學習情境一靜水壓強與靜水壓力計算

1、學習情境一靜水壓強與靜水壓力計算1.1液體的認知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、不易壓縮。二、連續(xù)介質的概念在實際水流中,由水分子組成,水分子與水分子之間存在有空隙,如果按實際情況去研究,是相當困難的,由于水力學是為工程服務的,不需研究水分子的運動（即微分運動）情況,只需研究宏觀的機械運動,而分子間的空隙與研究的的范圍相比小的多,在水力學研究中,認為研究工作的液體

2、是由無數(shù)的液體質點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)介質假設。因此我們研究的液體是均質等向的連續(xù)介質。有了連續(xù)介質的概念,我們就可以用數(shù)學中的連續(xù)函數(shù)理論來研究液體的運動。1.1.2液體的主要物理力學性質（一）慣性慣性物體保持原有運動狀態(tài)的性質。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量力來表示m大F大,m小F小。對于均質液體來說,質量可用密度來表示。同一液體隨溫度和壓強變化,但變化甚小，一般可看成是常數(shù)。當一個標準大氣壓下T4C,1000kg/m。（二）萬有引力特性萬有引力特性運動物體之間相互吸引的性質，地球對物體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,求該液體的質量和容重。m解：因為vmV983.365899.8(kg)喙983.3畛89636.3(/m3)（三）粘滯性1、粘滯性液體在運動狀態(tài)下,內(nèi)摩擦力抵抗剪切變形的性質叫粘滯性,粘滯性是在液體運動時顯示出來,即靜止時液體不能承受切力,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（粘滯切應變）dyA相對流層所接觸的面積動力粘滯系數(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則為線性關系dy與液體的種類有和溫度有關，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)水力學中，液體的粘滯性還可以用，為運動粘滯系數(shù)m2/s經(jīng)驗公式：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u0.8m/s的速度運動，動力粘滯數(shù)為上的2倍，兩層油在平板上產(chǎn)生的總切應力為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，其大小可用糾dp12）彈性當外力去掉后液體恢復原狀的性質其大小k由于液體被壓縮時，質量不會改變，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,這是一種局部水力現(xiàn)象.以上五種性質中,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實際液體和理想液體由于實際情況液體存在有粘滯性，而且對液體運動的影響較為復雜，確定起來是很困難的，為簡化方便，提出理想液體均質液體不可壓縮，沒有粘滯性和表面張力的連續(xù)介質，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

6、動狀態(tài)均受各種力的作用，按其物理性質有慣性力、重力、摩擦力、彈性力和表面張力等。在水力學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。二質量力由液體質量與體積成正比,所以又叫體積力。作用在單位質量上的質量力為單位質量力Ff在X,Y,Z坐標軸上投影。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,那么作用于單位質量液體上的重力在各坐標的力X.0，Y.0Z.mg/m.g1.2靜水壓強與靜水壓力計算液體的靜止狀態(tài)：1）相對地球處于靜止狀態(tài)水庫蓄水池2）

7、液體對地球有相對運動與容器沒有相對運動,相對靜止本章的基本任務：研究靜止液體的平衡規(guī)律及其實際應用。1.2.1靜止壓強及其特性一、靜水壓強1靜水壓力：水對所接觸面上的壓力；NkN用p表示。2靜水壓強：單位面積上所受的靜水總壓力Nm2kNm2用p表示。-Pp平均壓強APplim點靜水壓強二、靜水壓強的特性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各個方向的靜水壓強大小相等，與作用方向無關PxPyPzPn而PP（X，y，Z）1.2.2水靜力學基本方程一、基本方程的建立如圖所示.X/l八P2任意兩點壓強為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,任意兩點的靜水壓強的關系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的壓強與該點的水深成線性關系，若采用物理學中的能量觀點，取基準面00,則靜水中任意一點距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的關系,z小p大,z大p小.。在水利工程中表面壓強一般P0Pa0，則P例:1求任一點的壓強9.8kN/m3、13

9、3.3kN/m3水銀2轉折處的壓強大小、方向。水靜力學基本方程的意義。1、幾何意義Z位置高度測壓管高度2、物理意義zmzZc測壓管水頭線水平線mgmgZc總勢能、測壓管水頭。單位勢能等于常數(shù)Zc1.2.3靜水壓強的測算一、壓強的三種表示方法1、絕對壓強與相對壓強絕對壓強以絕對真空為基準起算的壓強，用P表示;相對壓強以當大氣壓為基準起算的壓強，用P表示;絕P相PaP相絕Pa水力計算中一般用相對壓強，用P表示。v0v2、真空壓強及真空高度真空壓強當pp時，貝IP相0為負值我們就視為出現(xiàn)了負壓或者說出現(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)、壓強的單位大氣壓工程大氣壓1工程大氣壓=98kpa標準大氣壓1標準大氣壓=101.