когда проводятся работы по образованию измерительной системы, необходимо всегда учитывать показания датчика, иногда они бывают не совсем точными. Они зависят от:

• удельной плотности;
• температуры окружающей среды.

Размер удельной плотности не всегда будет иметь постоянное значение. К примеру, когда измеряется морская вода, происходит увеличение удельной плотности. Это происходит из-за высокого содержания соли.

Как результат – возникает повышенное давление. Это может быть воспринято как увеличение высоты уровня, однако эта величина могла не измениться. В крайнем случае она изменилась минимально.

Когда среда, в которой проходят измерения, не подвергается никаким изменениям, возьмем, к примеру, топливо для дизельных двигателей, то разрешается игнорировать изменение показателя удельной плотности.

Схема расчета гидростатики.

Перепады температуры могут оказывать влияние на размер удельной плотности. Когда происходит повышение температуры, наблюдается снижение плотности и возрастание уровня. Однако гидростатическое давление, когда происходит изменение уровня, не в состоянии отреагировать на это адекватно.

Форма резервуара оказывает на давление каждой жидкости определенное влияние. Когда проводятся измерения, можно увидеть повышение уровня из-за перепада температуры. Величина воздействия в это время может говорить лишь об уменьшении уровня, когда расширение емкости направлено вверх. Возможно, что величина уровня соответствует действительности или имеет место непропорциональное повышение. Иногда плотность повышается из-за падения окружающей температуры, свойства становятся противоположными. Чтобы выполнить более точный расчет, требуется провести компенсацию скачков температуры.

Свойства

В каждой статичной жидкой среде всегда присутствует напряжение сжатия. К примеру, вода, размещенная в условном баке, станет давить на его стенки и дно. А если погрузить в воду какой-либо предмет, то можно с уверенностью сказать, что этот предмет окажется под воздействием силовой нагрузки.

К основным свойствам гидростатического давления относят три закономерности:

1. ГДВ всегда направлено перпендикулярно той площадке, на которую оно оказывает действие. Стенки емкостей бывают вертикальными, бывают наклонными. На направление действия силы это совершенно не влияет. Давление внутри емкости все равно будет направлено под углом 90° к стенкам.
2. В любой точке жидкости величина ГДВ неизменна по всем направлениям. Свойство №2 объясняется молекулярным строением воды. Частицы в жидкостях довольно свободны, и способны легко перемещаться относительно друг друга. У твердых материалов молекулы собраны в кристаллические решетки, поэтому их форма неизменна.

   Из этого обстоятельства следует, что когда давление распространяется на конкретный объем воды, в котором молекулы не имеют прочных связей, то оно одинаково действует во все стороны. При этом сила этого давления имеет одну и ту же величину.

3. ГДВ в некоторой точке будет зависеть от ее месторасположения в пространстве. Это свойство очевидно. Вполне понятно, что чем глубже тело опустится в жидкую среду, тем больше окажется показатель ГДВ. И, наоборот, при незначительном погружении, ГДВ будет маленьким.

Таблица — давление водяного столба в зависимости от глубины (высоты водяного столба) 1-500 метров Па=Pa, бар=bar, psi, psf. Гидростатическое давление столба жидкости или газа. Таблица давления воды от глубины.

• Гидростатическое давление — давление в покоящейся жидкости (да и газе 😉 возникающее вследствие действия силы притяжения. Пропорционально глубине и плотности жидкости (газа):
  • P = ρ*g*h (на поверхности Земли.)
    • Где:
      • P = Давление (Па=Pa, бар=bar, psi, psf)
      • h = Глубина или высота столба жидкости или газа (м=m, футов=ft, дюймов=in)
      • ρ=  Плотность жидкости  или газа (кг/м3)
      • g = Ускорение свободного падения  (9.80665 м/с2, 32.174 фт/с2 , 21.937 (м/ч)/с)

