Tlak u tekućini i plinu.

Plin pritišće stijenke posude u kojoj je zatvoren. Ako se malo napuhani balon stavi ispod staklenog zvona i ispumpa zrak ispod njega, balon će se napuhati. Što se dogodilo? Vani tlaka zraka gotovo da i nema, tlak zraka u balonu je uzrokovao njegovo širenje. Zaključak : plin vrši pritisak.

Dokažimo postojanje tlaka unutar tekućine.

Ulijte vodu u epruvetu čije je dno prekriveno gumenim filmom. Film je savijen. Zašto? Savija se pod težinom stupca tekućine. Stoga ovaj pokus potvrđuje postojanje tlaka unutar tekućine. Film se prestaje savijati. Zašto? Budući da je elastična sila gumenog filma uravnotežena silom gravitacije koja djeluje na vodu. Što će se dogoditi ako povećamo stupac tekućine? Što je veći stupac tekućine, to se film više spušta.

Zaključak : unutar tekućine postoji pritisak.

Kako se tlak plina objašnjava na temelju teorije molekularnog gibanja?

Pritisak plina i tekućine na stijenke posuda uzrokovan je udarima molekula plina ili tekućine.

Što određuje tlak u tekućini i plinu?

ovisni o pritisku od vrste tekućine ili plina; od njihove temperature . Kada se zagrije, molekule se kreću brže i jače udaraju o stijenku posude.

Što još određuje pritisak unutar njih?

Zašto istraživači oceanskih i morskih dubina ne mogu potonuti na dno bez posebnih aparata: batiskafa, batisfera?

Pokazuje čašu vode. Na tekućinu djeluje sila gravitacije. Svaki sloj svojom težinom stvara pritisak na druge slojeve.

Da bismo odgovorili na pitanje: o čemu još ovisi tlak u tekućini ili plinu, utvrdit ćemo empirijski.

(U učenici su podijeljeni u 4 grupe, eksperimentalno provjeravajući sljedeće odgovore na pitanja):

1. Je li tlak tekućine na istoj razini odozdo prema gore i odozgo prema dolje jednak?

2. Postoji li pritisak na bočnu stijenku posude?

3. Ovisi li tlak tekućine o njezinoj gustoći?

4. Ovisi li tlak tekućine o visini stupca tekućine?

Zadatak 1. grupe

Je li tlak tekućine na istoj razini odozdo prema gore i odozgo prema dolje jednak?

U epruvetu ulijte obojenu vodu. Zašto je film savijen?

Umočite epruvetu u posudu s vodom.

Pogledajte ponašanje gumenog filma.

Kad se film sredio?

Donesite zaključak: postoji li tlak unutar tekućine, je li tlak tekućine isti na istoj razini od vrha do dna i odozdo prema gore? Zapisati.

Zadatak 2. grupe

Postoji li pritisak na bočnu stijenku posude i je li isti na istoj razini?

Napunite bocu vodom.

Otvorite rupe u isto vrijeme.

Gledajte kako voda teče iz rupa.

Donesite zaključak: postoji li pritisak na bočni zid, je li isti na istoj razini?

Zadatak 3. grupe

Ovisi li tlak tekućine o visini stupa (dubini)?

Napunite bocu vodom.

Otvorite sve rupice na boci istovremeno.

Slijedite curke vode koja teče.

Zašto voda curi?

Donesite zaključak: ovisi li tlak u tekućini o dubini?

Zadatak 4. grupe

Ovisi li tlak o gustoći tekućine?

U jednu epruvetu ulijte vodu, a u drugu suncokretovo ulje, u jednakim količinama.

Savijaju li se filmovi na isti način?

Izvucite zaključak: zašto filmovi propadaju; Ovisi li tlak tekućine o njezinoj gustoći?

U čaše ulijte vodu i ulje.

Gustoća čista voda- 1000 kg / m 3. suncokretovo ulje- 930 kg / m 3.

Nalazi.

1 . Unutar tekućine postoji pritisak.
2 . Na istoj razini, isto je u svim smjerovima.
3 . Što je veća gustoća tekućine, to je veći njezin tlak.

4 . Tlak raste s dubinom.

5 . Tlak raste s porastom temperature.

Vaše ćemo zaključke potvrditi još nekoliko eksperimenata.

Iskustvo 1.

Iskustvo 2. Ako tekućina miruje i u ravnoteži, hoće li tlak biti isti u svim točkama unutar tekućine? Unutar tekućine tlak ne bi trebao biti isti za različite razine. Iznad - najmanji, B srednji - prosjek, na dnu - najveći.

Tlak tekućine ovisi samo o gustoći i visini stupca tekućine.

Tlak u tekućini izračunava se po formuli:

str = gph ,

gdjeg= 9,8 N/kg (m/s 2)- ubrzanje slobodan pad; ρ- gustoća tekućine;h- visina stupca tekućine (dubina uranjanja).

Tako, da biste pronašli tlak, morate pomnožiti gustoću tekućine s ubrzanjem uslijed gravitacije i visinom stupca tekućine.

U plinovima je gustoća višestruko manja od gustoće tekućina. Stoga je težina plinova u posudi mala i njezin težinski tlak se može zanemariti. Ali ako pričamo o velikim masama i volumenima plinova, na primjer, u atmosferi, tada postaje primjetna ovisnost tlaka o visini.

Pascalov zakon.

Primjenjujući neku silu, natjerat ćemo klip da malo uđe u posudu i komprimirati plin neposredno ispod njega. Što će se dogoditi s česticama plina?

Čestice se talože ispod klipa čvršće nego prije .
Što mislite da će se sljedeće dogoditi? Zbog pokretljivosti plina čestice će se kretati u svim smjerovima. Kao rezultat toga, njihov će raspored ponovno postati ujednačen, ali gušći nego prije. Stoga će se pritisak plina posvuda povećavati i povećava se broj udaraca na stijenke posude. Kako se širi, smanjit će se.

Dodatni tlak je prenesen na sve čestice plina. Ako se tlak plina u blizini samog klipa poveća za 1 Pa, tada će se u svim točkama unutar plina povećati za isti iznos.

Eksperiment: šuplja kugla s uskim rupama, pričvršćena na cijev s klipom. Napunite kuglicu vodom i gurnite klip u cijev. Što gledate? NA Voda će ravnomjerno teći iz svih rupa.

Ako pritisnete plin ili tekućinu, tada će se povećanje tlaka "osjetiti" na svakoj točki tekućine ili plina, t.j. tlak proizveden na plin prenosi se na bilo koju točku jednako u svim smjerovima.Ta se izjava naziva Pascalov zakon.

Pascalov zakon: tekućine i plinovi prenose pritisak koji se na njih vrši jednako u svim smjerovima.

Ovaj zakon je u 17. stoljeću otkrio francuski fizičar i matematičar Blaise Pascal (1623-1662), koji je otkrio i istražio niz važna svojstva tekućine i plinove. Eksperimenti su potvrdili postojanje atmosferskog tlaka, koji je otkrio talijanski znanstvenik Torricelli.

