Узнать цену работы
Статьи по теме

Гидростатика и гидродинамика

Гидравлика

Основы гидростатики

Основы гидродинамики

Гидравлика объединяет в себе два раздела физики, изучающие жидкие среды - гидростатику и гидродинамику.

Рассматривая законы движения и методы их использования для практического решения инженерных задач, гидравлика является наукой имеющей прикладное значение.

Гидравлика

Характерной особенностью гидравлики как раздела физики является подход к изучению явлений связанных с течением жидких сред. С её помощью возможно устанавливание приблизительных зависимостей, ограничиваясь в большинстве исследований изучением одноразмерного движения, активно привлекая при этом лабораторные эксперименты.

Существует два основных раздела науки:

  • Теоретическая гидравлика - изучающая важнейшие положения движения и равновесия жидкостей;
  • Практическая гидравлика – активно применяющая положения теории для решения инженерно-практических проблем.

Последняя, в свою очередь, имеет подразделы, сконцентрированные на изучении установившейся и неустановившейся движущейся жидкости, такие как:

  • Гидравлика трубопроводов;
  • Закономерности движения по открытым руслам;
  • Вытекание через сливы и отверстия;
  • Теоретические положения гидравлической фильтрации.

Основное внимание современной науки приковано к важнейшим трём разделам: кинематической гидравлике, гидростатике и гидродинамике.

Основы гидростатики

Важным направлением гидромеханики, исследующим жидкости в равновесном состоянии и воздействие на погружённое тело покоящейся жидкости, является гидростатика.

Одной из главных проблем гидростатики есть исследование распределения в жидкости давления. Его выявление позволяет рассчитать, действующие со стороны жидкости в спокойном состоянии на погружённые тела силы – например стену плотины или подводную лодку и др.

Это, в частности, предоставляет возможность установить условия нахождения тела внутри жидкости или на её поверхности. Есть возможность определить условия устойчивости плавающих на поверхности тел особо применимое в кораблестроении.

Действие многих машин и приборов, таких как гидравлических манометров, аккумуляторов, прессов и др., основывается на основных законах. Первым из них является закон Паскаля, гласящий, что давление, оказываемое на газ или жидкость, передаётся одинаково во всех направлениях в любой их точке.

Вторым основным законом является закон Архимеда, говорящий о том, что на тело, погружаемое в газообразную или жидкую среду, действует подъёмная сила или сила выталкивания пропорциональна весу погружённого объёма.

F=ρgV,

где ρ – плотность газа или жидкости, g – ускорение свободного парения, V – объём погружаемого тела. Он делает возможным определение величины силы подъёма действующей на тело во время погружения в газообразную или жидкую среду совместно с сосудом таким образом, что она находится в спокойном состоянии по отношении к нему. Характерные законам гидростатики принципы позволяют определить форму поверхности жидкости, к примеру, в сосудах во время вращения. Исключая в данном случае силу давления, сумма всех сил воздействующих на частицы жидкой среды будет направлена по нормали, по отношению к поверхности определяя её положение.

Поверхность жидкости, находящейся во вращающемся равномерно сосуде, происходящем вокруг его вертикальной оси, приобретает форму параболоида. В акваториях мирового океана дело будет обстоять подобным образом. Поверхность воды не будет иметь форму идеального шара, а приобретет несколько «сплюснутый» с полюсов вид.

Подобным образом может быть объяснена «сплюснутая» форма поверхности самой Земли. Таким образом, гидростатические законы, помогающим установить форму поверхности жидкости вращающейся равномерно, применимы в космогонии – науке изучающей происхождение и эволюцию тел в космосе.

Основы гидродинамики

Ещё одним направлением физики, исследующим законы, присущие механическому движению жидкостей, их взаимосвязь и взаимное влияние с поверхностями в неподвижном и подвижном состоянии, является раздел гидравлики – гидродинамика.

Как и гидростатика – гидродинамика является прикладной наукой направленной на решение инженерных задач на практике. Она рассматривает варианты:

  • установившегося движения жидкостей (P=f(x,y,z); V=f(x,y,z));
  • неустановившееся движение жидкости (P=f(x,y,z,t); V=f(x,y,z,t)).

Одной из главных задач гидродинамики есть определение присущих жидкостному потоку гидродинамических характеристик. В качестве объектов изучения выступают её скорость, давление, сопротивление её движению и их взаимодействие.

Гидравлика рассматривает кинематику жидкости одновременно с динамикой, изучая разновидности и кинематические свойств жидкости во время движения без учёта сил воздействия направленных на выполнение движения. В свою очередь динамика жидкости сосредотачивает внимание на исследовании законов движения жидкости, зависящих от приложенных к ней сил.

Рассматриваемая в гидравлике жидкость представляется в виде непрерывной среды, полностью заполняющей определённое пространство за исключением пустот. Причинами, побуждающими жидкость двигаться, выступают приложенные извне силы: тяжести, наружного давления и т.д.

Как правило, в условиях требующих решения гидродинамических задач они уже заданы. Искомыми остаются скорость, с которой движется жидкость, гидродинамический показатель давления внутри в пространстве в каждой определённой его точке. Давление в каждой точке, при этом, рассчитывается при помощи функции зависящей не только от координат, в отличие от гидростатического давления, но и от времени, что предусматривает его изменение в течение временного периода.

Изучение движущейся жидкости осуществляется двумя методами:

  • Методом Лагранжа – исследующим движение каждой отдельно взятой частицы жидкой среды и её траектории. Обладает чрезмерной трудоёмкостью, не способствующей к его распространённому применению.
  • Методом Эйлера – базирующимся на исследовании движения жидкости в целом в отдельно взятых точках пространства в определённый момент времени. Метод даёт возможность рассчитать в любой момент времени, в любой точке пространства показатели скорости перемещения жидкости, построив в результате поле скоростей. Это способствует его достаточно широкому применению при изучении движущихся жидкостей. Недостатком метода считается игнорирование траекторий отдельных частиц при анализе поля скоростей.
Узнать цену работы
Узнай цену
своей работы
Нужны оригинальность, уникальность и персональный подход?
Закажи свою оригинальную работу
УЗНАТЬ СТОИМОСТЬ