Cara menulis tekanan dalam fisika. Tekanan atas dan bawah: apa artinya?

Pria di ski, dan tanpa mereka.

Di salju yang longgar, seseorang berjalan dengan susah payah, tenggelam dalam-dalam di setiap langkah. Tapi, setelah memakai ski, dia bisa berjalan, hampir tanpa jatuh ke dalamnya. Mengapa? Di ski atau tanpa ski, seseorang bertindak di atas salju dengan kekuatan yang sama dengan beratnya sendiri. Namun, efek gaya ini dalam kedua kasus berbeda, karena luas permukaan tempat orang tersebut menekan berbeda, dengan dan tanpa alat ski. Luas permukaan ski hampir 20 kali lebih banyak area sol. Oleh karena itu, berdiri di atas alat ski, seseorang bekerja pada setiap sentimeter persegi luas permukaan salju dengan gaya 20 kali lebih kecil daripada berdiri di atas salju tanpa alat ski.

Siswa, menyematkan koran ke papan dengan kancing, bekerja pada setiap kancing dengan kekuatan yang sama. Namun, tombol dengan ujung yang lebih tajam lebih mudah dimasukkan ke dalam pohon.

Ini berarti bahwa hasil aksi suatu gaya tidak hanya bergantung pada modulus, arah, dan titik penerapannya, tetapi juga pada luas permukaan tempat gaya itu diterapkan (tegak lurus tempat gaya itu bekerja).

Kesimpulan ini dikonfirmasi oleh eksperimen fisik.

Pengalaman Hasil gaya ini tergantung pada gaya apa yang bekerja per satuan luas permukaan.

Paku harus didorong ke sudut papan kecil. Pertama, kami memasang paku yang ditancapkan ke papan di atas pasir dengan ujungnya ke atas dan meletakkan pemberat di papan. Dalam hal ini, kepala paku hanya sedikit ditekan ke pasir. Kemudian balikkan papan dan letakkan paku di ujungnya. Dalam hal ini, area penyangga lebih kecil, dan di bawah aksi kekuatan yang sama, paku masuk jauh ke dalam pasir.

Pengalaman. Ilustrasi kedua.

Hasil kerja gaya ini bergantung pada gaya yang bekerja pada setiap satuan luas permukaan.

Dalam contoh yang dipertimbangkan, gaya bertindak tegak lurus terhadap permukaan tubuh. Berat orang itu tegak lurus dengan permukaan salju; gaya yang bekerja pada tombol tegak lurus terhadap permukaan papan.

Nilai yang sama dengan rasio gaya yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan terhadap luas permukaan ini disebut tekanan.

Untuk menentukan tekanan, perlu membagi gaya yang bekerja tegak lurus terhadap permukaan dengan luas permukaan:

tekanan = gaya / luas.

Mari kita menunjukkan jumlah yang termasuk dalam ekspresi ini: tekanan - p, gaya yang bekerja pada permukaan, - F dan luas permukaan S.

Kemudian kita mendapatkan rumus:

p = F/S

Jelas bahwa gaya yang lebih besar yang bekerja pada area yang sama akan menghasilkan lebih banyak tekanan.

Satuan tekanan diambil sebagai tekanan yang menghasilkan gaya 1 N yang bekerja pada permukaan 1 m 2 yang tegak lurus permukaan ini.

Satuan tekanan - newton per meter persegi(1 N / m 2). Untuk menghormati ilmuwan Prancis Blaise Pascal disebut pascal Pa). Dengan demikian,

1 Pa = 1 N / m 2.

Unit tekanan lain juga digunakan: hektopaskal (hPa) dan kilopascal (kPa).

1 kPa = 1000 Pa;

1 hPa = 100 Pa;

1 Pa = 0,001 kPa;

1 Pa = 0,01 hPa.

Mari kita tuliskan kondisi masalahnya dan selesaikan.

Diberikan : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?

Dalam satuan SI: S = 0,03 m 2

Keputusan:

p = F/S,

F = P,

P = g m,

P= 9,8 N 45 kg 450 N,

p\u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa

"Jawaban": p = 15000 Pa = 15 kPa

Cara untuk mengurangi dan meningkatkan tekanan.

Sebuah traktor ulat berat menghasilkan tekanan pada tanah sebesar 40-50 kPa, yaitu hanya 2-3 kali lebih besar dari tekanan seorang anak laki-laki dengan berat 45 kg. Ini karena berat traktor didistribusikan ke area yang lebih luas karena penggerak ulat. Dan kami telah menetapkan bahwa semakin besar luas tumpuan, semakin sedikit tekanan yang dihasilkan oleh gaya yang sama pada tumpuan ini .

Bergantung pada apakah Anda perlu mendapatkan tekanan kecil atau besar, area dukungan bertambah atau berkurang. Misalnya, agar tanah dapat menahan tekanan bangunan yang sedang didirikan, luas bagian bawah pondasi ditingkatkan.

ban truk dan roda pendarat pesawat dibuat lebih lebar dari mobil penumpang. Ban lebar khusus dibuat untuk mobil yang dirancang untuk bepergian di gurun.

Alat berat, seperti traktor, tangki, atau rawa, yang memiliki area bantalan rel yang luas, melewati medan berawa yang tidak dapat dilewati seseorang.

Sebaliknya, dengan luas permukaan yang kecil, tekanan yang besar dapat dihasilkan dengan gaya yang kecil. Misalnya, menekan tombol ke papan, kami bekerja di atasnya dengan kekuatan sekitar 50 N. Karena luas ujung tombol kira-kira 1 mm 2, tekanan yang dihasilkannya sama dengan:

p \u003d 50 N / 0,000001 m 2 \u003d 50.000.000 Pa \u003d 50.000 kPa.

Sebagai perbandingan, tekanan ini 1000 kali lebih besar dari tekanan yang diberikan oleh traktor ulat di tanah. Banyak lagi contoh seperti itu dapat ditemukan.

Bilah alat potong dan menusuk (pisau, gunting, pemotong, gergaji, jarum, dll.) diasah secara khusus. Tepi tajam dari bilah tajam memiliki area kecil, sehingga bahkan kekuatan kecil menciptakan banyak tekanan, dan mudah untuk bekerja dengan alat seperti itu.

Alat pemotong dan penusuk juga ditemukan di alam liar: ini adalah gigi, cakar, paruh, paku, dll. - semuanya terbuat dari bahan keras, halus dan sangat tajam.

Tekanan

Diketahui bahwa molekul gas bergerak secara acak.

Kita sudah tahu bahwa gas, tidak seperti padatan dan cairan, mengisi seluruh bejana di mana mereka berada. Misalnya tabung baja untuk menyimpan gas, tabung ban mobil atau bola voli. Dalam hal ini, gas memberikan tekanan pada dinding, bagian bawah dan tutup silinder, ruang atau badan lain di mana ia berada. Tekanan gas disebabkan oleh penyebab lain selain tekanan tubuh yang kokoh pada sebuah dukungan.

Diketahui bahwa molekul gas bergerak secara acak. Selama gerakan mereka, mereka bertabrakan satu sama lain, serta dengan dinding kapal tempat gas berada. Ada banyak molekul dalam gas, dan oleh karena itu jumlah dampaknya sangat besar. Misalnya, jumlah tumbukan molekul udara dalam ruangan pada permukaan 1 cm 2 dalam 1 s dinyatakan sebagai dua puluh tiga angka. Meskipun gaya tumbukan dari satu molekul kecil, aksi semua molekul pada dinding bejana adalah signifikan - ini menciptakan tekanan gas.

