Статичное равновесие

Физика > Статичное равновесие

Любая точка, область или статический объект внутри статической жидкости пребывают в статическом равновесии. То есть, все силы и моменты приравниваются к нулю.

• Выявить необходимые условия для пребывания жидкости в состоянии покоя.

Основные пункты

• Гидростатический баланс – регион или застывший объект в статической жидкости, пребывающей в статическом равновесии, где сумма всех сил и вращательных моментов достигает 0.
• Область или неподвижное тело в статической жидкости испытывают давление сил вниз из-за собственного веса, а также силу вверх из-за давления, действующего из жидкости ниже.
• Направленная вниз сила, связанная с весом области или объекта, противодействует поднимающейся плавучей силе, равной весу жидкости, смещенной областью или объектом.

Термины

• Равновесие – состояние покоя из-за равного влияния противоборствующих сил.
• Вращательный момент – тенденция продолжать вращение.
• Плавучесть – поддержание силой тела, чтобы оно плавало.

Статическое равновесие – состояние физической системы. Характеризуется зафиксированным объектом и суммой всех сил и вращающих моментов, приравниваемых к нулю. Неподвижные тела пребывают в статическом равновесии, а чистые сила и вращающий момент достигают 0. Анализ подобных объектов и систем именуют статикой. Особенно важную роль она играет в проектировании статических и несущих сооружений. Так как это относится к жидкостям, то статическое равновесие охватывает силы, активирующиеся в жидкой среде.

Жидкости

Для зафиксированной жидкости в статичном равновесии условия должны выполняться в любой точке текучей среды. Так что суммирование сил и вращательных моментов достигнет 0. Если мы рассматриваем фиксированное тело в статичной жидкой среде, то нужно проанализировать силы, влияющие в любом временном промежутке и точке. Здесь нет вращающих моментов, потому что их сумма сразу приравнивается к 0.

Плотность

При анализе такой простой системы давайте взглянем на прямоугольную область внутри текучей среды с плотностью ρL (та же, что и в текучей среде), шириной w, длиной l и высотой h. Зачем учитывать все силы? Область наделена силой тяжести, которая давит вниз (вес) и приравнивается к объекту плоскости, умноженному на объект и ускорение силы тяжести. Здесь активна направленная вверх сила из-за жидкости, расположенной ниже области. Она равна давлению, умноженному на площадь контакта.

Чтобы достичь статистического равновесия, сумма сил должна приравниваться к нулю. Поэтому давление ниже области в любой точке должно превышать давление сверху. Сила, противодействующая весу области внутри статической жидкости, именуется плавучестью.

Здесь видны уравнения для статического равновесия области внутри жидкости

Перед вами диаграмма свободного тела области, расположенной внутри статической жидкости

Есть две главных силы: вес тела и давление сверху. Однако не стоит забывать о силе, которая давит на жидкость снизу – плавучесть. Расчеты показывают, что силы, влияющие на зафиксированное тело внутри статическое жидкости, будут меняться, если плотностью объекта отличается от той, что характерна среде. Плавучесть появляется, потому что давление внутри жидкости меняется с глубиной. Этот анализ можно использовать для сложных систем с разнообразными материалами.

---