Уравнения абсолютного покоя жидкости.
В условиях покоя скорость частиц жидкости равна нулю, а поэтому из общих уравнений движения ньютоновской жидкости следует уравнение абсолютного покоя жидкости в постоянном поле земного тяготения:
(3.1)
В проекциях на оси координат векторное уравнение (3.1) дает систему скалярных уравнений абсолютного покоя жидкости:
, , (3.2)
Как видим, в горизонтальной плоскости (xоz) давление постоянно, а изменяется оно только в зависимости от вертикальной координаты у. Найдем эту зависимость.
Будем считать плотность жидкости постоянной. Тогда интегрирование третьего равенства (3.2) дает основной закон гидростатики:
, (3.3)
Который гласит, что в покоящейся тяжелой жидкости давление изменяется в вертикальном направлении по линейному закону.
Для определения константы необходимо знать величину давления на каком-нибудь конкретном уровне. Пусть, где — внешнее давление, при . Тогда
(3.4)
Для практических целей удобно уровень сравнения совместить со свободной поверхностью жидкости. Тогда разность должна равняться глубине погружения Н рассматриваемой точки, т. е. . Таким образом, гидростатический закон распределения давления записываем в виде
(3.5)
Формула (3.5) показывает, что изменение внешнего давления на какую-либо величину приводит к изменению давления в каждой точке покоящейся жидкости на такую же величину.
Основные обозначения и эпюра гидростатического давления показаны на рис. 3.1.
Рис.3.1 Основные обозначения Рис.3.2 Случаи равновесного положения.