Jadi, tekanan gas pada dinding bejana (dan pada benda yang ditempatkan dalam gas) disebabkan oleh tumbukan molekul gas .

Simak pengalaman berikut ini. Tempatkan bola karet di bawah bel pompa udara. Ini mengandung sedikit udara dan memiliki bentuk tidak beraturan. Kemudian kami memompa udara dari bawah bel dengan pompa. Cangkang bola, di mana udara menjadi semakin menipis, berangsur-angsur membengkak dan berbentuk bola biasa.

Bagaimana menjelaskan pengalaman ini?

Silinder baja tahan lama khusus digunakan untuk penyimpanan dan pengangkutan gas terkompresi.

Dalam percobaan kami, molekul gas yang bergerak terus menerus menabrak dinding bola di dalam dan di luar. Ketika udara dipompa keluar, jumlah molekul dalam lonceng di sekitar kulit bola berkurang. Tapi di dalam bola jumlah mereka tidak berubah. Oleh karena itu, jumlah tumbukan molekul pada dinding luar cangkang menjadi lebih sedikit daripada jumlah tumbukan pada dinding bagian dalam. Balon dipompa hingga gaya elastisitas kulit karetnya menjadi sama dengan gaya tekanan gas. Cangkang bola berbentuk bola. Ini menunjukkan bahwa gas menekan dindingnya secara merata ke segala arah. Dengan kata lain, jumlah tumbukan molekul per sentimeter persegi luas permukaan adalah sama ke segala arah. Tekanan yang sama ke segala arah adalah karakteristik gas dan merupakan konsekuensi dari pergerakan acak sejumlah besar molekul.

Mari kita coba mengurangi volume gas, tetapi agar massanya tetap tidak berubah. Artinya dalam setiap sentimeter kubik gas akan ada lebih banyak molekul, densitas gas akan meningkat. Kemudian jumlah tumbukan molekul pada dinding akan meningkat, yaitu, tekanan gas akan meningkat. Ini dapat dikonfirmasi oleh pengalaman.

Pada gambar sebuah Sebuah tabung kaca diperlihatkan, salah satu ujungnya ditutupi dengan film karet tipis. Sebuah piston dimasukkan ke dalam tabung. Ketika piston didorong masuk, volume udara di dalam tabung berkurang, yaitu, gas dikompresi. Film karet menonjol ke luar, menunjukkan bahwa tekanan udara di dalam tabung telah meningkat.

Sebaliknya, dengan peningkatan volume massa gas yang sama, jumlah molekul dalam setiap sentimeter kubik berkurang. Ini akan mengurangi jumlah benturan pada dinding bejana - tekanan gas akan berkurang. Memang, ketika piston ditarik keluar dari tabung, volume udara meningkat, film menekuk di dalam bejana. Hal ini menunjukkan adanya penurunan tekanan udara di dalam tabung. Fenomena yang sama akan diamati jika alih-alih udara di dalam tabung akan ada gas lain.

Jadi, ketika volume gas berkurang, tekanannya meningkat, dan ketika volume meningkat, tekanan berkurang, asalkan massa dan suhu gas tetap tidak berubah.

Bagaimana tekanan gas berubah ketika dipanaskan pada volume konstan? Diketahui bahwa kecepatan pergerakan molekul gas meningkat ketika dipanaskan. Bergerak lebih cepat, molekul akan lebih sering mengenai dinding kapal. Selain itu, setiap tumbukan molekul pada dinding akan lebih kuat. Akibatnya, dinding bejana akan mengalami tekanan yang lebih besar.

Karena itu, Tekanan gas dalam bejana tertutup semakin besar semakin tinggi suhu gas, asalkan massa gas dan volumenya tidak berubah.

Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa tekanan gas semakin besar, semakin sering dan kuat molekul menabrak dinding bejana .

Untuk penyimpanan dan transportasi gas, mereka sangat terkompresi. Pada saat yang sama, tekanannya meningkat, gas harus dimasukkan ke dalam silinder khusus yang sangat tahan lama. Silinder semacam itu, misalnya, mengandung udara terkompresi di kapal selam, oksigen yang digunakan dalam pengelasan logam. Tentu saja, kita harus selalu ingat itu tabung gas tidak dapat dipanaskan, terutama ketika diisi dengan gas. Sebab, seperti yang sudah kita pahami, ledakan bisa terjadi dengan akibat yang sangat tidak menyenangkan.

hukum Pascal.

Tekanan ditransmisikan ke setiap titik cairan atau gas.

Tekanan piston ditransmisikan ke setiap titik cairan yang mengisi bola.

Sekarang bensin.

Tidak seperti padatan, lapisan individu dan partikel kecil cairan dan gas dapat bergerak bebas relatif satu sama lain ke segala arah. Cukuplah, misalnya, dengan sedikit meniup permukaan air dalam gelas untuk menyebabkan air bergerak. Riak muncul di sungai atau danau dengan angin sepoi-sepoi.

Mobilitas partikel gas dan cairan menjelaskan bahwa tekanan yang dihasilkan pada mereka ditransmisikan tidak hanya ke arah gaya, tetapi di setiap titik. Mari kita pertimbangkan fenomena ini secara lebih rinci.

Pada gambar, sebuah sebuah kapal yang berisi gas (atau cairan) digambarkan. Partikel didistribusikan secara merata ke seluruh wadah. Kapal ditutup oleh piston yang dapat bergerak naik turun.

Dengan menerapkan beberapa gaya, mari buat piston bergerak sedikit ke dalam dan memampatkan gas (cairan) langsung di bawahnya. Kemudian partikel (molekul) akan berada di tempat ini lebih padat dari sebelumnya (Gbr., b). Karena mobilitas maka partikel gas akan bergerak ke segala arah. Akibatnya, susunannya akan kembali menjadi seragam, tetapi lebih padat dari sebelumnya (Gbr. c). Oleh karena itu, tekanan gas akan meningkat di mana-mana. Ini berarti bahwa tekanan tambahan ditransfer ke semua partikel gas atau cairan. Jadi, jika tekanan pada gas (cairan) di dekat piston itu sendiri meningkat sebesar 1 Pa, maka di semua titik dalam tekanan gas atau cairan akan lebih besar dari sebelumnya dengan jumlah yang sama. Tekanan pada dinding bejana, dan di bagian bawah, dan pada piston akan meningkat sebesar 1 Pa.

Tekanan yang diberikan pada cairan atau gas ditransmisikan ke titik mana pun secara merata ke segala arah .

Pernyataan ini disebut hukum pascal.

Berdasarkan hukum Pascal, mudah untuk menjelaskan eksperimen berikut.

Gambar tersebut menunjukkan sebuah bola berongga dengan berbagai tempat lubang kecil. Sebuah tabung melekat pada bola, di mana piston dimasukkan. Jika Anda menarik air ke dalam bola dan mendorong piston ke dalam tabung, maka air akan mengalir dari semua lubang di bola. Dalam percobaan ini, piston menekan permukaan air di dalam tabung. Partikel air di bawah piston, mengembun, mentransfer tekanannya ke lapisan lain yang terletak lebih dalam. Dengan demikian, tekanan piston ditransmisikan ke setiap titik cairan yang mengisi bola. Akibatnya, sebagian air didorong keluar dari bola dalam bentuk aliran identik yang mengalir dari semua lubang.