Справочно: Зависимость плотности воды от температуры

Высота водяного столба = Глубина погружения в воду	Давление
метров=м=m	футов=ft	мм=mm	Па=Pa	бар=bar	psi	psf
1,00	3,28	1 000	10 000	0,10	1,45	209
2,00	6,56	2 000	20 000	0,19	2,90	418
3,00	9,84	3 000	30 000	0,29	4,35	627
4,00	13,12	4 000	40 000	0,39	5,80	836
5,00	16,40	5 000	50 000	0,49	7,25	1 045
6,00	19,69	6 000	60 000	0,58	8,70	1 254
7,00	22,97	7 000	70 000	0,68	10,15	1 463
8,00	26,25	8 000	80 000	0,78	11,60	1 672
9,00	29,53	9 000	90 000	0,87	13,05	1 881
10,00	32,81	10 000	100 000	0,97	14,50	2 090
15,00	49,21	15 000	150 000	1,46	21,75	3 135
20,00	65,62	20 000	200 000	1,94	29,00	4 180
25,00	82,02	25 000	250 000	2,43	36,25	5 225
30,00	98,43	30 000	300 000	2,91	43,50	6 270
35,00	114,83	35 000	350 000	3,40	50,75	7 315
40,00	131,23	40 000	400 000	3,88	58,00	8 360
45,00	147,64	45 000	450 000	4,37	65,25	9 405
50,00	164,04	50 000	500 000	4,85	72,50	10 450
55,00	180,45	55 000	550 000	5,34	79,75	11 495
60,00	196,85	60 000	600 000	5,82	87,00	12 540
65,00	213,25	65 000	650 000	6,31	94,25	13 585
70,00	229,66	70 000	700 000	6,79	101,50	14 630
75,00	246,06	75 000	750 000	7,28	108,75	15 675
80,00	262,47	80 000	800 000	7,76	116,00	16 720
85,00	278,87	85 000	850 000	8,25	123,25	17 765
90,00	295,28	90 000	900 000	8,73	130,50	18 810
Высота водяного столба = Глубина погружения в воду	Давление
метров=м=m	футов=ft	мм=mm	Па=Pa	бар=bar	psi	psf
95,00	311,68	95 000	950 000	9,22	137,75	19 855
100,00	328,08	100 000	1 000 000	9,70	145,00	20 900
110,00	360,89	110 000	1 100 000	10,67	159,50	22 990
120,00	393,70	120 000	1 200 000	11,64	174,00	25 080
130,00	426,51	130 000	1 300 000	12,61	188,50	27 170
140,00	459,32	140 000	1 400 000	13,58	203,00	29 260
150,00	492,13	150 000	1 500 000	14,55	217,50	31 350
160,00	524,93	160 000	1 600 000	15,52	232,00	33 440
170,00	557,74	170 000	1 700 000	16,49	246,50	35 530
180,00	590,55	180 000	1 800 000	17,46	261,00	37 620
190,00	623,36	190 000	1 900 000	18,43	275,50	39 710
200,00	656,17	200 000	2 000 000	19,40	290,00	41 800
Высота водяного столба = Глубина погружения в воду	Давление
метров=м=m	футов=ft	мм=mm	Па=Pa	бар=bar	psi	psf
210,00	688,98	210 000	2 100 000	20,37	304,50	43 890
220,00	721,78	220 000	2 200 000	21,34	319,00	45 980
230,00	754,59	230 000	2 300 000	22,31	333,50	48 070
240,00	787,40	240 000	2 400 000	23,28	348,00	50 160
250,00	820,21	250 000	2 500 000	24,25	362,50	52 250
260,00	853,02	260 000	2 600 000	25,22	377,00	54 340
270,00	885,83	270 000	2 700 000	26,19	391,50	56 430
280,00	918,64	280 000	2 800 000	27,16	406,00	58 520
290,00	951,44	290 000	2 900 000	28,13	420,50	60 610
300,00	984,25	300 000	3 000 000	29,10	435,00	62 700
310,00	1 017,06	310 000	3 100 000	30,07	449,50	64 790
320,00	1 049,87	320 000	3 200 000	31,04	464,00	66 880
330,00	1 082,68	330 000	3 300 000	32,01	478,50	68 970
340,00	1 115,49	340 000	3 400 000	32,98	493,00	71 060
350,00	1 148,29	350 000	3 500 000	33,95	507,50	73 150
Высота водяного столба = Глубина погружения в воду	Давление
метров=м=m	футов=ft	мм=mm	Па=Pa	бар=bar	psi	psf
360,00	1 181,10	360 000	3 600 000	34,92	522,00	75 240
370,00	1 213,91	370 000	3 700 000	35,89	536,50	77 330
380,00	1 246,72	380 000	3 800 000	36,86	551,00	79 420
390,00	1 279,53	390 000	3 900 000	37,83	565,50	81 510
400,00	1 312,34	400 000	4 000 000	38,80	580,00	83 600
410,00	1 345,14	410 000	4 100 000	39,77	594,50	85 690
420,00	1 377,95	420 000	4 200 000	40,74	609,00	87 780
430,00	1 410,76	430 000	4 300 000	41,71	623,50	89 870
440,00	1 443,57	440 000	4 400 000	42,68	638,00	91 960
450,00	1 476,38	450 000	4 500 000	43,65	652,50	94 050
460,00	1 509,19	460 000	4 600 000	44,62	667,00	96 140
470,00	1 541,99	470 000	4 700 000	45,59	681,50	98 230
480,00	1 574,80	480 000	4 800 000	46,56	696,00	100 320
490,00	1 607,61	490 000	4 900 000	47,53	710,50	102 410
500,00	1 640,42	500 000	5 000 000	48,50	725,00	104 500

