Остойчивость тел

Различают остойчивость тел, полностью погруженных в жидкость (подводное плавание), и остойчивость тел, плавающих на свободной поверхности жидкости (надводное плавание).

Точка приложения силы тяжести называется центром тяжести тела и обозначается буквой.

Точка приложения силы тяжести тела называетсяцентром тяжести тела и обозначается буквой .

Центр водоизмещения или центр давления располагается в центре тяжести объема водоизмещения и обозначается буквой .

Условно считают, что подъемная сила приложена в центре давления, т.е. в точке.

В общем случае центр тяжести и центр давления не совпадают.

Линия, проходящая через центр тяжести тела и центр водоизмещенияи соответствующая нормальному положению тела, называетсяосью плавания (рис. 18).

Рис. 18. К вопросу об остойчивости тел

Условия остойчивости сводятся к следующим основным положениям:

• если пара сил (вес тела и подъемная сила) при крене тела стремится уменьшить крен и вернуть тело в первоначальное положение, то такое положение будет остойчивым;

• если пара сил (вес тела и подъемная сила) стремится этот крен увеличить, то положение тела будет неостойчивым.

Рассмотрим три случая остойчивости тел, погруженных в жидкость:

1. центр тяжести тела находится ниже центра водоизмещения (рис. 18, а). В этом случае образуется пара сил, стремящаяся после крена вернуть тело в первоначальное положение; следовательно, имеет место остойчивое равновесие;

2. центр тяжести тела находится выше центра водоизмещения (рис. 18, б). В этом случае образуется пара сил, которая стремится увеличить крен тела ; следовательно, имеет место неостойчивое равновесие;

3. при совпадении центра тяжести и центра водоизмещения (рис. 18, в). Пара сил отсутствует, и имеет место случай безразличного равновесия, при котором тело будет сохранять заданное ему положение.

Лекция 4. Гидродинамика.

Основной задачей гидродинамики является исследование изменения параметров в движущейся жидкости:

- скорость движения частиц жидкости

;

- давление в рассматриваемой точке

;

- силы воздействия жидкости на погруженные в нее тела.

При изучении движения жидкости гидродинамика использует метод Л. Эйлера, согласно которому движение отдельных частиц жидкости и потока в целом рассматривается относительно неподвижных точек пространства, занятого движущейся жидкостью.

При теоретических исследованиях гидродинамика использует свойства идеальной жидкости. Решения, полученные для идеальной жидкости, распространяются на реальную жидкость, а в аналитические зависимости вносят поправочные коэффициенты, полученные экспериментальным путем и которые учитывают влияние на движение свойств реальных жидкостей.

В конечном итоге исследование движения сводится к определению во всех интересующих точках потока жидкости двух основных параметров – скорости движения и гидродинамического давления.

При этом под потоком жидкости понимается часть неразрывно движущейся жидкости, ограниченной деформируемыми или недеформируемыми стенками, образующими русло.

Различают установившееся и неустановившееся движения жидкости.

Установившееся движение – это такое движение, когда скорость и давление в любой точке движущейся жидкости не изменяются во времени, а зависят только от местонахождения точки в пространстве:

.

Примерами установившегося движения жидкости являются истечение жидкости через отверстие в резервуарах при постоянном уровне (напоре истечения); течение в нефтепроводах при неизменном характере работы потребителей; движение жидкости в нагнетательной и всасывающей линиях центробежного насоса при постоянном числе оборотов привода и неизменных сопротивлениях в линиях.

Неустановившееся движение – это такое движение, когда скорость и давление в каждой точке изменяются с течением времени, т.е. являются функциями координат и времени

; ;

В этом случае скорость и давление зависят не только от их местонахождения в пространстве, но и от времени.

Примерами неустановившегося движения жидкости являются опорожнение и заполнение резервуаров, трубопроводов, течение в трубопроводах при остановке, при запуске насосов, при открытии или закрытии запорной арматуры и др.

В дальнейшем будем рассматривать только установившееся движение жидкости.