Jika bola diisi dengan asap, maka ketika piston didorong ke dalam tabung, aliran asap yang identik akan mulai keluar dari semua lubang di bola. Ini menegaskan bahwa dan gas mentransmisikan tekanan yang dihasilkan pada mereka secara merata ke segala arah.

Tekanan dalam zat cair dan gas.

Di bawah berat cairan, bagian bawah karet dalam tabung akan melorot.

Cairan, seperti semua benda di Bumi, dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Oleh karena itu, setiap lapisan cairan yang dituangkan ke dalam bejana menciptakan tekanan dengan beratnya, yang menurut hukum Pascal, diteruskan ke segala arah. Oleh karena itu, ada tekanan di dalam cairan. Hal ini dapat dibuktikan dengan pengalaman.

Tuang air ke dalam tabung gelas, yang lubang bawahnya ditutup dengan film karet tipis. Di bawah berat cairan, bagian bawah tabung akan menekuk.

Pengalaman menunjukkan bahwa semakin tinggi kolom air di atas lapisan karet, semakin melorot. Tetapi setiap kali setelah dasar karet melorot, air di dalam tabung mencapai keseimbangan (berhenti), karena, selain gravitasi, gaya elastis dari film karet yang diregangkan bekerja pada air.

Gaya yang bekerja pada film karet

adalah sama di kedua sisi.

Ilustrasi.

Bagian bawah bergerak menjauh dari silinder karena tekanan di atasnya karena gravitasi.

Mari kita turunkan tabung dengan alas karet, tempat air dituangkan, ke dalam bejana lain yang lebih lebar dengan air. Kita akan melihat bahwa saat tabung diturunkan, film karet secara bertahap diluruskan. Pelurusan penuh film menunjukkan bahwa gaya yang bekerja padanya dari atas dan bawah adalah sama. Pelurusan penuh film terjadi ketika ketinggian air dalam tabung dan bejana bertepatan.

Eksperimen yang sama dapat dilakukan dengan tabung di mana film karet menutup bukaan samping, seperti yang ditunjukkan pada gambar a. Benamkan tabung air ini ke dalam bejana air lain, seperti yang ditunjukkan pada gambar, b. Kita akan melihat bahwa film menjadi lurus kembali segera setelah ketinggian air di dalam tabung dan bejana sama. Ini berarti bahwa gaya yang bekerja pada film karet adalah sama dari semua sisi.

Ambil kapal yang bagian bawahnya bisa jatuh. Mari kita masukkan ke dalam toples air. Dalam hal ini, bagian bawah akan ditekan dengan kuat ke tepi kapal dan tidak akan jatuh. Itu ditekan oleh kekuatan tekanan air, diarahkan dari bawah ke atas.

Kami akan dengan hati-hati menuangkan air ke dalam kapal dan mengawasi dasarnya. Segera setelah ketinggian air di bejana bertepatan dengan ketinggian air di dalam toples, ia akan jatuh dari bejana.

Pada saat pemisahan, kolom cairan di bejana menekan bagian bawah, dan tekanan ditransmisikan dari bawah ke atas ke bagian bawah kolom cairan yang sama tingginya, tetapi terletak di toples. Kedua tekanan ini sama, tetapi bagian bawah bergerak menjauh dari silinder karena aksi di atasnya kekuatan sendiri gravitasi.

Eksperimen dengan air telah dijelaskan di atas, tetapi jika kita mengambil cairan lain selain air, hasil eksperimennya akan sama.

Jadi, percobaan menunjukkan bahwa ada tekanan di dalam cairan, dan pada tingkat yang sama itu sama ke segala arah. Tekanan meningkat dengan kedalaman.

Gas tidak berbeda dalam hal ini dari cairan, karena mereka juga memiliki berat. Tetapi kita harus ingat bahwa massa jenis gas ratusan kali lebih kecil daripada massa jenis cairan. Berat gas di dalam bejana kecil, dan dalam banyak kasus tekanan "beratnya" dapat diabaikan.

Perhitungan tekanan cairan di bagian bawah dan dinding kapal.

Pertimbangkan bagaimana Anda dapat menghitung tekanan cairan di bagian bawah dan dinding bejana. Pertama-tama, mari kita selesaikan masalah untuk bejana yang memiliki bentuk paralelepiped persegi panjang.

Memaksa F, yang dengannya cairan yang dituangkan ke dalam bejana ini menekan bagian bawahnya, sama dengan beratnya P cairan di dalam bejana. Berat zat cair dapat ditentukan dengan mengetahui massanya. m. Massa, seperti yang Anda tahu, dapat dihitung dengan rumus: m = V. Volume cairan yang dituangkan ke dalam bejana yang telah kami pilih mudah dihitung. Jika ketinggian kolom cairan di kapal dilambangkan dengan huruf h, dan luas dasar kapal S, kemudian V = S h.

massa cair m = V, atau m = S h .

Berat cairan ini P = g m, atau P = g S h.

Karena berat kolom zat cair sama dengan gaya tekan zat cair pada dasar bejana, maka dengan membagi berat P Ke alun-alun S, kita mendapatkan tekanan fluida p:

p = P/S , atau p = g S h/S,

Kami telah memperoleh rumus untuk menghitung tekanan cairan di bagian bawah bejana. Dari rumus ini dapat diketahui bahwa tekanan zat cair di dasar bejana hanya bergantung pada massa jenis dan tinggi kolom zat cair.

Oleh karena itu, menurut rumus turunan, adalah mungkin untuk menghitung tekanan cairan yang dituangkan ke dalam bejana bentuk apapun(Tepatnya, perhitungan kami hanya cocok untuk bejana yang memiliki bentuk prisma lurus dan silinder. Dalam kursus fisika untuk institut, terbukti bahwa rumus itu juga berlaku untuk bejana dengan bentuk sewenang-wenang). Selain itu, dapat digunakan untuk menghitung tekanan pada dinding bejana. Tekanan di dalam fluida, termasuk tekanan dari bawah ke atas, juga dihitung menggunakan rumus ini, karena tekanan pada kedalaman yang sama adalah sama ke segala arah.

Saat menghitung tekanan menggunakan rumus p = gph butuh kepadatan ρ dinyatakan dalam kilogram per meter kubik(kg / m 3), dan tinggi kolom cairan h- dalam meter (m), g\u003d 9,8 N / kg, maka tekanan akan dinyatakan dalam pascal (Pa).

Contoh. Tentukan tekanan minyak di dasar tangki jika tinggi kolom minyak 10 m dan massa jenisnya 800 kg/m 3 .

Mari kita tuliskan kondisi masalahnya dan tuliskan.

Diberikan :

\u003d 800 kg / m 3

Keputusan :

p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m 80.000 Pa 80 kPa.

Menjawab : p 80 kPa.

Kapal komunikasi.

Gambar di atas menunjukkan dua buah bejana yang dihubungkan satu sama lain oleh sebuah tabung karet. Kapal semacam itu disebut berkomunikasi. Kaleng penyiram, teko, teko kopi adalah contoh bejana yang berkomunikasi. Kita tahu dari pengalaman bahwa air yang dituangkan, misalnya, ke dalam kaleng penyiram, selalu berdiri pada ketinggian yang sama di cerat dan di dalam.

