Поверхности равного давления. Формы свободной поверхности жидкости

Поверхностями равного давления называются поверхности с одинаковыми во всех точках давлениями. Тогда любая горизонтальная плоскость, проведенная в покоящейся жидкости, находящейся под действием силы тяжести, является поверхностью равного давления.

Свободной поверхностью называют плоскость раздела между жидкостью и газообразной средой. Равнодействующая всех сил, приложенных к каждой частице, лежащей на свободной поверхности покоящейся жидкости, нормальна к этой поверхности.

Рассмотрим формы свободной поверхности жидкости для следующих случаев:

1 – жидкость находится в покое под действием силы тяжести (рис. 2.4).

Рис. 2.4

В этом случае на каждую частицу жидкости действует только одна сила – сила тяжести mg, которая направлена вертикально вниз, а свободная поверхность есть горизонтальная плоскость.

2 – жидкость находится в относительном покое по отношению к сосуду, движущемуся по горизонтальному пути с постоянным ускорением W (рис. 2.5).

Рис. 2.5

В этом случае на каждую частицу жидкости действует сила тяжести mg и сила инерции mW, которая направлена в сторону, обратную ускорению. Равнодействующая этих сил составит с вертикалью угол , тогда , а т.к. свободная поверхность должна быть нормальна к равнодействующей, то она будет представлять собой наклонную плоскость, составляющую с горизонтом тот же угол .

3 – относительное равновесие жидкости во вращающихся сосудах (рис. 2.6), ими могут быть центрифуги, сепараторы.

Рис. 2.6

В этом случае на любую частицу жидкости при ее относительном равновесии будут действовать сила тяжести mg и нормальная сила инерции , где – расстояние частицы от оси вращения; – угловая скорость равномерного вращения сосуда. Свободная поверхность жидкости будет в каждой точке нормальна к равнодействующей R этих сил и будет представлять собой параболоид вращения вокруг оси z.