Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Давление жидкости на плоские стенки






     

    Рассмотрим жидкость, покоящуюся относительно Земли. Выберем в жидкости горизонтальную площадку w. Все точки этой площадки находятся на одинаковой глубине и испытывают одинаковое давление со стороны покоящейся жидкости. Если свободная поверхность жидкости открыта в атмосферу (р 0 = рат), то сила избыточного давления на площадку w определяется по формуле:

    ,

    то есть численно равна весу жидкости, заключенной в вертикальной призме основанием w и высотой h.

    Сила Ризб направлена со стороны жидкости перпендикулярно стенке. Линия действия силы пересекает площадку w в центре тяжести, так как давление распределено по площадке равномерно.

    При равенстве давлений на свободную поверхность жидкости в сосудах р 0 (рис. 3.14), плотностей r, площадей основания w и глубин h независимо от формы сосуда сила давления на горизонтальное дно будет одной и той же (гидростатический парадокс).

     

    Рис. 3.14. Гидравлический парадокс


    Рассмотрим плоскую стенку с площадью смоченной части ω, наклоненную к горизонту под углом q (рис. 3.15). Гидростатическое давление жидкости не остается постоянным в пределах смоченной части стенки. Разбив площадь w на элементарные площадки d w и считая в пределах d w давление р неизменным, выразим значение силы давления на элементарную площадку как

    dР = рd w.

    Вектор направлен со стороны жидкости по нормали к площадке. Суммарное воздействие жидкости сведется к равнодействующей силе Р, значение которой определяется по соотношению:

     

     

    . (3.13)

     

    Так как расстояние l, измеряемое по стенке от линии уреза воды (от оси OY) до элементарной площадки d w, равно , то при получим:

     

    .

     

    Интеграл представляет собой статический момент площади w относительно оси OY, то есть в данном случае относительно линии уреза жидкости. Статический момент равен произведению площади w на плечо lц.т . момента:

    .

     

    Выражение (3.13) примет вид:

     

    .

     

    Сила давления покоящейся жидкости на плоскую наклонную стенку равна произведению площади w на давление жидкости в центре тяжести смоченной части стенки. Сила направлена со стороны жидкости по нормали к стенке.

    При р0 = рат сила избыточного давления равна:

     

    .

     

    Далее силу избыточного давления (при р 0 = рат) будем обозначать Р (без индекса).

    Линия действия силы Р пересекает площадку в точке D (см. рис. 3.15), которая называется центром давления.

    Центр давления не совпадает с центром тяжести площади w, поэтому необходимо определять координаты центра давления.

    Сила Р 0 = р 0w, связанная с действием в каждой точке смоченной площади w одного и того же давления р 0, приложена в центре тяжести смоченной площади (точке С). Сила Р приложена в другой точке, не совпадающей с точкой С.

    Если необходимо найти точку приложения суммарной силы Рабс, то ее определяют по правилу сложения сил.

    Обычно для расчетов гидротехнических сооружений представляет интерес сила избыточного давления Р (при р0 = рат) и координаты точки ее приложения.

    Пусть рассматриваемая площадь w имеет ось симметрии (линия 0l на рис. 3.15). Тогда центр давления D будет расположен на оси симметрии и для определения его положения достаточно найти расстояние от линии уреза жидкости до точки D, то есть lц.д.

    Воспользуемся теоремой моментов: момент равнодействующей относительно произвольной оси силы равен сумме моментов составляющих сил относительно той же оси.

    За ось моментов в данном случае примем линию уреза жидкости, то есть ось OY. Тогда

    . (3.14)

    Помня, что

    подставим эти значения в (3.14):

     

    , (3.15)

    где Jy – момент инерции смоченной площади w относительно оси, совпадающей с линией уреза жидкости (оси OY).

     

    Из (3.15) имеем

    . (3.16)

    Перенесем ось момента инерции в центр тяжести площади. Моменты инерции относительно параллельных осей связаны между собой соотношением:

    где J0 – момент инерции смоченной площади относительно оси, проходящей параллельно линии уреза жидкости через центр тяжести С этой площади.

    Подставив значение Jy в (3.16), получим:

     

    или

    ,

    где – статический момент смоченной площади относительно линии уреза жидкости.






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.