静水压强实验完成版

§1-1 静水压强实验

（Experiment of Stastic Hydraulics Pressure）

一、实验目的要求、

1、掌握用测压管测量流体静压强的技能； 2、验证不可压缩流体静力学基本方程；

3、通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的能力。

4、巩固绝对压强、相对压强、真空度概念。

二、实验装置、

图1.1 静水压强实验装置图

1、测压管；2、带标尺测压管；3、连通管；4、真空测压管；5、U型测压管； 6、通气阀；7、加压打气球； 8、截止阀；9、油柱；10、水柱；11、减压放水阀。

说明：

1、 所有测压管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准；

2、 仪器铭牌所注?B、?C、?D系测点B、C、D标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方

程的基准点，则?B、?C、?D亦为zB、zC、zD； 3、 本仪器所有阀门旋柄顺管轴线为开。

三、实验原理、

1、在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程为：

pz+ ? =const 或： p?p0???h （1.1） 式中： z —— 被测点在基准面以上的位置高度；

p —— 被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；

p0 —— 水箱中液面的表面压强；

? —— 液体容重；

h —— 被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面原理可得油的比重s0有下列关系：

?0h1 s0= ?? = h1?h2 （1.2）

据此可用仪器直接测得s0

四、实验方法与步骤、

1、搞清仪器组构及其用法，包括：

1）阀门开关；

2）加压方法 —— 关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气； 3）减压方法 —— 开启筒底阀11放水；

4）检查仪器是否密封 —— 加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查明原因并 加以处理。

2、记录仪器编号及各常数（记入表1.1）。

五、实验数据记录及分析

1、量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）。

1）打开通气阀6（此时p0=0），记录水箱液面标高?0和测管2液面标高?H（此时?0=?H）；

记录：?O??H?9.40cm ?w= 9.8×10

-3

N/cm3

?B= 2.10 cm ?C= -2.90 cm ?D= -5.90 cm

~PA?Pa 相对压强：PA?PA?Pa?0

~PB?Pa??wh?Pa??w(?0??B) 相对压强：PB?PB?Pa?7.30(cm??w)

~PC?Pa??wh?Pa??w(?0??C) 相对压强：PC?PC?Pa?12.30(cm??w)

~PD?Pa??wh?Pa??w(?0??D) 相对压强：PD?PD?Pa?15.40(cm??w)

2）关闭通气阀6及截止阀8，加压使形成p0＞0，测记?0及?H； 记录： 条件：p0＞0 单位：（cm） 1 标高 次数 2 3 ?0 9.20 12.90 9.60 31.40 9.40 22.30 ?H p0＞0即加压时，

次数1：

~PA?Pa??wh?Pa??w(?H??0) 相对压强：PA?PA?Pa?3.70(cm??w)

~ PB?Pa??wh?Pa??w(?H??B) 相对压强：PB?PB?Pa?10.80(cm??w)

~ PC?Pa??wh?Pa??w(?H??C) 相对压强：PC?PC?Pa?15.80(cm??w)

~ PD?Pa??wh?Pa??w(?H??D) 相对压强：PD?PD?Pa?18.80(cm??w) 次数2： 次数3： ~~PA?PA?Pa?21.80(cm??w) PA?PA?Pa?21.80(cm??w) ~~ PB?PB?Pa?29.30(cm??w) PB?PB?Pa?29.30(cm??w)

~~ P ?P?P?34.30(cm??)PCCawC?PC?Pa?34.30(cm??w)

~~ PD?PD?Pa?37.30(cm??w) PD?PD?Pa?37.30(cm??w)

选择一基准面验证:（以次数3为例）

同一静止液体内的任意二点（C、D）的（ z?zC?zD?PCp? ）为常数。

?PD~??C?PC?31.4(cm??w) ~??D?PD?31.4(cm??w)

?即验证：zC?zD =常数

3）打开放水阀11，使形成p0＜0（要求其中一次 记录： 条件：p0＜0 单位：（cm） 1 标高 次数 pB??0 ，即?H＜?B），测记?0及?H。

2 3 ?O 9.40 6.30 9.40 0.80 9.40 3.50 ?H p0＜0 即减 压时，

次数1：

~PA?Pa??wh?Pa??w(?H??0) 相对压强：PA~ PB?Pa??wh?Pa??w(?H??B) 相对压强：PB~ PC?Pa??wh?Pa??w(?H??C) 相对压强：PC~ PD?Pa??wh?Pa??w(?H??D) 相对压强：PD

pB?0?PA?Pa??3.10(cm??w) ?PB?Pa?4.20(cm??w) ?PC?Pa?9.20(cm??w) ?PD?Pa?12.20(cm??w)

