Hidrostatikos elementai

Nagrinėjant kūnų sąveiką, ne visada pakanka žinoti tiktai veikiančias jėgas. Dažnai svarbu, kokio ploto kūno paviršių veikia jėga.

Fizikinis dydis, lygus jėgos F , statmenai veikiančios paviršių, modulio ir šio paviršiaus ploto S santykiui, vadinamas slėgiu:

Slėgio vienetas SI sistemoje – paskalis (Pa): .

Paskalis nustatė, kad slegiami skysčiai ir dujos perduoda slėgį į visas puses vienodai. Šis teiginys vadinamas Paskalio dėsniu.

Cilindriniame inde skysčio slėgimo į indo dugną jėga lygi skysčio stulpelio svoriui, todėl slėgis į indo dugną:

Iš čia gauname:

Skysčio slėgis lygus skysčio tankio ρ, laisvojo kritimo pagreičio modulio g ir skysčio stulpelio aukščio h sandaugai.

Pagal Paskalio dėsnį toks pats skysčio slėgis ir į indo sieneles gylyje h, ir netgi vertikaliai aukštyn.

Indai, kurie tarpusavyje sujungti, vadinami susisiekiančiais indais. Kadangi skysčio slėgis tame pačiame aukštyje yra vienodas, tai bet kokios formos susisiekiančiuose induose nejudančio vienalyčio skysčio laisvasis paviršius yra vienodo lygio (išskyrus kapiliarinius indus).

Jei susisiekiančiuose induose yra skirtingo tankio skysčiai, tuomet stulpelių aukščiai atvirkščiai proporcingi skysčių tankiams: h1/h2 = ρ2/ρ1.

Skysčių ir dujų slėgis priklauso nuo gylio, todėl atsiranda jėga, kuri stumia iš skysčio ir dujų kiekvieną juose panardintą kūną. Ši jėga vadinama Archimedo jėga (27pav.).

Sakykime, stačiakampis gretasienis, kurio aukštis h ir pagrindo plotas S, panardinti į skystį, kurio tankis p. Skysčio slėgimo į šonines kūno sieneles jėgos atsveria viena kitą, o iš apačios ir iš viršaus veikiančių slėgimo jėgų F2 ir F1 atstojamoji nelygi nuliui. Ši atstojamoji yra Archimedo jėga:

,

Archimedo jėga nukreipta priešinga sunkiui kryptimi, todėl kūno svoris skystyje ir dujose yra mažesnis negu vakuume.

Skystyje arba dujose pahardintą kūną paprastai veikia dvi priešingų krypčių jėgos: sunkis ir Archimedo jėga. Jeigu sunkio modulis didesnis už Archimedo jėgos modulį, tai kūnas skęsta. Jeigu sunkio modulis lygus Archimedo jėgos moduliui, tai kūnas gali būti pusiausvyras bet kuriame gylyje.

Jeigu Archimedo jėgos modulis didesnis už sunkio modulį, kūnas iškyla į paviršių. Tada panirusios dalies išstumto skysčio svoris lygus Archimedo jėgai.

Kai skysčio tankis didesnis už panardinto skystyje kūno tankį, kūnas plūduriuoja skysčio paviršiuje; jei kūno tankis didesnis už skysčio tankį, kūnas skęsta.

Kai skysčio ir kūno tankis vienodi, kūnas plūduriuoja bet kuriame skysčio lygyje.

Technikoje ir buityje skystis dažnai teka vamzdžiais: vanduo - vandentiekio vamzdžiais, mašinose - alyva tepimui, kuras varikliams. Nejudantis skystis pagal Paskalio dėsnį veikia išorinį slėgį visomis kryptimis vienodai. Kai skystis teka vamzdžiu, kurio skersinio pjūvio plotas skirtingas, slėgis ir skysčio greitis ne visur yra vienodas. Ištekančio skysčio tūris per laiką t apskaičiuojamas V=Svt.

Jei vamzdžio skerspjūviai yra , , , … o tose dalyse greičiai , , , … tai ryšį tarp greičių ir skersinio pjūvio plotų užrašome

Kadangi skysčio, tekančio iš didesnio skersinio pjūvio ploto vamzdžio dalies į mažesnę, greitis didėja, tai skystis juda su pagreičiu, o tai pagal II Niutono dėsnį turi veikti jėga. Ši jėga gali būti tik slėgimo jėgų plačiojoje ir siaurojoje dalyje skirtumas.

Tekančio skysčio slėgis didesnis tuose vamzdžio pjūviuose, kur greitis mažesnis, ir aivirkščiai: tuose pjūviuose, kuriuose greitis didesnis, slėgis mažesnis. Sis teiginys vadinamas Bernulio dėsniu.

Ištekančio iš vamzdžio skysčio greitis, kai slėgis žinomas, apskaičiuojamas pagal formulę

p - slėgis; ρ - skysčio tankis.

kažkaip ne čia

Skrendant lėktuvui, oro pasipriešinimo srovė apteka išgaubtą viršutinį skrendančio lėktuvo sparno paviršių. Slėgis virš sparno tuomet yra mažesnis, nes viršuje aptekančio oro greitis didesnis. O slėgis po sparnu didesnis. Atsiranda sparno keliamoji jėga (28 pav.).