Сила давления жидкости на криволинейную стенку


Чаще всего необходимо определить силу, действующую на цилиндрическую поверхность, имеющую вертикальную ось симметрии. Возможны два варианта. Первый вариант - жидкость воздействует на стенку изнутри. Во втором варианте жидкость действует на стенку снаружи. Рассмотрим оба этих варианта.

 Описание: D:\РАБОТА\ГИДРАВЛИКА\лекции\Мои лекции\Вспомогательный материал\К лекции 4-2.frw.png

Рисунок

4.2 Действие жидкости на цилиндрическую стенку изнутри

В первом случае выделим объём жидкости, ограниченный рассматриваемым участком цилиндрической поверхности AB, участком свободной поверхности CD, расположенным над участком AB, и двумя вертикальными поверхностями BC и АD, проходящими через точки A и B. Эти поверхности ограничивают объём ABCD, который находится в равновесии. Рассмотрим условия равновесия этого объёма в вертикальном и горизонтальном направлениях. Если жидкость действует на поверхность AB, c какой-то силой F, то с такой же силой, но в обратном направлении, и поверхность действует на рассматриваемый объём жидкости. Эту силу, перпендикулярную поверхности AB, можно представить в виде горизонтальной Fг и вертикальной Fв составляющих.

Условие равновесия объёма ABCD в вертикальном направлении:

где – внешнее давление,

 – площадь горизонтальной проекции поверхности AB,

 – вес выделенного объёма жидкости.

Условие равновесия этого объёма в горизонтальной плоскости запишем с учётом того, что силы, действующие на одинаковые вертикальные поверхности AD и CE, взаимно уравновешиваются. Остаётся только сила давления на площадь BE, которая пропорциональна вертикальной проекции Sв поверхности AB. С учётом частичного уравновешивания будем иметь условие равновесия сил в горизонтальном направлении в виде:

где - глубина расположения центра тяжести поверхности AB.

Зная  и  определим полную силу F, действующую на цилиндрическую поверхность

 Описание: D:\РАБОТА\ГИДРАВЛИКА\лекции\Мои лекции\Вспомогательный материал\К лекции 4-3.frw.png

Рисунок

4.3 Действие жидкости на цилиндрическую стенку снаружи

Во втором случае, когда жидкость воздействует на цилиндрическую поверхность снаружи, величина гидростатического давления во всех точках поверхности AB имеет те же значения, что и в первом случае, т.к. определяется такой же глубиной. Силы, Fг и Fв, определяются по тем же формулам, но имеют противоположное направление. При этом под величиной G надо понимать тот же объём жидкости ABCD, несмотря на то, что на самом деле он, в данном случае и не заполнен жидкостью.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: