Определение гидростатического давления

Теоретические сведения.

Абсолютное (полное) давление в точке определяется по выражению:

Р_А = Р_о +rgh, где

Р_о – внешнее давление на свободной поверхности жидкости, Па. В открытом сосуде Р_о = Р_а.

h –глубина погружения точки под свободную поверхность, м.

Избыточное давление показывает давление в точке сверх атмосферного:

Р_изб = Р_А – Р_а

Вакуум показывает недостаток абсолютного давления в точке до атмосферного:

Р_вак = Р_а - Р_А

Избыточному и вакуумметрическому давлению соответствует определенная высота столба жидкости в стеклянной трубке – пьезометре, которая при измерении избыточного давления называется манометром и показывает значение

h_изб = Р_изб / rg,

а при измерении давлений меньше атмосферного – вакуумметром и показывает высоту

h_вак = Р_вак / rg.

Высота столба жидкости, соответствующая измеряемому давлению зависит от рода жидкости (плотности r).

Цель работы: экспериментальное изучение одного из основных понятий гидростатики – гидростатического давления.

Задачи работы: приборное определение абсолютного, избыточного давления и вакуума.

Описание лабораторной установки.

Для выполнения лабораторной работы используются открытый подвижный стеклянный сосуд 1, соединенный резиновой трубкой с закрытым неподвижным сосудом 2. При одинаковом атмосферном давлении в обоих сосудах (кран 4 открыт) налитая в них вода устанавливается на одном уровне. Если закрыть кран 4 и вертикально перемещать сосуд 1, то давление в закрытом резервуаре изменится. Превышение или недостаток давления воздуха над свободной поверхностью в сосуде 2 по отношению к атмосферному давлению измеряют с помощью U-образного жидкостного мановакуумметра 5, в который налита рабочая жидкость - вода. В открытом колене пьезометра давление равно атмосферному, а в другом поднимется или опустится в зависимости от давления воздуха Р_о в резервуаре 2. Разность уровней соответствует разности давлений Р_о и Р_а.

Рис.3.Схема лабораторной установки для

определения гидростатического давления.

1-открытый подвижный сосуд; 2-закрытый неподвижный сосуд

3– эластичная соединительная трубка; 4 - кран;

5-жидкостный мановакуумметр

Порядок выполнения работы.

1. При открытом кране 4 сосуд 1 установить в нижнее положение II. Уровень воды в нем должен быть несколько выше дна сосуда 2. Уровни воды в сосудах 1, 2 и манометре будут совпадать, высота h = 0. Кран 4 закрыть, а сосуд 1 поднять по вертикали и закрепить в положении III. В коленах пьезометра появится разность уровней. Снять показания манометра в обоих коленах Z₁,Z₂, результаты занести в лабораторный журнал. Опыт провести 3 раза.

2. Открыть кран 4. Сосуд 1 переместить в верхнее положение I. Все уровни выравниваются. Кран 4 закрыть, сосуд 1 переместить на несколько сантиметров вниз (положение IV) и закрепить. Давление в сосуде 2 станет меньше атмосферного. В пьезометре появится разность уровней. После их стабилизации снять показания уровней Z₁, Z₂ в левом и правом коленах. Опыт выполнить 3 раза. Результаты занести в журнал.

3. По барометру и термометру определить атмосферное давление и температуру воды (температуру принять равной температуре в помещении). По справочным данным определить плотность воды. Данные занести в лабораторный журнал.

Обработка результатов.

Произвести вычисления:

1.Разность уровней при Р_о >Р_а h_изб = Z₂ - Z₁, м

Избыточное давление в сосуде 2: Р_изб = rgh_изб, Па

Абсолютное давление в сосуде 2: Р_А = Р_а + Р_изб, Па

2. Разность уровней при Р_о <Р_а h_вак = Z₁ – Z₂, м

Вакуум в сосуде 2: Р_вак = rgh_вак, Па

Абсолютное давление в сосуде 2: Р_А = Р_а - Р_вак, Па

3.Среднее арифметическое значение

при Р_о >Р_а и при Р_о <Р_а: Z₁ = åZ₁/n, Z₂ = åZ₂/n, Р_изб , Р_вак

4.Определить доверительный интервал вычисления h_изб

с доверительной вероятностью Р=0,95.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

Таблица 1.

Контрольные вопросы.

1. Какими единицами измеряется давление?

2. Что выражают величины h_изб и h_вак?

3. Как изменится разность уровней в коленах жидкостного манометра, если в качестве рабочей жидкости использовать масло?

4. Как взаимно расположатся уровни в коленах манометра, если давление в точке его присоединения меньше атмосферного?

5. Как зависит плотность жидкости от температуры?

6. Чему равно максимально возможное значение вакуума?

7. Что показывает величина избыточного давления?

8. Какое давление измеряется манометром?

9. Как определить полное давление на дно неподвижного сосуда, если поверхностное давление меньше атмосферного?

10. В каком случае весовое давление на дно сосуда совпадает с избыточным давлением?

11. За счет каких факторов возникают погрешности в измерениях?

12. Почему в результате экспериментов невозможно определить абсолютную погрешность измерений?

13. Как определить максимальную погрешность измерения, если доверительная вероятность Р близка к единице?