2.2. Плотность

Плотностью называют количество массы жид­кости, содержащейся в единице объема. Плотность обо­значается буквой и определяется из соотношения:

m / V, кг/м³,

где m - масса жидкости, заключенная в объеме V.

Для обозначения физических величин жидкости используются буквы латинского и греческого алфавитов.

Единица измерения плотности в системе СИ [ ] = кг/м³.

Плотности обычных капельных жидкостей (исклю­чение - ртуть) близки к плотности воды и весьма слабо изменяются с изменением давления и температуры. С увеличением температуры плотность жидкости, как пра­вило, уменьшается. Некоторым исключением из общего правила является вода в интервале температур от 0 до +4 °С, имеющая наибольшую плотность при +4 °С.

Иногда в гидравлике вводится понятие относительной плотности - безразмерного отвлеченного числа, пред­ставляющего собой отношение плотности данной жидко­сти к наибольшей плотности дистиллированной воды, взятой при температуре +4 °С.

Плотность жидкости определяют различными спосо­бами. В производственных условиях плотность обычно измеряют специальным прибором, называемым ареометром (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема ареометра:

1 - корпус (пустотелый стеклянный цилиндр);

2 - груз;

3 - шкала плотности жидкости;

4 - шкала температуры.

Ареометр представляет собой удлиненный пустоте­лый стеклянный цилиндр. Ареометр градуирован и име­ет две шкалы: ареометрическую, показывающую удель­ный вес (или плотность) жидкости, и термометрическую, показывающую температуру жидкости во время опыта.

Ареометр плавает вертикально благодаря грузу, по­мещенному в нижней его части (обычно ртуть или дробь).

Удельный вес (плотность) жидкости может быть также определен при помощи сообщающихся сосудов (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Сообщающиеся сосуды для измерения

плотности жидкости

Прибор состоит из двух сообщающихся сосудов - вер­тикальных стеклянных трубок А и В, соединенных меж­ду собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая - жидкостью известной плотности ₁ (например, водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкостей в среднем колене С находились на одной и той же отметке прибора О -О.

Высоты стояния жидкостей ( h₁ и h₂) обратно пропор­циональны плотностям жидкостей:

_{1 / 2} = h₂ / h₁

Откуда плотность исследуемой жидкости определя­ется из выражения:

₂ = ₁* h₁ / h₂ , кг /м³

2.3. Удельный вес

Удельным весом (или объемным весом) жидкости называется вес единицы ее объема. Удельный вес обозначается буквой g и определяется как:

, Н / м³,

где G - вес силы тяжести при объеме V, Н.

Единица измерения удельного веса в системе СИ:

= Н/м³ .

Удельный вес g и плотность связаны между собой весьма важной зависимостью, которая широко исполь­зуется при гидравлических расчетах:

,

где g - ускорение силы тяжести, м/с².

Удельный вес жидкости не является величиной по­стоянной (справочной), так как он зависит от ускорения силы тяжести g , изменяющегося, как известно, от высо­ты над уровнем моря.

Отметим также, что поскольку в обычных условиях указанное изменение g обычно незначительно, им часто пренебрегают, принимая g=9.81 м/с² = const, и пользу­ются при расчетах средним значением удельного веса соответствующим этому ускорению.

Изменение удельного веса капельных жидкостей в зависимости от температуры тождественно изменению плотности - с увеличением температуры удельный вес уменьшается (исключением является вода, имеющая наибольший удельный вес при t = 4 °С).

Аналогично понятию относительной плотности в гидравлике используется также и понятие относительного удельного веса жидкости, т.е. удельного веса по сравне­нию с наибольшим удельным весом воды при t = 4 °С.

Для определения удельного веса жидкости применя­ются те же приборы, что и для плотности.

Наиболее просто удельный вес жидкости может быть оп­ределен путем взвешивания на точных аналитических весах:

(G₁ - G₂) / V , Н / м³

где G₁ – вес сосуда с жидкостью, Н;

G₂ - вес пустого сосуда, Н;

V - объем, занимаемый жидкостью, м³.