學(xué)習(xí)情境一 靜水壓強(qiáng)與靜水壓力計(jì)算

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1、學(xué)習(xí)情境一靜水壓強(qiáng)與靜水壓力計(jì)算1.1液體的認(rèn)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(zhì)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(dòng)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(dòng)、不易壓縮。二、連續(xù)介質(zhì)的概念在實(shí)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(shí)際情況去研究,是相當(dāng)困難的,由于水力學(xué)是為工程服務(wù)的,不需研究水分子的運(yùn)動(dòng)(即微分運(yùn)動(dòng))情況,只需研究宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng),而分子間的空隙與研究的的范圍相比小的多,在水力學(xué)研究中,認(rèn)為研究工

2、作的液體是由無數(shù)的液體質(zhì)點(diǎn)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(zhì)假設(shè)。因此我們研究的液體是均質(zhì)等向的連續(xù)介質(zhì)。有了連續(xù)介質(zhì)的概念,我們就可以用數(shù)學(xué)中的連續(xù)函數(shù)理論來研究液體的運(yùn)動(dòng)。1.1.2液體的主要物理力學(xué)性質(zhì)（一）慣性慣性——物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。慣性用慣性力來表示,其大小為，由此可見慣性力又可用質(zhì)量力來表示m大F大,m小F小。對(duì)于均質(zhì)液體來說,質(zhì)量可用密度來表示。同一液體隨溫度和壓強(qiáng)變化,但變化甚小，一般可看成是常數(shù)。當(dāng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下℃,。（二）萬有引力特性萬有引力特性——運(yùn)動(dòng)物體之間相互吸引的性質(zhì)，地球?qū)ξ矬w的吸引力為重力或重量

3、。單位——重力加速度，均質(zhì)液體,重力用容重(重度):例1：已知某液體的，,求該液體的質(zhì)量和容重。解：因?yàn)椋ㄈ┱硿?、粘滯性液體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,內(nèi)摩擦力抵抗剪切變形的性質(zhì)叫粘滯性,粘滯性是在液體運(yùn)動(dòng)時(shí)顯示出來,即靜止時(shí)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）為不同的水深單位面積上的摩擦力（粘滯切應(yīng)變）——相對(duì)流層所接觸的面積——?jiǎng)恿φ硿禂?shù)——水流流速沿水深的變化率，這兩式為牛頓內(nèi)摩擦定律。則為線性關(guān)系與液體的種類有和溫度有關(guān)，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(xué)中,液體的粘滯性還可以用，為運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式

4、：牛頓內(nèi)摩擦定律只適作于牛頓液體（油，酒精，水銀）對(duì)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的液流層中以的速度運(yùn)動(dòng),動(dòng)力粘滯數(shù)為的2倍，兩層油在平板上產(chǎn)生的總切應(yīng)力為,試求、?解:已知（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(zhì),其大小可用2）彈性當(dāng)外力去掉后,液體恢復(fù)原狀的性質(zhì)其大小由于液體被壓縮時(shí),質(zhì)量不會(huì)改變,則所以五)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(zhì),這是一種局部水力現(xiàn)象.以上五種性質(zhì)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(shí)際液體和理想液體由于實(shí)際情況液體存在有粘滯

5、性，而且對(duì)液體運(yùn)動(dòng)的影響較為復(fù)雜，確定起來是很困難的，為簡化方便，提出理想液體——均質(zhì)液體不可壓縮，沒有粘滯性和表面張力的連續(xù)介質(zhì)，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(yùn)動(dòng)狀態(tài)均受各種力的作用，按其物理性質(zhì)有慣性力、重力、摩擦力、彈性力和表面張力等。在水力學(xué)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(qiáng)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(zhì)量力由液體質(zhì)量與體積成正比,所以又叫體積力。作用在單位質(zhì)量上的質(zhì)量力為單位質(zhì)量力在坐標(biāo)軸上投影。，，在Z軸上與鉛垂方向一致

6、且與規(guī)定的方向相同為正,那么作用于單位質(zhì)量液體上的重力在各坐標(biāo)的力，1.2靜水壓強(qiáng)與靜水壓力計(jì)算液體的靜止?fàn)顟B(tài)：1）相對(duì)地球處于靜止?fàn)顟B(tài)水庫蓄水池2）液體對(duì)地球有相對(duì)運(yùn)動(dòng)與容器沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),相對(duì)靜止。本章的基本任務(wù)：研究靜止液體的平衡規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。1.2.1靜止壓強(qiáng)及其特性一、靜水壓強(qiáng)1靜水壓力：水對(duì)所接觸面上的壓力；用P表示。2靜水壓強(qiáng)：單位面積上所受的靜水總壓力用p表示。平均壓強(qiáng)點(diǎn)靜水壓強(qiáng)二、靜水壓強(qiáng)的特性1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(diǎn)各個(gè)方向的靜水壓強(qiáng)大小相等，與作用方向無關(guān)。而1.2.2水靜力學(xué)基本方程一、基本方程的建立如圖所示任意兩點(diǎn)壓強(qiáng)

7、為、。作用面面積為液體柱頂面靜水壓力液體柱底面靜水壓力液體柱重力液體靜止是受力平衡，其平衡方程此式表明僅在重力作用下的靜水中,任意兩點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)的關(guān)系。如果將液體柱向上移至水面。則有，，，則有為液體平衡基本方程表明靜水中任意點(diǎn)的壓強(qiáng)與該點(diǎn)的水深成線性關(guān)系，若采用物理學(xué)中的能量觀點(diǎn)，取基準(zhǔn)面0—0,則靜水中任意一點(diǎn)距0—0面的高度為位置高度,用z來表示則有所以——基本方程.該式表明了:z與p的關(guān)系,z小p大,z大p小.。在水利工程中表面壓強(qiáng)一般，