Formula tlaka stupca tekućine ili plina. Fizikalna svojstva tekućina i plinova

Pascalov zakon tlaka otkrio je u 17. stoljeću francuski znanstvenik Blaise Pascal, po kojem je i dobio ime. Tekst ovog zakona, njegovo značenje i primjena u Svakidašnjica detaljno obrađeno u ovom članku.

Bit Pascalovog zakona

Pascalov zakon – pritisak koji se vrši na tekućinu ili plin prenosi se na svaku točku tekućine ili plina bez promjene. Odnosno, prijenos pritiska u svim smjerovima je isti.

Ovaj zakon vrijedi samo za tekućine i plinove. Činjenica je da molekule tekućine i plinovite tvari Pod pritiskom se ponašaju sasvim drugačije od molekula čvrste tvari. Njihovo kretanje je drugačije. Ako se molekule tekućine i plina kreću relativno slobodno, onda molekule čvrstih tvari nemaju takvu slobodu. Oni samo lagano osciliraju, blago odstupajući od svog prvotnog položaja. A zbog relativno slobodnog kretanja molekula plina i tekućine, vrše pritisak u svim smjerovima.

Formula i osnovna vrijednost Pascalovog zakona

Glavna veličina u Pascalovom zakonu je pritisak. Mjeri se u paskali (Pa). Pritisak (P)- stav sila (F), koji djeluje na plohu okomito na svoju Kvadrat (S). posljedično: P=F/S.

Značajke tlaka plina i tekućine

Nalazeći se u zatvorenoj posudi, najsitnije čestice tekućina i plinova - molekule - udaraju o stijenke posude. Budući da su te čestice pokretne, mogu se kretati s mjesta s višim tlakom na mjesto s niskim tlakom, t.j. u kratkom vremenu postaje jednoličan po cijeloj površini zauzete posude.

Za bolje razumijevanje zakona možete provesti eksperiment. Idemo uzeti balon i napunite ga vodom. Zatim tankom iglom napravimo nekoliko rupa. Rezultat vas neće natjerati da čekate. Voda će početi istjecati iz rupa, a ako se kuglica pritisne (tj. pritisne se), tada će se pritisak svakog mlaza povećati za koliko puta, bez obzira na to gdje je točno pritisak primijenjen.

Isti pokus može se napraviti i s Pascalovom loptom. Ovaj okrugla lopta s postojećim rupama na koje je pričvršćen klip.

Riža. 1. Blaise Pascal

Određivanje tlaka tekućine na dnu posude odvija se prema formuli:

p=P/S=gpSh/s

p=gρ h

• g- ubrzanje slobodan pad,
• ρ - gustoća tekućine (kg/m3)
• h- dubina (visina stupca tekućine)
• str je tlak u pascalima.

Pod vodom tlak ovisi samo o dubini i gustoći tekućine. Odnosno, u moru ili oceanu, gustoća će biti veća s većim uranjanjem.

Riža. 2. Pritisak na različitim dubinama

Primjena zakona u praksi

Mnogi zakoni fizike, uključujući Pascalov zakon, primjenjuju se u praksi. Primjerice, običan vodovod ne bi mogao funkcionirati da u njemu ne djeluje ovaj zakon. Uostalom, molekule vode u cijevi kreću se nasumično i relativno slobodno, što znači da je pritisak koji se vrši na stijenke vodovodne cijevi svugdje isti. Raditi hidraulička preša također se temelji na zakonima gibanja i ravnoteže tekućina. Preša se sastoji od dva međusobno povezana cilindra s klipovima. Prostor ispod klipova ispunjen je uljem. Ako sila F 2 djeluje na manji klip površine S 2 , tada sila F 1 djeluje na veći klip površine S 1 .

Riža. 3. Hidraulična preša

Također možete eksperimentirati sa sirovim i kuhano jaje. Ako oštar predmet, na primjer, dugi nokat, prvo probije jedan, a zatim drugi, rezultat će biti drugačiji. Proći će tvrdo kuhano jaje od noktiju, a sirovo će se razbiti u komadiće, jer za sirovo jaje Pascalov zakon će vrijediti, ali ne za onaj cool.

