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;