Кинематика жидкости
11.Гидростатика. Основные определения. Примеры.
Гидростатика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы покоя жидкости, действующие при этом силы, плавание тел без их перемещения.
Основные определения
Силы, действующие в жидкости
Поверхностные – силы давления на свободной поверхности жидкости (атмосферное или отличное от него внешнее давление в замкнутом сосуде или силы давления соседних частит жидкости). Поверхностные силы распределены по поверхности и пропорциональны ее площади.
Р – сила давления
Т – сила трения
Массовые — объемные силы, пропорциональные массе жидкости: силы тяжести и инерционные силы
G – сила тяжести
I – сила инерции
Гидростатическим давлением называется предел отношения элементарной силы к элементарной площадке. Или гидростатическое давление является силой, действующей в данной точке жидкости.
Другими словами, все частицы жидкости испытывают давление, как вышележащих частиц, так и внешних сил, действующих по поверхности жидкости. Действие всех этих сил и вызывает внутри жидкости напряжение, называемое гидростатическим давлением.
Поверхностью равного давления называется поверхность, давление во всех точках которой одинаково.
Равновесие капельных жидкостей. Под равновесием жидкости понимается отсутствие перемещения одних её частей относительно других и жидкости в целом относительно ограничивающих её стенок. При этом сам сосуд вместе с заключенной в нем жидкостью может перемещаться в любом направлении и с любым ускорением. Различают «абсолютное» и относительное равновесие (покой) жидкости.
«Абсолютное» равновесие» — это равновесие жидкости в неподвижном относительно земли сосуде в поле только гравитационных сил. При «абсолютном» равновесии результирующая массовых сил направлена вертикально вниз.
Относительное равновесие жидкости — это равновесие её в поле силы тяжести и сил инерции. При относительном равновесии результирующая массовых сил может быть направлена в любом направлении.
Очевидно, что «абсолютное» равновесие представляет собой частный случай относительного, характеризующийся тем, что из всех массовых сип действует только сила тяжести.
Гидростатическое давление. На жидкость могут действовать поверхностные и массовые силы. Массовые силы в соответствии со вторым законом Ньютона пропорциональны массе жидкости или, для однородной жидкости, - ее объёму. К ним относятся сила тяжести и сила инерции переносного движения системы, действующая на жидкость при относительном ее покое (а также при ускоренном движении).
Примеры
12.Основное уравнение гидростатики. Энергетический смысл.
Рассмотрим потенциальную энергию жидкости в элементарном объёме, выделенном около произвольной точки 
с геометрической высотой 
и давлением 
(рис. 2.10).
Полная потенциальная энергия в этом объёме складывается из двух частей: потенциальной энергии положения 
и потенциальной энергии давления 
:
.
Первая из них 
может быть определена как работа, которую совершила бы сила тяжести 
при опускании массы выделенного объёма жидкости 
до уровня плоскости сравнения 
:
.
Вторая же 
может быть превращена в механическую работу, на которую можно поднять жидкость, если в точку 
опустить запаянную с одного конца трубку с удаленным из неё воздухом. Как мы уже знаем, жидкость поднимется в такой трубке на высоту 
, следовательно, жидкость, обладая весом 
, совершит работу 
.
Таким образом, потенциальная энергия выделенной частицы жидкости
.
Отнеся потенциальную энергию к весу жидкости, получим высоту полного гидростатического напора:
. (2.19)
Как видим, каждый из членов уравнения (2.19) представляет собой удельную (приходящуюся на единицу веса жидкости) энергию того или иного вида:
- удельная потенциальная энергия положения жидкости;
- удельная потенциальная энергия давления;
- полная удельная потенциальная энергия покоящейся жидкости.
Вкратце:
Полный напор Н представляет собой сумму двух напоров: потенциального и скоростного (можно также сказать, что полный напор равен сумме трех: геометрического z, напора давления p /gρ и скоростного напора v2/2g). Таким образом, величину Н следует рассматривать как удельную полную энергию движущейся жидкости. Согласно уравнению Бернулли, удельная полная механическая энергия, несомая жидкостью, является постоянной вдоль элементарной струйки, если жидкость идеальная. Таким образом, действует закон сохранения энергии.
Энергетический смысл основного уравнения гидростатики.
Сумма удельной потенциальной энергии положения 
и удельной потенциальной энергии давления 
равна полной удельной потенциальной энергии 
и есть величина постоянная для всех точек данной покоящейся массы жидкости.
Удельная потенциальная энергии давления 
может изменяться только за счёт изменения удельной потенциальной энергия положения жидкости 
.
13.Уравнение Бернулли и уравнение расхода для стационарного течения жидкости.
Уравнение Бернулли
Расход
14.Статическое, геометрическое и динамическое давление.
Причиной статического давления, как и в случае неподвижной жидкости, является сжатие жидкости. Статическое давление проявляется в напоре на стенку трубы, по которой течёт жидкость.
Динамическое давление обусловливается скоростью течения жидкости. Чтобы обнаружить это давление, надо затормозить жидкость, и тогда оно, как и статическое давление, проявится в виде напора.
15. Гидравлические сопротивления стационарному движению ньютоновской жидкости в трубопроводах.
Под термином «гидравлические сопротивления» понимают силы трения, возникающие в реальной жидкости при ее движении. На преодоление гидравлических сопротивлений поток жидкости расходует часть удельной энергии, которую называют гидравлическими потерями напора. Гидравлические потери зависят от режима движения жидкости, формы сечения русла и его изменения, характера поверхности стенок и вязкости жидкости. Гидравлические потери напора делятся на потери на трение по длине и местные потери. Гидравлические потери измеряются либо в линейных единицах — метрах (м), либо в единицах давления — паскалях (Па).
Потери напора по длине обусловлены силами внутреннего трения и представляют собой потери энергии. Они складываются из сопротивления трения о стенки и возрастают пропорционально длине трубы. Местные сопротивления возникают при изменении направления и скорости потока.
16. Потеря давления и потеря напора на трение.
Гидродинамика
17. Гидродинамика. Три вида задач.
Гидродинамика, изучая закономерности движения, решает три задачи: внутреннюю, внешнюю и смешанную.