ГИДРАВЛИКА
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ДЕМОНСТРАЦИЯ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ГИДРОСТАТИКИ
Цель работы:
1. Экспериментальная проверка основного уравнения гидростатики.
2. Ознакомление с понятиями барометрического , абсолютного , манометрического и вакуумметрического давлений.
• Между молекулами жидкости действуют силы отталкивания. Нормальная сила, приходящаяся на единицу площади выделенной в объёме жидкости элементарной площадки, называется абсолютным давлением p abs. Единица измерения: [ p ] = Н/м2 = Па.
• Барометрическое давление – это давления атмосферного столба на земную поверхность.
• Внесистемная единица давления миллиметр ртутного столба равна давлению столба ртути высотой 1 мм. Тогда 1 мм рт. ст. = 13600 кг/м3 · 9,81 м/с2 · 0,001 м = 133,3 Па.
• Манометрическое давление – это превышение абсолютного давления над барометрическим: .
• Вакуумметрическое давление или вакуум – это недостача абсолютного давления до барометрического: .
• Жидкость под давлением, как и любое упруго деформированное тело, обладает потенциальной энергией, называемой энергией давления. Преобразуем энергию давления в механическую работу. Пусть площадь поршня равна S, его ход L, манометрическое давление жидкости в левой полости цилиндра равно p, манометрическое давление по правую сторону поршня равно нулю. При перемещении поршня из крайнего левого положения давление совершает работу А = pSL. Расход жидкости, которую необходимо подвести к цилиндру для совершения этой работы за время t, равен объему цилиндра, т. е. Qt = SL. Удельная энергия давления, приходящаяся на единицу веса жидкости, называется напором давления. Н/м3 – удельный вес воды. Единица измерения напора давления [ ep ] = (Н/м2)/(Н/м3) = м.
• Геометрическая высота (отметка уровня) представляет собой удельную (приходящуюся на единицу веса жидкости) потенциальную энергию жидкости в гравитационном поле и называется гравитационным напором: ez = dm·gz /(dm·g) = z. Единица измерения [ ez ] = м.
• Основное уравнение гидростатики: удельная потенциальная энергия покоящейся жидкости (потенциальный напор), равная сумме напора давления и гравитационного напора относительно горизонтальной плоскости сравнения, одинакова для всех точек объёма жидкости: .
U – разность уровней воды в левом и правом коленах U-образного манометра (манометрическое давление, действующее на свободную поверхность жидкости, в метрах водяного столба).
– манометрическое давление, действующее на свободную поверхность жидкости, в паскалях (Н/м2).
– отметка нижнего среза пьезометрической трубки (удельная потенциальная энергия жидкости в гравитационном поле или гравитационный напор) относительно горизонтальной плоскости сравнения, за которую мы взяли дно сосуда.
– глубина погружения в жидкость нижнего среза пьезометрической трубки.
– манометрическое давление жидкости в горизонтальной плоскости нижнего обреза пьезометрической трубки.
– удельная потенциальная энергия давления жидкости или напор давления в горизонтальной плоскости нижнего обреза пьезометрической трубки.
– удельная потенциальная энергия жидкости (потенциальный напор) в горизонтальной плоскости нижнего обреза пьезометрической трубки относительно горизонтальной плоскости сравнения. Потенциальный напор равен высоте уровня жидкости в трубке пьезометра относительно горизонтальной плоскости сравнения.
Таблица 1
U, м | U, Н/м2 = Па | i | , м | , м | , Н/м2 = Па | , м | , м |
Внесистемная единица силы килограмм силы равна весу тела массой 1 кг.
Таким образом, 1 кгс = 1кг · 9,81 м/с2 = 9,81 Н.
Внесистемная единица давления 1 кгс/см2 = 9,81 Н / 10-4 м2 = 9,81·104 Па = 981 гПа.
Таблица 2
Прибор | Давление, Па | |||
барометрическое | манометрическое | вакуумметрическое | абсолютное | |
Барометр | — | — | ||
U-образный манометр | — | — | ||
Манометр пружинный | — | — | ||
Вакуумметр пружинный | — | — |
ВЫВОДЫотносительно экспериментального подтверждения основного уравнения гидростатики:
Группа: Дата:
Работу выполнил: Работу проверил: