Процеси і апарати харчових виробництв Електронний підручник
Головна Теоретичні відомості Лабораторні та практичні роботи Тести Додатки Список використаних джерел	2.1 ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ЗАКОНИ ГІДРОСТАТИКИ
	1. Фізичні властивості рідини. 2. Гідростатичний тиск, його вимірювання. 3. Основне рівняння гідростатики. Закон Паскаля. 1. Фізичні властивості рідини Гідравлікою називають науку, що вивчає закони рівноваги та руху краплинних рідин і взаємодію рідин, що стикаються з нерухомими або рухомими твердими тілами. У гідравліці під єдиним поняттям рідини прийнято об'єднувати звичайні (краплинні) рідини, а також пару, гази та пластично-в'язкі тіла, які не мають, на відміну від твердих тіл, здатності зберігати форму. Вони набувають форму посудини, яку заповнюють. Краплинні та пластично-в'язкі тіла зберігають об'єм. Пара та гази не мають власного об'єму; вони займають весь об'єм посудини, в якій знаходяться. Краплинні рідини характеризуються великим опором стисканню (майже повною нестисливістю) і малим опором розтягуванню і дотичним зусиллям. Це - вода, бензин, спирт, нафта та інші. Газоподібні рідини (гази, пара) мають велику стисливість, не чинять опору ні розтягувальним, ні дотичним зусиллям і мають малу в'язкість. У гідравліці рідина розглядається як суцільне матеріальне середовище. Під час виведення основних закономірностей у гідравліці вводять поняття про ідеальну рідину, яка, на відміну від реальної рідини, абсолютно нестискувана під дією навантаження і в ній відсутні сили тертя між частинками. У дійсності ідеальних рідин не існує - всі рідини в малих межах стискувані та мають властивість опору зсувним зусиллям, тобто властивість в'язкості. Поняття ідеальної рідини введено в гідравліці для спрощення вивчення законів реальної рідини. Гідравліка складається з двох частин: гідростатики та гідродинаміки. Гідростатика вивчає закони рівноваги рідин та їхню дію на обмежувальні стінки, гідродинаміка – закони руху рідин та їхню взаємодію з обмежувальними стінками (стичними тілами). 2. Гідростатичний тиск, його вимірювання Гідростатичний тиск. У гідростатиці вивчається рівновага рідин, які знаходяться в стані відносного або абсолютного спокою. Під відносним спокоєм розуміють такий стан, коли в рідині, що рухається, окремі частини не переміщуються відносно одна однієї. Відсутність такого переміщення дозволяє вважати будь-яку рідину в стані спокою ідеальною, тому що сили внутрішнього тертя відсутні. У стані відносного спокою форма об'єму рідини не змінюється і вона переміщується як єдине ціле (подібно твердому тілу). Так, рідина знаходиться в стані відносного спокою в цистерні, яка рухається, в барабані центрифуги, який обертається з постійною частотою, і т.п. У подібних випадках спокій розглядається відносно стінок посудини, яка рухається. Рідина всередині нерухомої посудини знаходиться в абсолютному спокої відносно поверхні землі. Рис.1. Гідростатичний тиск Незалежно від виду спокою на рідину діють сили тяжіння й тиску. Сила тяжіння G, що діє на певний об'єм рідини, рівна добутку маси m цього об'єму рідини на прискорення вільного падіння g: G = mg=ρVg,           (1) де ρ - густина рідини, кг/м^3; V - об'єм рідини, м^3. Сила тяжіння завжди спрямована вниз вертикально. Рідина, яка знаходиться у стані спокою в посудині, чинить тиск на стінки і дно посудини. Тиск зі сторони рідини зазнає також будь-яке тіло, занурене в рідину. Нехай посудина заповнена деякою кількістю нерухомої рідини. Виділимо по думки об'єм рідини з прямокутною основою (площинкою) на дні посудини. На площину S діє сила гідростатичного тиску F, яка дорівнює вазі (у Н) виділеного стовпа рідини: F=mg=ρShg,        (2) де т = pSh - маса стовпа рідини густиною р при висоті стовпа h і площі його основи S. Оскільки тиск - це сила F, яка діє на одиницю поверхні S перпендикулярно до цієї поверхні, то гідростатичний тиск з урахуванням (2) визначається за рівнянням: p= F/S = ρgh,   (3) У системі СІ одиницею тиску є паскаль (Па = Н/м^2); тиск рідини вимірюють манометром. 