Učinak Pascalovog zakona na život:

= u sfernom obliku mjehurića od sapunice (tlak zraka unutar mjehurića prenosi se u svim smjerovima bez promjene);

Tuš, kanta za zalijevanje;

Kad nogometaš udari loptu;

NA automobilska guma(kada je napuhana, povećanje tlaka je vidljivo u cijeloj gumi);

NA balon na vrući zrak…

Dakle, razmatrali smo prijenos tlaka tekućinama i plinovima. Tlak koji djeluje na tekućinu ili plin prenosi se na bilo koju točku jednako u svim smjerovima.

Zašto se komprimirani plinovi nalaze u posebnim bocama?

Komprimirani plinovi vrše ogroman pritisak na stijenke posude, pa se moraju zatvoriti u jake čelične posebne cilindre.

Dakle, za razliku od čvrste tvari odvojeni slojevi i male čestice tekućine i plina mogu se slobodno kretati jedna u odnosu na drugu u svim smjerovima.

Pascalov zakon se široko koristi u tehnologiji:

= sustav grijanja: zahvaljujući tlaku, voda se ravnomjerno zagrijava ;

Pneumatski strojevi i alati,

čekić,

Pjeskare(za čišćenje i zidno slikarstvo),

pneumatska kočnica,

Utičnica, Hidraulična preša, komprimirani zrak otvara vrata vlakova podzemne željeznice i trolejbusa.

Tekućina se u hidraulici smatra kontinuiranim medijem bez šupljina i praznina. Osim toga, ne uzima se u obzir utjecaj pojedinih molekula, odnosno smatra se da se čak i beskonačno male čestice tekućine sastoje od vrlo veliki broj molekule.

Iz kolegija fizike je poznato da zbog fluidnosti tekućine, t.j. pokretljivost svojih čestica, ne opaža koncentrirane sile. Stoga u tekućini djeluju samo raspoređene sile, a te sile se mogu rasporediti po volumenu tekućine (mase ili sile tijela) ili po površini (površinske sile).

Volumenske (masene) sile

Volumetrijske (masene) sile uključuju sile gravitacije i inercije. Oni su proporcionalni masi i pokoravaju se drugom Newtonovom zakonu.

Površinske sile

Površinske sile trebale bi uključivati ​​sile kojima susjedni volumeni tekućine ili tijela djeluju na tekućinu, budući da se taj učinak provodi kroz površine. Razmotrimo ih detaljnije.

Neka sila R djeluje na ravnu površinu površine S pod proizvoljnim kutom

Sila R se može razložiti na tangencijalnu T i normalnu F komponente.

Sila trenja

Tangencijalna komponenta naziva se sila trenja T i uzrokuje posmična naprezanja (ili naprezanja trenja) u tekućini:

Jedinica posmičnog naprezanja u SI sustavu je Pascal (Pa) - njutn po kvadratnom metru (1 Pa = 1 N/m2).

Pritisak tekućine

Normalna sila F naziva se sila pritiska i uzrokuje u tekućini normalna naprezanja kompresije, koje su određene relacijom:

Normalna naprezanja koja nastaju u tekućini pod djelovanjem vanjskih sila nazivaju se hidromehaničkim tlakom ili jednostavno tlakom.

Referentni sustavi tlaka

Razmotrite referentne sustave tlaka. U rješavanju praktičnih problema važan je izbor referentnog sustava tlaka (ljestvice tlaka). Apsolutni nulti tlak može se uzeti kao početak ljestvice. Kada se pritisci računaju od ove nule, oni se nazivaju apsolutnim - P aps.

Međutim, kao što pokazuje praksa, prikladnije je rješavati tehničke probleme pomoću višak pritiska P est, tj. kada se za početak ljestvice uzme atmosferski tlak.

Tlak koji se mjeri "dolje" od atmosferske nule naziva se vakuumski tlak. P wack, ili vakuum.

P abs \u003d P atm + P g

gdje P atm- atmosferski tlak mjeren barometrom.

Odnos između apsolutnog pritiska P aps i vakuumski tlak P wack može se instalirati na isti način:

P abs \u003d P atm - P vac

I nadtlak i vakuum mjere se od jedne nule ( P atm), ali u različitim smjerovima.

Dakle, apsolutni, manometarski i vakuumski tlakovi su povezani i omogućuju pretvaranje jednog u drugi.

Jedinice tlaka

Praksa je pokazala da je za rješavanje tehničkih (primijenjenih) problema najprikladnije koristiti pretjerane pritiske. Osnovna jedinica tlaka u SI sustavu je pascal (Pa), koji je jednak tlaku koji nastaje kada se sila od 1 N primijeni na površinu od 1 m2 (1 Pa = 1 N/m2).

Međutim, češće se koriste veće jedinice: kilopaskal (1 kPa = 10 3 Pa) i megapaskal (1 MPa = 10 6 Pa).

U strojarstvu široka upotreba dobio izvansustavnu jedinicu - tehničku atmosferu (at), koja je jednaka tlaku koji nastaje djelovanjem sile od 1 kgf na površinu od 1 cm 2 (1 at = 1 kgf / cm 2).

Odnosi između najčešće korištenih jedinica su sljedeći:

10 at = 0,981 MPa ≈ 1 MPa ili 1 at = 98,1 kPa ≈ 100 kPa.

U stranoj literaturi koristi se i jedinica tlaka bar.

(1 bar = 105 Pa).

U kojim se drugim jedinicama mjeri tlak, možete vidjeti

Razmotrimo neka svojstva tekućina koja imaju najznačajniji utjecaj na procese koji se u njima odvijaju i stoga se uzimaju u obzir u proračunima hidrauličkih sustava.

Gustoća i specifična težina

Najvažnije karakteristike mehanička svojstva tekućine su njegova gustoća i specifična težina. Oni određuju "težinu" tekućine.

Gustoća ρ (kg / m 3) podrazumijeva se kao masa tekućine m, zatvoren u jedinici svog volumena V, t.j.

Umjesto gustoće u formulama se može koristiti i specifična težina γ (N/m 3), t.j. težina G = m⋅g po jedinici volumena V:

γ = G / V = ​​m⋅g / V = ​​ρ⋅g

Promjena gustoće i specifična gravitacija tekućine s promjenama temperature i tlaka su beznačajne i u većini slučajeva se ne uzimaju u obzir.

Gustoće najčešće korištenih tekućina i plinova (kg/m 3):

Viskoznost

Viskoznost je sposobnost tekućine da se odupre smicanju, tj. svojstvo koje je suprotno fluidnosti (više viskoznih tekućina manje su tekući). Viskoznost se očituje u nastanku posmičnih naprezanja (naprezanja trenja).

Razmotrite slojeviti tok tekućine duž zida (slika)

U tom slučaju, protok tekućine je usporen zbog svoje viskoznosti. Štoviše, brzina tekućine u sloju je niža, što je bliže zidu. Prema Newtonovoj hipotezi, posmično naprezanje koje nastaje u tekućem sloju na udaljenosti y od stijenke određeno je ovisnošću:

Newtonov zakon trenja

=	μ⋅	dv
		dy

gdje je dv/dy gradijent brzine koji karakterizira intenzitet povećanja brzine v s udaljenosti od stijenke (duž osi y), μ je dinamička viskoznost tekućine.

Protok većine tekućina koje se koriste u hidraulički sustavi, poštuju Newtonov zakon trenja, a nazivaju se Newtonovim tekućinama.

