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.

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.

---