Файл: Лабораторная работа 1 Изучение основного уравнения гидростатики и закона Паскаля Цель работы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 167
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лабораторная работа №1Изучение основного уравнения гидростатики и закона ПаскаляЦель работы: 1. Измерить с помощью пружинных манометров гидростатическое давление в трёх точках (1, 2, 3), заглублённых на различную величину под уровень жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием силы тяжести. 2. Подтвердить на основании опытных данных основное уравнение гидростатики и закон Паскаля. 3. Построить по данным опытов № 1, 2 в масштабе эпюры манометрического давления по глубине h. Задание к работе:К работе допущен:Работу выполнил:Работу защитил:Теоретическая частьДавление– это напряжение сжатия, действующее в точке жидкостипонормали крассматриваемойповерхности.Для определения давления жидкости, вызванноговоздействием на нее равнодействующей поверхностных и массовых сил,применяетсяформула: (1)где: F – равнодействующая поверхностных и массовых сил,действующихвжидкости; S–площадь,накоторуюдействуетэтасилаЕсли давление p отсчитывают от абсолютного нуля, то его называютабсолютным давлением pабс. Если давление отсчитывают от некоторогоусловного внешнего давления, например, атмосферного, то оно называетсяизбыточным (ризб) в случае, если абсолютное давление вышеатмосферного или вакуумметрическим (рвак), если абсолютное давлениенижеатмосферного.Избыточное и вакуумметрическое давление соответственноопределяютсяследующимиформулами:За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят Паскаль (Па)– давление, вызываемое силой 1 Н, равномернораспределеннойпо
нормальнойкнейповерхностиплощадью1м²:1Па= 1Н/м²=10-3кПа =10-6МПа.Внесистемной международной единицей измерения давленияявляетсябар (bar).1бар=105Па.В России и странах бывшего Советского Союза в технике внастоящее время продолжают применять единицу измерения давления,называемуюатмосферойтехнической.1 атмосфера техническая (1 ат.) = 0,98 бар = 98100 Па = 745 мм рт.ст.= 10мвод.ст.В отдельных случаях используют атмосферу физическую (давлениепринормальныхфизическихусловиях)1атмосферафизическая (1атм.)=101325 Па=760ммрт.ст.В англоязычных странах давление часто выражают в psi (фунтах наквадратныйдюйм)1psi=6,89∙103Па.Приборы,применяемыедляизмерения pизб иpвак,называют соответственноманометрамиивакуумметрами.По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на двегруппы: жидкостные и механические.Жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой стекляннуютрубку,верхнийконецкоторойоткрытватмосферу,анижний–присоединенкточке,гдеизмеряетсяманометрическоедавление.Манометрическоедавление,выраженноечерезпоказанияпьезометра:где: ρg – удельный вес жидкости;h – пьезометрическая высота,т.е.высота,отсчитываемаяотточкиподключенияпьезометрадоуровняжидкости внем.Когданапокоящуюсяжидкостьдействуеттолькосилатяжести,распределение гидростатического давления
p по глубине h описываетсяосновнымуравнением гидростатики: , (5)где:p– гидростатическоедавление вжидкостина глубинеh,Па;p0–внешнеедавление,т.е.гидростатическоедавлениенасвободнойповерхностижидкости, Па;h– глубина погружениявжидкостьрассматриваемойточки, м;ρgh–весовоедавление,т.е.гидростатическоедавление,создаваемое весомстолбаhжидкости,Па.Изуравнения(5)следуеттакже,чтовнешнеедавление p0 в покоящейся жидкости передается во все точки ее объема без изменения.Этоследствиеназывают закономПаскаля:«Внешнеедавление,приложенноекповерхностижидкости,находящейся в равновесии в замкнутом сосуде, передается во все точкижидкости без изменения»ОписаниеустановкиУстановка(рис.1)представляетсобойтолстостенныйстальнойцилиндр(колонна),частичнозаполненныйводой,уровенькоторойизмеряетсяводомернойтрубкойсо шкалой(линейкой).Для измерениягидростатического давления над свободной поверхностьюжидкости(вт.1)ивточках2и3,заглубленныхподуровень соответственнонаh2 иh3,подключены пружинныеманометрыМ1, М2, М3.В пространство над свободной поверхностью можно подаватьсжатыйвоздух откомпрессорапотрубопроводу
открытиемвентиля.Рис.1. Схема установки для экспериментального подтверждения основного уравнения гидростатики и закона Паскаля.Обработка результатов измерений
Обработка результатов измерений
Для опыта №1
а
Для опыта №2
= 70000 Па – 0 Па = 70000 Па
= 78943 Па – 8943 Па = 70000 Па
Заключение
В данной лабораторной работе на основе полученных экспериментальным путем данных удалось подтвердить основное уравнение гидростатики (p p0 gh)и подтвердили закон Паскаля, который гласит: «Внешнее давление, приложенное к поверхности жидкости, находящейся в равновесии в замкнутом сосуде, передается во все точки жидкости без изменения».