Međutim, treba imati na umu da postoje tekućine u kojima je Newtonov zakon donekle narušen. Takve tekućine nazivaju se nenjutonovskim.

Vrijednost μ uključena u formulu (dinamička viskoznost tekućine) mjeri se u Pa ⋅ sa ili u poisima 1 P = 0,1 Pa ⋅ s. Poise (oznaka: P, do 1978. pz; međunarodno - P; od francuskog poise) - jedinica dinamičke viskoznosti u CGS sustavu jedinica. Jedna ravnoteža jednaka je viskoznosti tekućine koja se opire sili od 1 dina međusobnom kretanju dvaju slojeva tekućine površine 1 cm², koji se nalaze na udaljenosti od 1 cm jedan od drugog i međusobno se kreću na relativna brzina od 1 cm/s.

1 P = 1 g / (cm s) \u003d 0,1 N s / m²

Jedinica je dobila ime po J. L. M. Poiseuilleu. Poise ima analog u SI sustavu - paskalnu sekundu (Pa s).

1 Pa s = 10 P

Voda na 20°C ima viskozitet od 0,01002 P, ili oko 1 centipois.

Međutim, u praksi je raširenija upotreba

Kinematička viskoznost:

ν	=	μ
		ρ

Mjerna jedinica potonjeg u SI sustavu je m 2 / s ili manja jedinica - cm 2 / s, koja se obično naziva Stokes, 1 St = 1 cm 2 / s. Centistokes se također koriste za mjerenje viskoznosti: 1 cSt = 0,01 St.

Viskoznost tekućina značajno ovisi o temperaturi, a viskoznost kapajućih tekućina opada s porastom temperature, dok se viskoznost plinova povećava (vidi sliku).

To se objašnjava činjenicom da u kapajućim tekućinama, gdje su molekule blizu jedna drugoj, viskoznost je posljedica sila molekularne kohezije. Te sile slabe s porastom temperature, a viskoznost se smanjuje. U plinovima su molekule smještene mnogo dalje jedna od druge. Viskoznost plina ovisi o intenzitetu kaotičnog kretanja molekula. S porastom temperature taj intenzitet raste, a viskoznost plina raste.

Viskoznost tekućina također ovisi o tlaku, ali ta promjena je neznatna i u većini slučajeva se ne uzima u obzir.

Kompresibilnost

Kompresibilnost je sposobnost tekućine da mijenja svoj volumen pod pritiskom. Kompresibilnost kapajućih tekućina i plinova značajno se razlikuje. Dakle, kapajuće tekućine vrlo malo mijenjaju svoj volumen s promjenom tlaka. Plinovi se, naprotiv, mogu značajno komprimirati pod pritiskom i neograničeno širiti u njegovoj odsutnosti.

Kako bi se uzela u obzir kompresibilnost plinova u različitim uvjetima, mogu se koristiti jednadžbe stanja plina ili ovisnosti za politropske procese.

Kompresibilnost kapajućih tekućina karakterizira volumetrijski omjer kompresije β p (Pa -1):

gdje je dV promjena volumena pod tlakom; dr - promjena tlaka; V je volumen tekućine.

Znak minus u formuli je zbog činjenice da se s povećanjem tlaka volumen tekućine smanjuje, t.j. porast pozitivnog tlaka uzrokuje negativan prirast volumena.

Uz konačan porast tlaka i poznati početni volumen V 0, konačni volumen tekućine može se odrediti:

V 1 \u003d V 0 (1 - β p Δp)

kao i njegova gustoća

Recipročan volumenski omjer kompresije β p naziva se modulom elastičnosti tekućine (ili modul elastičnosti) K = 1/ β p (Pa).

Ova vrijednost je uključena u generalizirani Hookeov zakon, koji povezuje promjenu tlaka s promjenom volumena

	ΔV	= -	∆p
	v		K

Modul elastičnosti kapajućih tekućina mijenja se s promjenama temperature i tlaka. Međutim, u većini slučajeva, K se smatra konstantnom vrijednošću, uzimajući kao prosječnu vrijednost u danom rasponu temperatura ili tlakova.

Modul elastičnosti nekih tekućina (MPa):

Toplinsko širenje

Sposobnost tekućine da mijenja svoj volumen s promjenom temperature naziva se toplinsko širenje. Karakterizira ga koeficijent toplinskog širenja β t:

gdje je dT promjena temperature; dV je promjena volumena pod djelovanjem temperature; V je volumen tekućine.

Za konačne poraste temperature:

V 1 \u003d V 0 (1 + β t ΔT)

Kao što se može vidjeti iz formula, s povećanjem temperature, volumen tekućine se povećava, a gustoća se smanjuje.

Koeficijent toplinskog širenja tekućina ovisi o tlaku i temperaturi:

Odnosno kod različitim uvjetima koeficijent toplinskog širenja se promijenio 50 puta. Međutim, u praksi se obično uzima prosječna vrijednost za dani raspon temperature i tlaka.Na primjer, for mineralna uljaβ t ≈ 800 10 -6 1/deg.

Plinovi prilično značajno mijenjaju svoj volumen s promjenom temperature. Kako bi se objasnila ova promjena, koriste se jednadžbe stanja plinova ili formule za politropske procese.

Isparavanje

Bilo koja kapajuća tekućina sposobna je promijeniti svoje stanje agregacije, posebice, pretvoriti se u paru. Ovo svojstvo ispuštanja tekućine naziva se hlapljivost. u hidraulici najviša vrijednost ima uvjet pod kojim počinje intenzivno isparavanje kroz cijeli volumen – vrenje tekućine.

Za početak procesa vrenja moraju se stvoriti određeni uvjeti (temperatura i tlak). Na primjer, destilirana voda ključa pri normalnom atmosferskom tlaku i temperaturi od 100°C. Međutim, ovo je poseban slučaj kipuće vode. Ista voda može ključati na različitoj temperaturi ako je pod utjecajem različitog tlaka, tj. za svaku temperaturu tekućine koja se koristi u hidrauličkom sustavu postoji svoj tlak pri kojemu ključa.

Tlak pri kojem tekućina vrije naziva se tlakom zasićene pare (p n.p.).

p vrijednost n.p. uvijek se daje kao apsolutni tlak i ovisi o temperaturi.

Na primjer, slika prikazuje ovisnost tlaka zasićenih para vode o temperaturi.

Na grafikonu je istaknuta točka A, koja odgovara temperaturi od 100°C i normalnom atmosferskom tlaku p a. Ako se na slobodnoj površini vode stvori veći tlak p 1, tada će ona ključati na višoj temperaturi T 1 (točka B na slici). Obrnuto, pri niskom tlaku p 2 voda ključa na nižoj temperaturi T 2 (točka C).

Topljivost plinova

Mnoge tekućine su sposobne otapati plinove u sebi. Ovu sposobnost karakterizira količina otopljenog plina po jedinici volumena tekućine, razlikuje se za različite tekućine i mijenja se s povećanjem tlaka.

Relativni volumen plina otopljenog u tekućini dok se potpuno ne zasiti može se smatrati, prema Henryjevu zakonu, izravno proporcionalnim tlaku, odnosno:

gdje je V g volumen otopljenog plina, sveden na normalne uvjete (p 0 , T 0);
V W - volumen tekućine;
k - koeficijent topljivosti;
p je tlak tekućine.

