Мета роботи: Провести дослідження рідини в стані рівноваги

 

Теоретичні положення

Лабораторна робота проводиться на установці, що призначена для демонстрації основного рівняння гідростатики, згідно якого гідростатичний напір для всіх точок рідини є величина постійна

(1)

де р – тиск у точці, розміщеній на висоті z від горизонтальної площини порівняння О-О (рис. 1).

Рис. 1. До визначення тиску в довільно вибраній точці об’єму рідини

Складник формули (1) називається п’єзометричною висотою або висотою тиску. Якщо р, являє собою абсолютний тиск, то величину називають абсолютною п’єзометричною висотою. В окремому випадку, коли тиск відраховується к надмірній системі величину називають п’єзометричного висотою.

Висота z називається геометричною висотою. Сума величин називається гідростатичним напором і позначається Н.

Рівняння (1) можна інтерпретувати й подати відносно напору Н:

(2)

тобто гідростатичний (п‘єзометричний) напір у всіх точках даного об’єму рідини, що знаходиться в стані спокою, відносно довільно вибраної площини порівняння є величиною постійною.

Рівняння (2) можна записати у вигляді, зручному для вимірювання тиску:

(3)

де – тиск, який діє на вільну поверхню рідини.

Рівняння (3) виражає закон гідростатичного тиску: тиск у даній точці рідини, що знаходиться в стані спокою, є сумою тиску , який діє на вільну поверхню рідини, і вагового тиску .

Згідно із основним законом гідростатики, тиск у точці визначається тільки тиском на вільній поверхні рідини і відповідаючим цій точці ваговим тиском. Рівняння (3) с також підтвердженням закону Паскаля: тиск, створений на поверхні рідини, яка знаходиться в стані спокою, передається у всі точки її об’єму. Дійсно, для будь-якої точки об’єму рідини у формулу для визначення тиску входить постійна складова .

Оскільки надмірному (ваговому) тиску в будь-якій точці рідини відповідає, цілком визначена висота її стовпа над тією точкою, то ця обставина використовується в найпростіших приладах для вимірювання надмірного тиску і вакууму – п’єзометрах і вакуумметрах.

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка (рис. 2) складається з корпуса 2. змонтованого на основі 1 і оснащеного пристроями для впускання та випускання в нього води та повітря, а також приладами для вимірювання тиску. Торці корпуса герметично закриті. Це дозволяє в процесі досліджень змінювати тиск на вільній поверхні води, якою наповнюють корпус. Вентилі 9 та 7, які закріплені на водопровідному трійнику, призначені відповідно для подачі в корпус води з водопровідної мережі та її спуску після закінчення дослідів.

На трубопроводі, який проходить через кришку 3, змонтовані вентилі 5 та 10. При відкритому вентилі 5 всередині корпуса 2 встановлюється атмосферний тиск, а при закритому величина тиску зростає (для його регулювання передбачено редуктор 8). Вентиль 10 з’єднує установку з компресором. При його відкриванні повітря надходить у корпус 2, що приводить до зростання в ньому тиску.

Крім того, установка оснащена водомірним склом 4 і приладами для вимірювання тиску – мановакууметрами 6.

 

Порядок виконання роботи

1. За допомогою мановакууметрів 6 перевіряємо тиск всередині корпуса 2 (при цьому рівень води не повинен перевищувати точки А й стрілки мановакууметрів 6 під’єднаних в точках О та В повинні знаходитись па нульових поділках).

2. Подаємо воду в установку, для чого при закритому вентилі 7 відкриваємо вентиль 9. По водомірному склу слідкуємо за наповненням корпусу 2. При перевищенні горизонтом води середньої дослідної точки (точки В) вентиль 9 закриваємо й фіксуємо покази мановакууметрів 6 і водомірного скла.

3. Знову відкриваємо вентиль 9 і піднімаємо горизонт води в установці ще на 0,5-1 м, після чого вентиль 9 закриваємо й фіксуємо покази мановакууметрів 6 і водомірного скла. Порівнюємо покази з попередніми (різниця показів має бути рівною висоті підйому горизонту).

Рис. 2. Схема лабораторної установки

4. Відкривши вентиль 7, опускаємо горизонт води до рівня, дещо вищого середньої дослідної точки (точки В), після чого вентилі 7 та 5 закриваємо. Фіксуємо показимановакууметрів та водомірного скла.

5. Відкривши вентиль 9, спостерігаємо, як одночасно з підніманням горизонту води збільшується тиск на вільній поверхні рідини (про що свідчитимуть показимановакууметра верхньої дослідної точки О) та фіксуємо покази мановакууметрів у двох дослідних точках. Переконуємося, що тиск у дослідних точках змінюється на величину, рівну різниці показів мановакууметра верхньої дослідної точки О для різних горизонтів води.

6. Результати вимірювань заносимо в розрахункову таблицю 1.

7. Заповнюємо графи 8, 9, 10 та 11 і 12 таблиці 1.

8. За отриманими результатами розрахунків формулюємо висновки.

Таблиця 1