нормальнойкнейповерхностиплощадью1м²:1Па= 1Н/м²=10-3кПа =10-6МПа.Внесистемной международной единицей измерения давленияявляетсябар (bar).1бар=105Па.В России и странах бывшего Советского Союза в технике внастоящее время продолжают применять единицу измерения давления,называемуюатмосферойтехнической.1 атмосфера техническая (1 ат.) = 0,98 бар = 98100 Па = 745 мм рт.ст.= 10мвод.ст.В отдельных случаях используют атмосферу физическую (давлениепринормальныхфизическихусловиях)1атмосферафизическая (1атм.)=101325 Па=760ммрт.ст.В англоязычных странах давление часто выражают в psi (фунтах наквадратныйдюйм)1psi=6,89∙103Па.Приборы,применяемыедляизмерения pизб иpвак,называют соответственноманометрамиивакуумметрами.По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на двегруппы: жидкостные и механические.Жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой стекляннуютрубку,верхнийконецкоторойоткрытватмосферу,анижний–присоединенкточке,гдеизмеряетсяманометрическоедавление.Манометрическоедавление,выраженноечерезпоказанияпьезометра:где: ρg – удельный вес жидкости;h – пьезометрическая высота,т.е.высота,отсчитываемаяотточкиподключенияпьезометрадоуровняжидкости внем.Когданапокоящуюсяжидкостьдействуеттолькосилатяжести,распределение гидростатического давления
p по глубине h описываетсяосновнымуравнением гидростатики: , (5)где:p– гидростатическоедавление вжидкостина глубинеh,Па;p0–внешнеедавление,т.е.гидростатическоедавлениенасвободнойповерхностижидкости, Па;h– глубина погружениявжидкостьрассматриваемойточки, м;ρgh–весовоедавление,т.е.гидростатическоедавление,создаваемое весомстолбаhжидкости,Па.Изуравнения(5)следуеттакже,чтовнешнеедавление p0 в покоящейся жидкости передается во все точки ее объема без изменения.Этоследствиеназывают закономПаскаля:«Внешнеедавление,приложенноекповерхностижидкости,находящейся в равновесии в замкнутом сосуде, передается во все точкижидкости без изменения»ОписаниеустановкиУстановка(рис.1)представляетсобойтолстостенныйстальнойцилиндр(колонна),частичнозаполненныйводой,уровенькоторойизмеряетсяводомернойтрубкойсо шкалой(линейкой).Для измерениягидростатического давления над свободной поверхностьюжидкости(вт.1)ивточках2и3,заглубленныхподуровень соответственнонаh2 иh3,подключены пружинныеманометрыМ1, М2, М3.В пространство над свободной поверхностью можно подаватьсжатыйвоздух откомпрессорапотрубопроводу
открытиемвентиля.Рис.1. Схема установки для экспериментального подтверждения основного уравнения гидростатики и закона Паскаля.Обработка результатов измерений
| № пози ций | Наименования и обозначения измеряемых и вычисляемых величин | Единицы измерения. | Результаты измерений и вычислений | Примечания | |||
| Опыт № 1 | Опыт № 2 | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| 1 | Показания манометров М1, М2 , М3 | pМ p0 1 | Па | | | h1 h2= h3 y2 y3 1000 кг м3 g 9,81 м с2 | |
| pМ 2 | Па | | | ||||
| pМ 3 | Па | | | ||||
| 2 | Избыточное гидростатическое давление в точках 1, 2, 3 | p1 pМ p0 1 | Па | | | ||
| p2 pМ gy2 2 | Па | | | ||||
| p3 pМ gy3 3 | Па | | | ||||
| 3 | Приращение избыточного гидростатическог о давления в точках 1, 2, 3 | p1 p0 p0 p0 2 1 | Па | | |||
| p2 p2 p2 2 1 | Па | | |||||
| p3 p3 p3 2 1 | Па | | |||||
| 4 | Средняя величина приращения избыточного гидростатическог о давления | p p0 p2 p3 ср 3 | Па | | |||
| 5 | Относительные расхождения приращений давления в точках 1, 2, 3 со средней величиной. | p (pср p0 ) pср 0 | - | | |||
| p (pср p2 ) pср 2 | - | | |||||
| p (pср p3 ) pср 3 | - | | |||||
| | | | | | | ||
-
После выполнения необходимых измерений превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения и глубины погружения и снятий показаний давления с манометров в точках 1,2,3; проводим вычисление избыточного гидростатического давления в этих точках:
Для опыта №1
а Для опыта №2
-
Вычисляем приращение избыточного давления в точках 1,2,3:
= 70000 Па – 0 Па = 70000 Па = 78943 Па – 8943 Па = 70000 Па -
Находим среднюю величину приращения избыточного гидростатического давления:
-
Вычисляем относительное расхождение приращений давления в точках 1,2,3 со средней величиной:
-
Строим по данным опытов № 1, 2 в масштабе эпюры манометрического давления по глубине h (см. чертеж).
Заключение
В данной лабораторной работе на основе полученных экспериментальным путем данных удалось подтвердить основное уравнение гидростатики (p p0 gh)и подтвердили закон Паскаля, который гласит: «Внешнее давление, приложенное к поверхности жидкости, находящейся в равновесии в замкнутом сосуде, передается во все точки жидкости без изменения».