流体静力学引言课件.ppt

1、1 12 2上节课内容回顾作用在流体上的力流体的力学性质（哪几个？）牛顿内摩擦定律 量纲、公式、气体和液体粘度 流体的两个粘度系数流体的力学模型（哪几个？）压强的基本特性3 3教学基本要求（10学时）1、正确理解静水压强的两个重要的特性和等压面的性质。2、掌握静水压强基本公式和物理意义，会用基本公式进行静水压强计算。3、掌握静水压强的单位和三种表示方法：绝对压强、相对压强和真空度；理解位置水头、压强水头和测管水头的物理意义和几何意义。4、掌握静水压强的测量方法和计算。5、会画静水压强分布图，并熟练应用图解法和解析法计算作用在平面上的静水总压力。6、会正确绘制压力体剖面图，掌握曲面上静水总压力的

2、计算。7、会计算液体的相对平衡，掌握流体平衡微分方程及其在相对平衡中的应用。4 4学习重点 1、静水压强的两个特性及有关基本概念。2、重力作用下静水压强基本公式和物理意 义。3、静水压强的表示和计算。4、静水压强分布图和平面上的流体总压力的计算。5、压力体的构成和绘制以及曲面上静水总压力的计算。6、处于相对平衡状态的液体中压强计算。5 5 曲面总压力的计算；相对平衡中的应用。学习难点6 6 21 流体静压强及其特性流体静压强及其特性 22 流体静压强的分布规律流体静压强的分布规律 23 压强的计算基准和量度单位压强的计算基准和量度单位 24 液柱测压计液柱测压计 25 作用于平面的液体压力作用

3、于平面的液体压力 26 作用于曲面的液体压力作用于曲面的液体压力 27 液体的平衡微分方程液体的平衡微分方程 28 液体的相对平衡液体的相对平衡第二章 流体静力学7 7引言引言 流体静力学研究平衡流体的力学规律及其应用。平衡a.流体对地球无相对运动；b.流体对运动容器无相对运动。平衡流体内部没有相对运动，流体不呈现粘性，作用在流体上的表面力只有法向的静压强。本章主要任务：研究流体静压强在空间的分布规律；平衡流体作用在固壁（平面或曲面）上的总压力等。并在此基础上解决一些工程实际问题。8 8等加速直线运动等加速直线运动等角速旋转运动等角速旋转运动9 9。A1p2p3pEB2h1h油水1010一、流

4、体静压强pAP 当面积A无限缩小到一点时，静压强单位Pa。p0limSPA=图2-1 分离体=2-12-1流体静压强及其特性流体静压强及其特性 1111二、流体静压力的特征第二特征：静止液体中任意一点的压力值大小静止液体中任意一点的压力值大小 均相等，与作用面的方位无关。均相等，与作用面的方位无关。第一特征 静止液体的静压力垂直指向作用面。静止液体的静压力垂直指向作用面。1212pnp总压力法向压力pr切向压力（第一特征）反正法证明：1313假设在静止流体中，流体静压强方向不与作用面相垂直，而假设在静止流体中，流体静压强方向不与作用面相垂直，而与作用面的切线方向成与作用面的切线方向成角，如图所

5、示。那么静压强角，如图所示。那么静压强 p p可以可以分解成两个分力即切向压强和法向压强。由于切向压强是一分解成两个分力即切向压强和法向压强。由于切向压强是一个剪切力，由第一章可知，个剪切力，由第一章可知，流体具有流动性，受任何微小剪流体具有流动性，受任何微小剪切力作用都将连续变形，也就是说流体要流动，切力作用都将连续变形，也就是说流体要流动，这与我们假这与我们假设是静止流体相矛盾。流体要保持静止状态，不能有剪切力设是静止流体相矛盾。流体要保持静止状态，不能有剪切力存在，唯一的作用便是沿作用面内法线方向的压强作用。存在，唯一的作用便是沿作用面内法线方向的压强作用。（第一特征）反正法证明：141

