1-16 (Все лекции 2020 [Яроц])

11-я лекцияЛитература:Основная литература:1. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов /Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1982. 423 с., ил.(Переиздана стереотипно в 2010 году).2. Сборник задач по гидравлике для технических вузов / Д.А.Бутаев, З.А.Калмыкова,Л.Г.Подвидз и др.; под ред.

И.И.Куколевского и Л.Г.Подвидза. 6-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. 486 с., ил.3. Лабораторный курс гидравлики, насосов и гидропередач: учебное пособие длямашиностроительных вузов / Под ред. С.С.Руднева и Л.Г.Подвидза. 2-е изд., перераб. и доп. М.:Машиностроение, 1974. 416 с., ил.4. Шабловский А.С. Выполнение домашних заданий и курсовых работ по дисциплине«Механика жидкости и газа»: учебное пособие в двух частях. Часть 1: Гидростатика. 2-е изд., испр. идоп. М.: Изд-во МГТУ им.

Н.Э. Баумана, 2012. 69 с., ил.5. Шабловский А.С. Выполнение домашних заданий и курсовых работ по дисциплине«Механика жидкости и газа»: учебное пособие в двух частях. Часть 2: Гидродинамика. 2-е изд., испр. идоп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 65 с., ил.Дополнительная литература:1. Некрасов Б.Б. Гидравлика и её применение на летательных аппаратах. 2-е изд., перераб.

идоп. М.: Машиностроение, 1967. 368 с., ил.2. Беленков Ю.А., Лепёшкин А.В., Михайлин А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: учебникдля вузов. М.: Издательский дом «БАСТЕТ», 2013. 406 с., ил.3. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: учебник для вузов / Б.Т.Емцев. 2-е изд., переаб. идоп. М.: Машиностроение, 1987. 440 с., ил.1.1 ВведениеСодержание курса:1.Свойства жидкостей и газов;2.Гидростатика;3.Гидродинамика;4. Работа насосов на сеть.Гидравликой называется прикладной раздел механики, изучающий законы равновесия идвижения жидкостей для решения технических задач.Слово «гидравлика» состоит из двух греческих слов (хюдор – вода и аулос – труба).В гидравлике под термином жидкость» понимаются и собственно жидкости (которые частоназывают капельными жидкостями») и газы (газообразные жидкости). Отсюда можно сказать, чтогидравлика занимается изучением законов движения капельных жидкостей в трубах.В гидравлике рассматриваются потоки, ограниченные и направленные твёрдыми стенками, т.е.это внутренние течения жидкостей, и решается так называемая «внутренняя задача».

Вопросы«внешних задач», возникающие при внешнем обтекании твёрдых тел сплошной средой (судостроениеи авиация), изучает наука под названием аэрогидромеханика.Гидравлика зародилась в цивилизациях Древнего мира при создании систем водоснабжения иканализации. Такие системы были обнаружены при раскопках Кносского дворца на острове Крит.2Они были построены за сотни лет до нашей эры. Система водоснабжения обеспечивала подачу воды изгорных источников к дворцуи слив сточных вод по трубамв канализационную систему.Трубопроводы были сделаны из глиняных стандартных отдельных участков, конструкция которых иуплотнительные элементы напоминают современные системы такого типа.Один из виднейших гидравликов древнего мира -греческий ученый Архимед, живший втретьем столетии до нашей эры, известен открытием закона плавания тел и изобретением винтовогонасоса.Как наука, гидравлика оформилась при переходе к промышленному производству, этопроизошло в семнадцатом-восемнадцатом столетии.Голландский инженер и математик Симон Стевин написал книгу «Начала гидростатики»,одну из первых по гидростатике.

Занимаясь определением силы на плоскую стенку, он открыл«гидростатический парадокс» (рис. 1): давлениежидкости, определяемое в любой точке сосуда, независит от формы сосуда, а зависит от положенияточки относительно уровня свободной поверхности.Стевин вывел формулы для определенияусилий на любую часть борта судна, исходя из своегоопределения «гидростатического парадокса.Значение атмосферного давления на поверхности земли впервые экспериментально определил в1634 г. итальянский ученый Эванджелиста Торричелли и он же определил вес воздуха.Земля окружена атмосферой - воздушной оболочкой, состоящей из смеси различных газов.Молекулы этих газов, находясь в поле тяготения Земли, притягиваются к ней.

Вследствие этого слоивоздуха, расположенные выше, давят на нижние слои, а через них на поверхность Земли инаходящиеся на ней тела. Это давление называют атмосферным.До середины XVII века считалось непререкаемым утверждение древнегреческого ученогоАристотеля о том, что вода поднимается за поршнем насоса потому, что «природа не терпитпустоты». Однако, при сооружении фонтанов во Флоренции обнаружилось, что засасываемаянасосами вода не желает подниматься выше приблизительно 10-ти метров.

Недоумевающиестроители обратились за помощью к престарелому Галилею, который сострил, что, вероятно, природаперестает бояться пустоты на высоте более 10-ти метров, но все же предложил разобраться в этомсвоим ученикам — Торричелли и Вивиани.Они доказали, что высота поднятия жидкости за поршнем насоса должна быть тем меньше,чем больше её плотность.

