Дәріс 2 Тақырыбы: Гидростатика.

Гидростатиканың негізгі заңдылықтары:

Паскаль заңындағы Эйлер теңдеуі

Сұйықтық туралы жалпы түсінік

Әр түрлі сұйықтардың табиғи жағдайы мен олардың қолдану шараларын қарастырған кезде қозғалу заңдылығымен қоса сұйықтың күш әсері мен жер бетіне немесе басқа заттардың бетіне тигізетін механикалық өсерін зерттейді. Осындай күрделі мәселелерді зерттеу кезінде бұл ілім ғылым ретінде қалыптасты да, оны гидромеханика гидравлика деп атайды.

Гидравлика деген сөз гректің су және құбырша деген сөзінен шыққан. Гидравлика әр түрлі сұйықтың тепе-теңдік жағдайы мен оның қозғалу (ағу) заңдылығын зерттейді де, осы заңның практикада түрлі инженерлік-техникалық есептеулер кезінде қолдану тәсілдері беріледі.

Гидравлика мынадай негізгі бөлімдерден түрады: гидростатика, кинематика және гидродинамика.

Гидростатика сұйықтың тыныштықта түрғандағы тепе-теңдігі мен қатты дененің сұйыққа түгелімен немесе жартылай батқан кездегі сипатын зерттейді. Кинематика сұйық қозғалысының (ағынының) геометриялық көрсеткіші мен уақыт ішіндегі (жылдамдығы мен үдеуі) жағдайын зерттейді.

Гидродинамика сүйық қозғалысының заңдылығын және оған түсетін барлық күш әсерімен бірге зерттейді.

Гидравлика мына пәндермен тығыз байланысты:

-физика, жоғарғы математика, теориялық механика, материалдар кедергісі ғылымдары, сонымен қатар сұйықтық ғылымы турбина жобалаудың, сұйық сорғыштың, басқа да гидравликалық машиналардың, сумен қамтамасыз етудің, жер суландырудың және жер құрғату сияқты ғылым салаларының негізгі базасы болады.

Барлың техника саласында гидравликалық қондырғылар пайдаланылады, олар да осы гидравлика заңын қолданады.

Гидравликаның зерттеу объектісі - сұйық, табиғатта сұйықтың 4 агрегатты күйі қатты, сұйық, газ түрінде және плазмалы болып бөлінеді. Сұйықтың негізгі қасиеттеріне өте төменгі температура мен жоғары қысым кезінде, қатты дене қасиетінде болатындығын (мұз), ал өте жоғары температура мен ең төменгі қысым кезінде газ түріндегі қасиетіне айнала алатындығын (бу) жатқызуға болады.

Сұйық дегеніміз- физикалың дене, оның бөлшектері өте қозғалғыш келеді де, аққыш және сыртқы күш әсерінен өзінің формасын өзгерте алатын қасиеті бар.

Сұйықтар сығылатын (газ түрлі) және қысылмайтын немесе өте аз сығылатын (тамшылы) болып бөлінеді.

---

Сұйық қозғалысының заңдылығын зерттеуді жеңілдету үшін идеалды (қиялды) және реалды (нақтылы) сұйықтар деп екіге бөлінеді.

Идеалды - тұтқырсыз сұйық, бұл сұйықта үйкеліс күші мен жанама кернеу күші болмайды да, сыртқы күш әсерінен оның көлемі өзгермейді.

Реалды (нақтылы) - тұтқырлы сұйық, табиғатта кездесетін сұйық қысымымен температураның әсерінен көлемі өте аз өзгереді. Сондықтан гидравликада нақтылы сұйықты абсолютті сығылмайтын дене ретінде зерттейді.

Реалды сұйық Ньютондық және Бингемдік болып бөлінеді. Ньютон сұйықындағы қозғалысты сұйық бір қабатының екінші қабатына қарағандағы жанама кернеу (ішкі үйкеліс) оның жылжу жылдамдығына пропорционалды болады. Егер сұйық тыныштықта тұрса, бұл кернеу күші нөлге тең болады. Ньютон сұйығына су, май, бензин, керосин, глицирин, ауа газдары, т.б. жатады.

Бингем сүйығының ағысы өте баяу болады, Ньютон сұйығынан айырмасы - тыныштықта тұрған кезіндегі бұл сұйықта жанама күші (ішкі үйкеліс) болады, әрі мұның шамасы сұйықтың түріне байланысты.

Бингем сұйығына битум, балшықты лай, колоидтар, т.б. жатады.

