Гидростатическое давление воды: Гидростатическое давление, теория и онлайн калькуляторы

Содержание

Гидростатическое давление, теория и онлайн калькуляторы

Определение гидростатического давления

Определение

Физическая величина, равная отношению нормальной силы ($F$), действующей со стороны жидкости на некоторую площадь,
на величину этой площади ($S$) называют давлением ($p$) жидкости:

\[p=\frac{F}{S}\left(1\right).\]

Если несжимаемая жидкость находится в равновесии давление по горизонтали всегда одно и то же. Свободная поверхность жидкости всегда горизонтальна, за исключением места около стенок сосуда. У несжимаемой жидкости плотность не зависит от давления. Если поперечное сечение цилиндрического столба жидкости равно $S$, высота столба $h$, плотность жидкости $\rho $, тогда вес ($P$) этого столба равен:

\[P=\rho gSh\ \left(2\right).\]

В соответствии с (1) давление на основание столба жидкости составит величину:

\[p=\frac{P}{S}=\rho gh\left(3\right). 2\cdot м}.\]

Закон Архимеда

В соответствии с формулой (3) давление, оказываемое на нижние слои жидкости больше, чем на верхние. Из-за этого тело, погруженное в жидкость, испытывает действие выталкивающей силы. Величину выталкивающей силы определяет закон Архимеда: На тело, находящееся в жидкости (газе) действует выталкивающая сила, которая равна весу жидкости (газа) вытесненной телом. Эта сила называется силой Архимеда ($F_A$):

\[F_A=\rho gV\ \left(4\right),\]

где $V$ — объем тела; $\rho $ — плотность жидкости; $g$ — ускорение свободного падения. Сила Архимеда направлена вверх.

Примеры задач с гидростатическим давлением

Пример 1

Задание. В чем состоит суть гидростатического парадокса?

Решение. Гидростатическим парадоксом называют явление, при котором сила весового давления жидкости, находящейся в сосуде отличается от веса находящейся там жидкости. Сила давления жидкости на дно емкости равняется весу жидкости только в том случае, если сосуд имеет форму цилиндра. При такой конфигурации емкости стенки являются вертикальными, силы давления стенок на жидкость (соответственно, жидкости на стенки) направлены горизонтально, вертикальной составляющей они не имеют (рис.1).

Если сосуд имеет вверху поперечное сечение больше, чем сечение дна, то сила давления на дно меньше, чем вес жидкости. И наоборот, если сосуд с жидкостью имеет сужающееся вверху горло, то сила давления на дно сосуда больше, чем вес жидкости. Причиной возникновения гидростатического парадокса является то, что жидкость оказывает давление не только на дно сосуда, но давит и на его стенки. При этом давление на стенки сосуда, расположенные не перпендикулярно основанию имеют вертикальную составляющую. При этом в сосуде, который расширяется к верху, эта составляющая направлена вверх, а в сосуде, уменьшающем свое сечение к верху, вертикальная составляющая давления направлена вниз. 3}$.

Вычислим это давление:

\[p=1000\cdot 9,8\cdot 0,5\approx 5000\ (Па)\]

Ответ. $p\approx 5000$ Па

Читать дальше: движение по окружности.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Гидростатическое давление: определение, формула и свойства.

—

Гидростатическое давление – это давление, производимое на жидкость силой тяжести.

Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей и рассматривается практическое приложение этих законов.

Для того, чтобы понять гидростатику необходимо определиться в некоторых понятиях и определениях.

В этой статье мы подготовили для Вас, всю необходимую информацию о гидростатическом давлении, начиная от закона Паскаля и определения формулы гидростатического давления и до свойств давления и применения законов гидростатики в повседневной жизни.

Содержание статьи

Закон Паскаля для гидростатики

Определение и формула гидростатического давления

Сила гидростатического давления

Измерение гидростатического давления

Свойства гидростатического давления + видеоматериалы

В 1653 году французским ученым Б. Паскалем был открыт закон, который принято называть основным законом гидростатики.

Звучит он так:

Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.

Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.

Относительная свобода, которой обладают молекулы жидкостей и газов, позволяет передавать давление производимое на жидкость или газ не только в направлении действия силы, но и во всех других направлениях.

Закон Паскаля для гидростатики нашел широкое распространение в промышленности. На этом законе основана работа гидроавтоматики, управляющей станками с ЧПУ, автомобилями и самолетами и многих других гидравлических машин.

Определение и формула гидростатического давления

Из описанного выше закона Паскаля вытекает, что:

Величина гидростатического давления не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость и определяется произведением

P = ρgh , где

ρ – плотность жидкости

g – ускорение свободного падения

h – глубина, на которой определяется давление.

Для иллюстрации этой формулы посмотрим на 3 сосуда разной формы.

Во всех трёх случаях давление жидкости на дно сосуда одинаково.

Полное давление жидкости в сосуде равно

P = P0 + ρgh, где

P0 – давление на поверхности жидкости. В большинстве случаев принимается равным атмосферному.

Сила гидростатического давления

Выделим в жидкости, находящейся в равновесии, некоторый объем, затем рассечем его произвольной плоскостью АВ на две части и мысленно отбросим одну из этих частей, например верхнюю. При этом мы должны приложить к плоскости АВ силы, действие которых будет эквивалентно действию отброшенной верхней части объема на оставшуюся нижнюю его часть.

Рассмотрим в плоскости сечения АВ замкнутый контур площадью ΔF, включающий в себя некоторую произвольную точку a. Пусть на эту площадь воздействует сила ΔP.

Тогда гидростатическое давление формула которого выглядит как

Рср = ΔP / ΔF

представляет собой силу, действующую на единицу площади, будет называться средним гидростатическим давлением или средним напряжением гидростатического давления по площади ΔF.

Истинное давление в разных точках этой площади может быть разным: в одних точках оно может быть больше, в других – меньше среднего гидростатического давления. Очевидно, что в общем случае среднее давление Рср будет тем меньше отличаться от истинного давления в точке а, чем меньше будет площадь ΔF, и в пределе среднее давление совпадет с истинным давлением в точке а.

Для жидкостей, находящихся в равновесии, гидростатическое давление жидкости аналогично напряжению сжатия в твердых телах.

Единицей измерения давления в системе СИ является ньютон на квадратный метр (Н/м²) – её называют паскалем (Па). Поскольку величина паскаля очень мала, часто применяют укрупненные единицы:

килоньютон на квадратный метр – 1кН/м² = 1*10³ Н/м²

меганьютон на квадратный метр – 1МН/м² = 1*10⁶ Н/м²

Давление равное 1*10⁵ Н/м² называется баром (бар).

В физической системе единицей намерения давления является дина на квадратный сантиметр (дина/м²), в технической системе – килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м²). Практически давление жидкости обычно измеряют в кгс/см², а давление равное 1 кгс/см² называется технической атмосферой (ат).

Между всеми этими единицами существует следующее соотношение:

1ат = 1 кгс/см² = 0,98 бар = 0,98 * 10⁵ Па = 0,98 * 10⁶дин = 10⁴ кгс/м²

Следует помнить что между технической атмосферой (ат) и атмосферой физической (Ат) существует разница. 1 Ат = 1,033 кгс/см² и представляет собой нормальное давление на уровне моря. Атмосферное давление зависит от высоты расположения места над уровнем моря.

Измерение гидростатического давления

На практике применяют различные способы учета величины гидростатического давления. Если при определении гидростатического давления принимается во внимание и атмосферное давление, действующее на свободную поверхность жидкости, его называют полным или абсолютным. В этом случае величина давления обычно измеряется в технических атмосферах, называемых абсолютными (ата).

Часто при учете давления атмосферное давление на свободной поверхности не принимают во внимание, определяя так называемое избыточное гидростатическое давление, или манометрическое давление, т.е. давление сверх атмосферного.

Манометрическое давление определяют как разность между абсолютным давлением в жидкости и давлением атмосферным.

Рман = Рабс – Ратм

и измеряют также в технических атмосферах, называемых в этом случае избыточными.

Случается, что гидростатическое давление в жидкости оказывается меньше атмосферного. В этом случае говорят, что в жидкости имеется вакуум. Величина вакуума равняется разнице между атмосферным и и абсолютным давлением в жидкости

Рвак = Ратм – Рабс

и измеряется в пределах от нуля до атмосферы.

Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление воды обладает двумя основными свойствами:
Оно направлено по внутренней нормали к площади, на которую действует;
Величина давления в данной точке не зависит от направления (т.е. от ориентированности в пространстве площадки, на которой находится точка).

Первое свойство является простым следствием того положения, что в покоящейся жидкости отсутствуют касательные и растягивающие усилия.

Предположим, что гидростатическое давление направлено не по нормали, т.е. не перпендикулярно, а под некоторым углом к площадке. Тогда его можно разложить на две составляющие – нормальную и касательную. Наличие касательной составляющей из-за отсутствия в покоящейся жидкости сил сопротивления сдвигающим усилиям неизбежно привело бы к движению жидкости вдоль площадки, т. е. нарушило бы её равновесие.

Поэтому единственным возможным направлением гидростатического давления является его направление по нормали к площадке.

Если предположить что гидростатическое давление направлено не по внутренней, а по внешней нормали, т.е. не внутрь рассматриваемого объекта а наружу от него, то вследствие того, что жидкость не оказывает сопротивления растягивающим усилиям – частицы жидкости пришли бы в движение и её равновесие было бы нарушено.

Следовательно, гидростатическое давление воды всегда направлено по внутренней нормали и представляет собой сжимающее давление.

Из этого же правило следует, что если измениться давление в какой-то точке, то на такую же величину измениться давление в любой другой точке этой жидкости. В этом заключается закон Паскаля, который формулируется следующим образом: Давление производимое на жидкость, передается внутри жидкости во все стороны с одинаковой силой.

На применение этого закона основываются действие машин, работающих под гидростатическим давлением.

Ещё одним фактором влияющим на величину давления является вязкость жидкости, которой до недавнего времени приято было пренебрегать. С появлением агрегатов работающих на высоком давлении вязкость пришлось так же учитывать. Оказалось, что при изменении давления, вязкость некоторых жидкостей, таких как масла, может изменяться в несколько раз. А это уже определяет возможность использовать такие жидкости в качестве рабочей среды.

Вместе со статьей «Гидростатическое давление: определение, формула и свойства.» читают:

Что такое гидростатическое давление? [Определение]

Когда дело доходит до строительства, гидростатическое давление играет жизненно важную роль при проектировании и строительстве любой конструкции, особенно в отношении систем гидроизоляции стен ниже уровня земли. Вы можете просто определить гидростатическое давление как покоящуюся воду, оказывающую нагрузку на соседний твердый объект, например на бетонную стену фундамента. Последствия гидростатического давления воды на незащищенные подземные стены могут привести к значительным структурным повреждениям, нездоровой плесени и заражению вредителями (муравьями-древоточцами и термитами).

К счастью, Poly Wall® Building Solutions (подразделение Polyguard) предлагает прочные, гибкие, устойчивые к температуре, вредителям и химическим веществам продукты для гидроизоляции фундамента, которые могут защитить от гидростатического давления. Защита от гидростатического давления ограничивает проникновение влаги и вносит значительный вклад в долгосрочную целостность, безопасность и здоровье дома или здания.

Что такое гидростатическое давление?

Что такое простое определение гидростатического давления? Гидростатическое давление возникает, когда сила тяжести толкает стоячую плотную (статическую) воду (гидро) к нижележащим стенам, построенным частично или полностью ниже уровня грунтовых вод или на склоне холма. Гидростатическое давление увеличивается с глубиной и влажностью почвы.

Что такое гидростатическое давление воды?

Поднимающиеся грунтовые воды создают гидростатическое давление на стены фундамента, в результате чего влага просачивается через трещины и швы и проникает в твердый бетон за счет капиллярного действия (затекания). Капиллярное действие относится к способности воды течь в узкие каналы между пористыми строительными материалами, такими как бетон, действуя как трубы из-за сил сцепления и сцепления, взаимодействующих между жидкостью и поверхностью, без помощи силы тяжести.

Гидростатическое давление воды будет усиливаться в местах с естественно высоким уровнем насыщения почвы, например вблизи прудов или ручьев. В конце концов, вода будет накапливаться до такой степени, что будет оказывать гидростатическое давление на стены фундамента.

Что такое гидростатическое давление в бетоне?

Гидростатическое давление на бетон заставит воду проникнуть в любую трещину, щель или несовершенство бетонного основания, увеличивая нагрузку на структурные элементы здания. В подвале может треснуть или сломаться бетонная стена ниже уровня земли, затопить подвал и нанести дорогостоящий и долгосрочный структурный ущерб дому или зданию.

Polyguard предлагает решения для гидростатического давления

Теперь, когда вы понимаете, что вызывает гидростатическое давление, какие существуют решения для гидростатического давления?

Для надежного и прочного фундамента требуется система гидроизоляции, способная выдерживать гидростатическое давление в течение всего срока службы конструкции и предотвращающая проникновение влаги в стеновую систему за счет гидростатического давления и капиллярного действия. Проникновение влаги в стену ниже уровня земли ослабит фундамент, создаст затхлый запах и заставит стены прогибаться внутрь и трескаться.

ASTM предписывает, чтобы гидроизоляционная мембрана была устойчива к разрушительным химическим веществам и росту корней, сохраняя свою водонепроницаемую целостность на протяжении всего срока службы конструкции в условиях постоянной или спорадической влажности при постоянном или прерывистом гидростатическом давлении. Таким образом, конструкция здания должна включать в себя высококачественные гидроизоляционные материалы низкого качества, такие как Poly Wall Building Solutions, чтобы избежать проникновения влаги из-за гидростатического давления.

Мембрана Underseal® Underslab

Мембрана Underseal® Underslab Membrane представляет собой прочную гидроизоляционную мембрану с предварительным бетонированием 85 мельниц, наносимую горизонтально или вертикально, которая может устранить проникновение пара и воды через бетонные плиты на уровне земли. Прочная механическая связь между бетоном и мембраной образуется во время заливки бетона, создавая устойчивый к проколам продукт с превосходным сцеплением и защитой от растрескивания и проникновения воды.

Коммерческая эластичная гидроизоляция, наносимая жидкостью

Коммерческий стретч Polyguard защищает от гидростатического давления трещины, залитую кладку и залитый цемент. Это однокомпонентный наносимый жидкостью компонент, разработанный с использованием нашей запатентованной термопластической технологии. Он представляет собой наносимый методом распыления материал холодного нанесения (до -20 ° F) с прочной бесшовной гидроизоляционной мембраной, которая может перекрывать усадочные трещины подложки размером до 1/16 дюйма, сокращая повреждения поверхности и устраняя проблемы в стыках. Мы разработали Коммерческую растяжку для быстрой установки на подземную наружную гидроизоляцию сборного железобетона, бетонных фундаментов CMU и других поверхностей структурного основания на гидроположительной стороне.

Влагоизоляция PRO 1000

Конструкция PRO 1000 допускает установку гидростатического давления с положительной стороны на стены из сборного железобетона, бетона и бетонной кладки, залитые ниже уровня земли. Вы также можете нанести PRO 1000 в качестве паронепроницаемого покрытия с отрицательной стороны на внутреннюю сторону подземной стены в сочетании с влажной или гидроизоляцией внешней стороны стены PRO 1000 или другим материалом Polyguard.