Pascalov zakon kaže da je tlak u svim točkama tekućine u mirovanju isti, odnosno: F 1 /S 1 = F 2 /S 2, odakle je F 2 /F 1 = S 2 /S 1.

Sila F 2 je onoliko puta veća od sile F 1, koliko je puta površina većeg klipa više površine mali.

Što smo naučili?

Glavna vrijednost Pascalovog zakona, koji se proučava u 7. razredu, je tlak, koji se mjeri u Pascalima. Za razliku od krutih tvari, plinovite i tekuće tvari na isti način vrše pritisak na stijenke posude u kojoj se nalaze. Razlog tome su molekule koje se slobodno i nasumično kreću u različitim smjerovima.

Tematski kviz

Procjena izvješća

Prosječna ocjena: 4.6. Ukupno primljenih ocjena: 444.

Molekule plina, čineći nasumično, kaotično gibanje, nisu vezane ili vrlo slabo vezane interakcijskim silama, stoga se slobodno kreću i, kao rezultat sudara, imaju tendenciju raspršivanja u svim smjerovima, ispunjavajući cijeli volumen koji im je na raspolaganju, tj. volumen plina određen je volumenom posude koju plin uzima.

Poput plina, tekućina poprima oblik posude u kojoj je zatvorena. Ali u tekućinama, za razliku od plinova, prosječna udaljenost između molekula ostaje gotovo konstantna, pa tekućina ima gotovo konstantan volumen.

Iako se svojstva tekućina i plinova u mnogočemu razlikuju, u nizu mehaničkih pojava njihovo je ponašanje određeno istim parametrima i identičnim jednadžbama. Stoga hidroaeromehanika - grana mehanike koja proučava ravnotežu i kretanje tekućina i plinova, njihovu interakciju između njih samih i čvrstih tijela oko kojih teče - koristi jedinstven pristup za proučavanje tekućina i plinova.

U mehanici, s visokim stupnjem točnosti, tekućine i plinovi se smatraju kontinuiranim, kontinuirano raspoređenim u dijelu prostora koji zauzimaju. Gustoća tekućine malo ovisi o tlaku. Gustoća plinova značajno ovisi o tlaku. Iz iskustva je poznato da se kompresibilnost tekućine i plina u mnogim problemima može zanemariti i koristiti jedinstveni koncept nestlačive tekućine. - tekućina čija je gustoća posvuda ista i ne mijenja se s vremenom.

Ako se tanka ploča stavi u tekućinu koja miruje, tada će dijelovi tekućine koji se nalaze na suprotnim stranama djelovati na svaki njezin element Δ S sa silama Δ, koje će, bez obzira na to kako je ploča orijentirana, jednake po apsolutnoj vrijednosti i usmjerene okomito na područje Δ S, budući da bi prisutnost tangencijalnih sila pokrenula čestice tekućine.

Fizička veličina određena normalnom silom F n koji djeluje sa strane tekućine po jedinici površine naziva se pritisak tekućina ( p = F n/ S).

Jedinica za tlak je Pascal (Pa): 1 Pa je jednak tlaku koji stvara sila od 1 N, jednoliko raspoređena na površini od 1 m 2 koja je normalna na nju.

Nesistemske jedinice tlaka su 1 Bar = 10 5 Pa, 1 fizička atmosfera (1 atm = 760 mm Hg, gdje je 1 mm Hg = 133 Pa).

Tlak u ravnoteži tekućina (plinova) pokorava se Pascalov zakon: tlak na bilo kojem mjestu tekućine u mirovanju jednak je u svim smjerovima, a tlak se jednako prenosi na cijeli volumen koji zauzima tekućina u mirovanju.

Razmotrimo kako težina tekućine utječe na raspodjelu tlaka unutar nestlačive tekućine u mirovanju. Kada je tekućina u ravnoteži, horizontalni tlak je uvijek isti, inače ne bi bilo ravnoteže. Stoga je slobodna površina tekućine koja miruje uvijek horizontalna udaljena od stijenki posude. Ako je tekućina nestlačiva, tada je njezina gustoća neovisna o tlaku. Zatim za presjek S stupca tekućine, njegova visina h i gustoće ρ težina P = ρgSh, a pritisak na donju bazu

p = P/S = ρgSh/S = ρgh, (6.1)

tj. tlak se linearno mijenja s visinom. Pritisak ρgh pozvao hidrostatski tlak.

Prema formuli (6.1), sila pritiska na donje slojeve tekućine bit će veća nego na gornje, stoga na tijelo uronjeno u tekućinu djeluje sila uzgona, određena prema Arhimedov zakon: na tijelo uronjeno u tekućinu (plin), iz te tekućine djeluje sila uzgona prema gore, jednaka težini tekućine (plina) koju je tijelo istisnulo:

F A = ​​ρgV,

gdje ρ je gustoća tekućine, V- volumen tijela uronjenog u tekućinu.

Jednadžba kontinuiteta

Kretanje tekućina naziva se teći, i skup čestica pokretne tekućine - teći. Grafički je kretanje tekućina prikazano pomoću trenutne linije, koji su povučeni tako da se tangente na njih poklapaju u smjeru s vektorom uskoro tekućina na odgovarajućim točkama u prostoru (slika 6.1). Linije strujanja su nacrtane na način da je njihova gustoća, koju karakterizira omjer broja linija i površine okomitog na njih, kroz koji prolaze, veća tamo gdje je brzina strujanja tekućine veća, a manje gdje tekućina teče sporije. Dakle, prema obrascu strujnih linija, može se suditi o smjeru i modulu brzine u različite točke prostor, tj. moguće je odrediti stanje gibanja fluida. Linije strujanja u tekućini mogu se "otkriti", na primjer, miješanjem bilo kakvih vidljivih suspendiranih čestica u nju.

Dio tekućine omeđen strujnicama naziva se strujna cijev. Protok tekućine naziva se uspostavljena(ili stacionarni), ako se oblik i položaj strujnica, kao i vrijednosti brzina u svakoj od njegovih točaka ne mijenjaju s vremenom. Razmotrimo bilo koju strujnu cijev. Biramo dva njegova odjeljka S 1 i S 2 , okomito na smjer brzine (sl.6.2).

Tijekom vremena Δ t kroz odjeljak S volumen tekućine prolazi SυΔ t; dakle, u 1s kroz S 1 će proći volumen tekućine S 1 υ 1 , gdje υ 1 - S jedan . Kroz dionicu S 2 za 1 s će proći volumen tekućine S 2 υ 2 , gdje υ 2 - brzina strujanja fluida na poprečnom presjeku S 2 . Ovdje se pretpostavlja da je brzina tekućine u presjeku konstantna. Ako je tekućina nestlačiva ( ρ = const), zatim kroz odjeljak S 2 će proći isti volumen tekućine kao kroz presjek S 1 , tj.

S 1 υ 1 = S 2 υ 2 = konst . (6.2)

Prema tome, umnožak brzine strujanja nestlačivog fluida i poprečni presjek strujna cijev je konstantna vrijednost za danu strujnu cijev. Relacija (6.2) se zove jednadžba kontinuiteta za nestlačivu tekućinu.

Jedan od važnih parametara koji na različite načine karakterizira tri osnovna agregatna stanja tvari (plin, kruto i tekuće) je tlak. Članak se bavi glavnim pitanjima fizike tlaka krutih tijela, tekućina i plinova.

Tri agregatna stanja materije

Prije nego što prijeđemo na pitanje tlaka u fizici, definirajmo kruto, tekuće i plinovita tijela, koji su glavni načini postojanja materije na našem planetu.

Čvrsto tijelo praktički ne pokazuje fluidnost, a ta činjenica karakterizira glavnu razliku između krutih tvari i tekućina i plinova. Čestice (molekule, atomi) koje čine čvrsto tijelo nalaze se u određenim prostornim položajima i vrlo ih rijetko mijenjaju. Zato svako djelovanje vanjske sile na čvrsto tijelo dovodi do pojave u njemu suprotstavljenih sila koje teže održavanju oblika i volumena.