Так как ртуть в 13,6 раза плотнее воды, то высота ее поднятия за поршнембудет во столько же раз меньше.Осмысливая результаты эксперимента, Торричелли делает два вывода: пространство надртутью в трубке пусто (позже его назовут «торричеллиевой пустотой»), а ртуть не выливается изтрубки обратно в сосуд потому, что атмосферный воздух давит на поверхность ртути в сосуде.3Из этого следовало, что воздух имеет вес. Это утверждение казалось настольконевероятным, что не сразу было принято учёными того времени.Опыт Торричелли заключается в следующем.Стеклянную трубку длиной около 1 м, один конец которой запаян, заполняютртутью и, закрыв отверстие другого конца, переворачивают и погружают всосуд с ртутью (рис. 2). Под уровнем ртути трубку открывают, часть ртути изтрубки выливается, остается столб ртути высотой h = 760 мм (над ним втрубке образуется пространство, заполненное парами ртути).Эта высота ртутного столба сохраняется и при наклонном положении трубки.Давление столба ртути высотой h уравновешивает давление атмосферы.Наблюдения показали, что высота столба ртути в трубке и значение атмосферного давлениязависят от погодных условий и от высоты местности.Примечание.

Существует понятие нормальные условия (НУ). Это принятый эталон давления (р) итемпературы (t) на поверхности земли: р = 760 мм рт. ст.; t = 15°С.По постановлению Парижского парламента от 4 сентября 1624 года было запрещено подстрахом смертной казни «утверждать и преподавать положения, направленные против древних ипризнанных авторов". В первую очередь имели в виду Аристотеля, который утверждал, что воздух неимеет веса и что "природа не терпит пустоты".Торричели - догадался, что всё дело в весе воздуха.Тогда было такой крамолой, что Паскаль вызвался опровергнуть Торричели и поставил опыты,которые полностью подтвердили результаты Торричели. Забавно, что Паскаль не ограничивал выборжидкостей для опытов ртутью, а использовал для них даже вино.Наблюдения показывают, что жидкость, находящаяся в сосуде в состоянии покоя, давит на днои стенки сосуда и на любое тело, погруженное в эту жидкость.Паскалем был найден закон, носящий его имя: жидкости и газы передают действующее наних давление равномерно по всем направлениям.Им же был установлен закон сообщающихся сосудов: в сообщающихся сосудах уровнижидкостей равной плотности равны.Позднее Исаак Ньютон открыл закон трения в жидкости и сформулировал законсопротивления жидкости движущемуся в ней телу.Л.

Эйлер составил дифференциальные уравнения относительного равновесия и движенияжидкости, известные, как уравнения Эйлера и предложил способы описания движения жидкости.Д.Бернулли получил уравнение движения невязкой жидкости, известное как уравнениеБернулли.В гидравлике получили известность труды француза Навье, создавшего законы движения вязкойжидкости, англичанина Рейнольдса, разработавшего критерии подобия, а также определившего двазакона движения жидкости: ламинарный и турбулентный и других.Русским учёным Н.Е.Жуковским разработана теория гидроудара, открыты важныезакономерности в теоретической механике и аэродинамике.Н.П. Петровым разработана гидродинамическая теория смазки.Труды этих учёных заложили основы науки, которая называется гидромеханикой.4Гидромеханика - наука, изучающая равновесие и движение жидкостей и их взаимодействиес твёрдыми телами, полностью или частично погружёнными в жидкость.Жидкости, как и все вещества, имеют молекулярное строение.

По своему молекулярномустроению они занимают промежуточное положение между твёрдыми телами и газами, проявляятекучесть, присущую газам и сопротивляемость деформации, присущую твёрдым тела.Молекулы жидкости находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении, отличающемсяот хаотического теплового движения газов и твёрдых тел.

В жидкостях это движение осуществляется ввиде колебаний (1013 колебаний в секунду) относительно мгновенных центров и скачкообразныхпереходов от одного центра к другому. Тепловое движение молекул твёрдых тел состоит в колебанияхотносительно стабильных центров. Тепловое движение молекул газа выглядит, как непрерывныескачкообразные перемены мест. Кроме того, установлено, что при повышении температуры иуменьшении давления свойства жидкостей приближаются к свойствам газов, а при понижениитемпературы и увеличении давления – к свойствам твёрдых тел.Жидкость есть физическое тело, обладающее двумя особыми свойствами:1) Сплошность. Предполагается, что жидкость заполняет пространство сплошь, без образования какихбы то ни было пустот.

Жидкость весьма мало изменяет свой объём при изменении давления итемпературы (в этом отношении жидкость сходна с твёрдым телом).2) Текучесть. Жидкость обладает текучестью, благодаря чему она не имеет собственной формы ипринимает форму того сосуда, в котором она находится (в этом отношении жидкость сходна с газом).Жидкостью в гидромеханике считаются все среды, которым свойственна текучесть, то естьспособность изменять свою форму под действием сколь угодно малых сил. Обычные жидкостиназывают капельными, газы называют некапельными жидкостями.Капельные жидкости в малом количестве под действием поверхностного натяжения принимаютсферическую форму (в виде капли), а в большом количестве образуют свободную поверхность разделас газом.