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词条 水静力学
释义

定义

水静力学是研究液体处于相对静止状态下的平衡规律及其实际应用的的一门学科。学静力学的主要任务是研究静水压强在空间的分布规律,并在此基础上解决一些实际问题。

研究液体静止状态下的力学规律及其在工程中的应用,是水力学中首先发展的一个分支。

静止状态是指液体内部质点间无宏观运动,因而不表现粘滞性的影响,不存在剪切力和拉力,只有压力。单位面积上的压力称为指定面积的平均压强。若包含某点的面积趋于无限小时,则此无限小面积上的压力和面积之比的极限,称为该点的压强,以P表示。

研究内容

压强在空间的分布

研究液体内部压强的空间分布是水静力学的中心任务。由此可求得液体作用于工程构筑物固体壁上的压力,为构筑物的稳定性及强度计算提供依据。

由于静止液体中无剪切力,则某点压强的大小与面的方位无关,即空间内任一点处有唯一的压强值。静止液体中的两点间的压强差等于液体单位体积重量(即重度 γ)与该两点铅垂高度差 (Δh)的乘积。

在静止流体(液体或气体)中取一微小六面体为隔离体,考虑其所受外力的平衡,得描述压强分布的普遍规律

dPρ(Xdx+Ydy+Zdz)式中ρ为密度;XYZ为在坐标xyz方向上单位质量的质量力。

由上式可知,空间各点压强相等的面(称为等压面)的法线方向与质量力的方向一致。例如,当流体的质量力仅为重力时,等压面为水平面;当质量力除重力外,尚有绕容器纵轴作等角速旋转的离心力时,等压面为抛物面。

平面和曲面壁上的压力

将压强分布ΔPγΔh应用于面积为 A的平面上,可得液体作用在平面壁上的压力P

PPGA式中PG为平面面积A的形心G处的压强。液体对二向曲面(图1中的AB)的压力,可分成水平分力和铅垂分力。水平分力等于曲面AB的投影平面AB′上的压力;铅垂分力等于曲面 AB以上至水面所形成体积 ABCD中液体的重量。体积ABCD称为曲面AB的压力体。

浮力

船舶、沉箱、浮桥等浮体在液体中的曲面ACB,可分为ACBC两部分(图2)。两部分所受液体压力的水平分力,因大小相等、方向相反而相互抵消。曲面ACB的铅垂分力为压力体的液重,即排开液体的重量,其方向向上,此力称为浮体的浮力。

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更新时间:2024/12/23 5:07:45