Tekućine i plinovi su fluidna stanja tvari, odnosno čak i minimalan utjecaj vanjske sile na njih dovest će do promjene njihovog oblika. I u tekućinama i u plinovima, čestice od kojih se sastoje nemaju fiksno mjesto u prostoru i neprestano skaču iz jednog položaja u drugi. Ta se stanja fluida međusobno razlikuju po sili interakcije između svojih čestica. Dakle, u tekućinama sila interakcije između atoma i molekula, iako je red veličine manja od one u krutini, i dalje ostaje značajna kako bi se održao volumen koji zauzima tekućina. To znači da su tekućine praktički nestlačive. U plinovima se sila interakcije između čestica koje ih tvore može zanemariti, stoga plinovi uvijek zauzimaju proizvoljno velik volumen koji im je na raspolaganju.

Imajte na umu da postoji i četvrto stanje tvari - plazma, koja je po svojim svojstvima slična plinu, ali se od nje razlikuje po tome što su njezine karakteristike u velikoj mjeri određene magnetskim i električnim efektima. Većina materije u svemiru je u stanju plazme.

Pojam tlaka u fizici

Da bismo razumjeli što je pritisak, prvo je potrebno razmotriti pojam sile. U fizici se sila shvaća kao intenzitet udara ili interakcije između tijela. Na primjer, kada se formulira drugi Newtonov zakon, sila se shvaća kao fizička veličina bilo koje prirode koja je sposobna dati neko ubrzanje tijelu konačne mase. U međunarodni sustav Jedinice sile mjere se u njutnima (N). Sila od 1 N može promijeniti brzinu tijela od 1 kg za 1 m u sekundi.

Tlak je veličina koja se definira kao okomita komponenta sile koja se odnosi na površinu određene površine, odnosno:

P - tlak, S - površina, F - sila.

Mjerenje tlaka u fizici provodi se u paskalima (Pa), 1 [Pa] = 1 [N] / 1 [m 2].

Ako sila F djeluje pod određenim kutom na površinu, tada je za izračunavanje tlaka potrebno točno odrediti okomitu komponentu sile na ovu površinu. Sila koja djeluje tangencijalno na površinu ne stvara nikakav pritisak.

Čvrste tvari i tlak

Budući da je za stvaranje tlaka potrebna sila i udarna površina, to je nemoguće u slučaju čvrstih tijela, budući da su u ravnotežnom stanju. Doista, svaka čestica u čvrstom tijelu zauzima određeni položaj, a rezultirajuća sila koja djeluje na tu česticu iz okoline je nula. Dakle, govoreći o fizici pritiska čvrstih tijela, oni misle na sudjelovanje vanjskih objekata s kojima ta tijela djeluju.

Na primjer, ako uzmete metalnu šipku i stavite je na pijesak većom ravninom, tada će ona početi stvarati određeni pritisak na površinu pijeska. Sada, ako se ista šipka stavi na pijesak s manjom ravninom, onda se vidi da će utonuti u pijesak do određene dubine. Razlog za ovu pojavu bit će različit pritisak koji metalna šipka vrši na pijesak u različitim položajima. Iz formule za tlak P = F/S može se vidjeti da je manje površine, veći pritisak stvara čvrsto tijelo na površini oslonca. U slučaju grede, sila F je ostala konstantna u svim njezinim položajima i bila je jednaka težini grede:

m i g su masa šipke i ubrzanje slobodnog pada.

Tlak u tekućinama

Budući da su plinovi i tekućine predstavnici fluidne tvari, fiziku tlaka u tekućinama i plinovima karakterizira činjenica da oba stanja tvari u bilo kojem beskonačno malom volumenu vrše isti pritisak u svim prostornim smjerovima. Međutim, ako razmatrani volumen ima neke konačne dimenzije, tada će za tekućine početi igrati ulogu sila gravitacije kojom gornji slojevi djeluju na donje. Ova sila dovodi do koncepta hidrostatskog tlaka.