Kapal komunikasi adalah hal biasa bagi kita. Misalnya, itu bisa berupa teko, kaleng penyiram, atau teko kopi.

Permukaan cairan homogen dipasang pada tingkat yang sama dalam bejana komunikasi dalam bentuk apa pun.

Cairan dari berbagai kepadatan.

Dengan bejana komunikasi, percobaan sederhana berikut dapat dilakukan. Pada awal percobaan, kami menjepit tabung karet di tengah, dan menuangkan air ke salah satu tabung. Kemudian kita buka klemnya, dan air langsung mengalir ke tabung lain sampai permukaan air di kedua tabung sama tinggi. Anda dapat memperbaiki salah satu tabung di tripod, dan menaikkan, menurunkan atau memiringkan yang lain ke arah yang berbeda. Dan dalam hal ini, segera setelah cairan menjadi tenang, levelnya di kedua tabung akan menjadi sama.

Dalam bejana komunikasi dari berbagai bentuk dan bagian, permukaan cairan homogen diatur pada tingkat yang sama(asalkan tekanan udara di atas cairan adalah sama) (Gbr. 109).

Hal ini dapat dibenarkan sebagai berikut. Cairan itu diam tanpa berpindah dari satu bejana ke bejana lain. Ini berarti bahwa tekanan di kedua bejana adalah sama pada setiap tingkat. Cairan di kedua bejana adalah sama, yaitu memiliki kerapatan yang sama. Oleh karena itu, ketinggiannya juga harus sama. Ketika kita menaikkan satu bejana atau menambahkan cairan ke dalamnya, tekanan di dalamnya meningkat dan cairan bergerak ke bejana lain sampai tekanannya seimbang.

Jika cairan dengan kepadatan satu dituangkan ke dalam salah satu bejana yang berkomunikasi, dan kepadatan lain dituangkan ke dalam yang kedua, maka pada keseimbangan tingkat cairan ini tidak akan sama. Dan ini bisa dimengerti. Kita tahu bahwa tekanan zat cair di dasar bejana berbanding lurus dengan tinggi kolom dan massa jenis zat cair. Dan dalam hal ini, kepadatan cairan akan berbeda.

Dengan tekanan yang sama, ketinggian kolom cairan dengan kerapatan lebih tinggi akan lebih kecil dari ketinggian kolom cairan dengan kerapatan lebih rendah (Gbr.).

Pengalaman. Cara menentukan massa udara.

Berat udara. Tekanan atmosfer.

adanya tekanan atmosfer.

Tekanan atmosfer lebih besar dari tekanan udara yang dimurnikan di dalam bejana.

Gaya gravitasi bekerja di udara, serta pada benda apa pun yang terletak di Bumi, dan, oleh karena itu, udara memiliki berat. Berat udara mudah dihitung, mengetahui massanya.

Kami akan menunjukkan melalui pengalaman bagaimana menghitung massa udara. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengambil yang kuat mangkuk kaca dengan sumbat dan tabung karet dengan penjepit. Kami memompa udara keluar dengan pompa, menjepit tabung dengan penjepit dan menyeimbangkannya pada timbangan. Kemudian, buka klem pada tabung karet, biarkan udara masuk ke dalamnya. Dalam hal ini, keseimbangan timbangan akan terganggu. Untuk mengembalikannya, Anda harus meletakkan beban pada panci timbangan lainnya, yang massanya akan sama dengan massa udara dalam volume bola.

Eksperimen telah menetapkan bahwa pada suhu 0 ° C dan tekanan atmosfer normal, massa udara dengan volume 1 m 3 adalah 1,29 kg. Berat udara ini mudah dihitung:

P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg 13 N.

Selubung udara yang menyelubungi bumi disebut suasana (dari bahasa Yunani. suasana uap, udara, dan bola- bola).

Suasana seperti yang ditunjukkan oleh pengamatan penerbangan satelit buatan Bumi, memanjang hingga ketinggian beberapa ribu kilometer.

Karena aksi gravitasi, lapisan atas atmosfer, seperti air laut, menekan lapisan bawah. Lapisan udara yang berbatasan langsung dengan Bumi paling banyak terkompresi dan, menurut hukum Pascal, mentransfer tekanan yang dihasilkan padanya ke segala arah.

Akibatnya, permukaan bumi dan benda-benda di atasnya mengalami tekanan dari seluruh ketebalan udara, atau, seperti yang biasa dikatakan dalam kasus seperti itu, mengalami tekanan. Tekanan atmosfer .

Adanya tekanan atmosfer dapat dijelaskan oleh banyak fenomena yang kita jumpai dalam kehidupan. Mari kita pertimbangkan beberapa di antaranya.

Gambar tersebut menunjukkan sebuah tabung kaca, di dalamnya terdapat sebuah piston yang menempel erat pada dinding tabung. Ujung tabung dicelupkan ke dalam air. Jika Anda menaikkan piston, maka air akan naik di belakangnya.

Fenomena ini digunakan dalam pompa air dan beberapa perangkat lainnya.

Gambar tersebut menunjukkan sebuah bejana berbentuk silinder. Itu ditutup dengan gabus di mana tabung dengan keran dimasukkan. Udara dipompa keluar dari kapal oleh pompa. Ujung tabung kemudian dimasukkan ke dalam air. Jika sekarang Anda membuka keran, maka air akan memercik ke bagian dalam bejana di air mancur. Air masuk ke dalam bejana karena tekanan atmosfer lebih besar dari tekanan udara yang dimurnikan di dalam bejana.

Mengapa cangkang udara Bumi ada.

Seperti semua benda, molekul gas yang membentuk selubung udara Bumi tertarik ke Bumi.

Tapi kenapa, kalau begitu, tidak semuanya jatuh ke permukaan bumi? Bagaimana cangkang udara Bumi, atmosfernya, diawetkan? Untuk memahami hal ini, kita harus memperhitungkan bahwa molekul-molekul gas bergerak secara terus menerus dan acak. Tetapi kemudian muncul pertanyaan lain: mengapa molekul-molekul ini tidak terbang ke luar angkasa, yaitu ke luar angkasa.

Untuk benar-benar meninggalkan Bumi, molekul, seperti pesawat luar angkasa atau roket, harus memiliki kecepatan yang sangat tinggi (minimal 11,2 km/s). Ini disebut kecepatan lepas kedua. Kecepatan sebagian besar molekul di selubung udara Bumi jauh lebih kecil daripada kecepatan kosmik ini. Oleh karena itu, sebagian besar dari mereka terikat ke Bumi oleh gravitasi, hanya sejumlah kecil molekul yang terbang di luar Bumi ke luar angkasa.

Pergerakan acak molekul dan efek gravitasi pada mereka menghasilkan fakta bahwa molekul gas "mengambang" di ruang angkasa dekat Bumi, membentuk cangkang udara, atau atmosfer yang kita kenal.

Pengukuran menunjukkan bahwa kepadatan udara menurun dengan cepat dengan ketinggian. Jadi, pada ketinggian 5,5 km di atas Bumi, kerapatan udara 2 kali lebih kecil dari kerapatannya di permukaan Bumi, pada ketinggian 11 km - 4 kali lebih kecil, dst. Semakin tinggi, semakin langka udaranya. Dan akhirnya, sebagian besar lapisan atas(ratusan dan ribuan kilometer di atas Bumi), atmosfer berangsur-angsur berubah menjadi ruang hampa udara. Cangkang udara Bumi tidak memiliki batas yang jelas.

