工程上不仅需要知道水内部的压强分布规律,而且需要知道与水接触的不同形状、不同位置的固体壁面上所受到的水对它的作用力以及这种力的计算方法。
(一)作用在平面上的静水总压力
1.总压力的大小
如图4-4所示,假设AB为一块面积为A的任意形状的平板,倾斜放置在静止的密度为ρ的水中,它与水面的夹角为θ,水面上的压强为p 0。在平板上任取一微元面积d A,水深为h。则作用在微元面积上的合力为
图4-4 倾斜平壁上的总压力
作用在平板上的合力为
式中
所以
若作用在水面上的压力为大气压,而平板外侧也作用着大气压,则由水产生的作用在平板上的总压力为
2.总压力的作用点(压力中心)
总压力的作用线与平面的交点即为总压力的作用点,也叫压力中心。因为作用在平面AB上每一个微小面积上的压力都是互相平行的,可按照力学中平行力系中的力矩定律来研究总压力的作用点。
式中 d F——作用在微小面积d A上的合力;
y——微小面积中心到x轴的距离;(www.daowen.com)
y D——合力作用点到x轴的距离。
所以,相对压力中心为
(二)作用在曲面上总压力
如图4-5所示容器内盛有密度为ρ的水,它的壁面ab为柱面,在曲面ab上取一微元面积d A,其淹深为h,则仅考虑水作用在它上面的总压力为
1.总压力的水平分力
式(4-8)说明水作用在曲面上的总压力的水平分力等于水作用在曲面的投影面积A x上的总压力,这与水作用在平面上的总压力一样。F x的作用点通过面积A x的压力中心。
2.总压力的垂直分力
式中面ab的最外轮廓向上引无数条垂直母线到水面处所包围的体积,称为压力体。式(4-9)说明水作用在曲面上总压力的垂直分力,在数值上等于压力体的水重力,它的作用线通过压力体的重心。
图4-5 作用在曲面上的总压力
图4-6 总压力的方向
3.总压力的大小和方向
总压力的方向可用它与z轴之间的夹角θ来表示,如图4-6所示,即
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