Некоторые особенности

Гидравлика имеет два раздела:

• гидростатика;
• гидродинамика.

Под гидростатикой понимается раздел гидравлики, который изучает законы давления жидкости, ее равновесного состояния. Причем все явления выражают математические расчеты. Гидростатическое давление очень часто можно встретить на практике, например, измерение давления.

Жидкость в состоянии покоя всегда подвергается воздействию, получившему название гидростатического давления. Вода постоянно давит на тело сосуда. Частицы воды, располагающиеся в верхних слоях, испытывают небольшую силу сжатия, если сравнивать с частицами, расположенными на дне.

Гидростатическое давление отличается некоторыми характерными свойствами:

Таблица потерь давления.

1. Каждая точка поверхности воды подвергается гидростатическому воздействию, которое направлено под 90° к площадке, имеющей касание выделенного объема. Действие давления осуществляется внутрь совершенно любого объема воды.
2. Куда бы ни направлялось гидростатическое давление, его величина всегда остается одинаковой, что подтвердили сделанные расчеты.
3. Координаты пространства никак не влияют на величину гидростатического давления.
4. Вид резервуара, где содержится жидкость, например, колодцы, не оказывает никакого воздействия на величину гидростатического давления. Чтобы сделать расчет, необходимо умножить плотность жидкости на размер высоты резервуара и скорость свободного падения.
5. Одинаковое количество жидкости, находящееся в резервуарах различной формы, давит с разной силой на днище емкости. Так как такое давление находится в прямой зависимости от размера столба жидкости, очень узкие сосуды подвергаются большему воздействию в сравнении с широкими. Поэтому даже малое количество жидкости способно организовать огромное давление.

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА!!!

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Реальной жидкостью называется жидкость

находящаяся при реальных условиях;

Идеальной жидкостью называется

а) жидкость, в которой отсутствует внутреннее трение;

1.8. На какие виды разделяют действующие на жидкость внешние силы?массовые и поверхностные;

1.9. Какие силы называются массовыми?сила тяжести и сила инерции;

1.10. Какие силы называются поверхностными?

б) вызванные воздействием соседних объемов жидкости и воздействием других тел;

1.11. Жидкость находится под давлением. Что это означает?

на жидкость действует сила;

1.12. В каких единицах измеряется давление в системе измерения СИ?

в паскалях;

1.13. Если давление отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют:абсолютным.

1.14. Если давление отсчитывают от относительного нуля, то его называют:избыточным;

1.15. Если давление ниже относительного нуля, то его называют:

давление вакуума.

1.16. Какое давление обычно показывает манометр?избыточное;

1.17. Чему равно атмосферное давление при нормальных условиях?

100 кПа;

Давление определяется

отношением силы, действующей на жидкость к площади воздействия;

Массу жидкости заключенную в единице объема называют

г) плотностью.

Вес жидкости в единице объема называют

б) удельным весом;

1.21. При увеличении температуры удельный вес жидкостиуменьшается;

Сжимаемость это свойство жидкости

изменять свой объем под действием давления;

Сжимаемость жидкости характеризуется

коэффициентом объемного сжатия.

Текучестью жидкости называется

величина обратная динамическому коэффициенту вязкости;

Вязкость жидкости не характеризуется

статическим коэффициентом вязкости.

1.26. Кинематический коэффициент вязкости обозначается греческой буквойν;

1.27. Динамический коэффициент вязкости обозначается греческой буквойμ;

1.28. В вискозиметре Энглера объем испытуемой жидкости, истекающего через капилляр равен200 см3;

1.29. Вязкость жидкости при увеличении температурыуменьшается;

1.30. Вязкость газа при увеличении температурыувеличивается;

Выделение воздуха из рабочей жидкости называется

пенообразованием;

1.32. При окислении жидкостей не происходитувеличение вязкости;

1.33. Интенсивность испарения жидкости не зависит от от объема жидкости.

