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学习情境一 静水压强与静水压力计算
1.1液体的认知
1.1.1液体的基本特性
一、液体与固体、气体的区别
自然界物质分为气体,固体和液体.
固体的主要特性是有：固定的形状,在外力作用下不易变形。
液体和气体统称为流体，其共同特性是易流动和变形，液体和气体的主要区别是在外力的作用下液体不易压缩,而气体易压缩。
所以液体：易流动 、不易压缩。
二、连续介质的概念
在实际水流中,由水分子组成,水分子与水分子之间存在有空隙,如果按实际情况去研究,是相当困难的,由于水力学是为工程服务的,不需研究水分子的运动(即微分运动)情况,只需研究宏观的机械运动,而分子间的空隙与研究的的范围相比小的多,在水力学研究中,认为研究工作的液体是由无数的液体质点组成的无空隙的连续体——这种抽象化的液体模型即为1753年由欧拉提出来的连续介质假设。
因此我们研究的液体是均质等向的连续介质。
有了连续介质的概念,我们就可以用数学中的连续函数理论来研究液体的运动。

1.1.2液体的主要物理力学性质
（一）惯性
惯性——物体保持原有运动状态的性质。
惯性用惯性力来表示,其大小为， 由此可见惯性力又可用质量力来表示 m大F大,m小F小。
对于均质液体来说,质量可用密度来表示。
同一液体随温度和压强变化,但变化甚小，一般可看成是常数。
当一个标准大气压下℃, 。
（二）万有引力特性
万有引力特性——运动物体之间相互吸引的性质， 地球对物体的吸引力为重力或重量。
单位
——重力加速度，
均质液体,重力用容重(重度):

例1：已知某液体的，,求该液体的质量和容重。
解： 因为

（三）粘滞性
1、粘滞性
液体在运动状态下,内摩擦力抵抗剪切变形的性质叫粘滞性,粘滞性是在液体运动时显示出来,即静止时液体不能承受切力,主要抵抗剪切变形。
2、牛顿内摩擦定律（见书上图1-1）
为不同的水深
单位面积上的摩擦力（粘滞切应变）

——相对流层所接触的面积
——动力粘滞系数 ——水流流速沿水深的变化率，
这两式为牛顿内摩擦定律。 则为线性关系
与液体的种类有和温度有关，见表1-1 ( 主要为水的)
从表中可看出 大越小, 越大粘滞性越大。
3、粘滞力系数
水力学中, 液体的粘滞性还可以用，为运动粘滞系数
经验公式：
牛顿内摩擦定律只适作于牛顿液体（油，酒精，水银）对于非牛顿液体 （血浆，泥浆，牙膏）将用另外公式。
例：一极薄平板在厚度为的液流层中以的速度运动,动力粘滞数为的2倍，两层油在平板上产生的总切应力为,试求、?
解: 已知

（四）液体的压缩性
1）压缩性的定义: 液体受压后,体积缩小的性质,其大小可用
2）弹性 当外力去掉后,液体恢复原状的性质其大小
由于液体被压缩时,质量不会改变,则
所以
五)表面张力特性
定义:由于液体自由表面受到一微小张力的性质,这是一种局部水力现象.
以上五种性质中,由于压缩性,表面张力特性影响很小,只有特殊情况下考虑,前三种较为重要.
1.1.3 实际液体和理想液体
由于实际情况液体存在有粘滞性，而且对液体运动的影响较为复杂，确定起来是很困难的，为简化方便，提出理想液体——均质液体不可压缩，没有粘滞性和表面张力的连续介质，区别没有粘滞性。

1.1.4 作用在液体上的力
无论在平衡（静止）或运动状态均受各种力的作用，按其物理性质有惯性力、重力、摩擦力、弹性力和表面张力等。在水力学中按其作用形式和特性可分为：
一．表面力
作用在液体表面上的力与表面积成正比又叫表面力。
1>液体接触面上产生的水压力、压力、压强垂直作用面。
2>液层之间的内摩擦力 、粘滞力 、平行作用面。
二．质量力
由液体质量与体积成正比,所以又叫体积力。作用在单位质量上的质量力为单位质量力
在坐标轴上投影。
， ，
在Z轴上与铅垂方向一致且与规定的方向相同为正,那么作用于单位质量液体上的重力在各坐标的力 ，

1.2 静水压强与静水压力计算
液体的静止状态 ：1）相对地球处于静止状态 水库 蓄水池
2）液体对地球有相对运动 与容器没有相对运动,相对静止。
本章的基本任务：研究静止液体的平衡规律及其实际应用。
1.2.1 静止压强及其特性
一、静水压强
1静水压力：水对所接触面上的压力；用P表示。 2静水压强 ：单位面积上所受的静水总压力 用p表示。
平均压强
点静水压强
二、静水压强的特性
1方向 垂直指向作用面(受压面)用反证法说明.
2大小 静水中任何一点各个方向的静水压强大小相等，与作用方向无关。
而

1.2.2水静力学基本方程
一、基本方程的建立
如图所示

任意两点压强为 、 。
作用面面积为
液体柱顶面静水压力
液体柱底面静水压力
液体柱重力
液体静止是受力平衡，其平衡方程

此式表明仅在重力作用下的静水中,任意两点的静水压强的关系。

如果将液体柱向上移至水面。
则有 ， ，，
则有 为液体平衡基本方程
表明静水中任意点的压强与该点的水深成线性关系，若采用物理学中的能量观点，
取基准面0—0,则静水中任意一点距0—0面的高度为位置高度,用z来表示则有
所以
——基本方程.
该式表明了:z与p的关系, z小p 大,z 大p小.。
在水利工程中表面压强一般 ， 则
例: 1 求任一点的压强 、
2 转折处的压强大小、方向。

二. 水静力学基本方程的意义。
1、几何意义
z——位置高度 —— 测压管高度
测压管水头线水平线
2、物理意义

总势能、测压管水头。
单位势能等于常数

1.2.3 静水压强的测算
一、压强的三种表示方法
1、绝对压强与相对压强

绝对压强 以绝对真空为基准起算的压强，用 表示；
相对压强 以当大气压为基准起算的压强，用表示；

水力计算中一般用相对压强，用表示。
或
2、真空压强及真空高度
真空压强
当时，则 <0 为负值我们就视为出现了负压.或者说出现了真空。

真空高度
二、压强的单位
应力单位 （）
大气压 工程大气压 1工程大气压=98kpa
标准大气压 1标准大气压=101.3 kpa
水柱高度
因为 所以可表示压强的大小
1工程大气压=98kpa, 相当于10的水柱高
三、压强的测算.
1测量原理 等压面概念 静水压强基本方程式
2测量方法：
1） 测压管 最基本、最简单量测仪器。
2） U型水银测压管，压强大时采用。
3） 压差计(比压计)
例题2-5
例题2-6
例题2-7