Ал өнімдері қатуға жақындаған температурадағы сұйыққа әсерін тигізетін ішкі және сыртқы күштер деп бөлінеді. Ішкі күш сұйықтың ішіндегі бөлшектердің байланыстығы, ал сыртқы күштерге сұйық бетіне түсетін күш және көлем болып келеді. Сұйық бетіне түсетін күштер (сығу, созу, үйкеліс күші, қысым) сұйықтың белгілі көлеміне бағытталған.

Көлемдік күштер (салмақ күші, инерциялық күш, электромагниттік күш) сұйық денесінің барлық көлеміне бірдей тарайды.

Сұйықтың негізгі физикалық қасиеттері

Сұйық денесінің массасының көлеміне қатынасын сұйық тығыздығы деп атайды.
, кг/м³
мұндағы, - тығыздық, М - масса (кг), V - көлем (м³).

Сұйық тығыздығын ареометрмен өлшейді.

Біртекті сұйықтың меншікті салмағы деп сұйықтың салмағының көлеміне қатынасын айтады.
немесе , кг/м³
Мұндағы, G-сұйықтың салмағы, - меншікті салмақ, сұйықтың меншікті салмағының өлшем бірлігі 1 Н/м³,

Н дегеніміз - Ньютон күш бірлігі.

Температураның әсерінен сұйық көлемінің өзгеруі.

---

Температураның өсіп, өзгеруіне қарай, сүйықтың көлемінің өзгеруін көлемдік ұлғаю коэффициенті _t арқылы бейнелейді.
,1град
Қысымның әсерінен сұйық көлемінің өзгеруі.

Сұйық көлемінің қысымның әсерінен өзгеруін көлемдік сығылу коэффиңиенті _сдейді.
немесе , см² /кг
Серпімділік модулі. Сұйықтың көлемінің сығылу коэффиңиентіне кері шаманы серпінділік модулі деп атайды, К таңбасымен белгілейді.

немесе , см² /кг

Орташа есеппен практикалық жағдайда судың серпімділік модулі К = 20,6 • 10⁸, кг/мс², мұнай өнімдерінікі К =13,25 • 10⁸ кг/мс².

Тұтқырлық. Әр түрлі жылдамдықпен аққан сұйықтың қос қабатының арасында болатын үйкеліс кедергіні тұтқырлық деп атайды немесе сұйықтың жанама кернеуге қарсы тұру қасиетін айтады, кейде сұйықтың ішкіүйкелісі деп те атайды.

Сұйықтағы ішкі үйкеліс күштің барлығын тұңғыш рет айтқан И. Ньютон. Ол 1687 жылы келтірілген болжамын ішкі үйкеліс күші сұйықтың екі қабатының жанасу бетінің ауданы мен салыстырмалы жылдамдықтарына тура пропорционал болып өседі деп жорамалдаған. Ньютонның бұл болжамының дұрыстығын орыс ғалымы Н.П. Петровтың «Машинадағы үйкеліс және жоғалатын (майланатын) майдың әсері» деген жұмысы арқылы дәлелдеген. Тура бағытталған цилиндрлік құбыр бойымен баяу жылжыған сұйықтарды зерттеу арқылы мына формуламен тапқан:


немесе

Мүндағы, Т - үйкеліс күші; – сұйықтың қасиетін сипаттайтын тұтқырлықтың динамикалық коэффидиенті;

S -қабаттың жанасу бетінің ауданы; - вертикаль бойынша есептелген жылдамдықтың градиенті; — су қабаттарының жанама үйкелу күшінің кернеуі. Практикалық есептерде көбінесе, тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті мен сұйықтың тығыздығының қатынасына тең, сондықтан тұтқырлықтың кинематикалық коэффициенті қолданылады:

---

Мұндағы, v- тұтқырлықтың кинематикалық коэффициенті.

Беттік керілу (капиллярлылық). Жіңішке түтіктермен сұйықтың көтерілуі, төмен түсуі, оның капиллярлық қасиетіне байланысты. Сұйықтың капиллярлы түтіктермен көтерілуі, түтік қабырғасына жұғатын сұйықтарға, ал төмен түсуі түтік қабырғасына жұқпайтын сұйықтарға тән. Мысалы, шыныдан жасалған түтікке жұғатын су осы түтіктің бойымен жоғары көтеріледі де, бұл түтікке жұқпайтын сынап меншікті салмақ әсерінен төмен түседі. Сұйықтың капиллярлығы беттік керілу күшіне байланысты.

Гидравликалық үдерістердің көбінде, беттік керілу күшін өте аз шама болғандықтан қарастырмайды. Бірақ, капиллярлықтың жер астындығы немесе топырақ кеуектеріндегі судың қозғалысына тигізетін әсері өте зор. Сондықтан сұйықтың гидравликалық есептеулерінде капиллярлылық қасиетін есепке алу өте қажет.
ГИДРОСТАТИКА

Гидростатикалық қысым

Гидростатика - гидравликаның негізгі бір бөлімі, ол сұйықтың тепе-теңдігі мен қатты дененің түгелімен немесе жартылай батқан кездегі сипатын зерттейді. Тыныштықта тұрған сұйықтың жанама күш - кернеуі нөлге тең болады да, оған нормалы күш - кернеуі әсерін тигізеді (оның салмақ күші).