2.1. Как называются разделы, на которые делится гидравлика?

гидростатика и гидродинамика;

2.2. Раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости называетсягидростатика;

Гидростатическое давление — это давление присутствующее

в покоящейся жидкости;

2.4. Какие частицы жидкости испытывают наибольшее напряжение сжатия от действия гидростатического давления?

находящиеся на дне резервуара;

2.5. Среднее гидростатическое давление, действующее на дно резервуара равноотношению веса жидкости к площади дна резервуара.

Первое свойство гидростатического давления гласит

в любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема;

Второе свойство гидростатического давления гласит

гидростатическое давление неизменно во всех направлениях.

Третье свойство гидростатического давления гласит

гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве;

Уравнение, позволяющее найти гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема называется

основным уравнением гидростатики;

Основное уравнение гидростатики позволяет

определять давление в любой точке рассматриваемого объема;

2.11. Основное уравнение гидростатики определяется суммой давления на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев;

2.12. Чему равно гидростатическое давление при глубине погружения точки, равной нулюдавлению над свободной поверхностью;

2.13. «Давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково»это — закон Паскаля;

2.14. Закон Паскаля гласитдавление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково;

2.15. Поверхность уровня – это

поверхность, во всех точках которой давление одинаково;

2.16. Как приложена равнодействующая гидростатического давления относительно центра тяжести прямоугольной боковой стенки резервуара?ниже;

Дата добавления: 2017-02-28; просмотров: 1161 | Нарушение авторских прав
| Изречения для студентов

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Высота столба жидкости и давление

Чтобы это выяснить, проведем следующий мысленный эксперимент. Возьмем сосуд, наполненный жидкостью. Поместим в него две трубки из металлической сетки. Одну расположим вертикально, а другую — наклонно, таким образом, что ее нижний конец будет находиться на той же глубине, что и дно первой трубки. Поскольку емкости находятся на одинаковой глубине h, то давление жидкости на дно и стенки сосуда будет тоже одинаковым.

Теперь заделаем все отверстия в трубках. Из-за того, что они стали сплошными, давление в их нижних частях изменится? Нет. Хотя давление и одинаково, а сосуды равны по размеру, масса жидкости в вертикальной трубке меньше. Глубина, на которой находится нижняя часть трубки, называется высотой столба жидкости. Дадим определение данному понятию: это отсчитываемое по вертикали расстояние от свободной поверхности до данной точки жидкости. В нашем примере высота столба жидкости одинакова, поэтому и давление одинаково. В предыдущем опыте высота столба жидкости в правой трубке больше, чем в левой. Поэтому давление P₁ меньше, чем P₂.

Давление в наклонном сосуде

Представим, что у нас есть трубка длиной около 1 м. Мы налили в нее жидкость так, что она заполнена целиком. Возьмем точно такую же трубку, наполненную до краев, и разместим ее под наклоном. Сосуды одинаковы и заполнены одной и той же жидкостью. Следовательно, масса и вес жидкости и в первой, и во второй трубке равны. Будет ли одинаковым давление в точках, расположенных на дне этих емкостей? На первый взгляд кажется, что давление P₁ равно P₂, поскольку масса жидкостей одинакова. Предположим, что это так, и проведем эксперимент, чтобы проверить.

Соединим нижние части этих трубок маленькой трубочкой. Если наше предположение о том, что P₁ = P₂, верное, то перетечет ли куда-то жидкость? Нет, потому что на ее частицы будут действовать силы противоположного направления, которые будут компенсировать друг друга.

Давайте приделаем к наклонный трубке сверху воронку. А на вертикальной трубке проделаем отверстие, в него вставим трубочку, которая загибается вниз. Давление на уровне отверстия больше, чем на самом верху. Значит, жидкость будет перетекать по тоненькой трубочке и наполнять воронку. Масса жидкости в наклонной трубке будет увеличиваться, жидкость потечет из левой трубки в правую, затем будет подниматься и циркулировать по кругу.

А теперь установим над воронкой турбину, которую соединим с электрическим генератором. Тогда эта система самостоятельно, без какого-либо вмешательства будет вырабатывать электроэнергию. Она будет работать без остановки. Казалось бы, это и есть «вечный двигатель». Однако еще в XIX веке Французская академия наук отказалась принимать любые подобные проекты. Закон сохранения энергии говорит о том, что создать «вечный двигатель» невозможно. Значит, наше предположение о том, что P₁ = P₂, неверное. На самом деле P₁2. Как же тогда рассчитать давление жидкости на дно и стенки сосуда в трубке, которая расположена под наклоном?

