3.1.2静止液体的力学特性在线视频

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今天我们学习的内容是

静止液体的力学特性

静止液体是指液体内部质点间

没有相对位移的液体

本节课主要来讨论液体的平衡规律

压力的分布与传递

以及液体对固体壁面的相互作用力

先来了解一下液体静压力及其特性

作用于液体上的力 有两种类型

一种是质量力另一种是表面力

质量力是作用于液体的所有质点上

它的大小与质量成正比

比如重力惯性力等都属于质量力

表面力是作用于液体的表面上

如法向力 切向力等

表面力可以是其他物体

如油缸的活塞 大气层等

作用在液体上的力

也可以是一部分液体

作用于另一部分液体上的力

由于 液体在静止或相对静止状态下不呈现黏性

所以静止液体内不存在切向的剪应力

只有法向的压应力

液体的静压力就是指

静止液体单位面积上所受的法向力

用p表示 静压力在物理学中称为压强

在液压传动中称为压力

它由下述公式来表述

P=F/△A

式中 △A为液体内某点处的微小面积

F为液体内某点处的微小面积上

所受的法向力

国家标准中 压力的法定单位为

帕斯卡或牛每平方米

对液压系统而言 帕斯卡太小

一般都使用兆帕

1MPa=10的6次方帕斯卡

在欧美等国家普遍使用巴

作为压力单位

1bar=10的5次方牛每平方米

还有一些场合使用磅/平方英寸

（psi）作为压力单位

在我国早期还使用了千克力每平方厘米

即1千克力作用在1平方厘米

的面积上所产生的压力

液体静压力有两个特性

一是 液体静压力垂直于作用面

其方向与作用面的内法线方向一致

如果压力不垂直于承受压力的平面

则液体将沿着这个力的

切向分力方向做相对运动

就会破坏液体的静止条件

所以静止液体只能承受法向压力

也就是只能抵抗压缩

不能承受剪切力和拉力

二是 静止液体内任意点处的

静压力在各个方向上都相等

如果在液体中某质点受到的各个方向的压力不等

那么该质点就会产生运动

这也就破坏了液体静止的条件

有了静压力的概念

我们来了解一下静力学的基本方程

如图所示 液体在容器内处于静止状态

因此可得到液体静力学基本方程

p=p0+ρgh

公式中 p为离液面深度为h处某点的压力

p0为作用在液面上的压力

由静力学基本方程可知

静止液体中任一点处的静压力

是作用液面上的压力p0和

液体重力所产生的压力ρgh之和

当液面与大气接触时 p0为大气压力

液体静压力随深度增加按线性规律递增

离液面深度相同的各点组成的面称为等压面

在重力作用下静止液体中的等压面为水平面

具体应用静压力基本方程时

应注意 静止液体中任意一点

的压力都包含了液面压力p0

液面压力p0改变

液体内部静压力p也随着改变

这就是压力的传递

如果是在密闭容器中的液体

当外加压力p0发生变化

液体中的任一点的压力也将发生同样大小的变化

也就是说 在密闭容器内

施加于静止液体上的压力

可以等值地传递到液体内部的各点

这就是静压传递原理

称为帕斯卡原理

帕斯卡原理

是法国人帕斯卡于1648年提出的

是液体静力学的基础

工程中只要用到计算公式F=pA

也就用到了帕斯卡原理

但帕斯卡原理的使用前提是静止液体

然而 液体静止只能传递压力

不能传递功率

不能传递功率

要想传递功率 液体必须流动

因此 在学习中要很好的理解静压和动压的关系

在液压传动系统中 一般液压装置的安装都不高

通常由外力产生的压力要比由

液体重力产生的压力pgh大得多

一般将pgh忽略认为系统中

相对静止液体内各点压力均是相等的

液体压力一般都是在大气中进行测量的

那么 压力的表示方法有哪些呢

液体压力的表示方法有两种 一种

是以绝对真空作为基准表示的压力

是以绝对真空作为基准表示的压力

称为绝对压力 一种

是以大气压力作为基准表示的压力

称为相对压力

由于大多数液压设备

都工作在有大气压力的场所

所以 以大气压力作为基准

测压仪表所测得的压力都是相对压力

所以相对压力也称为表压力

绝对压力和相对压力有如下关系

相对压力 = 绝对压力 - 大气压力

当绝对压力小于大气压力时

比大气压力小的那部分数值称为真空度

即 真空度 = 大气压力 - 绝对压力

所以 绝对真空就为负压力

约-0.1MPa 或真空度约100kPa

当液体与固体相接触时

固体壁面会受到液体压力的作用

如何来计算作用在固体壁面上的力呢

在液压传动中

通常不考虑由液体自重产生的那部分压力

这样液体中各点的静压力可看作是均匀分布的

当壁面为平面时 在平面上

各点所受到的液体静压力大小相等

方向垂直于平面

静止液体作用在平面上的力F

等于液体的压力p与承压面积A的乘积

当承受压力的表面为曲面时

由于压力总是垂直于承受压力的表面

所以作用在曲面上各点的力

不平行但相等

要计算曲面上的总作用力

必须明确要计算是哪个方向上的力

如图所示 当缸筒半径为r

长度为l 缸筒内充满液压油

求液压油对缸筒右半壁内

表面上的水平作用力

假设 液压油对缸筒右半壁内

表面上的水平作用力为Fx

计算时可在缸筒上取一微小窄条

宽为ds 长为l

其面积dA就可以计算出来

dA=l×ds=l×r×dθ

则液压油作用于这块面积上力

dF在水平方向的分量为dFx

然后对dFx进行积分即可得出Fx

公式中 2lr为曲面在x轴方向的投影面积

因此 当壁面为曲面时

在曲面上所受到的液体静压力大小相等

但其方向不平行

在计算液体压力作用在曲面上的力时

必须明确是哪个方向上的力 设该力为Fx

其值等于液体压力p与曲面

在该方向投影面积Ax的乘积

在该方向投影面积Ax的乘积

即Fx=p×AX

如图所示的球阀和圆锥阀压在阀座孔上

阀前管路中压力为p

推开阀芯所需要的力

就可用上述公式直接进行计算了

以上就是静止液体力学特性的授课内容

谢谢收看