学习情境一静水压强与静水压力计算

1、学习情境一静水压强与静水压力计算1.1液体的认知1.1.1液体的基本特性一、液体与固体、气体的区别自然界物质分为气体,固体和液体.固体的主要特性是有：固定的形状,在外力作用下不易变形。液体和气体统称为流体，其共同特性是易流动和变形，液体和气体的主要区别是在外力的作用下液体不易压缩,而气体易压缩。所以液体：易流动、不易压缩。二、连续介质的概念在实际水流中,由水分子组成,水分子与水分子之间存在有空隙,如果按实际情况去研究,是相当困难的,由于水力学是为工程服务的,不需研究水分子的运动（即微分运动）情况,只需研究宏观的机械运动,而分子间的空隙与研究的的范围相比小的多,在水力学研究中,认为研究工作的液体

2、是由无数的液体质点组成的无空隙的连续体这种抽象化的液体模型即为1753年由欧拉提出来的连续介质假设。因此我们研究的液体是均质等向的连续介质。有了连续介质的概念,我们就可以用数学中的连续函数理论来研究液体的运动。1.1.2液体的主要物理力学性质（一）惯性惯性物体保持原有运动状态的性质。惯性用惯性力来表示，其大小为，F耐由此可见惯性力又可用质量力来表示m大F大,m小F小。对于均质液体来说,质量可用密度来表示。同一液体随温度和压强变化,但变化甚小，一般可看成是常数。当一个标准大气压下T4C,1000kg/m。（二）万有引力特性万有引力特性运动物体之间相互吸引的性质，地球对物体的吸引力为重力或重量Gm

3、g单位NkNg重力加速度，g9.8m/s2均质液体,重力用容重（重度）:9.8kn/m3133.3kn/m3例1：已知某液体的V6m3,983.3kg/m3,求该液体的质量和容重。m解：因为vmV983.365899.8(kg)喙983.3畛89636.3(/m3)（三）粘滞性1、粘滞性液体在运动状态下,内摩擦力抵抗剪切变形的性质叫粘滞性,粘滞性是在液体运动时显示出来,即静止时液体不能承受切力,主要抵抗剪切变形。2、牛顿内摩擦定律（见书上图1-1）Ty为不同的水深dy单位面积上的摩擦力（粘滞切应变）dyA相对流层所接触的面积动力粘滞系数dudy水流流速沿水深的变化率，这两式为牛顿内摩擦定律。d

4、ydu则为线性关系dy与液体的种类有和温度有关，见表1-1（主要为水的）从表中可看出大越小，越大粘滞性越大。3、粘滞力系数水力学中，液体的粘滞性还可以用，为运动粘滞系数m2/s经验公式：0.0177510.0337t0.00022112牛顿内摩擦定律只适作于牛顿液体（油，酒精，水银）对于非牛顿液体（血浆，泥浆，牙膏）将用另外公式。例：一极薄平板在厚度为4cm的液流层中以u0.8m/s的速度运动，动力粘滞数为上的2倍，两层油在平板上产生的总切应力为30N/m2,试求、?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）液体的压缩性1）压缩性的定义：液体受压后，体积缩小的性质，其大小可用纠dp12）弹性当外力去掉后液体恢复原状的性质其大小k由于液体被压缩时，质量不会改变，则d.d所以1d.dp五）表面张力特性定义:由于液体自由表面受到一微小张力的性质,这是一种局部水力现象.以上五种性质中,由于压缩性,表面张力特性影响很小,只有特殊情况下考虑,前三种较为重要.1.1.3实际液体和理想液体由于实际情况液体存在有粘滞性，而且对液体运动的影响较为复杂，确定起来是很困难的，为简化方便，提出理想液体均质液体不可压缩，没有粘滞性和表面张力的连续介质，区别没有粘滞性。1.1.4作用在液体上的力无论在平衡（静止）或运

6、动状态均受各种力的作用，按其物理性质有惯性力、重力、摩擦力、弹性力和表面张力等。在水力学中按其作用形式和特性可分为：一表面力作用在液体表面上的力与表面积成正比又叫表面力。1液体接触面上产生的水压力、压力、压强垂直作用面。2液层之间的内摩擦力、粘滞力、平行作用面。二质量力由液体质量与体积成正比,所以又叫体积力。作用在单位质量上的质量力为单位质量力Ff在X,Y,Z坐标轴上投影。MFFFX,Y,ZMMM在Z轴上与铅垂方向一致且与规定的方向相同为正,那么作用于单位质量液体上的重力在各坐标的力X.0，Y.0Z.mg/m.g1.2静水压强与静水压力计算液体的静止状态：1）相对地球处于静止状态水库蓄水池2）

7、液体对地球有相对运动与容器没有相对运动,相对静止本章的基本任务：研究静止液体的平衡规律及其实际应用。1.2.1静止压强及其特性一、静水压强1静水压力：水对所接触面上的压力；NkN用p表示。2静水压强：单位面积上所受的静水总压力Nm2kNm2用p表示。-Pp平均压强APplim点静水压强二、静水压强的特性0A1方向垂直指向作用面（受压面）用反证法说明.2大小静水中任何一点各个方向的静水压强大小相等，与作用方向无关PxPyPzPn而PP（X，y，Z）1.2.2水静力学基本方程一、基本方程的建立如图所示.X/l八P2任意两点压强为p1作用面面积为A液体柱顶面静水压力p1p1液体柱底面静水压力P2P2

8、A液体柱重力GIV液体静止是受力平衡，其平衡方程pGp012pIIIAIhpIA012Php012此式表明仅在重力作用下的静水中,任意两点的静水压强的关系ppA21如果将液体柱向上移至水面。h0hhhp0pp则有1，2，1，2则有pp0h为液体平衡基本方程表明静水中任意点的压强与该点的水深成线性关系，若采用物理学中的能量观点，取基准面00,则静水中任意一点距00面的高度为位置高度,用z来表示则有hhhzz2112v所以P2P（Ziz2）zz12z冬Z2基本方程.12该式表明了:z与p的关系,z小p大,z大p小.。在水利工程中表面压强一般P0Pa0，则P例:1求任一点的压强9.8kN/m3、13

9、3.3kN/m3水银2转折处的压强大小、方向。水静力学基本方程的意义。1、几何意义Z位置高度测压管高度2、物理意义zmzZc测压管水头线水平线mgmgZc总势能、测压管水头。单位势能等于常数Zc1.2.3静水压强的测算一、压强的三种表示方法1、绝对压强与相对压强绝对压强以绝对真空为基准起算的压强，用P表示;相对压强以当大气压为基准起算的压强，用P表示;绝P相PaP相绝Pa水力计算中一般用相对压强，用P表示。v0v2、真空压强及真空高度真空压强当pp时，贝IP相0为负值我们就视为出现了负压或者说出现了真空。绝aPPPP0真相a绝真空高度h丄力面积N/m2(pa)KN/m2(kpa)、压强的单位大气压工程大气压1工程大气压=98kpa标准大气压1标准大气压=101.