РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТИ И ДЕЙСТВУЮЩИЕ СИЛЫ

Гидростатика - раздел гидравлики, в котором изучается жидкость, находящаяся в покое.

Если на выделенную массу жидкости не действуют внешние силы, то все частицы этой массы остаются неподвижными относительно выбранной системы координат, т.е. находятся в покое или движутся прямолинейно с одинаковой для всех частиц скоростью, при этом взаиморасположение частиц остается постоянным. Такое состояние жидкости называется равновесным. В случае воздействия внешних сил равновесное состояние жидкости либо сохраняется, либо жидкость переходит в состояние движения.

Рассмотрим, какие силы могут действовать на жидкость, находящуюся в равновесии, и каким условиям должны удовлетворять внешние силы, чтобы условия равновесия жидкости не нарушались.

Выделим некоторый объем W из массы жидкости, находящейся в резервуаре, и рассмотрим силы, действующие на этот объем.

Эти силы могут быть поверхностными и массовыми.

Поверхностные силы - это силы давления, действующие на поверхности выделенного объема, они пропорциональны размеру площади , взятой на этой поверхности (силы , ,…, ) (рис. 2.1).

Массовые силы - это внешние силы, пропорциональные массе жидкости, заключенной в выделенном объеме (сила R на рис. 2.1). К таким силам относятся силы тяжести и силы инерции.

Для того чтобы жидкость находилась в состоянии равновесия (покоя), необходимо, чтобы силы, действующие в точках ее граничной поверхности, были направлены под углом 90° к этой поверхности. Действительно, так как жидкости сопротивляются сжимающим усилиям и в силу свойства текучести не могут сопротивляться сдвигающим усилиям, сила N (рис. 2.2) должна быть направлена нормально (под углом 90°) к поверхности, ограничивающей объем жидкости, и не может быть направлена под другим углом, как, например, сила F, стремящаяся сдвинуть частицу жидкости, находящуюся в точке М. (Силу F можно разложить на две составляющие - N и Т.)

Рис. 2.1. Силы, действующие на жидкость в условиях равновесия

Рис. 2.2. Действие поверхностных сил

В то же время сила N не может быть направлена от поверхности, так как жидкости не сопротивляются растягивающим усилиям.