История гидравлики

Страница 1

Гидравлика — прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и дающая на основе теории и опыта способы применения этих законов к разрешению различных задач инженерной практики. Гидравлика может быть подразделена на две части: гидростатику, в которой изучаются законы равновесия жидкости, и гидродинамику, в которой изучаются законы движения жидкости. Название "гидравлика" происходит от сочетания двух греческих слов ϋδωρ (хюдор)—вода и αολωσ (аулос)—труба.

Возникновение гидравлики как науки в древнее время можно объяснить практической необходимостью объединения правил и опыта проведения воды по трубам, т. е. расчета и строительства водопроводов. Содержание современной гидравлики несравненно шире: она изучает также движение жидкостей в открытых руслах и сооружениях и движение грунтовых вод. Изучением равновесия и движения жидкостей занимается и другая наука — теоретическая гидромеханика, дающая строго математический характер и дающая общие и точные решения. Гидравлика как прикладная наука разрешает вопросы, нужные и важные для инженерной практики, и поэтому она рассматривает различные вопросы более упрощенно, производя оценку главных элементов гидравлических явлений, и часто прибегает к использованию результатов опытов.

Исторически гидравлика является одной из самых древних наук в мире. Археологические исследования показывают, что еще за 5000 лет до нашей эры в Китае, а затем в других странах древнего мира найдены описания устройства различных гидравлических сооружений, представленные в виде рисунков (первых чертежей). Древние оросительные системы находят и у нас — в Средней Азии и Закавказье. В Риме сохранились остатки древнего водопровода, построенного за 6 веков до начала нашей эры, свидетельствующие о высокой для того времени технике.

Естественно, что никаких расчетов этих сооружений не производилось, и все они были построены на основании практических навыков и правил.

Первые указания о научном подходе к решению гидравлических задач относятся к 250 году до н.э., когда Архимедом был открыт закон о равновесии тела, погруженного в жидкость. Им же была разработана конструкция механизма для подъема воды, названная "архимедовым винтом". Старинные летописи и другие источники содержат много сведений о строительстве в России различных сооружений на реках, о развитии водных путей, о попытках создания механизмов, использующих энергию водного потока, и других конструкциях, осуществление которых было бы невозможно без знания основ гидравлики. Так, еще в 1115 г. был построен наплавной мост через Днепр у г. Киева. Подъем в развитии гидравлики начался лишь через 17 веков после Архимеда.

В XV—XVI вв. знаменитый Леонардо да Винчи (1452 — 1519) написал работу "О движении и измерении воды", которая была опубликована лишь через 400 с лишним лет после ее создания.

Из дальнейших работ по гидравлике следует отметить работы голландского ученого Стевина, опубликовавшего в 1585 г. книгу "Начала гидростатики".

В 1612 г. итальянский ученый Галилей опубликовал трактат "О телах, находящихся в воде, и о тех, которые в них движутся", в котором он резко критиковал метафизические теории греческого философа Аристотеля об "абсолютно тяжелых" и "абсолютно легких" телах и подчеркивал правильность данного Архимедом закона плавания тел.

Ученик Галилея Торичелли, занимавшийся вопросом движения жидкости, вывел в 1643 году формулу скорости истечения невязкой (идеальной) жидкости из отверстия.

Французский ученый Паскаль в 1650 г. дал свой закон о передаче жидкостью внешнего давления, который явился основой для расчета гидравлических прессов, подъемников и т. п.

Английский ученый Ньютон в 1686 г. создал свою гипотезу о законах внутреннего трения в жидкостях и впервые ввел понятие о вязкости в жидкостях.

Многие практические законы гидравлики задолго до опубликования этих законов за границей уже были известны русским людям, умевшим весьма искусно строить на реках наплавные мосты, водяные мельницы (чтобы "хлеб водою молотить"), плотины, водопроводы.

Большое значение в те времена имело питьевое водоснабжение во время осады городов и крепостей. Так, во время осады Москвы татарами в 1382 г. Кремль был достаточно обеспечен водой с помощью тайного колодца под Тайницкой башней, соединенного каменным подземным ходом с руслом Москвы-реки. На старинном плане Москвы, названном "Годунов чертеж Москвы", составленном в 1605 г., показана вся речная сеть города с защитными водяными рвами, водоемами, водяными мельницами у Боровицких ворот и устья реки Яузы, наплавным мостом на Москве-реке и Водовзводной башней, возведенной для обеспечения работы первого в Москве водопровода. В 1631 г. в Москве была сделана первая попытка устройства напорного водоснабжения Кремля. В начале XVIII века по инициативе Петра I в России развернулось гидротехническое строительство и началось бурное развитие морского и речного транспорта. Русский мастер Сердюков построил Вышневолоцкую водную систему каналов и шлюзов, соединившую Балтийское море с Каспийским (через Волхов, Мету, Цну, Тверцу и Волгу). В 1708 г. было напечатано первое в России пособие по регулированию рек для судоходства. В 1791 г. была издана написанная Калмыковым оригинальная русская книга "Карманная книжка для вычисления количества воды, протекающей через трубы, отверстия или по желобам, а также силы, с какою они (воды) ударяют, стремясь с данной скоростью, с приложением правил для вычисления трений, производимых в махинах".

Ветровые нагрузки
Нормативные значения ветрового давления по табл.5 СНиП 2.01.07-85 для II района составляет ω0=0,30кПа. Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wрасч= γn∙γf∙ ω0∙К∙Се Где К – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (для ти ...

Гидравлический расчет водоводов
Цель расчета — определить потери напора при пропуске расчетных расходов воды. Водоводы рассчитываются на два режима работы: на пропуск хозяйственно-питьевых, производственных расходов и расходов на пожаротушение с учетом требований п. 2.21 СниП 2.04.02-84. Методика определения диаметра труб такая же, как д ...

Статический расчет арки
Статический расчет несущего элемента арки выполняем в соответствии с указаниями СНиП [2] как сжато-изгибаемого элемента. Расчетное сечение арки является сечение с максимальным изгибающим моментом от наиболее невыгодного сочетания нагрузок М= 1679 кНм. При этом же сочетании нагрузок определяем значения продо ...