6、4dAdPAPpA0lim（21）式中 微元面积；作用在 表面上的总压力大小。AAP微元表面上的流体静压力矢量表达式为ApdPd（22）负号说明流体静压力的方向是沿受压面的内法线方向。特点：特点：大小与方向均与受压面有关。p平衡流体中的压强称为流体静压强，记作 1515流体静压强的特性：流体静压强的特性：静止流体即不承受切应力，也不承受拉力。静止流体即不承受切应力，也不承受拉力。一、静压强方向永远沿着作用面内法线方向。一、静压强方向永远沿着作用面内法线方向。二、静止流体中任何一点上各个方向的静压强大小二、静止流体中任何一点上各个方向的静压强大小相等，与作用面方位无关。相等，与作用面方位无关。1

7、616xyzpppp反证法：在静止流体中任取一点，过这点可做无数个方位不同的作用面，A1A2A3p1p2p3在这些面上过该点可画出无数个作用力，这些力大小相等，方向不同。如力大小不等，该点就会运动，与静止前提不符证法一：证法一：（第二特征）（第二特征）1717pypxpzpn作用在ACD面上的流体静压强作用在ABC面上的流体静压强作用在BCD面上的静压强作用在ABD和上的静压强图 微元四面体受力分析证法二：证法二：1818表面力：（只有各面上的垂直压力即周围液体的静水压力）nnnZZZZYYYYXXXXdApdPdxdypdApdPdxdzpdApdPdydzpdApdP2121211919

8、质量力：（只有重力、静止）dxdydzZdxdydzYdxdydzX61,61,610,0,0ZYXFFF以X方向为例：061),cos(dxdydzXXndApdApFnnXXX2020 在静止液体中，任一点静水压强的大小与作用面的方位无关，只与观测点的位置有关。静水压强是空间坐标的标量函数，即：dydzdAXndAxn21),cos(03Xdxppnxnxppnzyxpppp),(zyxpp dzzpdyypdxxpdp21212-22-2流体静压强的分布规律流体静压强的分布规律液面上的气体压强液面上的气体压强p0高度为高度为h的水柱产生的压强的水柱产生的压强h一、流体静压强的基本公式一、

9、流体静压强的基本公式0ppghhpp12或p静止液体中水平面是等压面。静止液体中水平面是等压面。2222pzcg静水压强的基本方程也可写成如下形式静水压强的基本方程也可写成如下形式:静水压强基本方程的适用范围是静水压强基本方程的适用范围是:重力场中重力场中连续、均质、不可压缩流体连续、均质、不可压缩流体。选择题选择题42323 gpzgpz2211121z2z2p静压强基本方程的几何意义和物理意义1p000p0z2424 流体静压强基本方程的物理意义和几何意义流体静压强基本方程的物理意义和几何意义 1.1.物理意义物理意义 z z 表示为单位重量流体对某一基准面的位置势能。表示为单位重量流体对

10、某一基准面的位置势能。表示单位重量流体的压强势能。表示单位重量流体的压强势能。pg2525位置势能和压强势能之和称为单位重量流体的总势位置势能和压强势能之和称为单位重量流体的总势能。静水压强基本方程表示能。静水压强基本方程表示在重力作用下静止流体在重力作用下静止流体中各点的单位重量流体的总势能是相等的中各点的单位重量流体的总势能是相等的。这就是。这就是静止液体中的能量守恒定律。静止液体中的能量守恒定律。2626 2.2.几何意义几何意义 单位重量流体所具有的能量也可以用单位重量流体所具有的能量也可以用液液柱高度柱高度来表示，并称为来表示，并称为水头水头。如图如图Z Z 表示为单位重量流体的表示

