學(xué)習(xí)情境一靜水壓強(qiáng)與靜水壓力計(jì)算

1、學(xué)習(xí)情境一靜水壓強(qiáng)與靜水壓力計(jì)算1.1液體的認(rèn)知1.1.1液體的基本特性一、液體與固體、氣體的區(qū)別自然界物質(zhì)分為氣體,固體和液體.固體的主要特性是有：固定的形狀,在外力作用下不易變形。液體和氣體統(tǒng)稱為流體，其共同特性是易流動(dòng)和變形，液體和氣體的主要區(qū)別是在外力的作用下液體不易壓縮,而氣體易壓縮。所以液體：易流動(dòng)、不易壓縮。二、連續(xù)介質(zhì)的概念在實(shí)際水流中,由水分子組成,水分子與水分子之間存在有空隙,如果按實(shí)際情況去研究,是相當(dāng)困難的,由于水力學(xué)是為工程服務(wù)的,不需研究水分子的運(yùn)動(dòng)（即微分運(yùn)動(dòng)）情況,只需研究宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng),而分子間的空隙與研究的的范圍相比小的多,在水力學(xué)研究中,認(rèn)為研究工作的液體

2、是由無數(shù)的液體質(zhì)點(diǎn)組成的無空隙的連續(xù)體這種抽象化的液體模型即為1753年由歐拉提出來的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)。因此我們研究的液體是均質(zhì)等向的連續(xù)介質(zhì)。有了連續(xù)介質(zhì)的概念,我們就可以用數(shù)學(xué)中的連續(xù)函數(shù)理論來研究液體的運(yùn)動(dòng)。1.1.2液體的主要物理力學(xué)性質(zhì)（一）慣性慣性物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。慣性用慣性力來表示，其大小為，F(xiàn)耐由此可見慣性力又可用質(zhì)量力來表示m大F大,m小F小。對(duì)于均質(zhì)液體來說,質(zhì)量可用密度來表示。同一液體隨溫度和壓強(qiáng)變化,但變化甚小，一般可看成是常數(shù)。當(dāng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下T4C,1000kg/m。（二）萬有引力特性萬有引力特性運(yùn)動(dòng)物體之間相互吸引的性質(zhì)，地球?qū)ξ矬w的吸引力為重力或重量Gm

3、g單位NkNg重力加速度，g9.8m/s2均質(zhì)液體,重力用容重（重度）:9.8kn/m3133.3kn/m3例1：已知某液體的V6m3,983.3kg/m3,求該液體的質(zhì)量和容重。m解：因?yàn)関mV983.365899.8(kg)喙983.3畛89636.3(/m3)（三）粘滯性1、粘滯性液體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,內(nèi)摩擦力抵抗剪切變形的性質(zhì)叫粘滯性,粘滯性是在液體運(yùn)動(dòng)時(shí)顯示出來,即靜止時(shí)液體不能承受切力,主要抵抗剪切變形。2、牛頓內(nèi)摩擦定律（見書上圖1-1）Ty為不同的水深dy單位面積上的摩擦力（粘滯切應(yīng)變）dyA相對(duì)流層所接觸的面積動(dòng)力粘滯系數(shù)dudy水流流速沿水深的變化率，這兩式為牛頓內(nèi)摩擦定律。d

4、ydu則為線性關(guān)系dy與液體的種類有和溫度有關(guān)，見表1-1（主要為水的）從表中可看出大越小，越大粘滯性越大。3、粘滯力系數(shù)水力學(xué)中，液體的粘滯性還可以用，為運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)m2/s經(jīng)驗(yàn)公式：0.0177510.0337t0.00022112牛頓內(nèi)摩擦定律只適作于牛頓液體（油，酒精，水銀）對(duì)于非牛頓液體（血漿，泥漿，牙膏）將用另外公式。例：一極薄平板在厚度為4cm的液流層中以u(píng)0.8m/s的速度運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力粘滯數(shù)為上的2倍，兩層油在平板上產(chǎn)生的總切應(yīng)力為30N/m2,試求、?下上du0.8du解：已知20dy0.04dy（丄）色上下上2上dy1.0(N.s/m2)上30“1.520上下2上.5(./m

5、2)（四）液體的壓縮性1）壓縮性的定義：液體受壓后，體積縮小的性質(zhì)，其大小可用糾dp12）彈性當(dāng)外力去掉后液體恢復(fù)原狀的性質(zhì)其大小k由于液體被壓縮時(shí)，質(zhì)量不會(huì)改變，則d.d所以1d.dp五）表面張力特性定義:由于液體自由表面受到一微小張力的性質(zhì),這是一種局部水力現(xiàn)象.以上五種性質(zhì)中,由于壓縮性,表面張力特性影響很小,只有特殊情況下考慮,前三種較為重要.1.1.3實(shí)際液體和理想液體由于實(shí)際情況液體存在有粘滯性，而且對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的影響較為復(fù)雜，確定起來是很困難的，為簡(jiǎn)化方便，提出理想液體均質(zhì)液體不可壓縮，沒有粘滯性和表面張力的連續(xù)介質(zhì)，區(qū)別沒有粘滯性。1.1.4作用在液體上的力無論在平衡（靜止）或運(yùn)

