И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЗАКОНА ПАСКАЛЯ
Цель работы:
1. Освоить технику измерения давления в жидкости с помощью пружинных манометров.
2. Подтвердить на основании опытных данных закон Паскаля.
3. Построить по данным опытов в масштабе эпюру манометрического давления по глубине 
.
Общие сведения
Гидростатическим давлением 
называют нормальное сжимающее напряжение, возникающее в покоящейся жидкости под действием поверхностных и массовых сил,
, (2.1)
где ΔР- элементарная равнодействующая поверхностных и массовых сил (гидростатическая сила), Н;
Δω- элементарная площадка действия, м2.
Из формулы (2.1) видно, что гидростатическое давление есть предел отношения элементарной гидростатической силы ΔР к элементарной площади действия Δω, когда последняя стремится к нулю.
За единицу гидростатического давления принято равномерно распределённое давление, создаваемое силой в 1 Н на площади в 1 м2, т.е. 
(один Паскаль).
Гидростатическое давление, отсчитываемое от нуля, называют абсолютным ( 
), по своему физическому смыслу это нормальное сжимающее напряжение в данной точке жидкости. Гидростатическое давление, отсчитываемое от атмосферного давления ( 
) называют избыточным ( 
) или манометрическим (рман), следовательно,
рман = 
(2.2)
Величину нормального атмосферного давления считают равной 101325 Па.
Если < , то величину гидростатического давления часто оценивают вакуумметрическим давлением (рвак), определяемым как недостаток абсолютного давления до атмосферного, т.е.:
рвак = рат - рабс. (2.3)
Сравнивая формулы (3.2) и (3.3), можно видеть, что:
Рвак = - ризб, (2.4)
т.е. вакуумметрическое давление есть отрицательное избыточное давление.
Приборы, применяемые для измерения , ратм и рвак называют соответственно манометрами, барометрами и вакуумметрами.
По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на две группы: жидкостные и механические.
Жидкостный открытый манометр (пьезометр) представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединён к точке, где измеряется манометрическое давление.
Манометрическое давление, выраженное через показания манометра, равно:
, (2.5)
где 
- объемный вес жидкости;
- пьезометрическая высота, т.е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нём.
Действие механических приборов основано на деформации под действием давления упругого элемента (пружины или мембраны). Заметим, что пружинный манометр показывает давление в точке жидкости на уровне оси вращения его стрелки. Если высотное положение оси вращения стрелки и точки подключения манометра не совпадает (рисунок 2.1), в показание манометра ( 
) вводят поправку ( 
).
Для случая, изображённого на рисунке 2.1
, (2.6)
где 
- превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения, м.
В данной лабораторной работе предусмотрено измерение манометрического давления пружинными манометрами.
Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления по глубине (рисунок 2.2) описывается основным уравнением гидростатики:
, (2.6)
где - гидростатическое давление в жидкости на глубине , Па;
- внешнее давление, т.е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па;
- глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м;
- весовое давление, т.е. гидростатическое давление, создаваемое весом столба жидкости, Па.
Из уравнения (2.6) видно, что при 
и 
давление с изменением величины изменяется по линейному закону (рисунок 2.2). Вычислив по уравнению давление в двух точках, заглублённых на разную величину , можно построить диаграмму распределения гидростатического давления по глубине, называемую эпюрой гидростатического давления (рисунок 2.2).
Из уравнения (2.7) следует, что внешнее давление в покоящейся жидкости передаётся во все точки её объёма без изменения (рисунок 2.2). Это следствие, вытекающее из уравнения (2.6), называют законом Паскаля. Справедливость этого закона предстоит проверить опытным путём в данной работе.
Рисунок 2.1 - Схема установки для экспериментального
подтверждения закона Паскаля:
1 – металлическая колонна;
2 – водомерное стекло;
3 – мерная шкала в метрах;
4 – механический манометр и его шкала в кПа;
5 – воздушный компрессор.
Описание установки
Установка (рисунок 2.1) представляет собой толстостенный стальной цилиндр 1, частично заполненный водой, уровень которой измеряется водомерной трубкой 2 со шкалой 3.
Для изменения гидростатического давления над свободной поверхностью жидкости (в точке А) и в точках В и С, заглублённых под уровень соответственно на 
и 
, подключены пружинные манометры 
, 
, 
.
В пространство над свободной поверхностью можно подавать сжатый воздух от компрессора 5. В крышке цилиндра имеется предохранительный клапан 2, отрегулированный на давление 500 кПа (на рисунке 2.1 не показан).