Рассмотрим равновесие жидкости (рис.11). Возьмем точку и выделим около нее параллелепипед со сторонами , , . Обозначим внешние силы, отнесенные к единице массы через . Внешними силами здесь будут:
- объемные, пропорциональные массе параллелепипеда;
- силы гидростатического давления, действующие на грани параллелепипеда со стороны окружающей жидкости.
Рассмотрим сначала силы, действующие на жидкий параллелепипед по оси X.
Проекция объемных сил на ось X будет равна:
;
Следовательно, проекции объемных сил на все оси:
Гидростатическое давление в точке В обозначим , а в точке С - через . Если давление изменяется по линейному закону и непрерывно, тогда:
;
где - градиент гидростатического давления;
Р - давление в точке А.
Силы, действующие на грани равны:
;
Составим уравнение равновесия исследуемого нами жидкого объема относительно оси X:
Уравнение равновесия после подстановки и преобразования сможем записать в виде:
Окончательно уравнение равновесия относительно оси X будет иметь вид:
Аналогично получим уравнение равновесия относительно осей Y и Z и запишем полную систему уравнений, которые называются уравнениями Эйлера.
Впервые они были выведены в 1775 г. и выражают закон распределения гидростатического давления в дифференциальной форме.
Для дальнейшего преобразования, умножим каждое из уравнений системы на , , , соответственно
2. Основное уравнение гидростатики
Рассмотрим наиболее важный для практики частный случай равновесия жидкости, находящейся под действием только сил тяжести. Давление на поверхности будем считать известным и равным , отличным от атмосферного.
Так как на жидкость действует только сила тяжести то:
(ускорения по осям X и Y отсутствуют, а то оси Z, ускорение свободного падения направлено вниз, поэтому ).
Подставим X, Y, Z в уравнения Эйлера (первые два уравнения обращаются в нуль) и получим:
.
После интегрирования .
Для вычисления постоянной интегрирования С, подставив граничные условия и получим её значение:
а подставив С в полученное выше уравнение, запишем:
.
Уравнение выражает закон сохранения энергии в покоящейся жидкости. Сумма удельной потенциальной энергии положения Z и удельной потенциальной энергии давления есть величина постоянная во всех точках данной покоящейся жидкости.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему