Разработка к уроку на тему "Основы гидростатики"

Поурочный план №2

Предмет: Основы гидравлики и гидрометрии 

Урок №2

Дата проведения урока ____________________     Группа _____________

Тема урока: Основы гидростатики.

Цели урока:

Образовательная: ознакомить с основами гидростатики.

Развивающая: развить образное мышление; развить умение делать выводы самостоятельно

Воспитательная: воспитать любовь к профессии

Компетенции: базовые - обновлять свои знания и навыки в течение всей жизни; планировать рабочее время; собирать и систематизировать необходимую информацию; применять знания по математике, физике, химии и информатике для решения практических задач.

профессиональные – грамотно использовать проф. лексику, иметь необходимый словарный запас для проф. общения; использования технических текстов, справочников на казахском, русском и английском языках; производить оценку параметров водоносных горизонтов и поверхностных водотоков различными способами.

Тип урока: изучение нового материала

Оборудование: плакаты

Межпредметные связи: гидрогеология, физика, математика.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный.

Ход урока

№ п/п	Этап урока	Содержание этапа
1	Организационный момент	-взаимное приветствие преподавателя и студентов; -проверка отсутствующих; -проверка внешнего вида студентов, рабочих мест; -проверка внешнего состояния аудитории; -организация внимания
2	Сообщение темы и  постановка целей урока	1. Основы гидростатики 2. Гидростатическое давление и его свойства 3. Основное уравнение гидростатики
3	Проверка домашнего задания	Терминологический диктант по теме «Введение. Жидкость и ее физические свойства»
4	Изучение нового материала	- Гидростатика. Основное уравнение гидростатики - Виды давления
5	Закрепление	- гидростатическое давление – это… - какими свойствами обладает гидростатическое давление? - какие виды гидростатического давления существует? - назовите основное уравнение гидростатики
6	Задание на дом	1. Основная учебная литература: А.А. Лучшева «Основы гидравлики и гидрометрии», стр.14-19 2. КВЗ: 1.         Приведите определение гидростатического давления, назовите его свойства. 2.         Вывод уравнения гидростатического давления жидкости, находящегося под действием силы тяжести. 3.         Что называется полным и избыточным давлением? 4.         Что такое пьезометрическая высота и пьезометрический напор? 5.         Что такое вакуум? 6.         Что такое остойчивость?
7	Итоги урока	Краткое представление на следующий урок.

Преподаватель:       Макишев Д.Н.                               подпись  ___________________

ТЕМА 1.2: Основы гидростатики

Гидростатика-это раздел гидравлики, в которой изучается свойства жидкости в состоянии покоя (равновесия).

Р – это равнодействующая всех сил приложенных к площадке омега (ω). Если это давление разделить на площадь (ω), то мы получим среднее гидростатическое давление на площадку  .

Если площадь площадки уменьшить до 0 то получим величину гидростатического давления в данной точке.

Гидростатическое давление – это напряжение всех сил возникающее в покоящейся жидкости.

Это давление обладает 3-мя свойствами:

1.                      Оно всегда направлено по нормали (вертикально) поверхности на которую она действует.

2.                      В каждой точке действует одинаково по всем направлениям и может быть записано так:

3.                      Зависит от координат точки в пространстве.

Основное уравнение гидростатики

Рассмотрим объем жидкости заключенной в трехмерном пространстве:

Силы суммарного гидростатического давления по оси хс учетом приращения dP_x будут равны . (1)

Кроме поверхностных сил рассматриваются массовые силы или объемные. . Если плотность постоянная, то m=ρ∙v=ρ∙dx∙dy∙dz.

В гидравлике принято обозначать изменения объемных сил деленое на массу как проекция этой величины на соответствующую ось.

 (2)

Таким образом, уравнение (1) характеризует действие поверхностных сил в объеме жидкости, а уравнение (2) – действие объемных сил в этом же объеме жидкости. В сумме эти силы дают 0, т.к. жидкость находится в покое.

После сокращения делим обе части уравнения на

 

Вывод из уравнения Эйлера: Изменения в гидростатического давления, в каком – либо направлении отнесённый к плотности равно проекции изменения объемной  силы, отнесенный к массе, на эту же ось.

Вывод уравнений гидростатического давления: умножаем уравнения Эйлера на

ρdx, ρdy, ρdzи складываем

 – полный дифференциал – (полное изменение величины Р по всем направлениям)

(3)– уравнение гидростатического давления

В случае если давление на поверхности жидкости постоянно, тогда изменение давления = 0

 - уравнение гидростатического давления при неизменном давлении на поверхности жидкости.

ρg (z-z₀)=P-P_O или абсолютное давление (гидростатическое) Р действующее на любую точку находящееся внутри жидкости в состоянии равновесия равно внешнему давлению P_Oи давлению столба жидкости, находящейся над этой точкойρdh.P= P₀ +ρdh

Если поверхность жидкости соприкасается с атмосферой то внешнее давление P_Oбудет равно атмосферному давлению –P_O = P_атм.

P = P_атм.+ρdh - это основное уравнение жидкости, находящейся под давлением.

Выделяют следующие формы гидростатического давления:

1.      Абсолютное Р

2.      Атмосферное P_атм(барометрическое)

3.      Избыточное P_изб. (монометрическое)

4.      Вакуумметрическое P_вак.

Избыточное давление -  это когда Р превышает P_атмP_изб. =Р-P_атм

Вакуумметрическое– это когда P_атм превышает РP_вак. =P_атм– Р

Некоторые понятия гидростатики.

давления, 3) плоскость давления равных 0.

Пьезометрической высотой давления h_Pбудет расстояние от точки находящейся под давлением до поверхности, где давление равно атмосферному.

Из уравнения гидростатики  Р=P_атм+ρghможно получить значение пьезометрических высот для точек А и В

Вывод: Пьезометрические высоты давления одинаковы только для точек, находящихся на одном уровне.

Пьезометрический или гидростатический напор. На рисунке пьезометрические высоты для точекА и В установились на одной напорной плоскости  0^, – 0^,, а сумма координат точек А и В т пьезометрических высот давления есть величина постоянная Н_А и  Н_В

Пьезометрический или гидростатический напорточки Н – это высота для точки от поверхности сравнения до поверхности, где давление равно атмосферному.

Данная характеристика показывает величину энергетического запаса жидкости, находящийся под давлением Р на высоте , т.е.

Приведенный высотой давления h_пр называют расстояние от данной точки до поверхности, где атмосферное давление равно 0,

Рассмотрим разность приведенной высоты и пьезометрической высоты.

Полный пьезометрический напор Н_п.п.н.определяется расстоянием от плоскости сравнения до плоскости, где давление равно 0.

Давление на плоские и криволинейные поверхности.

этой наклонной плоскости.

В случае, когда рассматривается дно сосуда здесь центр тяжести z = Н

Р=gНF – давление на дно сосуда.

В случае давления на боковую стенку координаты центра тяжести z =

F= Н∙В, где В – ширина стенки.

Р=g Н∙В=g  - давление на боковую стенку.

Последняя формула показывает, что давление на боковую стенку сосуда увеличивается пропорционально глубине.

Практически можно построить Эпюру.

Давление жидкости на внутреннюю криволинейную стенку трубы.

ВАКУУМ

Рассмотрим закрытый резервуар не полностью заполненный жидкостью давление, на свободной поверхности которого меньше атмосферного. Подключим к т. M обратный пьезометр. Очевидно, что в этом случае уровень жидкости в пьезометре опустится ниже уровня жидкости в резервуаре.  Со стороны жидкости в сосуде давление в т. M равно.

Со стороны жидкости в трубке давление в т. M

Так как давления в т. M слева и справа равны можно записать

Высота h_вак называется вакуумметрической высотой. Вакуумметрическая высота

характеризует разность атмосферного и абсолютного давлений. Именно эта разность, ане само давление называется вакуумом. Вакуум в данной точке есть недостатокдавления до атмосферного.

ЗАКОН АРХИМЕДА. ПЛАВНИЕ ТЕЛ

Тело произвольной формы, погружено в жидкость. На

него действуют сила тяжести и сила гидростатического

давления. Разложим силу гидростатического давления

на горизонтальные и вертикальные составляющие.

Горизонтальные составляющие будут взаимно

компенсироваться. Результирующая вертикальных

составляющих будет направлена вверх и будет равна

весу тела давления.

Таким образом, на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая

сила равная весу вытесненного объема жидкости.

    Сила приложена в точке, называемой центром водоизмещения – центр тяжести

вытесненного объема жидкости.

Плавучесть– способность тела плавать в полупогруженном состоянии.

    Возможны следующие состояния тела погруженного в жидкость:

1.  G > P – тело тонет; 

2.  G = P – тело плавает в погруженном состоянии; 

3.  G < P – тело всплывает. 

ОСТОЙЧИВОСТЬ

Остойчивостью называетсяспособность плавающего телавозвращаться в состояниеравновесия при отклоненияхпосле прекращении действияотклоняющих сил.

Здесь можно выделить три случая:

• устойчивое равновесие;

• неустойчивое равновесие;

• безразличное состояние.

Контрольные вопросы:

7.         Приведите определение гидростатического давления, назовите его свойства.

8.         Вывод уравнения гидростатического давления жидкости, находящегося под действием силы тяжести.

9.         Что называется полным и избыточным давлением?

10.     Что такое пьезометрическая высота и пьезометрический напор?

11.     Что такое вакуум?

12.     Что такое остойчивость?

Предмет «Основы гидравлики и гидрометрии»

Терминологический диктант

Для специальностей 0703000

1. Капельная жидкость

2. Гидрогеология

3. Жидкость

4. Гидростатика

5. Гидравлика

6. Реальные жидкости

7. Метод бесконечномалых величин

8. Плотность (формула)

9. Модуль упругости (формула)

10. Статистический метод

11. Гидрометрия

12. Идеальные жидкости

13. Режимные характеристики

14. Метод конечных объемов

15. Сила тяжести

Карточки индивидуального опроса

Карточка №1

1.      Дайте определения следующим понятиям: расход потока, смоченный периметр, линия равных напоров эквипотенциалей (формулы, обозначение, единицы измерения).

2.      Виды движения жидкости: безнапорное и равномерное движение жидкости.

Карточка  №2

1.      Дайте определения следующим понятиям: гидравлический радиус, поперечное сечение, элементарная струйка (формулы, обозначение, единицы измерения).

2.      Виды движения жидкости: напорное и установившееся движение жидкости.