?次数2： （对应 ） 次数3： ~~PA?PA?Pa??8.60(cm??w) PA?PA?Pa??5.90(cm??w) ~~ PB?PB?Pa??1.30(cm??w) PB?PB?Pa?1.40(cm??w)

~~ P ?P?P?3.70(cm??)PCCawC?PC?Pa?6.40(cm??w)

~~ PD?PD?P ?6.70(cm??)P(cm??w) awD?PD?Pa?9.40

选择一基准面验证:（以次数3为例）

同一静止液体内的任意二点（C、D）的（ z?zC?zD?PCp? ）为常数。

?PD~??C?PC?3.50(cm??w) ~??D?PD?3.50(cm??w)

?即验证：zC?zD =常数

2、测定油比重s0。

1）开启通气阀6，测记?0；

记录： ?O?9.40cm

2）关闭通气阀6，打气加压（p0＞0），微调放气螺母使U型管中水面与油水交界面齐平（图1.2），测记?0及?H（此过程反复进行三次）； 记录： 单位：（cm） 标高 次数 1 2 3 ?O 9.40 18.00 9.38 17.80 9.42 18.20 ?H

平均值：?0?(9.40?9.38?9.42)?3?9.40(cm) ?H?(18.00?17.80?18.20)?3?18.00(cm)

h1的均值：h?????18.00?9.40?8.60(cm)

1H03）打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11降压（p0＜0），使U型管中的水面与油面齐平（图1.3），测记?0及?H（此过程亦反复进行三次）。

记录： 单位：（cm） 标高 次数 1 2 3 ?0 7.50 9.40 7.50 9.60 7.40 9.40 ?H 平均值：?0?(7.50?7.50?7.40)?3?7.50(cm) ?H?(9.40?9.60?9.40)?3?9.47(cm) h2的均值：h?????9.47?7.50?1.97(cm)

20H?h1 s0?0??10?2?0.0081(N/cm3)??h1?h2

经查阅可知油的容重： s标?0.0080(N/cm3)

r?s0?s标s标?10000?1.2500

六、实验分析与思考题、

1、实验分析：

1）若再备一根直尺，如何采用最简便的方法测定?0 ？

最简单的方法是，用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度

hw和h0，由式?whw??0h0求得?0。

2）如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响 ？

设被测液体为水，如测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，会造成测量误差，毛细高度由下式计算：

h?

4?cos?d?

式中，?为表面张力系数；?为液体容重；d为测压管内径；h为毛细升高。

常温（t=20℃）的水，?=7.28dyn/mm，?=0.98dyn/mm3。水与玻璃的浸润角?很小，可认为cos?=1.0。于是有

h?29.7d? （h、d单位均为mm）

一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可忽略不计。另外，当水质不洁时，?减小，毛细高度也较静水小；当采用有机玻璃管作测压管时，浸润角?较大，其h较普通玻璃管小。 如果用一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。

3）过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是否等压面？哪一部分液体是同一等压面？

不全是等压面，他仅相对管1、2及水箱中的而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下列5个条件的平面才是等压面：①重力液体；②静止；③连通；④连通介质为同一均质液体；⑤同一水平面。上述问题中，管5与水箱之间不符合条件④，因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平面不是等压面。

2、实验思考题：

1）同一静止液体内的测管水头线是一根什么线？

答：测压管水头指Z?

p

?，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基准面的垂直

高度。测压管水头线指测压管液面的连线。从实测数据或实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。

2）当pB＜0时，试根据记录数据，确定真空度大小及所在区域。

答：以当p0?0时，第2次B点量测数据（表1.1）为例，此时

pB???0.6cm?0，

相应容器的真空区域包括以下3三部分：（1）过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。（2）同理，过箱顶小杯的液面作一水平面，测压管4中该平面以上的水体亦为真空区域。（3）在测压管5中，自水面向下深度为

PA?这段高度??H??0的一段水注亦为真空区。

与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高

度相等，均为

PA???H??0。

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