Гидравлика
Шрифт:
Давление р называют абсолютным давлением pабс.
Если р > pабс, то p – pатм= p + gh – pатм– его называют избыточным давлением:
pизч= p < p, (6)
если p < pатм,
pвак= pатм – p, (7)
называют вакуумметрическим давлением.
6. Законы Паскаля. Приборы измерения давления
Что произойдет в других точках жидкости, если приложим некоторое усилие p? Если выбрать две точки, и приложить к одной из них усилие p1, то по основному уравнению гидростатики, во второй точке давление изменится на p2.
откуда легко заключить, что при равности прочих слагаемых должно быть
p1= p2. (2)
Мы получили выражение закона Паскаля, который гласит: изменение давления в любой точке жидкости в равновесном состоянии передается во все остальные точки без изменений.
До сих пор мы исходили из предположения, что = const. Если иметь сообщающийся сосуд, который заполнен двумя жидкостями с 1/= 2, причем внешнее давление p= p1= pатм, то согласно (1):
1gh = 2gh, (3)
откуда
где h1, h2 – высота от раздела поверхности до соответствующих свободных поверхностей.
Давление – физическая величина, которая характеризует силы, направленные по нормали к поверхности одного предмета со стороны другого.
Если силы распределены нормально и равномерно, то давление
где – F суммарная приложенная сила;
S – поверхность, к которой приложена сила.
Если силы распределены неравномерно, то говорят о среднем значении давления или считают его в отдельно взятой точке: например, в вязкой жидкости.
Приборы для измерения давления
Одним из приборов, которым измеряют давление, является манометр.
Недостатком манометров является то, что у них нее большой диапазон измерений: 1—10 кПа.
По этой причине в трубах используют жидкости, которые «уменьшают» высоту, например, ртуть.
Следующим прибором для измерения давления является пьезометр.
7. Анализ основного уравнения
Высоту напора принято называть пьезометрической высотой, или напором.
Согласно основному уравнению гидростатики,
p1+ ghA= p2+ ghH,
где – плотность жидкости;
g – ускорение свободного падения.
p2, как правило, задается p2= pатм, поэтому, зная hА и hH, нетрудно определить искомую величину.
2. p1= p2= pатм. Совершенно очевидно, что из = const, g = const следует, что hА= hH. Этот факт называют также законом сообщающихся сосудов.
3. p1< p2= pатм.
Между поверхностью жидкости в трубе и ее закрытым концом образуется вакуум. Такие приборы называют вакуумметры; их используют для измерения давлений, которые меньше атмосферного.
Высота, которая и является характеристикой изменения вакуума:
Вакуум измеряется в тех же единицах, что и давление.
Пьезометрический напор
Вернемся к основному гидростатическому уравнению. Здесь z – координата рассматриваемой точки, которая отсчитывается от плоскости XOY. В гидравлике плоскость XOY называется плоскостью сравнения.
Отсчитанную от этой плоскости координату z называют пооразному: геометрической высотой; высотой положения; геометрическим напором точки z.
В том же основном уравнении гидростатики величии на p/gh – также геометрическая высота, на которую поднимается жидкость в результате воздействия давления р. p/gh так же, как и геометрическая высота, измеряется в метрах. В случае, если через другой конец трубы на жидкость действует атмосферное давление то жидкость в трубе поднимается на высоту pизб/gh, которую называют вакуумметрической высотой.
Высоту, соответствующую давлению pвак, называют вакуумметрической.
В основном уравнении гидростатики сумма z + p/gh – гидростатический напор Н, различают также пьезометрический напор Hn , который соответствует атмосферному давлению pатм/gh:
Hn < H
8. Гидравлический пресс
Гидравлический пресс служит для совершения на коротком пути большей работы. Рассмотрим работу гидравлического пресса.
Для этого, чтобы совершалась работа над телом, надо воздействовать на поршень с некоторым давлением Р. Это давление, как и Р2, создается следующим образом.
Когда поднимается поршень насоса с площадью нижней поверхности S2, то он закрывает первый клапан и открывает второй. После заполнения цилиндра водой второй клапан закрывается, открывается первый.
В результате вода через трубу заполняет цилиндр и давит на поршень с помощью нижнего сечения S1 с давлением Р2.