POLYFLOW® 10, 10P, 15, 15P и система Totalflow™ для подземного дренажа

Листовые формованные дренажные маты Polyflow® 10, 10P, 15 и 15P, накладываемые поверх гидроизоляционных мембран Polyguard, обеспечивают сброс гидростатического давления ниже уровня земли на фундамент, удерживая, и стенки кашпо при подключении к пассивному самотечному сливу или рабочим отстойникам, таким как наш коллектор высокой емкости Totalflow™ и дренажная дренажная система.

Вы устанавливаете систему Totalflow™ в нижней части стены, располагаясь в верхней части фундамента, а высокопрофильная секция водостока находится внизу, чтобы обеспечить высокий боковой поток воды. Затем вы прикрепляете канализационный дренаж Polyflow 10, 10P, 15 или 15P поверх листового дренажа Totalflow для полного дренажа стены. .

Мы производим листовые формованные дренажные маты Polyflow® 10, 10P, 15 и 15P с геокомпозитом, покрывая одну сторону сформированного непроницаемого полимерного ядра полимерной фильтрующей тканью. Кроме того, Polyflow 10P и 15P также имеют защитный слой из полиэфирной (ПЭТ) пленки, которая повышает долговечность, прочность и химическую стойкость.

Ткань направляет влагу в сердцевину водостока, ограничивая движение частиц почвы, которые могут засорить сердцевину. Сердцевина позволяет влаге течь к системе Totalflow™, собирая воду, обеспечивая поток воды высокой пропускной способности к назначенным дренажным выходам.

Polyguard PRO 3101 Влаго- и химический барьер

Устойчивый к гидростатическому напору, ультрафиолетовым лучам и экстремальным температурам, PRO 3101 представляет собой однокомпонентный, наносимый холодным способом, неэластомерный, недышащий термопласт, который не пропускает воду и химикаты. перемещение через подложку. Типичные области применения включают навесы для бассейнов, бетонные резервуары для хранения сточных вод и навесы для автомоек. Кроме того, для максимальной защиты от плесени мы можем добавить на заводе ингибиторы плесени Proban®.

Polyguard TERM® Underslab Water|The Termit Barrier

Устойчивый к гидростатическому напору, Polyguard TERM® обеспечивает защиту от воды и подземных термитов там, где бетонная плита опирается на почву, что является наиболее уязвимой частью конструкции. Бетонные плиты имеют трещины, стыки и воду, и туда могут проникнуть вредители. Правильно установленный как часть ограждающей конструкции здания, Polyguard TERM® блокирует как термитов, так и воду без пестицидов.

Strong TERM® Underslab Water|Термитный лист Barrier включает в себя основу из высокопрочного поперечно-ламинированного полиэтилена толщиной 8,5 мил, покрытую 69Слой барьерного герметика TERM толщиной в мил, встроенный в нетканое геотекстильное полотно. Polyguard TERM® имеет заводскую толщину 95 мил.

Устойчивость к гидростатическому давлению с помощью продуктов Polyguard

Для проектирования стен ниже уровня земли, способных выдерживать гидростатическое давление, необходимо использовать прочные высококачественные продукты, такие как Polyguard Commercial Stretch, PRO 1000, влаго- и химические барьеры PRO 3101 от Polyguard, Polyflow® Литые дренажные маты 10, 10P, 15 и 15P, дренажные системы Totalflow™ и барьеры для воды и насекомых TERM® Underslab Water Termite. Все эти продукты помогут защитить ваш фундамент от гидростатического давления, которое может привести к значительным повреждениям конструкции, связанным с влажностью и вредителями, а также к нездоровой плесени и грибку.

Свяжитесь с нашими специалистами Polyguard, чтобы узнать, почему конструкция вашего фундамента должна включать защиту от гидростатического давления.