Koeficijent k ima sljedeće vrijednosti na 20°C:

Kada se tlak smanji, plin otopljen u tekućini oslobađa se, štoviše, intenzivnije nego što se otapa u njoj. Ova pojava može negativno utjecati na rad hidrauličkih sustava.

Tkanina se može probušiti iglom, ali ne i olovkom (ako primijenite istu silu). Olovka i igla imaju različite oblike i stoga vrše nejednak pritisak na tkivo. Pritisak je sveprisutan. Aktivira mehanizme (vidi članak ""). Utječe na . vrše pritisak na površine s kojima dolaze u dodir. Atmosferski tlak utječe na vrijeme.uređaj za mjerenje atmosferskog tlaka -.

Što je pritisak

Kada tijelo djeluje okomito na svoju površinu, tijelo je pod pritiskom. Tlak ovisi o tome kolika je sila i o površini površine na koju sila djeluje. Na primjer, ako izađete na snijeg u običnim cipelama, možete propasti; to se neće dogoditi ako stavimo skije. Težina tijela je ista, ali je u drugom slučaju pritisak raspoređen na veću površinu. Što je veća površina, to je manji pritisak. Sob ima široka kopita - uostalom hoda po snijegu, a pritisak kopita na snijeg trebao bi biti što manji. Ako je nož oštar, sila se primjenjuje na površinu male površine. Tupi nož raspoređuje silu na veću površinu, pa stoga lošije reže. Jedinica tlaka - pascal(Pa) - dobio je ime po francuskom znanstveniku Blaiseu Pascalu (1623. - 1662.), koji je napravio mnoga otkrića u području atmosferskog tlaka.

Tlak tekućina i plinova

Tekućine i plinovi poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Za razliku od krutih tvari, tekućine i plinovi pritišću sve stijenke posude. Tlak tekućina i plinova usmjeren je u svim smjerovima. pritišće ne samo na dno, već i na zidove akvarija. Sam akvarij samo gura prema dolje. pritišće iznutra na nogometnu loptu u svim smjerovima, te je stoga lopta okrugla.

Hidraulički mehanizmi

Djelovanje hidrauličkih mehanizama temelji se na tlaku tekućine. Tekućina se ne komprimira, pa ako na nju primijenite silu, bit će prisiljena pomaknuti se. A kočnice rade na hidrauličkom principu. Smanjenje brzine staze postiže se uz pomoć pritiska kočione tekućine. Vozač pritisne papučicu, klip pumpa kočionu tekućinu kroz cilindar, zatim kroz cijev ulazi u druga dva cilindra i pritišće klipove. Klipovi pritišću kočione pločice na disk kotača. Rezultirajući usporava rotaciju kotača.

Pneumatski mehanizmi

Pneumatski mehanizmi djeluju zbog pritiska plinova - obično zraka. Za razliku od tekućina, zrak se može komprimirati, a zatim se njegov tlak povećava. Djelovanje udarnog čekića temelji se na činjenici da klip komprimira zrak unutar sebe do vrlo visokog tlaka. U udarnom čekiću komprimirani zrak pritišće rezač takvom snagom da se može izbušiti čak i kamen.

Aparat za gašenje pjenom je pneumatski uređaj koji pokreće komprimirani ugljični dioksid. Stiskanjem ručke oslobađate komprimirani ugljični dioksid u kanisteru. Plin velikom silom pritišće posebnu otopinu, istiskujući je u cijev i crijevo. Iz crijeva izlazi mlaz vode i pjene.

Atmosferski tlak

Atmosferski tlak nastaje težinom zraka iznad površine. Za svakoga četvorni metar zrak pritišće silom većom od težine slona. Blizu površine Zemlje, tlak je veći od visokog na nebu. Na visini od 10.000 metara gdje lete mlazni zrakoplov, tlak je mali, budući da neznatna zračna masa pritiska odozgo. U kabini zrakoplova održava se normalni atmosferski tlak kako bi ljudi mogli slobodno disati velika nadmorska visina. Ali čak i u kabini pod tlakom ljudi dobivaju začepljene uši kada je tlak niži od tlaka unutar ušne školjke.

Atmosferski tlak se mjeri u milimetrima žive. Kad se tlak promijeni, mijenja se i . Nizak tlak znači da nas očekuje pogoršanje vremena. Visok tlak donosi vedro vrijeme. Normalni tlak na razini mora je 760 mm (101 300 Pa). U danima uragana može pasti na 683 mm (910 Pa).

Predavanje 6. Elementi mehanike fluida.

CH. 6, st. 28-31

Plan predavanja

Tlak u tekućini i plinu.

Jednadžba kontinuiteta. Bernoullijeva jednadžba.

Viskoznost (unutarnje trenje). Laminarni i turbulentni režimi strujanja fluida.

Tlak u tekućini i plinu.

Molekule plina, krećući se nasumično, gotovo su ili uopće nisu povezane interakcijskim silama, stoga se slobodno kreću i, kao rezultat sudara, teže u svim smjerovima, ispunjavajući cijeli volumen koji im je dat, t.j. Volumen plina određen je volumenom posude koju plin zauzima.

Poput plina, tekućina poprima oblik posude u kojoj se nalazi, ali prosječna udaljenost između molekula ostaje gotovo konstantna, tako da volumen tekućine ostaje praktički nepromijenjen.

Iako se svojstva tekućina i plinova u mnogočemu razlikuju, u nizu mehaničkih pojava njihovo se ponašanje opisuje istim parametrima i identičnim jednadžbama. Stoga hidroaeromehanika - grana mehanike koja proučava kretanje tekućina i plinova, njihovu interakciju s čvrstim tvarima koje teku oko njih - koristi jedinstven pristup proučavanju tekućina i plinova.

Glavni zadaci suvremene hidroaeromehanike:

pronalaženje optimalnog oblika tijela koja se kreću u tekućinama ili plinovima;

optimalno profiliranje protočnih kanala raznih strojeva za plin i tekućinu;

odabir optimalnih parametara samih tekućina i plinova;

studija kretanja atmosferski zrak, morske i oceanske struje.

Doprinos domaćih znanstvenika:

Ako se tanka ploča stavi u tekućinu koja miruje, tada dijelovi tekućine koji se nalaze na suprotnim stranama djeluju na ploču silama , jednak modulu i usmjeren na mjesto S bez obzira na njegovu orijentaciju, jer prisutnost tangencijalnih sila pokrenula bi čestice tekućine.

Pritisak tekućine- Ovo fizička veličina, jednak omjeru normalne sile koja djeluje sa strane tekućine na određeno područje, prema ovom području.

1 Pa jednak je tlaku koji stvara sila od 1 N, jednoliko raspoređena po površini koja je normalna na nju s površinom od ​​1m 2.

Tlak u ravnoteži tekućina pokorava se Pascalov zakon: pritisak vanjskim silama na tekućinu (ili plin) prenosi se u svim smjerovima bez promjene.

hidrostatski tlak

- hidrostatički tlak

Prema dobivenoj formuli, sila pritiska na donje slojeve tekućine bit će veća nego na gornje, stoga na tijelo uronjeno u tekućinu djeluje sila uzgona, određena Arhimedovim zakonom.