11、为单位重量流体的位置高度或位置水头位置高度或位置水头。表示为单位重量流体的表示为单位重量流体的压强水头压强水头。位置水头和压强水头之和称为测压管水头位置水头和压强水头之和称为测压管水头。在重力作用下静止流体中各点的测压管水头都相在重力作用下静止流体中各点的测压管水头都相等。等。在实际工程中，常需计算有自由液面的静止在实际工程中，常需计算有自由液面的静止液体中任意一点的静压强。液体中任意一点的静压强。p27272828xzyp0AZApg2929Z0p0AhxzyZ 如图所示，在一密闭容器中盛有密度为的液体，若自由液面上的压强为p0、位置坐标为z0，则在液体中位置坐标为z的任意一点A的压强p可由

12、该式得到，即 式中h=z0-z是静止流体中任意点在自由液面下的深度。gpzgpz00ghzzgpp)(00ghpp03030 可得到三个重要结论：(1)(1)在重力作用下的静止液体中，静压强随深度按线性规律变化，即随深度的增加，静压强值成正比增大。(2)(2)在静止液体中，任意一点的静压强由两部分组成：一部分是自由液面上的压强p p0 0；另一部分是该点到自由液面的单位面积上的液柱重量 。(3)(3)在静止液体中，位于同一深度(h(h常数)的各点的静压强相等，即任一水平面都是等压面。gh3131p0=pa 例题例题 已知：已知：p p0 0=98kN/m=98kN/m2 2，h=1mh=1m，

13、求：该点的静水压强求：该点的静水压强h解：解：0232298/1000/9.8/11000107.8/ppghkN mkg mm smkN mppa在容器壁面上同水深处的一点所受到的压强有多大？在容器壁面上同水深处的一点所受到的压强有多大？该点所受到的有效作用力有多大？该点所受到的有效作用力有多大？3232 等压面等压面 在流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。在流体中，压强相等的各点所组成的面称为等压面。1.1.等压面方程等压面方程 2.2.等压面特性等压面特性 等压面就是等势面。等压面就是等势面。作用在静止流体中任一点的质量力必然垂直于通过该点的作用在静止流体中任一点的质量力必然垂直

14、于通过该点的等压面。等压面。等压面不能相交等压面不能相交 绝对静止流体的等压面是水平面绝对静止流体的等压面是水平面 两种互不相混的静止流体的分界面必为等压面两种互不相混的静止流体的分界面必为等压面结论：结论：同一种同一种静止静止相相连通连通的流体的等压面必是水平面（只有重的流体的等压面必是水平面（只有重力作用下）自由表面、不同流体的交界面都是等压面。力作用下）自由表面、不同流体的交界面都是等压面。0ZdzYdyXdx3333 静止流体中等压面为水平面静止流体中等压面为水平面 旋转流体中等压面为旋转抛物面。旋转流体中等压面为旋转抛物面。连通容器连通容器连通容器连通容器连通器被隔断连通器被隔断选择

15、题选择题13434思考：0p1212问：？121212ppzzgg31122344哪几个是等压面？3535二、等压面二、等压面1、定义：压强相等的点组成的面（等压面）为水平面。、定义：压强相等的点组成的面（等压面）为水平面。2、结论：对于同一种连续的静止液体，水平面为等压面。、结论：对于同一种连续的静止液体，水平面为等压面。3、适用条件：质量力只有重力、均质且相互连通的平衡、适用条件：质量力只有重力、均质且相互连通的平衡液体。液体。36362-3 2-3 压强的计量基准和量度单位压强的计量基准和量度单位一、压强的计量基准一、压强的计量基准压强计算基准绝对压强 绝对温度相对压强 相对温度定义：定

16、义：以完全真空为基准计算的压强称为绝对压强，记作 。以当地大气压强为基准计量压强称为相对压强，记作 其中appp 表压强；真空度 零下的温度零下的温度 ppppaVppVp？3737真空度 绝对压强表压强绝对压强图 绝对压强、表压强和真空度之间的关系选择题选择题2、33838二、压强的量度单位 应力单位：Pa 大气压的倍数:1atm=101.325kPa、1at=1kgf/cm2=98kPa=10m水柱 液柱高度1个工程大气压个工程大气压=98000Pa=10m水柱水柱=735mm水银柱水银柱3939表表2-1 常用压力单位的换算表常用压力单位的换算表 4040例题例题封闭盛水容器中的玻璃管两