Понимание гидростатического давления и способы его предотвращения

При скачках гидростатического давления возрастает риск протечек в подвале. Ознакомьтесь со способами предотвращения образования гидростатического давления рядом с вашим домом.

График бесплатной проверки

Вода всегда найдет способ проникнуть в ваш подвал. Это в сочетании с силой гидростатического давления может привести к серьезному повреждению водой вашего подвала. Гидростатическое давление может без особых усилий загонять грунтовые воды в ваш подвал через трещины и щели в кладке. Здесь мы поможем вам понять, что такое гидростатическое давление, что за ним стоит и как предотвратить его накопление.

Что такое гидростатическое давление?

Гидростатическое давление – это сила, создаваемая стоячей или покоящейся водой. Это постоянная сила давления воды на стены вашего подвала. В то время как гидростатическое давление может возникать из-за стока, стекающего с холма, в большинстве случаев оно исходит от насыщенной почвы вокруг фундамента вашего дома.

Что вызывает гидростатическое давление?

Гидростатическое давление может возникать в домах, где вода скапливается по периметру конструкции, особенно после ливня или во время сезона таяния снега. Он также более распространен в районах с высоким уровнем грунтовых вод. Высокий уровень грунтовых вод оказывает давление на стены фундамента, вызывая сырость.

Тип почвы вокруг вашего дома также существенно влияет на гидростатическое давление на стены. Например, глинистая почва поглощает больше воды, чем другие типы почв. И чем больше воды он поглощает, тем большее давление он оказывает на стены вашего подвала.

Влияние гидростатического давления на фундамент

Когда почва вокруг фундамента насыщается влагой, она расширяется и оказывает давление на стены фундамента. Это давление выталкивает грунтовые воды в ваше жилое пространство через крошечные трещины и затапливает ваш подвал.

Это также может привести к образованию большего количества трещин, а в тяжелых случаях это может привести к тому, что стены вашего фундамента прогнутся и рухнут. Вы хотите позаботиться о нем как можно скорее, прежде чем он может нанести значительный ущерб вашему дому.

Способы предотвращения гидростатического давления

В идеале предотвращение повышения гидростатического давления должно начинаться с процесса строительства. Вы можете избежать этого, запланировав его в дизайне сайта и фундамента. Однако, если вы уже прошли стадию проектирования, вам нужно будет предпринять дополнительные шаги для предотвращения.

Улучшите дренаж

Слишком много воды вокруг вашего фундамента означает катастрофу. Найдите способы отвести воду от вашей собственности и предотвратить ее скопление вокруг вашего фундамента. Профессионально установленная и обслуживаемая дренажная система удаляет воду до того, как она накопит разрушительное гидростатическое давление. Этого можно добиться следующим образом:

Слив водосточных желобов и водосточных желобов в сторону от фундамента
Убедитесь, что уровень вашего двора и всех других поверхностей, окружающих ваше строение, наклонен в сторону от него

Установка внутренних водостоков по периметру

Хорошо спроектированная дренажная система и ландшафт имеют большое значение для предотвращения гидростатического давления. Но вы все еще можете испытывать проблемы с подземными водами и подземными водами, которые пропитывают почву, а не стекают. Эта вода колеблется в зависимости от сезона с изменениями количества осадков, что приводит к гидростатическому давлению. Наиболее эффективным решением этой проблемы является установка внутренних водостоков.

Прелесть этих водостоков в том, что они уменьшают гидростатическое давление до того, как оно может подняться до такой степени, что вода изгибается или выталкивает воду в ваш подвал. Внутренние стоки уменьшают давление на конструкцию и блокируют просачивание влаги через стены, вызывая сырость в подвале. Установите внутренний водосток глубже в землю, чем нижняя часть плиты. Кроме того, убедитесь, что стоки текут вниз по склону и в сторону от здания.

Заделывайте трещины, как только они появляются

Осмотрите стены и пол подвала на наличие трещин. Если вы заметили небольшие трещины, попросите местного специалиста по фундаменту прийти и заделать их.