2.2.1 液体所受的作用力
液体有一定的体积但没有一定的形状,可以流动,它的体积在压力及温度不变的条件下是固定不变的。存放在容器内的液体,对容器周边所施加的压力向各个方向等值传递,并且随着深度一起增加(例如水越深,水压越大)。
1.液体的压力
液体单位面积上所受的法向力称为压力,这一定义在物理学中称为压强,但在工程中习惯称为压力,通常以p表示。
当液体面积ΔA上有法向力ΔF作用力时,此面积上任一点处的压力为
液体的压力有如下特性:
(1)液体的压力沿着内法线方向作用于承压面。
(2)静止液体内任一点的压力在各个方向上都相等。
在静止状态下,作用在液体上的力有质量力和表面力。质量力作用在液体的所有质点上,如重力和惯性力等;表面力作用在液体的表面上,它可以是由其他物体作用在液体上的力,也可以是一部分液体作用在另一部分液体上的力。表面力有法向力和切向力之分。
2.质量力和表面力
设有一个静止的圆柱形开口容器(见图2-2)内盛有液体,该液体所受的重力等于液体的质量m乘以重力加速度g,即
图2-2 液体所受作用力
G=mg
该容器表面的液体直接接触大气,作用力等于大气压力p0乘以液面的面积A,即
F0=p0A
该容器底面所受作用力等于液体底面的压力pd乘以底面积A,即
Fd=pdA
如果该容器以等角速度绕竖直轴旋转,液体还受回转离心惯性力的作用,惯性力的大小和液体的质量有关。
综上所述,液体共受两种性质的力:一种和质量有关,称为质量力(也称为体积力),另一种和面积有关,称为面积力。
3.质量力和面积力的表示方式
质量力的计算方法为
质量力=单位质量力×质量
则
单位质量力=质量力/质量
例如,单位重力=mg/m=g,直线运动的单位惯性力=(-Ma)/M=-a。单位质量力在直角坐标系中的分量用X、Y、Z来表示。
采用同样的方法,面积力的计算方法为
面积力=单位面积力×面积