17、端开口，如图所示，已知玻璃管伸入水面以下h=1.5m时，既无空气通过玻璃管进入容器，又无水进入玻璃管。试求此时容器内水面上的绝对压强 和相对压强 。0p0p解解 根据静水压强基本方程，有aphp0 当地大气压强 在没有特别说明情况下，一般以1个工程大气压强计。故0apph 2N/m833855.1981098100aphpppa002N/m147155.19810h0pap 例题图4141;ghP如图可测水中大于大气压的相对压强1、测压管、测压管0papAh图 测压管2-4 2-4 液柱测压计液柱测压计测量基本原理4242 2、U 形管测压计形管测压计12ghghpppma 由于U形管1、2两

18、点在同一等压面上，由此可得A点的相对压强21pp 当被测流体为气体时，由于气体的密度比较小，上式最后一项 可以忽略不计。1gh1h2h 当被测流体压强较大时，常采用U形管测压计在连续静止的汞中读出 、。ap0pAp12m1h2h如果连通的静止液体区域包括多种液体，则须在它们的分界面处作过渡。如果连通的静止液体区域包括多种液体，则须在它们的分界面处作过渡。4343测压管测压原理说明测压管测压原理说明例2-4已知(略)求:解:?5p)(212p23pp)(4334pp)(4545pp5132454()()263.4pkPa 01p标高标高44443、差压计、差压计 定义：定义：管道上部为倒U 形管

19、式水柱差计，忽略空气密度，则计算公式为：gHpp21 比较两式，在仪器管一定的前提下，汞差压计量程大，而水柱差压计的准确度高。转化为水柱高度表达式？转化为水柱高度表达式？测量两点压强差的仪器叫做差压计。如图所示。水管下部为U形管式汞差压计，它的计算公式为：hHh2p1p图 差压计ghpp214545sinlp 4、微压计微压计 倾斜式微压计是由一根倾角 可调的玻璃管（横截面面积为 ）和一个盛液体的小容器（横截面面积为 ）组成。2A1A 测量较小压强或压强差的仪器叫做微压计。如图所示就是其中一种。4646五、五、金属压力表金属压力表是自来水厂及管路系统最是自来水厂及管路系统最常用的测压仪器。常用

20、的测压仪器。所测压强为所测压强为相对压强相对压强，其，其测量范围测量范围从一个大气压以从一个大气压以下的数值到几十、上百个下的数值到几十、上百个大气压。大气压。金属压力表金属压力表47474848 【例】如图所示测量装置，活塞直径d=35，油的相对密度d油=0.92，水银的相对密度dHg=13.6，活塞与缸壁无泄漏和摩擦。当活塞重为15时，h=700，试计算形管测压计的液面高差h值。4949【解】重力使活塞单位面积上承受的压强为 （Pa）列等压面的平衡方程 解得h为：（）15590035.041541522dphgghpHg油4.1670.06.1392.0806.91360015590HgH

21、ghgph油50505151 【例题】如图所示为双杯双液微压计，杯内和形管内分别装有密度1=l000kg/m3和密度2=13600kg/m3的两种不同液体，大截面杯的直径100mm，形管的直径d=10mm，测得h=30mm，计算两杯内的压强差为多少?【解】列12截面上的等压面方程 由于两边密度为1的液体容量相等，所以D2h2=d2h，代入上式得 =3709.6(pa)ghhhhgpghp21212111)(hgDdgpp122221103.0806.910001.001.01806.9136002252525353 【例题】用双形管测压计测量两点的压强差，如图所示，已知h1=600mm，h2=