Гидростиканың негізі болып, сол нүктедегі сұйықтың тыныштық күйіндегі гидростатикалық қысымы есептелінеді, ол Р таңбасымен белгіленеді. Тыныштықтағы сұйықтың гидростатикалық қысымын Р скалярлық шама деп атайды, ол сол нүктедегі кернеу модуліне тең Р = ( ) болады.

2.1,2.2- сурет
Мысалы, 2.1, 2.2-суреттердегі қарапайым тамшыны алайың, оны ортасынан кесіп оған элементарлы нүктедегі ауданша өте кішкене күш әсерін тигізеді. Р , онда гидротатикалық қысым сұйықтың сол нүктесінде:



немесе


онда гидростатикалық қысым ішкі күшке айналады.

Егер, р= const болғанда, тепе-теңдік күйіндегі сұйықтың қай нүктесі болса да сыртқы күшті былай табады:

---

Мұндағы, х, у, z - сыртқы күштің тигізетін әсерінен белгілі координатадағы үдеу күшінің кескіні. Егер сұйық өзінің салмағымен тепе-теңдік жағдайында болса, оның проекцияда өзінің салмақ күшіне тең болса,
х = 0: у= 0: z= -z

онда былай жазылады:
немесе ,
А нүктесінің сұйық ішіндегі координатасы, немесе су бетінен А нүктесіне дейінгі тереңдік қысымының бірлік энергиясы. Сұйықтың А нүктесіндегі салмақ күшінің

өсерінен тепе-теңдік күйіндегі гидростатикалық қысымы немесе гидростатиканың негізгі теңдеуі:


мұндағы, Р₀ - сырттан түсетін қысым; - артық қысым; һ - тереңдік өлшемі. Бұл формула тыныштықтағы тұрған сұйықтың тепе-теңдік күйіндегі қысым тереңдігі артқан сайын, бөлініп таралу заңдылығын көрсететін гидростатиканың негізгі теңдеуі деп атайды.

Қысым өлшемдері: Н/м²; кгс/см² немесе 1 кгс/см² = 1 атм = 98066,5 Н/м², өте жоғары қысым меганьютонмен (МН/м²) есептелінеді. Кейде мына өлшем де қолданылады: 1 бар= 105 Н/м².
Гидростатикалық қысымның қасиеттері

Гидростатикалық қысым негізгі үш қасиетімен сипатталады.

Бірінші қасиеті. Сұйық бетіне түсетін гидростатикалық қысым әр уақытта ішкі нормамен А - В бетіне бағытталған (2.3-сурет).

Тыныштықта тұрған сұйық гидростатикалық қысым Н нүктесіне көлбеу бұрышпен түседі, ол кезде түсетін күш екі құраушыға ажыратылады: нормалы Р_nжәне жанама Р_tA - В бетіне. Жанама құраушы күш, бұл тең әсерлі үйкеліс күші берілген С нүктесі айналасында болады, бірақ сұйық тыныштықта тұрғандықтан үйкеліс күші болмайды, яғни Р_t = 0. Демек, гидростатикалық қысым күші Р, С нүктесіне түсетін тек қана Р_n бағытында болады, яғни А - В бетіне нормалы түседі. Сонымен гидростатикалық қысым күші әр уақытта сығушы, яғни сұйықтың ішіне қарай бағытталған.

Екінші қасиеті. Сұйықтың гидростатикалық қысымы қай нүктесіне болсын барлық бағытта бірдей таралады. Гидростатикалық қысымның бұл қасиетін дәлелдеу үшін, тыныштықта тұрған сұйықтың тік бұрышты үшбұрышты призмалы түрін бөліп алып А - В - С. Призма қабырғасына (1.3-сурет) сұйықтың сырттан тигізетін әсерін мына гидростатикалық қысыммен алмастырамыз:

---

Смотрите также файлы

• Виды излучений. Шкала эмв с помощью какого вида излучений проводится флюорографическое обследование.docx

• 1. Зона то и Р Закрытая оттапливаемая мойка на 2 поста Ремонтный цех Техническая стоянка для тс, ожидающих ремонта (посты приёмки и выдачи) Открытый склад Парковочная зона для сотрудников 7.docx

• Задание 1 Переведите число 101010,012.docx

• 1. Дайте характеристику стретчинггимнастики.docx

• Операционнная система windows.docx