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液體靜力學

發布時間:2009-11-22 來源:揚子工具集團 瀏覽次數:13140

液體靜力學
一、液體靜壓力(壓強)的性質和單位
1、質量力  是作用于液體內部任何一個質點上的力,與質量成正比,由加速度引起,如重力、慣性力、離心力等。
單位質量力就是加速度,垂直方向的單位質量力就是重力加速度。
2、表面力  是作用在所研究液體的外表面上的力,與所受液體作用的表面積成正比。
單位面積上作用的表面力稱為應力。
表面力有兩種,法向表面力、切向表面力。
切向表面力與液體表面相切,流體粘性引起的內摩擦力即為切向表面力,靜止液體沒有切向表面力。
法向表面力總是指向液體表面的內法線方向作用,即壓力。
單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動中簡稱壓力,在物理學中稱為壓強。
3、壓力定義
靜止液體中某點處微小面積DA上作用有法向力DF
                 

若法向作用力F均勻地作用在面積DA上,則壓力可表示為
                      

4、壓力的單位
1) 國際制單位  Pa(帕)N/m2(我國法定計量單位)或兆帕(MPa),1MPa=106Pa。
2) 工程制單位  kgf/cm2,國外也有用bar(巴),1bar=105Pa。
3) 標準大氣2壓  1標準大氣壓=0.98×105Pa。
4) 液體柱高度  h=p/ρg,常用的有水柱、酒精柱、汞柱等。
5、液體靜壓力幾個重要特性
1)液體靜壓力的作用方向始終指向作用面的內法線方向。液體只能受壓。
2)靜止液體中,任何一點所受到各個方向的液體靜壓力都相等。
在密封容器內,施加于靜止液體上的壓力將以等值傳遞到液體中所有各點,這就是帕斯卡原理,或靜壓傳遞原理。
二、液體壓力的表示方法
為絕對壓力
相對壓力
真空度
它們的關系如圖2-3所示

三、靜壓力方程及其物理本質
1、 靜壓力方程

如圖2-4所示。在垂直方向上力平衡方程式為
       
上式化簡后得
            
如上表面受到大氣壓力pa作用,則
          
靜止液體在自重作用下任何一點的壓力隨著液體深度呈線性規律遞增。
液體中壓力相等的液面叫等壓面,靜止液體的等壓面是一水平面。
當不計自重時,液體靜壓力處處相等。液體自重產生的壓力與液體傳遞壓力相比要小得多,在液壓傳動中常常忽略不計。

2、靜壓力方程的物理本質

在圖2-5中盛有液體的容器放在基準面o-xy上,則靜壓力基本方程可寫成
         
將上式整理后可得
=常數               

式中Z表示單位重量液體的位能,稱為位置水頭;p/ρg表示單位重力液體的壓力能,稱為壓力水頭。
靜壓力基本方程的物理本質是:靜止液體內任何一點具有位能和壓力能兩種能量形式,且其總和在任意位置保持不變,但兩種能量形式之間可以互相轉換。

四、液體靜壓力對固體壁面的作用力
1、作用在平面上總力F等于壓力p與承壓面積A的乘積,即
                    
2、靜壓力在曲面某一方向上的總力F1等于壓力p與曲面在該方向投影面積A1的乘積,即
                 
下面以液壓缸缸筒為例加以說明。具體見圖2-6

圖2-6 靜壓力作用在液壓缸內壁上的力


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