Sebenarnya, karena aksi gravitasi, densitas gas di setiap bejana tertutup tidak sama di seluruh volume bejana. Di bagian bawah bejana, kerapatan gas lebih besar daripada di bagian atasnya, dan oleh karena itu tekanan di dalam bejana tidak sama. Ini lebih besar di bagian bawah kapal daripada di bagian atas. Namun, untuk gas yang terkandung dalam bejana, perbedaan densitas dan tekanan ini sangat kecil sehingga dalam banyak kasus dapat diabaikan sama sekali, perhatikan saja. Tetapi untuk atmosfer yang membentang lebih dari beberapa ribu kilometer, perbedaannya signifikan.

Pengukuran tekanan atmosfer. Pengalaman Torricelli.

Tidak mungkin menghitung tekanan atmosfer menggunakan rumus untuk menghitung tekanan kolom cairan (§ 38). Untuk perhitungan seperti itu, Anda perlu mengetahui ketinggian atmosfer dan kerapatan udara. Tetapi atmosfer tidak memiliki batas yang pasti, dan kerapatan udara adalah ketinggian yang berbeda berbeda. Namun, tekanan atmosfer dapat diukur dengan menggunakan eksperimen yang diusulkan pada abad ke-17 oleh seorang ilmuwan Italia. Evangelista Torricelli seorang murid Galileo.

Eksperimen Torricelli adalah sebagai berikut: sebuah tabung kaca yang panjangnya kira-kira 1 m, tertutup salah satu ujungnya, diisi dengan air raksa. Kemudian, dengan menutup rapat ujung kedua tabung, dibalik dan diturunkan ke dalam cangkir dengan air raksa, di mana ujung tabung ini dibuka di bawah tingkat air raksa. Seperti dalam eksperimen cairan apa pun, sebagian air raksa dituangkan ke dalam cangkir, dan sebagian lagi tetap di dalam tabung. Tinggi kolom air raksa yang tersisa di dalam tabung kira-kira 760 mm. Tidak ada udara di atas merkuri di dalam tabung, ada ruang tanpa udara, jadi tidak ada gas yang memberikan tekanan dari atas pada kolom merkuri di dalam tabung ini dan tidak mempengaruhi pengukuran.

Torricelli, yang mengusulkan pengalaman yang dijelaskan di atas, juga memberikan penjelasannya. Atmosfer menekan permukaan merkuri di dalam cangkir. Merkuri dalam keadaan seimbang. Ini berarti bahwa tekanan dalam tabung adalah A A 1 (lihat gambar) sama dengan tekanan atmosfer. Ketika tekanan atmosfer berubah, ketinggian kolom merkuri di dalam tabung juga berubah. Ketika tekanan meningkat, kolom memanjang. Saat tekanan berkurang, kolom merkuri berkurang ketinggiannya.

Tekanan dalam tabung pada tingkat aa1 dibuat oleh berat kolom air raksa di dalam tabung, karena tidak ada udara di atas raksa di bagian atas tabung. Oleh karena itu berikut ini tekanan atmosfer sama dengan tekanan kolom merkuri di dalam tabung , yaitu

p atm = p air raksa.

Semakin besar tekanan atmosfer, semakin tinggi kolom merkuri dalam percobaan Torricelli. Oleh karena itu, dalam praktiknya, tekanan atmosfer dapat diukur dengan ketinggian kolom air raksa (dalam milimeter atau sentimeter). Jika, misalnya, tekanan atmosfer adalah 780 mm Hg. Seni. (mereka mengatakan "milimeter air raksa"), ini berarti bahwa udara menghasilkan tekanan yang sama dengan kolom vertikal air raksa yang dihasilkan setinggi 780 mm.

Oleh karena itu, dalam hal ini, 1 milimeter air raksa (1 mm Hg) diambil sebagai satuan tekanan atmosfer. Mari kita temukan hubungan antara unit ini dan unit yang kita ketahui - pascal(Pa).

Tekanan kolom air raksa air raksa dengan ketinggian 1 mm adalah:

p = g h, p\u003d 9,8 N / kg 13.600 kg / m 3 0,001 m 133,3 Pa.

Jadi, 1 mm Hg. Seni. = 133,3 Pa.

Saat ini, tekanan atmosfer biasanya diukur dalam hektopaskal (1 hPa = 100 Pa). Misalnya, laporan cuaca mungkin mengumumkan bahwa tekanannya adalah 1013 hPa, yang sama dengan 760 mmHg. Seni.

Mengamati setiap hari ketinggian kolom merkuri dalam tabung, Torricelli menemukan bahwa ketinggian ini berubah, yaitu, tekanan atmosfer tidak konstan, dapat meningkat dan menurun. Torricelli juga memperhatikan bahwa tekanan atmosfer terkait dengan perubahan cuaca.

Jika Anda memasang skala vertikal ke tabung merkuri yang digunakan dalam percobaan Torricelli, Anda mendapatkan perangkat paling sederhana - barometer merkuri (dari bahasa Yunani. baro- berat, metero- ukuran). Ini digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer.

Barometer - aneroid.

Dalam praktiknya, barometer logam digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer, yang disebut aneroid (diterjemahkan dari bahasa Yunani - aneroid). Barometer disebut demikian karena tidak mengandung merkuri.

Penampilan aneroid ditunjukkan pada gambar. Bagian utamanya adalah kotak logam 1 dengan permukaan bergelombang (bergelombang) (lihat gambar lainnya). Udara dipompa keluar dari kotak ini, dan agar tekanan atmosfer tidak menghancurkan kotak, penutupnya 2 ditarik oleh pegas. Saat tekanan atmosfer meningkat, tutupnya melentur ke bawah dan meregangkan pegas. Ketika tekanan berkurang, pegas meluruskan penutup. Sebuah penunjuk panah 4 dipasang pada pegas melalui mekanisme transmisi 3, yang bergerak ke kanan atau kiri ketika tekanan berubah. Sebuah skala dipasang di bawah panah, yang pembagiannya ditandai sesuai dengan indikasi barometer air raksa. Jadi, angka 750, di mana panah aneroid berdiri (lihat Gambar.), menunjukkan bahwa di saat ini dalam barometer air raksa, tinggi kolom air raksa adalah 750 mm.

Oleh karena itu, tekanan atmosfer adalah 750 mm Hg. Seni. atau 1000 hPa.

Nilai tekanan atmosfer sangat penting untuk memprediksi cuaca untuk beberapa hari mendatang, karena perubahan tekanan atmosfer terkait dengan perubahan cuaca. Barometer - perangkat yang diperlukan untuk pengamatan meteorologi.

Tekanan atmosfer di berbagai ketinggian.

Dalam zat cair, tekanan, seperti yang kita ketahui, bergantung pada massa jenis zat cair dan ketinggian kolomnya. Karena kompresibilitas yang rendah, densitas cairan pada kedalaman yang berbeda hampir sama. Oleh karena itu, ketika menghitung tekanan, kami menganggap kerapatannya konstan dan hanya memperhitungkan perubahan ketinggian.

Situasinya lebih rumit dengan gas. Gas sangat kompresibel. Dan semakin banyak gas dikompresi, semakin besar densitasnya, dan semakin besar tekanan yang dihasilkannya. Bagaimanapun, tekanan gas diciptakan oleh tumbukan molekul-molekulnya pada permukaan tubuh.