U fizici, hidrostatski tlak definira se kao pritisak tekućine na tijelo uronjeno u nju. Taj se tlak izračunava po formuli:

P = ρ × g × h, gdje je

ρ i h su gustoća i dubina tekućine.

Tlak u plinovitim medijima

S obzirom na plinove, treba reći da je tlak u njima povezan isključivo s kaotičnim kretanjem atoma i molekula.

Pretpostavimo da se u nekoj posudi nalazi plin zatvoren. Budući da se njegove čestice kreću nasumično u svim smjerovima na isti način, kada dođu do stijenki posude, počet će ih udarati, odnosno stvarati pritisak. Naravno, udar jedne čestice stvorit će vrlo mali pritisak, ali ako uzmemo u obzir da tih čestica ima puno (reda Avogadrovog broja NA = 6,02 * 10 23), te da se kreću na velike brzine (reda 1.000 m/s), tada pritisak koji se vrši na stijenke posude poprima uočljive vrijednosti u praksi.

Za razliku od tekućina, čestice plina ne djeluju jedna na drugu (aproksimacija idealnog plina), pa govorimo o tlaku gornjih slojeva plin do dna nema smisla.

O čemu ovisi tlak u plinu?

Poznavajući prirodu pojave tlaka u plinovima, može se pretpostaviti da ako se poveća broj udaraca čestica na stijenke posude, a jačina tih udara raste, tada bi se tlak trebao povećati. S tim u vezi, sljedeći čimbenici određuju promjenu tlaka plina.

• Koncentracija čestica. Može se povećati smanjenjem volumena koji zauzima plin. Pri konstantnoj temperaturi promjena volumena bit će obrnuto proporcionalna tlaku.
• Temperatura. Budući da ova veličina određuje kinetičku energiju čestica plina, njezino povećanje s ostalim konstantnim parametrima sustava dovest će do povećanja tlaka.

Pritisak zemljine atmosfere

Budući da je atmosfera našeg planeta mješavina plinova (uglavnom dušika i kisika), fizika atmosferskog tlaka neće se ni na koji način razlikovati od fizike opisa ove količine za plinove. Dakle, na površini Zemlje tlak zraka iznosi 101 325 Pa ili 100 kPa, što odgovara tlaku od 760 mm Hg.

S povećanjem nadmorske visine koncentracija molekula zraka počinje opadati, kako se gravitacija smanjuje, a već na visini Mount Everesta (8.848 m) tlak zraka pada na 34 kPa, što je 1/3 tog tlaka na razini mora. Takav pad atmosferskog tlaka ozbiljna je prijetnja ljudskom životu.

Primjer rješenja problema

Svako rješenje problema u fizici za tlak provodi se pomoću formula i koncepata o kojima se raspravlja u članku. Navedimo primjer rješavanja jednog od ovih problema.

U praktične svrhe, atmosferski tlak u fizici se obično izražava u milimetrima žive. Koliki je tlak u milimetrima žive na vrhu Everesta?

Iz navedenih podataka poznato je da se na vrhu visoka planina svjetski zračni tlak je 34 kPa. Da bismo odredili koliko visok stupac žive mora biti da bi uravnotežio ovaj atmosferski tlak, koristimo formulu za hidrostatski tlak:

P = ρ × g × h,

h = P / (ρ × g), gdje je

ρ \u003d 13 540 kg / m 3 - gustoća žive,

g \u003d 9,81 m / s 2.

Zamjena u formulu poznate vrijednosti, dobivamo:

h = 0,256 m = 256 mm.

Ovaj problem bi se mogao riješiti na drugi način. Znajući da je u blizini površine planeta tlak zraka 101 kPa, a to odgovara tlaku od 760 mm živinog stupca, možete dobiti visinu živinog stupa na visini Everesta kroz jednostavnu proporciju:

h = 34 × 760 / 101 = 256 mm.

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 paskal (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 smještena 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 tlakova 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.

