Основные определения гидравлики: капельно-жидкое и газообразное состояние вещества, идеальная жидкость, гидростатическое давление

Капельно-жидкое и газообразное состояние вещества.
Вещество в жидком состоянии характеризуется почти неограниченной подвижностью частиц и почти полным отсутствием сопротивления разрыву или изменению формы.

Различают капельно-жидкое и газообразное состояния вещества. Капельно-жидким называется состояние, отличающееся почти полной несжимаемостью тела и весьма малой его температурной расширяемостью; плотность капельно-жидких тел остается почти неизменной, не зависящей от давления и температуры.

Наоборот, газообразное состояние характеризуется весьма значительной сжимаемостью и сравнительно большим коэффициентом объемного расширения вещества; поэтому с изменением температуры и давления плотность газов изменяется в широких пределах. Движение газов происходит по законам, аналогичным законам для капельных жидкостей, но до тех пор, пока скорость газового потока не достигнет определенного предела, а именно скорости звука.

В гидравлике рассматриваются идеальные и реальные жидкости. При рассмотрении ряда теоретических вопросов, касающихся состояния покоя и движения жидких тел, в гидравлике оперируют с так называемой идеальной жидкостью абсолютно не сжимаемой под действием давления, не изменяющей своего объема с изменением температуры и не обладающей силами внутреннего трения частиц. «Идеальная жидкость» обладает постоянной плотностью, а коэффициенты температурного расширения и внутреннего трения ее принимаются равными нулю. Такой жидкости в природе не существует —- это научная абстракция, необходимая для упрощения анализа общих законов механики применительно к жидким телам.

Реальная, или действительная, жидкость не обладает в совершенстве свойствами идеальной жидкости, она в некоторой степени сопротивляется касательным и растягивающим усилиям, а также отчасти сжимается. Для решения многих задач гидравлики этим отличнем в свойствах идеальной и реальной жидкостей можно пренебречь. В связи с этим законы, выведенные для идеальной жидкости, могут быть применены к жидкостям реальным с соответствующими поправками, а иногда даже без них.

Гидростатическое давление — Благодаря полной малоподвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине w этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение Pw, то есть давление р на поверхность равную единице, называется гидростатическим давлением. Это основное свойство жидкостей было открыто и проверено на опыте Паскалем, в 1653 г., хотя несколько ранее оно было уже известно Стивену. Простое уравнение P = pw может действительно служить для точного вычисления давления на данную поверхность сосуда, газов и капельных жидкостей, находящихся при таких условиях, что часть давления, зависящая от собственного веса жидкостей, ничтожно мала по сравнению с давлением, передаваемым им извне. Сюда относятся почти все случаи давлений газов и расчеты давлений воды в гидравлических прессах и аккумуляторах. Условно-принятые меры Г. давления всегда выражают отношения силы к поверхности, поэтому в системе абсолютных единиц (см. Единицы мер) они выражают число «дин» на кв. см, именованное число измерения:

т ¹l⁻¹ - t⁻².

В практике Гидростатическое измеряют давление в кг на 1 кв. см. Большие давления выражают часто в атмосферах, принимая за 1 атмосферу давление в 76 см столба ртути, при температуре 0° под широтой, где ускорение силы тяжести = 0,0635 кг на 1 кв. см = 6,21·10⁶ дин на 1 кв. см. 1 атмосфера = 1,0333 кг на 1 кв. см = 1,0136·10⁶ дин на 1 кв. см для широты Парижа или 1,0132·10⁶ для широты в 45°. Вычисление немного усложняется, когда надо узнать давление, производимое на не горизонтальную часть стенки сосуда вследствие тяжести налитой на него жидкости. Здесь причиной давления становится вес столбов жидкости, имеющих основанием каждую бесконечно малую частицу рассматриваемой поверхности, а высотой вертикальное расстояние каждой такой частицы от свободной поверхности жидкости. Расстояния эти будут постоянны только для горизонтальных частей стенок и для бесконечно узких горизонтальных полосок, взятых на боковых стенках; к ним одним можно прилагать непосредственно формулу Г. давления. Для боковых же стенок надо суммировать, по правилам интегрального исчисления, давления на все горизонтальные элементы их поверхности; в результате получается общее правило: давление тяжелой жидкости на всякую плоскую стенку равняется весу столба этой жидкости, имеющему основанием площадь этой стенки, а высотой вертикальное расстояние её центра тяжести от свободной поверхности жидкости. Поэтому давление на дно сосуда будет зависеть только от величины поверхности этого дна, от высоты уровня жидкости в него налитой и от её плотности, от формы же сосуда оно зависеть не будет. Это положение известно под именем «гидростатического парадокса» и было разъяснено ещё Паскалем. Действительно, оно кажется на первый взгляд неверным, потому что в сосудах с равными днами, наполненных до равной высоты одной и той же жидкостью, вес её будет очень различный, если формы различны. Но вычисление и опыт (сделанный в первый раз Паскалем) показывают, что в сосуде, расширяющемся кверху, вес излишка жидкости поддерживается боковыми стенками и передается весам через их посредство, не действуя на дно, а в сосуде, суживающемся кверху, Г. давление на боковые стенки действует снизу вверх и облегчает весы ровно на столько, сколько весило бы недостающее количество жидкости. На основании сказанного выше можно Г. давление измерять также высотой столба ртути или воды, способного производить то же давление на единицу поверхности: так давление в 1 фн. на кв. дм. равно давлению столба воды в 25 дм высотой, так как фн. есть вес 25 куб. дм. воды.