理论教育 水力学:静水压强特性

水力学:静水压强特性

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:静水压强有以下两个重要的特性。所以,只有受作用面的内法线方向才是静水压强唯一可能的作用方向。但不同点的静水压强则不一定相等,故静水压强是位置坐标的函数,即

水力学:静水压强特性

静水压强有以下两个重要的特性。

1.静水压强的方向沿受作用面的内法线方向

在静止液体中取一块水体,以任一平面N N 将水体切割成Ⅰ和Ⅱ两部分,在切割面上任取一点A,如图2.1.1所示。假设其所受的静水压强p是任意方向的,则p可以被分解为法向分量pn和切向分量τ。而切向分量τ将使液层产生相对运动,这和静止液体的前提相矛盾;若静水压强指向外法线方向,这势必使液体受到拉力作用,而液体是不能承受拉力的。所以,只有受作用面的内法线方向才是静水压强唯一可能的作用方向。

2.静止液体中任一点上各方向压强的大小都相等

在静止液体中任取一点A (x,y,z),并设直角坐标系如图2.1.2所示。在A点附近,取微小四面体ABCD。为方便起见,三个正交面与坐标平面方向一致,棱长分别为d x、d y、d z。设斜面BCD 的面积为d A,其外法线n的方向余弦分别为cos (n,x),cos(n,y),cos(n,z),则

图2.1.1

图2.1.2

以px、py、pz和pn分别表示与坐标轴一致的平面和斜面上的平均压强,以Px、Py、Pz、Pn分别表示各面上的总压力(图2.1.2),则有:

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由力的平衡可知,作用于平衡体上的所有外力沿任一坐标轴方向投影的总和等于零,故对x、y、z轴可写出下列平衡方程式:

忽略含d x的微小量项,则上式可写为:

同理,由式(2.1.2)中第二、第三式分别可得:

式 (2.1.3)表明,静止液体中同一点上的压强大小与作用面的方位无关,即同一点上各个方向静水压强的大小是相等的。但不同点的静水压强则不一定相等,故静水压强是位置坐标的函数,即

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