1.8. Гидростатика и гидродинамика


На тело, погруженное в жидкость или газ, действуют силы, распределенные по поверхности тела. Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности:
  

В СИ давление измеряется в паскалях (Па). Часто также используются внесистемные единицы давления:
  1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.  

Атмосферное давление обусловлено весом воздушного столба. Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 ºC, называется нормальным атмосферным давлением и обозначается p0.

Закон Паскаля. Внешнее давление, оказываемое на жидкость или газ, передается во всех направлениях одинаково и не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует.

Давление, обусловленное весом жидкости (гидростатическое давление), зависит от глубины:
  p = ρжgh. 

Рисунок 1.8.1.
Гидростатическое давление.

Закон сообщающихся сосудов. Если в открытые сообщающиеся сосуды налита одна и та же жидкость, ее уровень во всех сосудах будет одинаков.

Из-за разности давлений в жидкости на разных уровнях возникает выталкивающая (архимедова) сила:
 F = ρжgV. 
Здесь ρж – плотность жидкости, V – объем погруженной части тела. Из закона Архимеда следует, что тело, целиком погруженное в жидкость, будет выталкиваться на поверхность из жидкости, если его средняя плотность ρ < ρж. Из закона Архимеда следует, что масса корабля, плавающего по поверхности жидкости, равна массе вытесненной им воды.

 

При движении идеальной жидкости не происходит потерь механической энергии на трение. В связи с этим для стационарного потока жидкости вдоль линий тока (т. е. траекторий, по которым перемещаются частицы жидкости) справедлив закон Бернулли:
  
Здесь υ – скорость жидкости, h – высота по отношению к некоторому уровню, p – давление, ρж – плотность жидкости.

Рисунок 1.8.2.
Закон Бернулли. В точках 1 и 2 давления и скорости частиц жидкости различны.

Следствием закона Бернулли является формула Торричелли, определяющая скорость истечения жидкости υ из отверстия в сосуде:
  

Здесь h – перепад высоты вдоль линии тока.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Рисунок 1.8.3.
Истечение жидкости из сосуда.




Использованы материалы сайта www.physics.ru