Zbog toga Zemljina površina i tijela na njoj 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 koje veličine uzeli šalicu 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.

Još 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.

Kažu da je jedan majstor sagradio 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 - potreban uređaj 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.

Kao što znate, sila gravitacije djeluje na sva tijela na Zemlji: čvrsta, tekuća i plinovita.
Razmotrite tekućine. Ulijte vodu u posudu s fleksibilnom membranom umjesto dna. Gledamo kako se gumeni film počinje spuštati. Lako je pogoditi da pod djelovanjem gravitacije težina stupca tekućine pritišće dno posude. Štoviše, što je viša razina izlivene tekućine, to se gumena membrana više rasteže. Nakon što se gumeno dno udubi, voda se zaustavlja (dolazi u ravnotežu), jer na vodu osim gravitacije djeluje i elastična sila gumene opne koja uravnotežuje silu pritiska vode na dno.
Razmislite da li tekućina pritišće stijenke posude? Uzmite posudu s rupama u bočnom zidu. Ulijmo vodu u to. I brzo otvorite rupe. Promatramo sliku vrlo sličnu iskustvu s Pascalovom loptom. Ali u isto vrijeme nismo vršili nikakav vanjski pritisak na tekućinu. Da bismo objasnili ovo iskustvo, potrebno je prisjetiti se Pascalovog zakona.
Svaki sloj tekućine, svaka molekula svojom težinom pritišće donje slojeve. Štoviše, prema Pascalovom zakonu, taj se pritisak prenosi u svim smjerovima i jednako, za razliku od čvrstih tijela, čija težina djeluje samo u jednom smjeru. Dakle, na niže slojeve tekućine u posudi djeluje velika količina tekućine molekule nego na gornjim – tlak u donjem dijelu posude je veći. I kao rezultat toga, pritisak vode iz donje rupe je mnogo veći.
Napravimo još jedan eksperiment. Stavimo tikvicu s dnom koji pada u veliku posudu s vodom. Da biste to učinili, prvo čvrsto pritisnite dno užetom. Kada je plovilo u vodi, možete otpustiti uže. Što je čvrsto pritisnulo dno na cilindričnu posudu? Dno posude je pritisnuto na stijenke tlaka vode, koji djeluje odozdo prema gore.
Sada polako i pažljivo počnite dodavati vodu u praznu posudu. Čim razine tekućine u obje posude postanu iste, dno će pasti sa posude.
Budući da su se sile tlaka vode unutar cilindra i izvana izjednačile, dno će se ponašati isto kao i u zraku – čim otpustimo uže, dno će zbog gravitacije otpasti.
U trenutku odvajanja, stup tekućine u posudi pritišće dno, a pritisak se prenosi odozdo prema gore na dno stupca tekućine iste visine, ali se nalazi u posudi.
Svi ovi pokusi mogu se izvesti i s drugim tekućinama. Rezultat će biti isti.
Empirijski smo ustanovili da unutar tekućine postoji pritisak. Na istoj razini, isto je u svim smjerovima. Tlak raste s dubinom. Plinovi također imaju težinu, što objašnjava slična svojstva prijenosa tlaka i tekućina i plinova. Međutim, plin ima mnogo manju gustoću od tekućine. Razgovarajmo o još jednom nevjerojatnom i naizgled nemogućem fenomenu koji se zove "hidrostatski paradoks". Upotrijebimo poseban uređaj da demonstriramo ovaj fenomen.
U pokusu koristimo tri posude različitog oblika napunjene tekućinom do iste razine. Površina dna svih posuda je ista i zatvorena je gumenom membranom. Izlivena tekućina rasteže membranu. Savijajući se, gumeni film pritišće polugu i odbija strelicu uređaja.
Strelica uređaja u sva tri slučaja odstupa podjednako. To znači da je tlak koji stvara tekućina isti i ne ovisi o težini izlivene tekućine. Ta se činjenica naziva hidrostatskim paradoksom. To se objašnjava činjenicom da će tekućina, za razliku od krutih tvari, također prenijeti dio tlaka na stijenke posuda.