Основное уравнение гидростатики
СОДЕРЖАНИЕ
Введение............................................................................................................
Что такое механика жидкости и газа ........................................................
Как пользоваться конспектами лекций ....................................................
Гидравлика (Механика жидкости).....................................................................
Физические свойства жидкости.................................................................
Плотность .................................................................................................
Удельный вес ...........................................................................................
Вязкость ...................................................................................................
Гидростатика................................................................................................
Гидростатическое давление .....................................................................
Основное уравнение гидростатики ...........................................................
Приборы для измерения давления ..........................................................
Эпюры давления жидкости .....................................................................
Законы Архимеда и Паскаля ................................................................... Гидростатический напор .........................................................................
Гидродинамика..........................................................................................
Словарь гидравлических терминов ......................................................... 12
Уравнение неразрывности потока .......................................................... Гидродинамический напор ...................................................................... Уравнение Бернулли для жидкости ........................................................ Разность напоров и потери напора ..................................................... Напорная и пьезометрическая линии ..................................................... Связь давления и скорости в потоке ..................................................... Режимы движения жидкости ...................................................................
Расчёт напорных потоков ........................................................................
Гидравлический удар .............................................................................. Гидравлика отверстий и насадков .......................................................... Расчёт безнапорных потоков .................................................................. Фильтрационные расчёты ......................................................................
Физические свойства газов.......................................................................
Плотность ...............................................................................................
Удельный вес .........................................................................................
Вязкость .................................................................................................
Буквенные обозначения.............................
Справочные данные...................................................................................
Введение
Что такое механика жидкости и газа
Механика жидкости и газа (МЖГ) это наука, изучающая закономерности покоя и движения жидкостей и газов. Студенты ПГС, ГСХ, ПСК изучают прикладную МЖГ, то есть те её закономерности, которые имеют практическое значение в области строительства.
Термин механика жидкости и газа имеет следующие синонимы:
гидравлика и аэродинамика;
гидрогазодинамика;
техническая гидродинамика и газовая динамика.
Гидро подразумевает воду, в общем случае жидкость. Аэро воздух, в общем случае газ. В строительстве чаще всего основные расчёты, касающиеся жидкости и газа, связаны с водой и воздухом.
В учебном процессе курс МЖГ является теоретической основой комплекса дисциплин по инженерным сетям и оборудованию зданий и сооружений (водопровод, канализация, отопление, вентиляция), используется при расчётах строительных конструкций на воздействие воды и ветра, для выбора строительного водоотлива и водопонижения в траншеях, котлованах и подземных проходках при наличии подземных вод.
Гидравлика (механика жидкости)
Гидравликой называется раздел механики жидкости и газа, изучающий закономерности покоя и движения жидкостей. Гидравлика это наука приближённая, во многом экспериментальная, но точность её формул при расчётах вполне достаточна для инженерной практики.
Физические свойства жидкости
Для практических задач гидравлики в области строительства имеют значение три физических свойства жидкости: плотность, удельный вес, вязкость.
Плотность
Плотность r это масса единицы объёма жидкости (кг/м3)
,
где m масса, кг; V объём, м3.
Плотность воды при температуре +4 С равна 1000 кг/м3. Другие значения плотности воды в зависимости от температуры можно найти в справочных данных на с. 54. Легко заметить, что плотность воды зависит от температуры незначительно. В большинстве гидравлических расчётов свойствами сжимаемости и температурного расширения жидкостей пренебрегают, например, для воды считают плотность постоянной и равной 1000 кг/м3.
Удельный вес
Удельный вес g это вес единицы объёма жидкости (Н/м3)
,
где G вес (сила тяжести), Н; V объём, м3.
Связаны удельный вес и плотность через ускорение свободного падения (g = 9,81 » 10 м/с2) так :
.
Вязкость
Вязкость это свойство жидкости проявлять внутреннее трение при её движении, обусловленное сопротивлением взаимному сдвигу её частиц. В покоящейся жидкости вязкость не проявляется. Количественно вязкость может быть выражена в виде динамической или кинематической вязкости, которые легко переводятся одна в другую.
Вязкость динамическая m , Па с = Н с / м2.
Вязкость кинематическая 
, м2 / с.
Справочные данные по вязкости воды в зависимости от температуры можно найти на с. 54. Зависимость уже более существенная, в отличие от плотности. Для всех жидкостей характерно, что с увеличением температуры вязкость их уменьшается.
Гидростатика
Гидростатика это раздел гидравлики (механики жидкости), изучающий покоящиеся жидкости. Она изучает законы равновесия жидкости и распределения в ней давления. Основные величины, используемые в гидростатике, это давление p и напор H.
Гидростатическое давление
Гидростатическое давление p это скалярная величина, характеризующая напряжённое состояние жидкости. Давление равно модулю нормального напряжения в точке: p = /s /.
Давление в системе СИ измеряется в паскалях: Па = Н / м2 .
Связь единиц давления в различных системах измерения такая:
100000 Па = 0,1 МПа = 1 кгс/см2 = 1 ат = 10 м вод. ст.
Два свойства гидростатического давления:
1. Давление в покоящейся жидкости на контакте с твёрдым телом вызывает напряжения, направленные перпендикулярно к поверхности раздела.
2. Давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям. Это свойство отражает скалярность давления.
Основное уравнение гидростатики
Основное уравнение гидростатики гласит, что полное давление в жидкости p равно сумме внешнего давления на жидкость poи давления веса столба жидкости pж, то есть
,
где h высота столба жидкости над точкой (глубина её погружения), в которой определяется давление (рис. 1). Из уравнения следует, что давление в жидкости увеличивается с глубиной и зависимость является линейной.
В частном случае для открытых резервуаров, сообщающихся с атмосферой (рис. 2), внешнее давление на жидкость равно атмосферному давлению po = pатм = 101325 Па 
1 ат. Тогда основное уравнение гидростатики принимает вид
.
Открытые резервуары это не только баки, ёмкости, сообщающиеся с атмосферой, но также любые канавы с водой, озёра, водоёмы и т.д.
Избыточное давление (манометрическое) есть разность между полным и атмосферным давлением. Из последнего уравнения получаем, что для открытых резервуаров избыточное давление равно давлению столба жидкости
.