22、250mm，h3=200 mm，h4=300mm，h5=500mm，1=1000/m3，2=800/m3，3=13598/m3，试确定和两点的压强差。【解】根据等压面条件，图中11，22，33均为等压面。可应用流体静力学基本方程式逐步推算。P1=p2+1gh1 p2=p1-3gh2 p3=p2+2gh3 p4=p3-3gh4 pB=p4-1g(h5-h4)5454 逐个将式子代入下一个式子，则 pB=pA+1gh1-3gh2+2gh3-3gh4-1g(h5-h4)所以 pA-pB=1g(h5-h4)+3gh4+3gh2-2gh3 -1g h1=9.8061000（0.5-0.3）+133400

23、0.3-78500.2 +1334000.25-9.80610000.6 =67876（Pa）5555A、pB=pA+1gh1-3gh2+2gh3-3gh4-1g(h5-h4)B、pB=pA+1gh1+3gh2+2gh3-3gh4-1g(h5-h4)C、pB=pA+1gh1-3gh2+2gh3+3gh4+1g(h5-h4)5656 【例题】已知密闭水箱中的液面高度h4=60cm，测压管中的液面高度h1=100cm，形管右端工作介质高度h2=20cm，如图所示。试求形管中左端工作介质高度h3为多少？【解】列11截面等压面方程，则 列22截面等压面方程，则 （b）把式（a）代入式（b）中 =0.1

24、365(m)=136.5(mm)(410H02hhgppa)6.00.1(0H2gpagpa0H24.0)()(32Hg340H02hhgphhgpa)2.0()6.0(4.03Hg30H0H22hgphggpaa1000136001000136002.02.00HHg0HHg322h)(a57575858 确定静止液体作用在受压面上的总压力的大小、方向和压力作用点是许多工程技术上必须解决的工程流体力学问题。如水池、船闸及水坝的设计等。5959 应用平衡流体中压强的分布规律，解决工程上的实际计算问题，如计算应用平衡流体中压强的分布规律，解决工程上的实际计算问题，如计算水水箱、密封容器、管道、锅

25、炉箱、密封容器、管道、锅炉、水池、路基、港口建筑物（堤坝、水闸）水池、路基、港口建筑物（堤坝、水闸）、储油设施（油箱、油罐）、液压油缸、活塞及各种形状阀门储油设施（油箱、油罐）、液压油缸、活塞及各种形状阀门以及液体中以及液体中潜浮物体潜浮物体的受力等，由于静止液体中不存在切向应力，所以全部力都垂的受力等，由于静止液体中不存在切向应力，所以全部力都垂直于淹没物体的表面。直于淹没物体的表面。6060各点压强大小：各点压强大小：一、一、水平平面上的液体总压力水平平面上的液体总压力处处相等处处相等各点压强方向：各点压强方向：方向一致方向一致bcdapaAabApadccAbapadbapaAcdhgh

26、AApFe6161四种敞口盛水容器的底面积相同，水位高相同。容器中水的重量比为（自左向右）9:1:10:2，试确定底部所受的总压力：A.9:1:10:2；B.与形状有关；C.相同。答案：c正确。底部总压力为压强乘面积，由静力学压强公式四种容器底部的压强相同，面积又相同，因此总压力相等。思考题1hAAAA图图 静水奇象静水奇象6262在静止液体中，有一和液面呈夹角的任意形状的平面z轴和平面垂直由流体静压强的特性知,各点的静压强均垂直于平面,构成了一个平行力系,因此,液体作用在平面上的总压力就是这一个平行力系的合力二、倾斜二、倾斜平面上的液体总压力平面上的液体总压力6363各点压强大小：各点压强大

27、小：二、倾斜二、倾斜平面上的液体总压力平面上的液体总压力(续）续）处处不相等处处不相等各点压强方向：各点压强方向：方向一致方向一致作用在微分面积作用在微分面积dAdA上的压力：上的压力：dAygghdApdAdFp)sin(作用在平面作用在平面abab上的总压力：上的总压力：AAppAgFFydsind2.2.总压力的大小总压力的大小1.1.总压力的方向总压力的方向总压力的方向垂直于受压的平面总压力的方向垂直于受压的平面6464二、倾斜二、倾斜平面上的液体总压力平面上的液体总压力(续）续）yoxACDdAabpFdFp h hD Dh hC Cy yy yC Cy yD Dh h作用在平面作用

