Гидростатика
ГИДРОСТАТИКА (от гидро... и статика), раздел механики жидкости и газа, в котором изучается равновесие жидкостей (газов), а также воздействие сил со стороны покоящихся жидкостей (газов) на погружённые в них тела. К 1-й группе задач гидростатики относится изучение состояния самих покоящихся жидкостей. Это задачи о возможности равновесия жидкостей под действием заданной системы внешних сил, об определении внутренних сил в покоящихся жидкостях, об определении формы поверхности жидкости, покоящейся относительно неподвижной или подвижной (например, вращающейся) системы координат, а также об условиях, при которых равновесие жидкостей в заданном поле внешних сил является устойчивым. Ко 2-й группе относятся задачи об устойчивости плавающих тел, определении сил, действующих со стороны покоящихся жидкостей на полностью или частично погружённые в них твёрдые тела, например на подводные лодки, корабли, дамбы и плотины, а также стенки сосудов, заполненных жидкостью.
Создание гидростатики связано с именами Архимеда, С. Стевина, Г. Галилея, Б. Паскаля, Ж. Л. Д’Аламбера, А. Клеро и др. Одним из основных законов гидростатики является Архимеда закон, утверждающий, что на тело, погружённое в жидкость, действует подъёмная сила, равная весу вытесненной телом жидкости. Сила, действующая на любую малую площадку внутри покоящихся жидкостей, направлена по нормали к площадке, а величина этой силы в расчёте на единицу площади, называемая давлением, не зависит от ориентации площадки в данной точке. При отсутствии силы тяжести и других массовых сил давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково (Паскаля закон). На законах гидростатики, в частности на законе Паскаля, основано действие гидравлического пресса, гидравлического аккумулятора, жидкостного манометра, сифона и многих других машин и приборов.
Реклама
В покоящейся несжимаемой жидкости с давлением на свободной поверхности, равным р0, давление на глубине h равно:
р = р0 + pgh,
где р - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения. Т. е. давление на глубине h равно внешнему давлению, сложенному с весом столба жидкости, высота которого равна h, а площадь основания равна единице. Закон распределения давления по глубине, определяемый приведённой выше формулой и называемый гидростатическим, приближённо выполняется не только в покоящейся жидкости, но и в потоках, в которых движение происходит в основном вдоль дна, а скорости в направлении, перпендикулярном дну, малы. Этот закон широко используется в гидравлике, в частности при расчётах течений в реках и каналах, расчётах паводковых волн, а также течений, возникающих при прорыве плотин.
В гидростатике исследуется также равновесие жидкостей в условиях невесомости, когда основную роль играют капиллярные силы. Специальную область гидростатики составляют важные для космогонии задачи об установлении формы поверхности вращающихся масс жидкости и газа, в частности звёзд и планет; исследования в этой области включают учёт электромагнитных взаимодействий, взаимного влияния соседних тел и др.
Лит.: Прандтль Л. Гидроаэромеханика. 2-е изд. Ижевск, 2002; Седов Л. И. Механика сплошной среды. 6-е изд. М., 2004. Т. 1-2.
М. Э. Эглит.