Понятие гидростатического давления
Гидростатическим давлением называют давление столба жидкости, находящейся в состоянии равновесия над некоторым условно выбранным уровнем при действии силы тяжести.
Гидростатическое давление определяется по формуле:
Единицей измерения гидростатического давления в Международной системе единиц (СИ) является паскаль (Па):
Свойства гидростатического давления
1) Гидростатическое давление направлено по нормали к поверхности.
2) Изотропность гидростатического давления (гидростатическое давление в данной точке одинаково во всех направлениях).
3) В различных точках покоящейся жидкости гидростатическое давление является функцией координат точки.
Зависимость гидростатического давления от высоты столба жидкости
Гидростатический парадокс
Гидростатический парадокс - интересное физическое явление, заключающееся в том, что сила давления жидкости на дно сосуда может отличаться от веса жидкости, причём как в большую, так и в меньшую сторону.
Описание опыта
Для проведения опыта мы взяли два сосуда с открытым дном. Оба сосуда имеют одинаковую площадь основания, при этом один из сосудов резко расширяется в верхней части. Таким образом, объём жидкости в сосудах различен. В ходе опыта мы установили эти сосуды на специальную мембрану, которая деформировалась под действием веса жидкости, налитой в сосуд. А стрелка, прикреплённая к мембране, показывала величину её деформации.
После проведения опыта стало ясно, что давление, оказываемое разным количеством жидкости, одинаково.
Так от чего же зависит давление, оказываемое жидкостью на дно сосуда? А зависит оно от высоты столба (уровня) жидкости и её плотности.
Величину этого давления можно вычислить по формуле:
где h - высота уровня жидкости, а ρ - плотность жидкости.
В 1648 году такой парадокс продемонстрировал Блез Паскаль. Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, узкую трубку и, поднявшись на балкон второго этажа, влил в эту трубку кружку воды. Из-за малой толщины трубки вода в ней поднялась на большую высоту, и давление в бочке увеличилось настолько, что крепления бочки не выдержали и она треснула.
Такой же опыт можно провести у себя дома. Для этого вам понадобится упаковка от сока и коктейльные соломинки. Соедините 7-10 соломинок последовательно, скрепив места соединения скотчем. Полученную трубку соедините с упаковкой от сока, прорезав в верхней её части небольшое отверстие.
Поднимитесь на нужную высоту и начните потихоньку заливать в трубочку жидкость. Когда упаковка полностью заполнится и жидкость начнёт "ползти" вверх по трубочке, вы сможете наблюдать, как упаковка начнёт стремительно "толстеть", что будет говорить о большом давлении, действующем на упаковку со стороны налитой в неё жидкости.
Применение гидростатики
Законы гидростатики исследовались и применялись с давних времен и по сей день. На сегодняшний день знания по гидростатике широко используются на практике. Законы гидростатики используются в работе гидравлических машин, таких как:
гидродвигатели;
гидравлические насосы;
поршневые насосы;
центробежные насосы;
роторные насосы: шестеренчатые насосы, винтовые насосы, пластинчатые насосы, роторно-поршневые насосы;
водоподъемные устройства: гидравлический таран, жекторы;
гидравлические турбины.
В автомобилях используются гидростатические трансмиссии. Классическая гидростатическая трансмиссия позволяет аккумулировать энергию масла под давлением в специальной емкости на короткое время. Это достаточно удобно для автомобиля с потреблением энергии через правильные короткие интервалы, например для городского автобуса.