28、在平面abab上的总压力：上的总压力：AAppAgFFydsind由工程力学知：由工程力学知：AyAcAyd故故 AygFCp)sin(sinccyh AghccacghppAppac)(即静止液体作用在平面上的总压力等于受压面面积与其形心即静止液体作用在平面上的总压力等于受压面面积与其形心处的相对压强的乘积。处的相对压强的乘积。受压面面积受压面面积A A对对OXOX轴的静矩轴的静矩6565二、倾斜二、倾斜平面上的液体总压力（续）平面上的液体总压力（续）yoxACDdAabpFdFp h hD Dh hC Cy yy yC Cy yD Dh h3.3.总压力的作用点总压力的作用点合力矩定理：合

29、力对某轴的矩等于各合力矩定理：合力对某轴的矩等于各分力对同一轴的矩的代数和。分力对同一轴的矩的代数和。ydFyFpDpADcdAygAyyg2sinsinAyIyAyIAydAyyccxccxcD2AxIAy d2受压面受压面A A对对oxox轴的惯性矩。轴的惯性矩。cxI受压面受压面A A对过形心点对过形心点C C且平行于且平行于oxox轴的轴线的惯性矩。轴的轴线的惯性矩。压力中心压力中心D D必位于受压必位于受压面形心面形心c c之下。之下。6666总压力的作用点总压力的作用点（总压力的作用线和平面的交点称压力中心）由合理矩定理 总压力PFydFyFApDpdAygAyygADc2sins

30、in对ox 轴的力矩等于各微元总压力对ox 轴的力矩的代数和 xAIdAy2AyIyyccxcD（惯性矩二次矩）压力中心的y坐标2sinsinsinxxxxccDcccJJJJy AyPy Ay Ay A6767 如图所示矩形平板闸门，只在上游受静水压力作用，如果该闸门绕中心轴旋转某一角度，则作用在闸门上的静水总压力与旋转前有无变化？为什么？思考题2答案：1、大小不变；2、方向变，但始终 与闸门垂直；3、作用点变 在变，CCCCDyAyIyy68686969截面几何图形面积A形心yc惯性距Icx bh 1/2h 1/12bh3 1/2bh 2/3h 1/36bh3 1/2h(a+b)babah

31、 231bababah223436170702rr44rbh42h364bh23rr344272649r7171根据平行移轴定理 AyIIccxx2AyIyyccxcDcDyy 压力中心的x坐标 AyIxAyIxccxyccxyD代入上式得工程实际中的平面往往是对称图形,一般不必计算压力中心的x坐标7272例题例题 一水池侧壁一水池侧壁AB，已知水深，已知水深h，宽为，宽为b，求作用在，求作用在侧壁侧壁AB上的总压力及作用点。上的总压力及作用点。bhhCDyCyDFpogh=2h/3AB7373【例题】一垂直放置的圆形平板闸【例题】一垂直放置的圆形平板闸门如图所示，已知闸门半径门如图所示，已知

32、闸门半径R=1m，形心在水下的淹没深度形心在水下的淹没深度hc=8m，试用，试用解析法计算作用于闸门上的静水总压解析法计算作用于闸门上的静水总压力。力。hchDFP解：解：2246PccFpAghRkNLO答：该闸门上所受静水总压力的大小为答：该闸门上所受静水总压力的大小为246kN，方向向右，方向向右，在水面下在水面下8.03m处。处。448.03CDCCCCRIyyhmyAhA74747575 例题例题如图所示，一矩形闸门两面受到水的压力，左边水深 ，右边水深 ，闸门与水面成 倾斜角。假设闸门的宽度 ，试求作用在闸门上的总压力及其作用点。mH5.41mH5.22045mb11H2H1l0l