Arhimedov zakon: na tijelo uronjeno u tekućinu (ili plin) djeluje sila uzgona usmjerena okomito prema gore i jednaka težini tekućine koju je tijelo istisnulo.

sila dizanja naziva se razlika između sile uzgona i sile teže.

.

Jednadžba kontinuiteta. Bernoullijeva jednadžba.

Jednadžba kontinuiteta.

Idealna tekućina- to je apstraktna tekućina koja nema viskoznost, toplinsku vodljivost, sposobnost naelektriziranja i magnetiziranja.

Takva aproksimacija je dopuštena za tekućinu niske viskoznosti. Protok tekućine naziva se stacionarnim ako vektor brzine u svakoj točki prostora ostaje konstantan.

Grafički je kretanje tekućina prikazano pomoću strujnih linija.

L vodovi za protok tekućine- to su linije, u čijoj je točki vektor brzine čestica tekućine usmjeren tangencijalno (slika 4).

Struje se crtaju na način da je broj linija povučenih kroz određenu jediničnu površinu,  prema strujanju, brojčano jednak ili proporcionalan brzini tekućine na određenom mjestu.

Dio tekućine omeđen strujnicama naziva se strujna cijev.

Jer brzina čestica tekućine usmjerena je tangencijalno na stijenke protočne cijevi, čestice tekućine ne napuštaju protočnu cijev, t.j. cijev - kao kruta konstrukcija. Protočne cijevi se mogu suziti ili širiti ovisno o brzini tekućine, iako će masa tekućine koja teče kroz određeni dio,  do svog protoka, biti konstantna tijekom određenog vremenskog razdoblja.

T .do. tekućina je nestlačiva, S 1 i S 2 proći će za  t iste mase tekućine (slika 5).

Jednadžba kontinuiteta mlaza ili Eulerov teorem.

Umnožak brzine strujanja nestlačivog fluida i površine presjek stalno ista strujna cijev.

T Teorem kontinuiteta se široko koristi u proračunima vezanim uz opskrbu motora tekućim gorivom kroz cijevi promjenjivog presjeka. Ovisnost brzine protoka o dijelu kanala kroz koji teče tekućina ili plin koristi se u dizajnu mlaznice raketnog motora. Na mjestu gdje se mlaznica sužava (slika 6.), brzina produkata izgaranja koji izlaze iz rakete naglo raste, a tlak pada, zbog čega nastaje dodatna sila potiska.

Bernoullijeva jednadžba.

P Neka se tekućina kreće u polju gravitacije na način da u danoj točki prostora veličina i smjer brzine tekućine ostaju konstantni. Takav tok se naziva stacionarnim. U stacionarnoj tekućini koja teče osim gravitacije djeluju i sile pritiska. Izdvojimo u stacionarnom toku dio potočne cijevi omeđen poprečnim presjecima S 1 i S 2 (sl.7)

Za vrijeme t, ovaj volumen će se kretati duž strujne cijevi i poprečnog presjeka S 1 pomaknut će se na poziciju 1", slijedeći putanju , a S 2 - do pozicije 2", prošavši stazu . Zbog kontinuiteta mlaza, dodijeljeni volumeni (i njihove mase) su isti:

,
.

Energija svake čestice fluida sastoji se od njezine kinetičke i potencijalne energije u polju Zemljinih gravitacijskih sila. Zbog stacionarnosti strujanja, čestica prolazi  t u bilo kojoj od točaka nezasjenjenog dijela razmatranog volumena, ima istu brzinu, pa stoga W do, koji je imao česticu koja se nalazila u istoj točki u početnom trenutku vremena. Stoga se promjena energije cijelog razmatranog volumena može izračunati kao razlika između energija zasjenjenih volumena V 1 i V 2 .

Uzmite presjek strujne cijevi i segmente
toliko mali da se svim točkama svakog zasjenjenog volumena može dodijeliti ista vrijednost brzine, pritiska i visine. Tada je energetski dobitak:

U idealnoj tekućini nema trenja, dakle  W treba biti jednaka radu sila pritiska na dodijeljenom volumenu:

(“-” jer je usmjerena u smjeru suprotnom kretanju )

,
,

,

Skratimo za V i preurediti članove:

,

sekcije S 1 i S 2 odabrani su proizvoljno, pa se može tvrditi da u bilo kojem dijelu strujne cijevi

(1)

Izraz (1) je Bernoullijeva jednadžba. U stacionarnom idealnom fluidu koji teče duž bilo koje strujnice, uvjet (1) je zadovoljen.

Za vodoravnu struju
,

Bernoullijeva jednadžba je prilično dobro zadovoljena za stvarne tekućine, u kojima unutarnje trenje nije jako veliko.

Smanjenje tlaka u točkama gdje je brzina strujanja veća je osnova za dizajn vodene mlazne pumpe.

Zaključci ove jednadžbe uzimaju se u obzir pri proračunu dizajna crpki za sustave za opskrbu motorima tekućim gorivom.

Viskoznost (unutarnje trenje). Laminarni i turbulentni režimi strujanja fluida.

Sila unutarnjeg trenja.

Viskoznost tekućine i plinovi naziva se njihovo svojstvo da se odupiru kretanju nekih slojeva u odnosu na druge.

Viskoznost je posljedica pojave sila unutarnjeg trenja između slojeva pokretnih tekućina i plinova elektromagnetskog porijekla.

Na Jednadžbu hidrodinamike viskozne tekućine ustanovio je Newton 1687. godine.

- modul sile unutarnjeg trenja

gradijent brzine pokazuje koliko se brzo mijenja brzina tijekom prijelaza iz sloja u sloj u smjeru z, okomito na smjer gibanja slojeva.

- viskoznost ili dinamička viskoznost.

fizičko značenje -

Vrijednost  ovisi o molekularnoj strukturi tvari i temperaturi:

Za plinove s porastom temperature  povećava, jer povećava se brzina kretanja molekula i povećava njihova interakcija. Kao rezultat, povećava se izmjena molekula između pokretnih slojeva plina, koji prenose zamah od sloja do sloja. Tako se spori slojevi ubrzavaju, a brzi slojevi usporavaju,  -povećava se.

U tekućinama, s povećanjem temperature, međumolekularna interakcija slabi i udaljenost između molekula se povećava,  - smanjuje se.

- koeficijent kinematičke viskoznosti

.

Viskoznost tekućina i plinova određuje se pomoću viskozimetara.

Viskoznost goriva određuje brzinu njegovog protoka kroz cjevovod, kao i količinu prijenosa topline tekućine ili plina na stijenke cjevovoda, stoga  goriva i rashladnih tekućina uzima se u obzir pri projektiranju sustava za opskrbu gorivom i sustava hlađenja motora.

Laminarni i turbulentni režimi strujanja.

Ovisno o brzini strujanja, strujanje tekućine ili plina može biti laminarno ili turbulentno.

laminarni tok(latinski "lamina" - traka) - strujanje u kojem se tekućina ili plin kreće u slojevima paralelnim sa smjerom strujanja, a ti se slojevi međusobno ne miješaju.

Laminarni tok je stacionaran, događa se ili na velikom  , ili za male .

turbulentan Strujanjem se naziva strujanje u kojem se u tekućini (ili plinu) stvaraju brojni vrtlozi različitih veličina, uslijed čega se tlak, gustoća i brzina strujanja kontinuirano mijenjaju.

