Дифференциальные уравнения равновесия жидкости


 

Рассмотрим жидкость, находящуюся в равновесии. Выбираем систему произвольных координат с центром в точке O и зафиксируем произвольную точку A с координатами x, y, z (см. рис.1).

Построим вокруг этой точки элементарный параллелепипед с гранями равными: dx, dy, dz. На выделенный объём действуют внешние силы, поэтому он будет находиться в равновесии, если сумма проекций всех действующих сил на каждую ось будет равна нулю. Определим все внешние силы — массовые и гидростатического давления — действующие на грани параллелепипеда со стороны окружающей жидкости. Обозначим проекции массовых сил, отнесенных к единице массы, на координатные оси: Аx, Ay, Az. Тогда проекции массовых сил на ось х

Рис. 1. Элементарный параллелепипед, описанный вокруг точки А.

 

dFx = Axdm = Axρdxdydz, (15)

 

здесь dm — масса элементарного объёма жидкости

 

dm = ρdV = ρdxdydz. (16)

 

Аналогично, проекции массовых сил на оси y и z:

 

dFy = Aydm = Ayρdxdydz; (17)

 

dFz = Axdm = Azρdxdydz. (18)

 

Теперь рассмотрим силы гидростатического давления, действующие на параллельные грани параллелепипеда 1–2–3–4 и 5–6–7–8. Обозначим силы давления буквами и . В соответствии с первым свойством гидростатического давления силы давления действуют нормально к поверхностям 1–2–3–4 и 5–6–7–8 и являются силами сжимающими. Если в точке А гидростатическое давление р, то на расстоянии , на плоскостях 1–2–3–4 и 5–6–7–8 будут действовать давления

 

 (19)

. (20)

где p/ x– градиент давления на расстояние от точки А.

Тогда проекции сил действующие на площади dy.dz поверхностей 1–2–3–4 и 5–6–7–8:

 , (21)

. (22)

Уравнение равновесия параллелепипеда относительно оси Х получим, приравняв к нулю сумму проекций на ось Х всех внешних сил

 

. (23)

 

Подставив в уравнение (23) значения всех действующих сил получим

 

. (24)

Раскроем скобки

 

. (25)

 

Проведя сокращения и перегруппируя члены уравнения, получим

 

. (26)

 

Аналогично получаем уравнения равновесия относительно осей у и z

 

. (27)

(28)

Таким образом, скомпонована система уравнений (26,27,28) равновесия жидкости, которую впервые получил Л.Эйлер

= 0

= 0 (29)



Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 327;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.008 сек.