Гидростатикалық қысым және оларға әсер етуші күштер

2-дәріс. Гидростатикалық қысым және оларға әсер етуші күштер.

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 гидростатикалың қысымын Р скалярлық шама деп атайды, ол сол нүктедегі кернеу модуліне тең Р = (δ) болады.

[pic 1]

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

Р = lіт[pic 2]           (2.9)

немесе

Р = lіт[pic 3]           (2.10)

онда гидростатикалық қысым ішкі күшке айналады.

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

Р = ρ[pic 4] (xdx + Ydy + Z dz)     (2.11)

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 (2.12),

онда былай жазылады:

р+ z = const немесе p/g+ z = const,    (2.13).

А нүктесінің сұйық ішіндегі координатасы, немесе су бетінен А нүктесіне дейінгі тереңдік қысымының бірлік энергиясы. Сұйықтың А нүктесіндегі салмақ күшінің әсерінен тепе-теңдік күйіндегі гидростатикалық қысымы немесе гидростатиканың негізгі теңдеуі:

Рабс = Р0 + γh, (2.14)

мұндағы, P0 - сырттан түсетін қысым; γ - артық қысым; h - 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 = 1атм = 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 Рп және жанама РτА - В бетіне. Жанама құраушы күш, бұл тең әсерлі үйкеліс күші берілген С нүктесі айналасында болады, бірақ сұйық тыныштықта тұрғандықтан үйкеліс күші болмайды, яғни Рτ =  0. Демек, гидростатикалық қысым күші Р, С нүктесіне түсетін тек қана Рn бағытында болады, яғни А - В бетіне нормалы түседі. Сонымен гидростатикалық қысым күші әр уакытта сығушы, яғни сұйықтың ішіне қарай бағытталған.