Turbulentno strujanje je nestalno i prevladava u praksi.

Tlak - vrijednost jednaka omjeru sile koja djeluje okomito na površinu, naziva se tlakom. Jedinica za tlak je tlak koji stvara sila od 1N koja djeluje na površinu od 1m2 okomito na ovu površinu.

Stoga je za određivanje tlaka potrebno silu koja djeluje okomito na površinu podijeliti s površinom.

Poznato je da se molekule plina kreću nasumično. Tijekom svog kretanja sudaraju se jedni s drugima, kao i sa stijenkama posude u kojoj se nalazi plin. U plinu se nalazi mnogo molekula, pa je broj njihovih utjecaja vrlo velik. Iako je udarna sila pojedine molekule mala, djelovanje svih molekula na stijenke posude je značajno i stvara tlak plina. Dakle, pritisak plina na stijenke posude (i na tijelo smješteno u plin) uzrokovan je udarima molekula plina.

Kada se volumen plina smanji, njegov tlak raste, a kada se volumen poveća, tlak se smanjuje, pod uvjetom da masa i temperatura plina ostanu nepromijenjene.

U bilo kojoj tekućini molekule nisu čvrsto vezane, te stoga tekućina poprima oblik posude u koju se ulijeva. Poput krutih tvari, tekućina vrši pritisak na dno posude. No, za razliku od krutih tvari, tekućina također stvara pritisak na stijenke posude.

Da bismo objasnili ovaj fenomen, mentalno podijelimo stupac tekućine u tri sloja (a, b, c). Istodobno se može vidjeti da tlak postoji unutar same tekućine: tekućina je pod pritiskom gravitacije, a težina njenih gornjih slojeva djeluje na donje slojeve tekućine. Sila gravitacije koja djeluje na sloj a pritiska ga na drugi sloj b. Sloj b prenosi pritisak proizveden na njemu u svim smjerovima. Osim toga, gravitacija također djeluje na ovaj sloj, pritišćući ga uz treći sloj c. Stoga se treći dan povećava tlak, a najveći će biti na dnu posude.

Tlak unutar tekućine ovisi o njezinoj gustoći.

Tlak koji djeluje na tekućinu ili plin prenosi se bez promjene na svaku točku u volumenu tekućine ili plina. Ova izjava se zove Pascalov zakon.

Jedinica za tlak u SI je tlak koji stvara sila od 1N na površinu okomitu na nju površine 1m2. Ova jedinica se zove pascal (Pa).

Naziv jedinice tlaka dat je u čast francuskog znanstvenika Blaisea Pascala.

Blaise Pascal

Blaise Pascal - francuski matematičar, fizičar i filozof, rođen 19. lipnja 1623. godine. Bio je treće dijete u obitelji. Majka mu je umrla kad su mu bile samo tri godine. Godine 1632. obitelj Pascal napušta Clermont i odlazi u Pariz. Pascalov otac je imao dobro obrazovanje i odlučio ga izravno prenijeti svom sinu. Otac je odlučio da Blaise ne bi trebao studirati matematiku do 15. godine, a sve matematičke knjige su uklonjene iz njihovog doma. Međutim, Blaiseova znatiželja potaknula ga je da s 12 godina studira geometriju. Kad je njegov otac saznao, popustio je i dopustio Vlahu da proučava Euklida.

Blaise Pascal dao je značajan doprinos razvoju matematike, geometrije, filozofije i književnosti.

Pascal je u fizici proučavao barometarski tlak i hidrostatiku.

Na temelju Pascalovog zakona lako je objasniti sljedeći eksperiment.

Uzimamo loptu sa raznim mjestima uske rupe. Na kuglu je pričvršćena cijev u koju je umetnut klip. Ako uvučete vodu u loptu i gurnete klip u cijev, tada će voda teći iz svih rupa na kugli. U ovom eksperimentu klip pritišće površinu vode u cijevi.

Pascalov zakon

Čestice vode ispod klipa, kondenzirajući, prenose svoj pritisak na druge slojeve koji leže dublje. Tako se pritisak klipa prenosi na svaku točku tekućine koja ispunjava loptu. Kao rezultat toga, dio vode se istiskuje iz lopte u obliku potoka koji istječu iz svih rupa.

Ako je kuglica ispunjena dimom, onda kada se klip gurne u cijev, pramenovi dima će početi izlaziti iz svih rupa na kugli. To potvrđuje (da plinovi također prenose tlak koji se na njih stvara u svim smjerovima jednako). Dakle, iskustvo pokazuje da unutar tekućine postoji pritisak i da je na istoj razini isti u svim smjerovima. Tlak raste s dubinom. Po tome se plinovi ne razlikuju od tekućina.

Pascalov zakon vrijedi za tekućine i plinove. Međutim, ne uzima u obzir jednu važnu okolnost – postojanje težine.

U zemaljskim uvjetima to se ne smije zaboraviti. Također teži vodu. Stoga je jasno da će dva mjesta koja se nalaze na različitim dubinama pod vodom doživjeti različite pritiske.

Tlak vode, zbog svoje gravitacije, naziva se hidrostatskim.

U kopnenim uvjetima zrak najčešće pritišće slobodnu površinu tekućine. Tlak zraka naziva se atmosferski. Tlak na dubini je zbroj atmosferskog i hidrostatskog.

Ako dvije posude različitih oblika, ali s istim vodostajima u njima povezanim cijevi, tada voda neće prelaziti iz jedne posude u drugu. Takav prijelaz bi se mogao dogoditi kada bi tlakovi u posudama bili različiti. Ali to nije tako, a u komunikacijskim posudama, bez obzira na njihov oblik, tekućina će uvijek biti na istoj razini.

Na primjer, ako su razine vode u komunikacijskim posudama različite, tada će se voda početi kretati i razine će postati jednake.

Tlak vode je mnogo veći od tlaka zraka. Na dubini od 10 m voda pritišće 1 cm2 dodatnom silom od 1 kg na atmosferski tlak. Na dubini od kilometra - sa silom od 100 kg po 1 cm2.

Ocean na nekim mjestima ima dubinu veću od 10 km. Sile pritiska vode na takvim dubinama su iznimno velike. Komadi drva, spušteni na dubinu od 5 km, zbijeni su ovim golemim pritiskom toliko da nakon takvog > tonu u bačvi vode, kao cigle.

Ovaj golemi pritisak stvara velike prepreke istraživačima morskog života. Dubokovodni spuštanja izvode se u čeličnim kuglicama - takozvanim batisferama, odnosno batiskafima, koje moraju izdržati pritisak iznad 1 tone po 1 cm2.

Podmornice, s druge strane, tonu samo do dubine od 100-200m.

Tlak tekućine na dnu posude ovisi o gustoći i visini stupca tekućine.

