Лабораторная работа 1 Изучение основного уравнения гидростатики и закона Паскаля Цель работы
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
Лабораторная работа №1 Изучение основного уравнения гидростатики и закона Паскаля Цель работы: 1. Измерить с помощью пружинных манометров гидростатическое давление в трёх точках (1, 2, 3), заглублённых на различную величину под уровень жидкости, находящейся в абсолютном покое под действием силы тяжести. 2. Подтвердить на основании опытных данных основное уравнение гидростатики и закон Паскаля. 3. Построить по данным опытов № 1, 2 в масштабе эпюры манометрического давления по глубине h. Задание к работе: К работе допущен: Работу выполнил: Работу защитил: Теоретическая часть Давление– это напряжение сжатия, действующее в точке жидкости по нормали к рассматриваемой поверхности. Для определения давления жидкости, вызванного воздействием на нее равнодействующей поверхностных и массовых сил, применяется формула:  (1)где: F – равнодействующая поверхностных и массовых сил, действующих в жидкости; S– площадь, на которую действует эта сила Если давление p отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным давлением pабс. Если давление отсчитывают от некоторого условного внешнего давления, например, атмосферного, то оно называется избыточным (ризб) в случае, если абсолютное давление выше атмосферного или вакуумметрическим (рвак), если абсолютное давление ниже атмосферного. Избыточное и вакуумметрическое давление соответственно определяются следующими формулами:   За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят Паскаль (Па)– давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м²: 1 Па= 1 Н/м²= 10-3 кПа = 10-6 МПа. Внесистемной международной единицей измерения давления является бар (bar). 1 бар=105 Па. В России и странах бывшего Советского Союза в технике в настоящее время продолжают применять единицу измерения давления, называемую атмосферой технической. 1 атмосфера техническая (1 ат.) = 0,98 бар = 98100 Па = 745 мм рт.ст.= 10 мвод.ст. В отдельных случаях используют атмосферу физическую (давление при нормальных физических условиях) 1 атмосфера физическая (1 атм.) = 101325 Па= 760 ммрт.ст. В англоязычных странах давление часто выражают в psi (фунтах на квадратный дюйм) 1 psi= 6,89∙103 Па. Приборы, применяемые для измерения pизб и pвак, называют соответственно манометрами и вакуумметрами. По принципу действия манометры и вакуумметры делятся на две группы: жидкостные и механические. Жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний – присоединен к точке, где измеряется манометрическое давление. Манометрическое давление, выраженное через показания пьезометра:  где: ρg – удельный вес жидкости; h – пьезометрическая высота, т.е. высота, отсчитываемая от точки подключения пьезометра до уровня жидкости в нем. Когда на покоящуюся жидкость действует только сила тяжести, распределение гидростатического давления p по глубине h описывается основнымуравнением гидростатики:  , (5)где: p– гидростатическое давление в жидкости на глубине h, Па; p0 – внешнее давление, т.е. гидростатическое давление на свободной поверхности жидкости, Па; h– глубина погружения в жидкость рассматриваемой точки, м; ρgh– весовое давление, т.е. гидростатическое давление, создаваемое весом столба hжидкости, Па. Из уравнения (5) следует также, что внешнее давление p0 в покоящейся жидкости передается во все точки ее объема без изменения. Это следствие называют закономПаскаля: «Внешнеедавление,приложенноекповерхностижидкости,находящейся в равновесии в замкнутом сосуде, передается во все точкижидкости без изменения» Описание установки Установка (рис.1) представляет собой толстостенный стальной цилиндр (колонна), частично заполненный водой, уровень которой измеряется водомерной трубкой со шкалой (линейкой). Для измерения гидростатического давления над свободной поверхностью жидкости (в т. 1) и в точках 2 и 3, заглубленных под уровень соответственно на h2 и h3 , подключены пружинные манометрыМ 1 , М 2 , М3. В пространство над свободной поверхностью можно подавать сжатый воздух от компрессора по трубопроводу открытием вентиля.  Рис.1. Схема установки для экспериментального подтверждения основного уравнения гидростатики и закона Паскаля. Обработка результатов измерений
После выполнения необходимых измерений превышение оси вращения стрелки манометра над точкой его подключения и глубины погружения и снятий показаний давления с манометров в точках 1,2,3; проводим вычисление избыточного гидростатического давления в этих точках: Для опыта №1   а Для опыта №2    Вычисляем приращение избыточного давления в точках 1,2,3:  = 70000 Па – 0 Па = 70000 Па = 78943 Па – 8943 Па = 70000 Па  Находим среднюю величину приращения избыточного гидростатического давления:  Вычисляем относительное расхождение приращений давления в точках 1,2,3 со средней величиной:  Строим по данным опытов № 1, 2 в масштабе эпюры манометрического давления по глубине h (см. чертеж). Заключение В данной лабораторной работе на основе полученных экспериментальным путем данных удалось подтвердить основное уравнение гидростатики (p p0 gh)и подтвердили закон Паскаля, который гласит: «Внешнее давление, приложенное к поверхности жидкости, находящейся в равновесии в замкнутом сосуде, передается во все точки жидкости без изменения». | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||