Lapisan udara di dekat permukaan bumi dikompresi oleh semua lapisan udara di atasnya. Tetapi semakin tinggi lapisan udara dari permukaan, semakin lemah kompresinya, semakin rendah kepadatannya. Oleh karena itu, semakin sedikit tekanan yang dihasilkan. Jika, misalnya, balon naik di atas permukaan bumi, maka tekanan udara pada bola menjadi lebih kecil. Hal ini terjadi bukan hanya karena ketinggian kolom udara di atasnya berkurang, tetapi juga karena densitas udara berkurang. Itu lebih kecil di bagian atas daripada di bagian bawah. Oleh karena itu, ketergantungan tekanan udara pada ketinggian lebih rumit daripada ketergantungan cairan.

Pengamatan menunjukkan bahwa tekanan atmosfer di daerah yang terletak di permukaan laut rata-rata 760 mm Hg. Seni.

Tekanan atmosfer sama dengan tekanan kolom merkuri setinggi 760 mm pada suhu 0 ° C disebut tekanan atmosfer normal..

tekanan atmosfer normal sama dengan 101 300 Pa = 1013 hPa.

Semakin tinggi ketinggiannya, semakin rendah tekanannya.

Dengan kenaikan kecil, rata-rata, untuk setiap kenaikan 12 m, tekanan berkurang 1 mm Hg. Seni. (atau 1,33 hPa).

Mengetahui ketergantungan tekanan pada ketinggian, dimungkinkan untuk menentukan ketinggian di atas permukaan laut dengan mengubah pembacaan barometer. Aneroid yang memiliki skala yang dapat langsung diukur ketinggiannya di atas permukaan laut disebut altimeter . Mereka digunakan dalam penerbangan dan saat mendaki gunung.

Pengukur tekanan.

Kita sudah tahu bahwa barometer digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer. Untuk mengukur tekanan yang lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer, pengukur tekanan (dari bahasa Yunani. manos- langka, tidak mencolok metero- ukuran). Pengukur tekanan adalah cairan dan logam.

Pertimbangkan dulu perangkat dan tindakannya manometer cairan terbuka. Ini terdiri dari tabung kaca berkaki dua di mana beberapa cairan dituangkan. Cairan dipasang di kedua lutut pada tingkat yang sama, karena hanya tekanan atmosfer yang bekerja pada permukaannya di lutut kapal.

Untuk memahami cara kerja pengukur tekanan seperti itu, dapat dihubungkan dengan tabung karet ke kotak datar bundar, yang satu sisinya ditutupi dengan film karet. Jika Anda menekan jari Anda pada film, maka level cairan di lutut manometer yang terhubung di dalam kotak akan berkurang, dan di lutut lainnya akan meningkat. Apa yang menjelaskan ini?

Menekan film meningkatkan tekanan udara di dalam kotak. Menurut hukum Pascal, peningkatan tekanan ini ditransfer ke cairan di lutut pengukur tekanan, yang melekat pada kotak. Oleh karena itu, tekanan pada cairan di lutut ini akan lebih besar daripada yang lain, di mana hanya tekanan atmosfer yang bekerja pada cairan. Di bawah kekuatan tekanan berlebih ini, cairan akan mulai bergerak. Di lutut dengan udara terkompresi, cairan akan jatuh, di sisi lain akan naik. Fluida akan mencapai kesetimbangan (berhenti) ketika tekanan berlebih udara terkompresi akan diimbangi oleh tekanan yang menghasilkan kelebihan kolom cairan di kaki pengukur tekanan lainnya.

Semakin kuat tekanan pada film, semakin tinggi kolom cairan berlebih, semakin besar tekanannya. Karena itu, perubahan tekanan dapat dinilai dengan ketinggian kolom berlebih ini.

Gambar tersebut menunjukkan bagaimana pengukur tekanan dapat mengukur tekanan di dalam cairan. Semakin dalam tabung dicelupkan ke dalam cairan, semakin besar perbedaan ketinggian kolom cairan di lutut manometer., jadi, oleh karena itu, dan cairan menghasilkan lebih banyak tekanan.

Jika Anda memasang kotak perangkat pada kedalaman tertentu di dalam cairan dan memutarnya dengan film ke atas, ke samping dan ke bawah, maka pembacaan pengukur tekanan tidak akan berubah. Begitulah seharusnya, karena pada tingkat yang sama di dalam cairan, tekanannya sama ke segala arah.

Gambar menunjukkan manometer logam . Bagian utama dari pengukur tekanan semacam itu adalah tabung logam yang ditekuk menjadi pipa 1 , salah satu ujungnya tertutup. Ujung tabung yang lain dengan keran 4 berkomunikasi dengan kapal di mana tekanan diukur. Saat tekanan meningkat, tabung melentur. Gerakan ujungnya yang tertutup dengan tuas 5 dan roda gigi 3 diteruskan ke penembak 2 bergerak di sekitar skala instrumen. Ketika tekanan berkurang, tabung, karena elastisitasnya, kembali ke posisi semula, dan panah kembali ke pembagian skala nol.

Pompa cairan piston.

Dalam percobaan yang kami pertimbangkan sebelumnya (§ 40), ditemukan bahwa air dalam tabung gelas, di bawah aksi tekanan atmosfer, naik di belakang piston. Tindakan ini didasarkan piston pompa.

Pompa ditunjukkan secara skematis pada gambar. Ini terdiri dari silinder, di dalamnya naik dan turun, menempel erat ke dinding kapal, piston 1 . Katup dipasang di bagian bawah silinder dan di piston itu sendiri. 2 hanya membuka ke atas. Ketika piston bergerak ke atas, air memasuki pipa di bawah aksi tekanan atmosfer, mengangkat katup bawah dan bergerak di belakang piston.

Ketika piston bergerak ke bawah, air di bawah piston menekan katup bawah, dan menutup. Pada saat yang sama, di bawah tekanan air, katup di dalam piston terbuka, dan air mengalir ke ruang di atas piston. Dengan gerakan piston berikutnya ke atas, air di atasnya juga naik di tempatnya, yang mengalir ke pipa outlet. Pada saat yang sama, bagian air yang baru naik di belakang piston, yang, ketika piston kemudian diturunkan, akan berada di atasnya, dan seluruh prosedur ini diulangi lagi dan lagi saat pompa bekerja.

Tekan Hidrolik.

Hukum Pascal memungkinkan Anda untuk menjelaskan tindakan mesin hidrolik (dari bahasa Yunani. hidroliko- air). Ini adalah mesin yang tindakannya didasarkan pada hukum gerak dan keseimbangan cairan.

Bagian utama dari mesin hidrolik adalah dua silinder dengan diameter berbeda, dilengkapi dengan piston dan tabung penghubung. Ruang di bawah piston dan tabung diisi dengan cairan (biasanya minyak mineral). Ketinggian kolom cairan di kedua silinder adalah sama selama tidak ada gaya yang bekerja pada piston.

Mari kita asumsikan bahwa gaya-gaya F 1 dan F 2 - gaya yang bekerja pada piston, S 1 dan S 2 - area piston. Tekanan di bawah piston (kecil) pertama adalah p 1 = F 1 / S 1 , dan di bawah yang kedua (besar) p 2 = F 2 / S 2. Menurut hukum Pascal, tekanan fluida yang diam diteruskan secara merata ke segala arah, mis. p 1 = p 2 atau F 1 / S 1 = F 2 / S 2 , dari mana:

F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .

Oleh karena itu, kekuatan F 2 lebih banyak kekuatan F 1 , Berapa kali lebih besar luas piston besar dari pada luas piston kecil?. Misalnya, jika luas piston besar adalah 500 cm 2, dan piston kecil adalah 5 cm 2, dan gaya 100 N bekerja pada piston kecil, maka gaya 100 kali lebih besar akan bekerja pada piston yang lebih besar, yaitu 10.000 N.

Jadi, dengan bantuan mesin hidrolik, dimungkinkan untuk menyeimbangkan kekuatan besar dengan kekuatan kecil.

Sikap F 1 / F 2 menunjukkan keuntungan dalam kekuatan. Misalnya, pada contoh di atas, penguatan yang berlaku adalah 10.000 N / 100 N = 100.

Mesin hidrolik yang digunakan untuk menekan (meremas) disebut tekan hidrolik .

Pengepres hidrolik digunakan di mana banyak daya diperlukan. Misalnya, untuk memeras minyak dari biji di pabrik minyak, untuk menekan kayu lapis, karton, jerami. Dalam pekerjaan besi dan baja, pengepres hidrolik digunakan untuk membuat poros mesin baja, roda kereta api, dan banyak produk lainnya. Pengepres hidrolik modern dapat mengembangkan kekuatan puluhan dan ratusan juta newton.

Perangkat tekan hidrolik ditunjukkan secara skema pada gambar. Tubuh yang akan ditekan 1 (A) ditempatkan pada platform yang terhubung ke piston besar 2 (B). Piston kecil 3 (D) menciptakan tekanan besar pada cairan. Tekanan ini ditransmisikan ke setiap titik cairan yang mengisi silinder. Oleh karena itu, tekanan yang sama bekerja pada piston kedua yang besar. Tetapi karena luas piston ke-2 (besar) lebih besar daripada luas piston kecil, maka gaya yang bekerja padanya akan lebih besar daripada gaya yang bekerja pada piston 3 (D). Di bawah gaya ini, piston 2 (B) akan naik. Ketika piston 2 (B) naik, bodi (A) bersandar pada platform atas yang tetap dan dikompresi. Pengukur tekanan 4 (M) mengukur tekanan fluida. Katup pengaman 5 (P) terbuka secara otomatis ketika tekanan fluida melebihi nilai yang diizinkan.

Dari silinder kecil ke cairan besar dipompa dengan gerakan berulang dari piston kecil 3 (D). Ini dilakukan dengan cara berikut. Ketika piston kecil (D) diangkat, katup 6 (K) terbuka dan cairan tersedot ke dalam ruang di bawah piston. Ketika piston kecil diturunkan di bawah aksi tekanan cairan, katup 6 (K) menutup, dan katup 7 (K") terbuka, dan cairan masuk ke bejana besar.

Tindakan air dan gas pada tubuh yang terbenam di dalamnya.

Di bawah air, kita dapat dengan mudah mengangkat batu yang sulit diangkat di udara. Jika Anda merendam gabus di bawah air dan melepaskannya dari tangan Anda, gabus itu akan mengapung. Bagaimana fenomena ini dapat dijelaskan?

Kita tahu (§ 38) bahwa zat cair menekan bagian bawah dan dinding bejana. Dan jika suatu benda padat ditempatkan di dalam zat cair, maka benda itu juga akan mengalami tekanan, seperti dinding bejana.

Perhatikan gaya-gaya yang bekerja dari sisi zat cair pada benda yang terbenam di dalamnya. Untuk memudahkan penalaran, kami memilih benda yang memiliki bentuk parallelepiped dengan alas yang sejajar dengan permukaan cairan (Gbr.). Gaya-gaya yang bekerja pada sisi-sisi tubuh adalah berpasangan dan seimbang satu sama lain. Di bawah pengaruh kekuatan-kekuatan ini, tubuh dikompresi. Tetapi gaya yang bekerja pada permukaan atas dan bawah tubuh tidak sama. Di bagian atas wajah menekan dari atas dengan paksa F 1 kolom cairan tinggi h satu . Pada tingkat permukaan bawah, tekanan menghasilkan kolom cair dengan ketinggian h 2. Tekanan ini, seperti yang kita ketahui (§ 37), ditransmisikan di dalam cairan ke segala arah. Oleh karena itu, pada wajah bagian bawah tubuh dari bawah ke atas dengan kekuatan F 2 menekan kolom cairan tinggi h 2. Tetapi h 2 lagi h 1 , maka modulus gaya F 2 modul daya lagi F satu . Oleh karena itu, tubuh didorong keluar dari cairan dengan kekuatan F vyt, sama dengan perbedaan kekuatan F 2 - F 1 , yaitu

Tetapi S·h = V, di mana V adalah volume pipa paralel, dan W ·V = m W adalah massa cairan dalam volume pipa paralel. Karena itu,

F vyt \u003d g m baik \u003d P baik,

yaitu gaya apung sama dengan berat zat cair dalam volume benda yang tercelup di dalamnya(Gaya apung sama dengan berat zat cair yang volumenya sama dengan volume benda yang dicelupkan ke dalamnya).

Keberadaan gaya yang mendorong benda keluar dari cairan mudah ditemukan secara eksperimental.

Pada gambar sebuah menunjukkan tubuh tergantung dari pegas dengan penunjuk panah di ujungnya. Panah menandai ketegangan pegas pada tripod. Ketika tubuh dilepaskan ke dalam air, pegas berkontraksi (Gbr. b). Kontraksi pegas yang sama akan diperoleh jika Anda bekerja pada tubuh dari bawah ke atas dengan beberapa kekuatan, misalnya, tekan dengan tangan Anda (angkat).

Oleh karena itu, pengalaman menegaskan bahwa gaya yang bekerja pada tubuh dalam cairan mendorong tubuh keluar dari cairan.

Untuk gas, seperti yang kita ketahui, hukum Pascal juga berlaku. Jadi benda-benda dalam gas mengalami gaya yang mendorong mereka keluar dari gas. Di bawah pengaruh gaya ini, balon naik. Adanya gaya yang mendorong benda keluar dari gas juga dapat diamati secara eksperimental.

Kami menggantung bola kaca atau labu besar yang ditutup dengan gabus ke panci skala pendek. Timbangannya seimbang. Kemudian bejana lebar ditempatkan di bawah labu (atau bola) sehingga mengelilingi seluruh labu. Bejana diisi dengan karbon dioksida, yang kerapatannya lebih besar daripada kerapatan udara (oleh karena itu, karbon dioksida tenggelam dan mengisi bejana, menggantikan udara darinya). Dalam hal ini, keseimbangan timbangan terganggu. Cangkir dengan labu gantung naik (Gbr.). Sebuah labu yang direndam dalam karbon dioksida mengalami gaya apung yang lebih besar daripada yang bekerja padanya di udara.

Gaya yang mendorong benda keluar dari cairan atau gas diarahkan berlawanan dengan gaya gravitasi yang diterapkan pada benda ini.

Oleh karena itu, prolkosmos). Ini menjelaskan mengapa di dalam air terkadang kita dengan mudah mengangkat tubuh yang hampir tidak bisa kita pertahankan di udara.