Izmjerite tlak vode na dnu čaše. Naravno, dno stakla se deformira pod djelovanjem sila pritiska, a znajući količinu deformacije, mogli bismo odrediti veličinu sile koja je to izazvala i izračunati pritisak; ali je ta deformacija toliko mala da ju je praktički nemoguće izravno izmjeriti. Budući da je po deformaciji danog tijela prikladno suditi o pritisku koji na njega vrši tekućina samo u slučaju kada su deformacije točno velike, onda za praktična definicija tlak tekućine, koriste se posebni instrumenti - manometri, kod kojih deformacija ima relativno veliku, lako mjerljivu vrijednost. Najjednostavniji membranski manometar je uređen na sljedeći način. Tanka elastična membranska ploča - hermetički zatvara praznu kutiju. Pokazivač je pričvršćen na membranu, koji se okreće oko osi. Kada je uređaj uronjen u tekućinu, membrana se savija pod djelovanjem sila pritiska, a njezin otklon se u povećanom obliku prenosi na kazaljku koja se kreće duž ljestvice.

manometar

Svaki položaj pokazivača odgovara određenom otklonu membrane i, posljedično, određenoj sili pritiska na membranu. Poznavajući površinu membrane, moguće je prijeći sa sila pritiska na same pritiske. Tlak možete izravno izmjeriti ako prethodno kalibrirate manometar, odnosno odredite koji tlak odgovara određenom položaju pokazivača na skali. Da biste to učinili, morate izložiti mjerač tlaka djelovanju pritisaka čija je vrijednost poznata i, primijetivši položaj pokazivača, zapišite odgovarajuće brojeve na ljestvici uređaja.

Zračna ljuska koja okružuje Zemlju naziva se atmosfera. Atmosfera prikazana promatranjima leta umjetni sateliti Zemlja, proteže se do visine od nekoliko tisuća kilometara. Živimo na dnu ogromnog zračnog oceana. Površina Zemlje je dno ovog oceana.

Zbog djelovanja gravitacije, gornji slojevi zraka, poput oceanske vode, sabijaju donje slojeve. Najviše je komprimiran zračni sloj koji se nalazi neposredno uz Zemlju i, prema Pascalovom zakonu, prenosi na njega proizvedeni tlak u svim smjerovima.

Kao rezultat toga, Zemljina površina i tijela koja se na njoj nalaze doživljavaju pritisak cijele debljine zraka, ili, kako se obično kaže, doživljavaju atmosferski tlak.

Atmosferski tlak nije tako mali. Na svaki kvadratni centimetar površine tijela djeluje sila od oko 1 kg.

Razlog atmosferskog tlaka je očigledan. Kao i voda, zrak ima težinu, što znači da vrši pritisak jednak (kao i za vodu) težini stupca zraka iznad tijela. Što se više penjemo na planinu, to će manje zraka biti iznad nas, što znači da će i atmosferski tlak biti manji.

Za znanstvene i svakodnevne svrhe, morate znati mjeriti tlak. Da biste to učinili, postoje posebni uređaji - barometri.

Barometar

Nije teško napraviti barometar. Živa se ulijeva u cijev zatvorenu na jednom kraju. Stegnuvši otvoreni kraj prstom, cijev se prevrne i otvoreni kraj uroni u čašicu žive. U tom slučaju, živa u cijevi se spušta, ali ne izlijeva van. Prostor iznad žive u cijevi nesumnjivo je bez zraka. Živa se održava u cijevi tlakom vanjskog zraka.

Bez obzira na veličinu čašice žive, bez obzira na promjer cijevi, živa se uvijek penje na približno istu visinu - 76 cm.

Ako uzmemo cijev kraću od 76 cm, tada će ona biti potpuno ispunjena živom i nećemo vidjeti prazninu. Stup žive 76 cm visok pritišće postolje jednakom snagom kao i atmosfera.

Jedan kilogram po kvadratnom centimetru je normalni atmosferski tlak.

Brojka 76 cm znači da je takav stup žive balansiran stupcem zraka cijele atmosfere koji se nalazi iznad istog područja.

Najviše se može dati barometrijska cijev raznim oblicima, važno je samo jedno: jedan kraj cijevi mora biti zatvoren tako da nema zraka iznad površine žive. Atmosferski tlak djeluje na drugu razinu žive.

Živin barometar može mjeriti atmosferski tlak s vrlo velikom točnošću. Naravno, nije potrebno uzimati živu, prikladna je i bilo koja druga tekućina. Ali živa je najteža tekućina, a visina stupca žive pri normalnom tlaku bit će najmanja.

Za mjerenje tlaka koriste se različite jedinice. Često jednostavno označavaju visinu stupca žive u milimetrima. Na primjer, kažu da je danas tlak iznad norme, jednak je 768 mm Hg. Umjetnost.

Tlak na 760 mm Hg. Umjetnost. ponekad se naziva i fizička atmosfera. Tlak od 1 kg/cm2 naziva se tehnička atmosfera.

Živin barometar nije posebno zgodan instrument. Nepoželjno je ostavljati površinu žive izloženom (živena para je otrovna), osim toga uređaj nije prenosiv.

Ovi nedostaci nisu prisutni u metalnim barometrima - aneroidima.

Svatko je vidio takav barometar. Ovo je mala okrugla metalna kutija sa skalom i strelicom. Vrijednosti tlaka su označene na ljestvici, obično u centimetrima žive.

Iz metalna kutija zrak se izbacuje. Poklopac kutije drži na mjestu snažna opruga, jer bi ga inače ugurao atmosferski tlak. Kada se tlak promijeni, poklopac se ili savija ili strši. Na poklopac je spojena strelica i to na način da kada se pritisne, strelica ide udesno.

Takav se barometar kalibrira uspoređivanjem njegovih očitanja sa živom.

Ako želite znati tlak, ne zaboravite prstom kucnuti barometar. Kazaljka brojčanika doživljava veliko trenje i obično se zaglavi na >.

Jednostavan uređaj, sifon, temelji se na atmosferskom tlaku.

Vozač želi pomoći svom prijatelju, kojem je ponestalo benzina. Kako ispustiti benzin iz rezervoara vašeg automobila? Nemojte ga naginjati kao čajnik.

U pomoć dolazi gumena cijev. Jedan njegov kraj spušta se u spremnik za plin, a s drugog kraja se ustima isisava zrak. Zatim brzi pokret - otvoreni kraj se stegne prstom i postavi na visinu ispod spremnika za plin. Sada se prst može oduzeti - benzin će izliti iz crijeva.

Zakrivljena gumena cijev je sifon. Tekućina se u ovom slučaju kreće iz istog razloga kao u ravnoj nagnutoj cijevi. U oba slučaja tekućina na kraju teče prema dolje.

Da bi sifon radio, neophodan je atmosferski tlak: on je > tekući i ne dopušta da stupac tekućine u cijevi pukne. Kad ne bi bilo atmosferskog tlaka, kolona bi pukla na prolaznoj točki, a tekućina bi se kotrljala u obje posude.

tlačni sifon

Sifon počinje raditi kada tekućina u desnom (da tako kažem, >) koljenu padne ispod razine pumpane tekućine u koju se spusti lijevi kraj cijevi. U suprotnom, tekućina će se vratiti.

U praksi se za mjerenje atmosferskog tlaka koristi metalni barometar koji se zove aneroid (u prijevodu s grčkog – bez tekućine. Barometar se tako zove jer ne sadrži živu).

Atmosferu zajedno drži gravitacija koja djeluje sa Zemlje. Pod djelovanjem te sile gornji slojevi zraka pritišću donje, pa je sloj zraka uz Zemlju najkomprimiraniji i najgušći. Taj se pritisak, u skladu s Pascalovim zakonom, prenosi u svim smjerovima i djeluje na sva tijela na Zemlji i na njezinoj površini.

