Решение
Найдем силу давления воды на стенку слева. Так как на поверхности давление атмосферное, то пьезометрическая плоскость совпадает с поверхностью жидкости:
.
Координаты центра давления:
.
Для прямоугольной стенки , тогда
м.
Точно также справа:
кН;
м.
Опрокидывающий момент, т.е. момент сил давления жидкости относительно точки О (рис. 2.10):
Нм.
Восстанавливающим моментом против опрокидывания стенки будет момент силы тяжести относительно точки О:
Нм.
Так как Мвос>Мопр, то стенка устойчива.
Пример 2.4. Щит, перекрывающий канал, расположен под углом 45 о к горизонту и закреплен шарнирно к опоре под водой рис. (2.11).
Определить усилие, которое необходимо приложить к тросу для открытия щита, если ширина щита в = 2 м, глубина воды перед щитом Н1 = 2,5 м, а после щита Н2 = 1,5 м. Шарнир расположен над высоким уровнем воды на расстоянии Н3 = 1 м. Весом щита и трением в шарнире можно пренебречь.
Решение
Сила суммарного давления воды:
слева кН;
справа кН.
Расстояние от шарнира до центров приложения сил давления:
м;
м.
Составим уравнение моментов относительно шарнира 0:
.
Так как = 45 ° C, то
.
Следовательно кН.
Задачи для самостоятельного решения
Задача 2.6. Найти силу давления воды на дно сосуда диаметром D = 1 м (рис. 2.12), если глубина Н = 0,7 м, вес поршня G = 300 Н, d = 0,5 м.
Задача 2.7. Наклонный прямоугольный щит плотины шарнирно закреплен на оси О (рис. 2.13). При каком уровне воды Н щит опрокинется, если угол наклона щита = 60 ° C, а расстояние от его нижней кромки до оси шарнира а = 1,3 м. Вес щита можно не учитывать.
Задача 2.8. Резервуар заполнен нефтью плотностью = 850 кг/м 3 до высоты Н = 4 м (рис. 2.14). Избыточное давление на поверхность ри = 14,7 кПа. Определить реакции шарнира А и стяжного болта В крышки люка, если диаметр патрубка d = 1 м и его центр расположен на расстоянии Н1 = 1,5 м от дна резервуара; а = 0,7 м и в = 0,8 м. Вес крышки не учитывать.
Задача 2.9. Определить суммарное усилие, воспринимаемое болтами смотрового люка диаметром d = 1 м (рис. 2.15), расположенного на глубине hс = 5 м от свободной поверхности закрытого резервуара с водой. Определить точку приложения равнодействующей сил гидростатического давления на люк.
2.2.2. Сила статического давления жидкости на криволинейные поверхности. Закон Архимеда
Из теоретической механики известно, что в общем случае система сил давления, приложенных к криволинейной поверхности, приводится к главному вектору и главному моменту сил давления. В частных случаях (сфера, цилиндр с вертикальной или горизонтальной осью) силы давления приводятся только к равнодействующей (главному вектору).
Равнодействующая сил давления Р определяется из выражения
.
В случае цилиндрической поверхности сила суммарного давления жидкости Р на нее может быть выражена геометрической суммой ее горизонтальной и вертикальной Рв составляющих:
. (2.14)
Горизонтальная составляющая силы суммарного давления жидкости на цилиндрическую стенку равна силе суммарного давления жидкости на вертикальную проекцию Sв этой стенки:
, (2.15)
где рс – абсолютное давление в центре тяжести площади Sв;
Источник