Когда бурятся скважины: нюансы

Схемы скважин при ударно канатном бурении.

Таким образом будет сэкономлено немало денежных средств и времени. Вода в скважине сделает строительство более удобным, не нужно будет заниматься поиском водяного источника.

Для начала работ нужно сделать точную планировку местонахождения всех объектов. Выполнить расчет площади участка, учесть все нюансы. Конечно, можно пробурить скважину и для уже построенного дома. Сегодня очень много организаций, которые специализируются на организации водоснабжения в любых условиях. Такие работы выполняются на специальном техническом оборудовании.

Гидростатический парадокс

Основная статья: Гидростатический парадокс

Гидростатическое давление на тело не зависит от направления.

Вычисление немного усложняется, когда надо узнать давление, производимое на не горизонтальную часть стенки сосуда вследствие тяжести налитой на него жидкости. Здесь причиной давления становится вес столбов жидкости, имеющих основанием каждую бесконечно малую частицу рассматриваемой поверхности, а высотой вертикальное расстояние каждой такой частицы от свободной поверхности жидкости. Расстояния эти будут постоянны только для горизонтальных частей стенок и для бесконечно узких горизонтальных полосок, взятых на боковых стенках; к ним одним можно прилагать непосредственно формулу гидростатического давления. Для боковых же стенок надо суммировать, по правилам интегрального исчисления, давления на все горизонтальные элементы их поверхности; в результате получается общее правило: давление тяжелой жидкости на всякую плоскую стенку равняется весу столба этой жидкости, имеющему основанием площадь этой стенки, а высотой вертикальное расстояние её центра тяжести от свободной поверхности жидкости. Поэтому давление на дно сосуда будет зависеть только от величины поверхности этого дна, от высоты уровня жидкости в него налитой и от её плотности, от формы же сосуда оно зависеть не будет. Это положение известно под именем «гидростатического парадокса» и было разъяснено ещё Паскалем.

Действительно, оно кажется на первый взгляд неверным, потому что в сосудах с равными доньями, наполненными до равной высоты одной и той же жидкостью, вес её будет очень различный, если формы различны. Но вычисление и опыт (сделанный в первый раз Паскалем) показывают, что в сосуде, расширяющемся кверху, вес излишка жидкости поддерживается боковыми стенками и передается весам через их посредство, не действуя на дно, а в сосуде, суживающемся кверху, гидростатическое давление на боковые стенки действует снизу вверх и облегчает весы ровно на столько, сколько весило бы недостающее количество жидкости.

Закон Паскаля

Основная статья: Закон Паскаля

Чем глубже, тем выше давление. (левая часть графика)

Гидростатическое давление жидкости с постоянной плотностью в однородном поле тяжести ( = несжимаемая жидкость) подчиняется закону Паскаля:

p(h)=ρgh{\displaystyle p(h)=\rho \,g\,h}

где:

ρ{\displaystyle \rho } — плотность [для пресной воды: ρ ≈ 1000 кг/м³]

g{\displaystyle g} — ускорение свободного падения [для Европы: g ≈ 9,81 м/с²]

h{\displaystyle h} — высота (здесь: жидкости)

p{\displaystyle p} —

⇒ p(h){\displaystyle p(h)} = гидростатическое давление (p) зависит от высоты (h) жидкости.

Парциальное давление и его формула

Хотя формула гидростатического давления применима для газов, но давления для них удобнее вычислять по другой формуле, формуле парциального давления.

Дело в том, что в природе редко встречаются абсолютно чистые вещества, причем это касается как жидкостей, так и газов. Обычно на практике в окружающем мире преобладают различные смеси, и логично, что каждый из компонентов такой смеси может оказывать разное давление, такое разное давление и называют парциальным. Определить парциальное давление просто – оно равно суме давлений каждого компонента рассматриваемой смеси. Отсюда формула парциального давления будет иметь следующий вид:

P = P₁+P₂+P₃

Где P₁, P₂ и P₃ – давления каждого из компонентов газовой смеси, так званный «идеальный газ».

К примеру, чтобы определить давления воздуха обычной формулы гидростатического давления проделанной только с кислородом недостаточно, так как воздух в реальности представляет собой смесь разных газов, где помимо основного компонента кислорода, которым мы все дышим, есть и другие: азот, аргон и т. д.

Такие расчеты нужно проделывать при помощи формулы парциального давления.