Debljina sloja zraka koji pritišće Zemlju opada s visinom, dakle, smanjuje se i tlak.

Mnogi fenomeni upućuju na postojanje atmosferskog tlaka. Ako se staklena cijev sa spuštenim klipom stavi u posudu s vodom i lagano podigne, tada voda prati klip. Atmosfera pritišće površinu vode u posudi; prema Pascalovom zakonu, taj se tlak prenosi na vodu ispod staklene cijevi i tjera vodu prema gore, prateći klip.

Više drevna civilizacija bile su poznate usisne pumpe. Uz njihovu pomoć bilo je moguće podići vodu na znatnu visinu. Voda je iznenađujuće poslušno pratila klip takve pumpe.

Antički filozofi razmišljali su o razlozima za to i došli do tako promišljenog zaključka: voda prati klip jer se priroda boji praznine, stoga između klipa i vode nema slobodnog prostora.

Priča se da je majstor izgradio usisnu pumpu za vrtove vojvode od Toskane u Firenci, čiji je klip trebao uvlačiti vodu na visinu veću od 10 metara. Ali koliko god se trudili sisati vodu ovom pumpom, ništa nije išlo. Na 10m se voda podigla iza klipa, zatim se klip udaljio od vode i nastala je upravo ta praznina koje se priroda boji.

Kada su se obratili Galileju sa zahtjevom da im objasni razlog neuspjeha, on je odgovorio da priroda doista ne voli prazninu, ali do određene granice. Galileov učenik Torricelli očito je iskoristio ovaj incident kao izgovor za izvođenje svog slavnog eksperimenta s cijevi ispunjenom živom 1643. godine. Upravo smo opisali ovaj eksperiment – ​​izrada živinog barometra je Torricellijev pokus.

Uzimajući cijev s visinom većom od 76 mm, Torricelli je stvorio prazninu iznad žive (često se naziva po Torricellijevoj praznini) i tako dokazao postojanje atmosferskog tlaka.

Tim iskustvom Torricelli je razriješio zbunjenost gospodara vojvode od Toskane. Doista, jasno je koliko metara će voda poslušno pratiti klip usisne pumpe. Ovo kretanje će se nastaviti sve dok stup vode površine 1 cm2 ne postane jednak težini 1 kg. Takav stup vode imat će visinu od 10 m. Zato se priroda boji praznine. ali više od 10m.

Godine 1654., 11 godina nakon otkrića Torricellija, učinak atmosferskog tlaka jasno je pokazao magdeburški burgomajstor Otto von Guericke. Slava je autoru donijela ne toliko fizičku bit iskustva koliko teatralnost njegove produkcije.

Dvije bakrene hemisfere bile su povezane O-prstenom. Kroz slavinu pričvršćenu na jednu od hemisfera, iz sastavljene kuglice ispumpan je zrak, nakon čega je bilo nemoguće odvojiti hemisfere. Očuvan Detaljan opis Guerickeovo iskustvo. Atmosferski tlak na hemisferama sada se može izračunati: s kuglom promjera 37 cm, sila je bila otprilike jedna tona. Kako bi odvojila hemisfere, Gerike je naredila da upregnu dvije osmice konja. Užad je prošao do pojasa, provučen kroz prsten, pričvršćen za hemisfere. Konji nisu mogli odvojiti hemisfere.

Snaga osam konja (točnije osam, a ne šesnaest, budući da se druga osam, upregnuta za pojačavanje učinka, mogla zamijeniti udicom zabijenom u zid, uz zadržavanje iste sile koja djeluje na hemisfere) nije bila dovoljna da se razbije Magdeburške hemisfere.

Ako između dva tijela u dodiru postoji prazna šupljina, tada se ta tijela neće raspasti zbog atmosferskog tlaka.

Na razini mora vrijednost atmosferskog tlaka obično je jednaka tlaku stupca žive visoke 760 mm.

Mjerenjem atmosferskog tlaka barometrom može se ustanoviti da on opada s povećanjem visine iznad Zemljine površine (za oko 1 mm Hg pri porastu visine za 12m). Također, promjene atmosferskog tlaka povezane su s promjenama vremena. Na primjer, povećanje atmosferskog tlaka povezano je s početkom vedrog vremena.

Vrijednost atmosferskog tlaka vrlo je važna za predviđanje vremena za nadolazeće dane, budući da su promjene atmosferskog tlaka povezane s promjenama vremena. barometar - potrebnog uređaja u meteorološkim promatranjima.

Oscilacije tlaka zbog vremenskih uvjeta vrlo su nepravilne. Nekada se smatralo da samo jedan pritisak određuje vrijeme. Stoga se natpisi i dalje stavljaju na barometre: vedro, suho, kiša, oluja. Ima čak i natpis: >.

Promjene tlaka igraju veliku ulogu u vremenskim promjenama. Ali ova uloga nije odlučujuća.

Smjer i jačina vjetra povezani su s raspodjelom atmosferskog tlaka.

Pritisak u razna mjesta zemljina površina nije ista, a jači pritisak > zraka na mjesta s nižim tlakom. Čini se da bi vjetar trebao puhati u smjeru okomitom na izobare, odnosno tamo gdje tlak najbrže pada. Međutim, karte vjetrova pokazuju drugačije. Coriolisova sila ometa tlak zraka i uvodi njegovu korekciju, što je vrlo značajno.

Kao što znamo, na svako tijelo koje se kreće na sjevernoj hemisferi utječe Coriolisova sila usmjerena udesno u kretanju. To vrijedi i za čestice zraka. Istisnuta s mjesta većeg tlaka na mjesta gdje je manji tlak, čestica bi se trebala kretati po izobarama, ali je Coriolisova sila odbija udesno, a smjer vjetra tvori kut od oko 45 stupnjeva sa smjerom izobare.

nevjerojatno veliki učinak za tako malu snagu. To se objašnjava činjenicom da je ometanje djelovanja Coriolisove sile - trenja zračnih slojeva - također vrlo neznatno.

Još zanimljiviji je utjecaj Coriolisove sile na smjer vjetrova u > i > tlaku. Uslijed djelovanja Coriolisove sile, zrak, udaljavajući se od > tlaka, ne struji u svim smjerovima po polumjerima, već se kreće po zakrivljenim linijama – spiralama. Ovi spiralni tokovi zraka uvijaju se u istom smjeru i stvaraju kružni vrtlog u području pritiska koji pomiče zračne mase u smjeru kazaljke na satu.

Ista stvar se događa u području niskog tlaka. U nedostatku Coriolisove sile, zrak bi u ovo područje strujao jednoliko duž svih polumjera. Međutim, zračne mase usput skreću udesno.

Vjetrovi u okolici niski pritisak nazivaju se cikloni, vjetrovi u tom području visokotlačni nazivaju anticikloni.

Nemojte misliti da svaka ciklona znači uragan ili oluju. Prolazak ciklona ili anticiklona kroz grad u kojem živimo uobičajena je pojava, međutim, uglavnom povezana s promjenjivim vremenom. U mnogim slučajevima približavanje ciklone znači početak lošeg vremena, a približavanje anticiklone znači početak lijepog vremena.

Ipak, nećemo krenuti putem prognostičara.