33、31l32lP1P2P2l21FFF解解作用在闸门上的总压力系左右两边液体总压力之差，即 因此。sin ,2;sin ,22222211111HblbAHHHblbAHHccOO2O17676所以112222122sin2sinccFgh Agh AgbHgbH9703043316140346707.025.219800707.025.41980022由于矩形平面压力中心坐标LbLLLbLAyJyycccD32)2(12237777根据合力矩定理，对通过O点垂直于图面的轴取矩，得121201212333sin3sinllHHFlFFFF所以112201403464.5433162.52.54m

34、3sin3970300.707F HF HlF这就是作用在闸门上的总压力的作用点距闸门下端的距离。1H2H1l0l31l32lP1P2P2lOO2O17878自由液面自由液面0YXabAdA图图2-1abyyChhCdFpFp1、总压力的大小总压力的大小ApAghFccp:结论结论：淹没于液体中的任意形状平面的静水总压力：淹没于液体中的任意形状平面的静水总压力Fp，大小等于受压，大小等于受压面面积面面积A与其形心与其形心（Centroid）点的静压强点的静压强pc之积。之积。CC上节内容回顾上节内容回顾79790CDabdADFpYX图图2-2自由液面自由液面ab1gh2gh2、总压力的方向总

35、压力的方向Fp 受压面受压面ab:h1h28080hy0YXabdAAC图图2-3hCyCdFpFp自由液面自由液面Cab3、总压力的作用点总压力的作用点:又称压力中心（又称压力中心（center of pressure）AyIyycccDyDxChDDD8181上节课内容复习上节课内容复习AyIyAyIAydAyyccxccxcD2AygFCp)sin(AghcAppac)(8282 例题：例题：如图，涵洞进口装有一圆形平板闸门，闸门平面与如图，涵洞进口装有一圆形平板闸门，闸门平面与水平面成水平面成6060，铰接于，铰接于B B点并可绕点并可绕B B点转动，门的直径点转动，门的直径d=1md

36、=1m，门的中心位于上游水面下门的中心位于上游水面下4m4m，门重，门重G=980NG=980N。当门后无水时，。当门后无水时，求从求从A A处将门吊起所需的力处将门吊起所需的力T T。解：闸门所受水的总压力解：闸门所受水的总压力P=hcAxP=hcAx=9.8=9.84 40.50.50.5=26.66kN 0.5=26.66kN 8383压力中心压力中心D D到到B B的距离的距离 B B到到T T的垂直距离的垂直距离B B到到G G的垂直距离的垂直距离 根据理论力学平衡理论根据理论力学平衡理论 mHdYAYJYLccccc51.05.05.060sin45.0224mdx5.060cos

37、mdy25.060cos2kNxGyPLTTxGyPLMA9.2708484总压力计算的图解法 适用于上、下边与水面平行的矩形平面上的静水总压力及其作用点位置。1.静止液体总压力的大小 Pb 其中其中b为矩形受压面的宽度；为矩形受压面的宽度；为静水压强分布图形的面积；为静水压强分布图形的面积；85852.静止液体总压力的作用点 13eh121223bbaebb梯形压强分布 三角形压强分布静水总压力的作用点（压力中心或压心）：通过压强分静水总压力的作用点（压力中心或压心）：通过压强分布体的重心（或在矩形平面的纵对称轴上，且应通过压布体的重心（或在矩形平面的纵对称轴上，且应通过压强分布图的形心点）

38、强分布图的形心点）8686bhhCDyCyDFpogh=2h/3原理：原理：静水总压力大小等于压强分布体的体积，其作用线通过压强分布图的形心，该作用线与受压面的交点便是压心D。bAbghFpp221Ap8787FpbhDghAp2h/3bghbAFpp221hyD32hFpoghAp88883、静水压强分布图绘制规则：按一定比例尺，用一定长度的线段代表流体静压强的大小。用箭头表示流体静压强的方向，并与该处作用面相垂直。在水利工程中，一般只需计算相对压强，所以只需绘制相对压强分布图，即p与h呈线性关系，据此绘制流体静压强图。把某一受压面上压强随水深变化的函数关把某一受压面上压强随水深变化的函数关

