Положение центра давления
Определим, как рассчитывается сила гидростатического давления на плоскую стенку, которая наклонена под углом при одностороннем воздействии жидкости (рис. 18). Одну координатную ось направим вдоль стенки, а другую по линии пересечения стенки со свободной поверхностью. Для удобства развернем проекцию стенки в плоскость чертежа. Выделим на ней фигуру площадью . Между любой координатой у и глубиной погружения h существует следующая связь: .
Рисунок 18 – К определению силы давления на плоскую стенку
На каждый бесконечно малый элемент площади действует элементарная сила , а давление в центре тяжести равно .
Тогда элементарная сила .
Суммарная сила давления на всю площадь ω может быть получена интегрированием по площади :
,
где –статический момент площади относительно оси x.
Известно, что статический момент площади равен произведению координаты центра тяжести на площадь фигуры:
,
откуда можно записать, что суммарная сила гидростатического давления равна:
или ,
где – давление в центре тяжести.
Таким образом, сила гидростатического давления на плоскую поверхность равна произведению гидростатического давления в центре тяжести этой поверхности на ее площадь.
Центром давления называется точка приложения полной силы гидростатического давления, действующей на данную поверхность.
Для определения положения центра давления воспользуемся известной теоремой статики: момент равнодействующей силы равен сумме моментов сил ее составляющих.
То есть .
Из этого выражения можно найти искомую координату центра давления (точки D):
,
где – момент инерции площади относительно оси x.
Но момент инерции относительно любой оси может быть выражен через момент инерции относительно центральной оси (оси, проходящей через центр тяжести фигуры).
,
где а – расстояние между осями (в нашем случае ).
Тогда или .
Используя уравнение связи между глубиной h и координатой y, получим уравнение для определения глубины погружения центра давления:
.
Это выражение показывает, что центр давления лежит всегда ниже центра тяжести (кроме давления на горизонтальную плоскость, когда они совпадают).
Дата добавления: 2016-06-15; просмотров: 4886;