3. Основне рівняння гідростатики. Закон Паскаля Основне рівняння гідростатики. При переході від однієї горизонтальної площини до іншої, яка лежить нижче, тиск у рідині збільшується; відповідно до (3), залежність р від h являє собою пряму лінію. Якщо вільна поверхня рідини знаходиться під тиском р0, то на глибині h p = p0 + ρgh. (4) Рівняння (4) інколи називають основним рівнянням гідростатики. Розділивши всі члени рівняння (4) на pg та замінивши h = z0 - z, отримаємо:        (5) Величина  z  називається геометричною висотою, або геометричним напором, а p/ρg- п'єзометричною висотою або статичним напором. Таким чином, основне рівняння гідростатики можна сформулювати так: для кожної точки нерухомої рідини сума геометричного і статичного напорів є величина стала. Основне рівняння гідростатики лежить в основі закону сполучених посудин. Розглянемо принцип сполучених посудин. Нехай дві відкриті сполучені посудини (рис.1,а) заповнені однаковою рідиною з густиною ρ. Проведемо горизонтальну площину порівняння ОО так, щоб вона перетинала сполучені посудини в точках А і В. Запишемо тиск рідини в цих точках:                              = + ρgh1 (6) в =  + ρgh2 (7) Рис.2. Основне рівняння гідростатики Рівновага рідини в посудинах можлива, якщо рА = рВ, що здійсниться, якщо h1 =h2. Отже, рівні рідин з однаковою густиною в сполучених посудинах однакові. Рис.3. Сполучені посудини Для сполучених посудин (рис.1,б) , заповнених рідинами, які мають різну густину, співвідношення нівелірних висот буде виражатися рівністю: h1 / h2 = ρ2 / ρ1                      (8) Спосіб сполучених посудин – один з найдоступніших і простих способів визначення густини м’ясних,  молочних та інших рідких продуктів. Він ґрунтується на зазначеному вище співвідношенні між висотами стовпів рідин у гілках трубки та їхніми густинами з рівністю тисків над вільними поверхнями. Для визначення густини в одне коліно наливають рідину, яку досліджують, а в друге - рідину з відомою густиною в таких кількостях, щоб рівні в середніх колінах знаходилися в одній горизонтальній площині, на нульовій поділці шкали приладу. З рівності (8) знаходять невідому густину. Закон сполучених посудин лежить в основі роботи рідинних манометрів – приладів, за допомогою яких визначають тиск у рідинах. Закон Паскаля З рівняння (4) очевидно, що в усіх точках на глибині h тиск постійний. Якщо тиск на поверхні рідини збільшити на , то так само збільшиться тиск у будь-якій точці всередині рідини. Цю властивість рідини відображає сутність закону Паскаля: зовнішній тиск у рідинах і газах передається в усіх напрямках рівномірно: p = F1 / S1 = F2  / S2 (9) Рис.4. Закон Паскаля  На основі закону Паскаля діють багато гідравлічних машин, однією з яких є гідравлічний прес. Питання для самоконтролю 1. Що таке рідина? Наведіть класифікацію рідин. 2. Яке практичне прикладання має основне рівняння гідростатики? Наведіть приклади. 3. Чим відрізняються ідеальні рідини від реальних? 4. Які основні фізичні властивості ідеальних рідин? З якою метою в гідравліці запроваджується поняття “ідеальна рідина”? 5. Сформулюйте закон Паскаля.
	Попередня тема	На початок	Наступна тема