6、動(dòng)狀態(tài)均受各種力的作用，按其物理性質(zhì)有慣性力、重力、摩擦力、彈性力和表面張力等。在水力學(xué)中按其作用形式和特性可分為：一表面力作用在液體表面上的力與表面積成正比又叫表面力。1液體接觸面上產(chǎn)生的水壓力、壓力、壓強(qiáng)垂直作用面。2液層之間的內(nèi)摩擦力、粘滯力、平行作用面。二質(zhì)量力由液體質(zhì)量與體積成正比,所以又叫體積力。作用在單位質(zhì)量上的質(zhì)量力為單位質(zhì)量力Ff在X,Y,Z坐標(biāo)軸上投影。MFFFX,Y,ZMMM在Z軸上與鉛垂方向一致且與規(guī)定的方向相同為正,那么作用于單位質(zhì)量液體上的重力在各坐標(biāo)的力X.0，Y.0Z.mg/m.g1.2靜水壓強(qiáng)與靜水壓力計(jì)算液體的靜止?fàn)顟B(tài)：1）相對(duì)地球處于靜止?fàn)顟B(tài)水庫(kù)蓄水池2）

7、液體對(duì)地球有相對(duì)運(yùn)動(dòng)與容器沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),相對(duì)靜止本章的基本任務(wù)：研究靜止液體的平衡規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。1.2.1靜止壓強(qiáng)及其特性一、靜水壓強(qiáng)1靜水壓力：水對(duì)所接觸面上的壓力；NkN用p表示。2靜水壓強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e上所受的靜水總壓力Nm2kNm2用p表示。-Pp平均壓強(qiáng)APplim點(diǎn)靜水壓強(qiáng)二、靜水壓強(qiáng)的特性0A1方向垂直指向作用面（受壓面）用反證法說明.2大小靜水中任何一點(diǎn)各個(gè)方向的靜水壓強(qiáng)大小相等，與作用方向無關(guān)PxPyPzPn而PP（X，y，Z）1.2.2水靜力學(xué)基本方程一、基本方程的建立如圖所示.X/l八P2任意兩點(diǎn)壓強(qiáng)為p1作用面面積為A液體柱頂面靜水壓力p1p1液體柱底面靜水壓力P2P2

8、A液體柱重力GIV液體靜止是受力平衡，其平衡方程pGp012pIIIAIhpIA012Php012此式表明僅在重力作用下的靜水中,任意兩點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)的關(guān)系ppA21如果將液體柱向上移至水面。h0hhhp0pp則有1，2，1，2則有pp0h為液體平衡基本方程表明靜水中任意點(diǎn)的壓強(qiáng)與該點(diǎn)的水深成線性關(guān)系，若采用物理學(xué)中的能量觀點(diǎn)，取基準(zhǔn)面00,則靜水中任意一點(diǎn)距00面的高度為位置高度,用z來表示則有hhhzz2112v所以P2P（Ziz2）zz12z冬Z2基本方程.12該式表明了:z與p的關(guān)系,z小p大,z大p小.。在水利工程中表面壓強(qiáng)一般P0Pa0，則P例:1求任一點(diǎn)的壓強(qiáng)9.8kN/m3、13

9、3.3kN/m3水銀2轉(zhuǎn)折處的壓強(qiáng)大小、方向。水靜力學(xué)基本方程的意義。1、幾何意義Z位置高度測(cè)壓管高度2、物理意義zmzZc測(cè)壓管水頭線水平線mgmgZc總勢(shì)能、測(cè)壓管水頭。單位勢(shì)能等于常數(shù)Zc1.2.3靜水壓強(qiáng)的測(cè)算一、壓強(qiáng)的三種表示方法1、絕對(duì)壓強(qiáng)與相對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)起算的壓強(qiáng)，用P表示;相對(duì)壓強(qiáng)以當(dāng)大氣壓為基準(zhǔn)起算的壓強(qiáng)，用P表示;絕P相PaP相絕Pa水力計(jì)算中一般用相對(duì)壓強(qiáng)，用P表示。v0v2、真空壓強(qiáng)及真空高度真空壓強(qiáng)當(dāng)pp時(shí)，貝IP相0為負(fù)值我們就視為出現(xiàn)了負(fù)壓或者說出現(xiàn)了真空。絕aPPPP0真相a絕真空高度h丄力面積N/m2(pa)KN/m2(kpa)、壓強(qiáng)的單位大氣壓工程大氣壓1工程大氣壓=98kpa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=101.