23. Omów zagadnienie ciśnienia hydrostatycznego oraz parcia hydrostatycznego

Ciśnienie hydrostatyczne- ciśnienie jakim panuje na pewnej głębokości w cieczy nie będącej w ruchu, która znajduje się w polu grawitacyjnym. Analogicznie ciśnienie w gazie określane jest mianem ciśnienia aerostatycznego. Jednostką ciśnienia hydrostatycznego jest paskal (Pa). Oblicza się ze wzoru:

p = ρ • h • g

Gdzie:

- ρ − gestosc cieczy

-h- głębokość zanurzenia cieczy

-g- przyspieszenie ziemskie

Paradoks hydrostatyczny- polega na tym, że ciśnienie na dnie naczynia niż zależy wprost od ciężaru cieczy zawartej w naczyniu, a zależy od wysokości słupa cieczy nad dnem. Natomiast parcie cieczy na dno naczynia zależy od pola dna, wysokości cieczy i ciężaru właściwego cieczy. Wynika z tego, że parcie cieczy na dno w naczyniach o różnych kształtach będzie takie samo jeżeli pole powierzchni dna każdego z tych naczyń i wysokość słupa cieczy w tych naczyniach będzie równe.

Parcie hydrostatyczne- to siła powierzchniowa z jaką ciecz będąca w spoczynku oddziałuje na ścianę naczynia, na ciała zanurzone w cieczy, inną ciecz itp. Jest ona prostopadła do pow. działania. Można również rozpatrywać działanie cieczy na dowolne powierzchnie przeprowadzone w niej.

Siła parcia na ścianę jest to zastąpienie obciążenia ciągłego wywołanego ciśnieniem hydrostatycznym

P=p_s•A

P_s- ciśnienie w środku geometrycznym S ściany o polu A

P=∫_FpdF

Całka ta wyraża objętość bryły, która utworzymy odkładając w każdej elementarnej powierzchni dF odcinek do niej prostopadły i równy zagłębieniu h tej pow. pod zwierciadłem wody. Tak skonstruowaną bryłę nazywamy bryła parcia. Objętość V tej bryły pomnożona przez ciężar właściwy cieczy jest wartością parcia hydrostatycznego. Parcie na pow. płaską jest równe liczbowo ciężarowi bryły parcia. P=γV

24. Omów zagadnienie lepkości cieczy oraz przedstaw równanie Bernoulliego dla strugi cieczy doskonałej i rzeczywistej. Ruch laminarny i turbulentny.

25. Ruch w korytach otwartych. Odskok hydrauliczny, jego formy i długość.

Ruch w korytach otwartych

W odróżnieniu od przepływu w rurociągach woda w korytach otwartych płynie ze swobodnym zwierciadłem wody nad którym panuje ciśnienie atmosferyczne. Ruch wody zależy od spadku ciśnienia w rowach, kanałach i rzekach. Przepływ wody w korytach otwartych nazywamy przepływem bezciśnieniowym. Jeżeli pole przekroju poprzecznego się nie zmienia i prędkość średnia jest stała to możemy taki ruch nazwać ruchem jednostajnym.

W praktyce najczęściej stosowanym przekrojem poprzecznym koryta jest trapez o pochyleniu skarp równy 60⁰.

Możemy wyróżnić dwa rodzaje ruchu wody w korytach rwący (podkrytyczny) i spokojny (nadkrytyczny).

Odskok hydrauliczny- jest to zjawisko towarzyszące przejściu strumienia z ruchu rwącego w spokojny. Przejście to odbywa się na zwykle krótkim odcinku i w jego obrębie tworzy się poziomy walec wodny lub występuje sfalowanie zwierciadła wody. Zjawisko to jest zmianą energii kinetycznej w potencjalną, głębokość przed odskokiem jest zawsze mniejsza niż za odskokiem.

Odskok hydrauliczny może posiadać różne formy w zależności od liczby Froude’a

- przy Fr=1 przepływ jest krytyczny i odskok nie występuje

- przy Fr=1-3 na pow. wody pojawia się sfalowanie i taką formę nazywamy odskokiem sfalowanym

- przy Fr = 3-6,25 -odskok słaby na pow. odskoku pojawia się formy małych walców, lecz powierzchnia wody w strefie ruchu spokojnego pozostaje gładka, straty energi są małe

- przy Fr=6,25-20 – odskok oscylujący ( drgający) – pojawiają się oscylujące strumienie w kierunku dna i powierzchni odskoku.

- przy Fr= 20-81- odskok Bidone’a- występuje poziomy walec wodny, odskok jest zrównoważony i jego funkcja jest spełniona najlepiej, rozproszenie energii sięga 45-70%

- przy Fr>81 – odskok falisty-generowane są fale sięgające dna i wzburzona jest powierzchnia, działanie odskoku jest nierówne.

Długość odskoku hydraulicznego jest to odległość między głębokościami sprzężonymi. Jej znajomość pozwala na zabezpieczenie koryta przed erozją w obrębie odskoku. Wzory na długość odskoku:

- wg Smetany L= 6(h₂- h₁)

- wg Safraneza L= 4,5h₂

-wg Wójcickiego L= (8-0,05$\frac{h_{2}}{h_{1}}$)(h₂-h₁)

- wg Pawłowskiego L=2,5(1,9h₂-h₁)

Podane wzory dotyczą odskoku stacjonarnego. W przypadku odskoku o innej formie jedyną droga określenia prawidłowej długości sa badania eksperymentalne.