第二节 平面静水总压力量测实验
一、实验目的和要求
（1）测定矩形平面上的静水总压力。
（2）验证平面上静水总压力的计算公式。
二、实验原理
作用在任意形状平面上的静水总压力P的大小等于该受压平面形心C处的压强PC与平面面积A的乘积。
矩形平面上的静水总压力P等于压强分布体的体积V。
式中：Ω为矩形平面上静水压强分布图的面积；b为矩形平面宽度。
（1）压强分布图为梯形分布，如图2-2-1所示。总压力为
合力作用点距底边的距离为
式中：h、H分别为梯形压强分布图上、下底边的压强水头；a、b分别为作用面的长度和宽度。
（2）压强分布图为三角形分布，如图2-2-2所示。即h=0，总压力为
图2-2-1 梯形分布
图2-2-2 三角形分布
合力作用点距底边的距离为
在本实验中，由力矩平衡
式中：G为砝码重量；L0为天平臂长；P实测为实测的静水总压力；L1为静水总压力作用点至支点的垂直距离，L1=L-e；L为扇形体垂直距离。
又实测力矩M0=GL0=mgL0，m为砝码质量。
三、实验设备
容器中放水后，扇形体浸没在水中，由于支点位于扇形体圆弧面的中心线上，除了矩形端面上的静水压力外，其他各侧面上的静水压力对支点的力矩都为零。利用天平测出力矩，可推算矩形端面上的静水总压力。实验设备如图2-2-3所示。
图2-2-3 平面静水总压力实验仪
四、实验步骤
（1）熟悉仪器，记录有关常数。
（2）旋转底脚螺丝调平仪器，使水准泡居中。
（3）调节平衡锤使杠杆处于水平状态，此时扇形体的矩形断面处于铅垂位置。
（4）打开进水阀门K1，放水进入水箱，待水流上升到一定高度，关闭K1。
（5）加砝码到水平盘上，使杠杆恢复到水平状态，否则再加水或者放水直至杠杆平衡为止。
（6）测记砝码质量m，记录水位的刻度数。
（7）计算受力面积、静水总压力作用点至底部距离e及作用点至支点的垂直距离L1。
（8）根据力矩平衡公式，求出静水总压力P实测。
（9）水位读数在100mm以下（三角形压强分布）进行三次实验，100mm以上（梯形压强分布）进行三次实验，共进行六次实验。
五、实验数据记录
仪器编号：____
有关常数：天平臂长L0=____cm，扇形体垂直距离L=____cm，扇形体宽b=____cm，矩形端面高a=____cm，ρ=1.0×10-3kg/cm3
测量记录表格
六、实验数据处理及结果
实验结果
七、注意事项
（1）测读砝码时，仔细观察砝码所注克数。
（2）加水或者放水时，仔细观察杠杆所处的状态。
八、思考题
（1）注水深度在100mm以下时，作用在矩形平面上的压强分布图是什么形状？影响本实验精度的因素是什么？
（2）试问作用在液面下矩形平面图形上绝对压强的压力中心和相对压强的压力中心哪个在液面下更深的地方？为什么？
九、讨论分析题
（1）在该实验中，为了准确测量矩形平面上的静水总压力，实验设备中采用了扇形体（即1/4圆弧体）的精妙设计。若不采用扇形体设计，通过何种设计能够实现相同的测量要求。试研究分析。
（2）在利用力矩平衡原理计算扇形体矩形平面上所受实际静水总压力时，是否需要考虑扇形体所受浮力这一因素？试分析原因。