39、系表示成图形，称静水压强分布图。系表示成图形，称静水压强分布图。8989 压强分布示意图9090 静水压强分布示意图静水压强分布图实例静水压强分布图实例9292ABpaPa+gh画出下列画出下列AB或或ABC面上的静水压强分布图面上的静水压强分布图0ppgh相对相对压强分布图ABghBABCABAB9393油水ABCDEAABBCC油水ABCDEAABBCC相 等指出下图错误指出下图错误9494画出下列容器左侧壁面上的压强分布图9595h2h1Fpbh2AByCyDCD胸墙胸墙例（图解法）例（图解法）一铅直矩形闸门一铅直矩形闸门AB，已知，已知h1=1m，h2=2m，宽，宽b=1.5m，求总压

40、力及其作用点。，求总压力及其作用点。9696h2h1Fpbh2AByCyDCD胸墙胸墙gh1g(h1+h)gh2Fp1Fp2gh19797FpFp2Fp1gh1g(h1+h)gh1bh2gh2D2h/3h/29898【例题】如图所示，某挡水矩形【例题】如图所示，某挡水矩形闸门，门宽闸门，门宽b=2m，一侧水深，一侧水深h1=4m，另一侧水深，另一侧水深h2=2m，试，试用图解法求该闸门上所受到的静用图解法求该闸门上所受到的静水总压力。水总压力。h1h2解：解：首先分别求出两侧的水压力，然后求合力。首先分别求出两侧的水压力，然后求合力。1 1111000 9.8 4 4 2156800156.8

41、22PFbghhbNkN 左左22111000 9.8 2 2 23920039.222PFbgh h bNkN 右右h1/3h2/3156.839.2117.6PPPFFFkN左右方向向右方向向右e9999h1h2解：解：h1/3h2/3156.839.2117.6PPPFFFkN左右方向向右方向向右e依力矩定理：依力矩定理：1233PPPhhFeFF 左右可解得：可解得：e=1.56m答答:该闸门上所受的静水总压力大小为该闸门上所受的静水总压力大小为117.6kN，方向向右，方向向右，作用点距门底作用点距门底1.56m处。处。合力对任一轴的力矩等于各分力对合力对任一轴的力矩等于各分力对该轴

42、力矩的代数和。该轴力矩的代数和。例例(图解法图解法)某泻洪隧道，在进口倾斜处设置一矩形平板某泻洪隧道，在进口倾斜处设置一矩形平板闸门，倾角闸门，倾角 为为45 ，门宽，门宽3 m，门长门长l为为4.5m，门顶在水门顶在水面下淹没深度面下淹没深度h1为为8m，闸门自重闸门自重300kN，问闸门承受的静问闸门承受的静水总压力水总压力P为为多少？静水总压力的作用点在哪里？沿斜面多少？静水总压力的作用点在哪里？沿斜面拖动闸门所需要的拉力拖动闸门所需要的拉力T为多少为多少？（f=0.25）101101（1）用压力分布图法求解解：221/423)(21mkNlhhAp 压强分布压强分布图面积图面积 静水总压静水总压力力kNbAPp1269总压力作用点距闸门总压力作用点距闸门底部的斜距底部的斜距mhhhhle13.2)(3)2(2121总压力距水面的斜距总压力距水面的斜距mehllD69.1345sin1102102（2）用分析法计算P和lDblhApPCCmlhhC59.945sin21kNP12695.4359.98.9P距水面的斜距距水面的斜距AlIllCCCDmhllC56.1345sin21103103矩形平面绕形心轴的惯性矩4378.22121mbllCmAlIllCCCD684.13（3）沿斜面拖动闸门的拉力）沿斜面拖动闸门的拉力TkNGfPfGT4.58245cos45sin