Sebuah ember kecil dan sebuah badan silinder digantungkan pada pegas (Gbr., a). Panah pada tripod menandai perpanjangan pegas. Ini menunjukkan berat tubuh di udara. Setelah mengangkat tubuh, bejana pembuangan ditempatkan di bawahnya, diisi dengan cairan ke tingkat tabung pembuangan. Setelah itu, tubuh benar-benar terbenam dalam cairan (Gbr., b). Di mana bagian dari cairan, yang volumenya sama dengan volume tubuh, dicurahkan dari wadah penuang ke dalam gelas. Pegas berkontraksi dan penunjuk pegas naik untuk menunjukkan penurunan berat benda dalam cairan. Dalam hal ini, selain gaya gravitasi, gaya lain bekerja pada tubuh, mendorongnya keluar dari cairan. Jika cairan dari gelas dituangkan ke dalam ember atas (yaitu ember yang dipindahkan oleh tubuh), maka penunjuk pegas akan kembali ke posisi semula (Gbr., c).

Berdasarkan pengalaman ini, dapat disimpulkan bahwa gaya yang mendorong benda yang tercelup seluruhnya ke dalam zat cair sama dengan berat zat cair dalam volume benda tersebut . Kami mencapai kesimpulan yang sama di 48.

Jika percobaan serupa dilakukan dengan benda yang direndam dalam gas, itu akan menunjukkan bahwa gaya yang mendorong tubuh keluar dari gas juga sama dengan berat gas yang diambil dalam volume tubuh .

Gaya yang mendorong benda keluar dari zat cair atau gas disebut kekuatan Archimedean , untuk menghormati ilmuwan Archimedes yang pertama kali menunjukkan keberadaannya dan menghitung signifikansinya.

Jadi, pengalaman telah mengkonfirmasi bahwa gaya Archimedean (atau gaya apung) sama dengan berat cairan dalam volume benda, mis. F A = P f = g m dengan baik. Massa cairan m f , yang dipindahkan oleh tubuh, dapat dinyatakan dalam kerapatannya w dan volume tubuh V t yang direndam dalam cairan (karena V l - volume cairan yang dipindahkan oleh tubuh sama dengan V t - volume benda yang direndam dalam cairan), yaitu m W = W V t. Maka kita mendapatkan:

F A = g f · V t

Oleh karena itu, gaya Archimedean bergantung pada densitas cairan tempat benda terendam, dan pada volume benda ini. Tetapi itu tidak tergantung, misalnya, pada kerapatan zat benda yang direndam dalam cairan, karena jumlah ini tidak termasuk dalam rumus yang dihasilkan.

Sekarang mari kita tentukan berat benda yang direndam dalam cairan (atau gas). Karena dua gaya yang bekerja pada benda dalam hal ini berlawanan arah (gravitasi turun, dan gaya Archimedean naik), maka berat benda dalam fluida P 1 adalah kurang berat tubuh dalam ruang hampa P = g m ke gaya Archimedean F A = g m w (di mana m w adalah massa cairan atau gas yang dipindahkan oleh tubuh).

Dengan demikian, jika suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair atau gas, maka beratnya akan berkurang sebesar berat zat cair atau gas yang dipindahkan oleh benda tersebut..

Contoh. Tentukan gaya apung yang bekerja pada sebuah batu dengan volume 1,6 m3 di dalam air laut.

Mari kita tuliskan kondisi masalahnya dan selesaikan.

Ketika benda terapung mencapai permukaan zat cair, maka dengan gerakan ke atas yang lebih jauh, gaya Archimedean akan berkurang. Mengapa? Tetapi karena volume bagian tubuh yang dicelupkan ke dalam zat cair akan berkurang, dan gaya Archimedean sama dengan berat zat cair pada volume bagian tubuh yang dicelupkan ke dalamnya.

Ketika gaya Archimedean menjadi sama dengan gaya gravitasi, tubuh akan berhenti dan mengapung di permukaan cairan, sebagian terbenam di dalamnya.

Kesimpulan yang dihasilkan mudah diverifikasi secara eksperimental.

Tuang air ke dalam bejana pembuangan hingga setinggi pipa pembuangan. Setelah itu, mari kita membenamkan tubuh yang mengambang ke dalam kapal, setelah sebelumnya menimbangnya di udara. Setelah turun ke dalam air, tubuh memindahkan volume air yang sama dengan volume bagian tubuh yang terbenam di dalamnya. Setelah menimbang air ini, kami menemukan bahwa beratnya (gaya Archimedean) sama dengan gaya gravitasi yang bekerja pada benda terapung, atau berat benda ini di udara.

Setelah melakukan eksperimen yang sama dengan benda lain yang mengambang dalam cairan berbeda - dalam air, alkohol, larutan garam, Anda dapat memastikan bahwa jika sebuah benda terapung dalam zat cair, maka berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut sama dengan berat benda tersebut di udara.

Sangat mudah untuk membuktikannya jika massa jenis zat padat lebih besar dari massa jenis zat cair, maka benda tenggelam dalam zat cair tersebut. Sebuah benda dengan massa jenis yang lebih rendah mengapung dalam cairan ini. Sepotong besi, misalnya, tenggelam dalam air tetapi mengapung di merkuri. Tubuh, di sisi lain, yang kerapatannya sama dengan kerapatan cairan, tetap dalam keseimbangan di dalam cairan.

Es mengapung di permukaan air karena massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis air.

Semakin rendah massa jenis benda dibandingkan massa jenis zat cair, semakin kecil bagian benda yang terendam dalam zat cair .

Dengan kepadatan yang sama dari tubuh dan cairan, tubuh mengapung di dalam cairan pada kedalaman berapa pun.

Dua cairan yang tidak dapat bercampur, misalnya air dan minyak tanah, ditempatkan dalam wadah sesuai dengan kepadatannya: di bagian bawah wadah - air yang lebih padat (ρ = 1000 kg / m 3), di atas - minyak tanah yang lebih ringan (ρ = 800 kg/m3) .

Kepadatan rata-rata organisme hidup yang menghuni lingkungan akuatik sedikit berbeda dari kerapatan air, sehingga beratnya hampir sepenuhnya seimbang oleh gaya Archimedean. Berkat ini, hewan air tidak membutuhkan kerangka yang kuat dan masif seperti yang terestrial. Untuk alasan yang sama, batang tanaman air bersifat elastis.

Kandung kemih ikan dengan mudah mengubah volumenya. Ketika ikan turun ke kedalaman yang sangat dalam dengan bantuan otot, dan tekanan air di atasnya meningkat, gelembung berkontraksi, volume tubuh ikan berkurang, dan tidak mendorong ke atas, tetapi berenang di kedalaman. Dengan demikian, ikan dalam batas-batas tertentu dapat mengatur kedalaman penyelamannya. Paus mengatur kedalaman menyelam mereka dengan mengecilkan dan memperluas kapasitas paru-paru mereka.

Kapal layar.

Kapal yang menavigasi sungai, danau, laut, dan samudra dibangun dari bahan yang berbeda dengan kepadatan yang berbeda. Lambung biasanya terbuat dari lembaran baja. Semua pengencang internal yang memberi kekuatan pada kapal juga terbuat dari logam. Digunakan untuk membuat perahu berbagai bahan, yang memiliki kepadatan lebih tinggi dan lebih rendah dibandingkan dengan air.

Bagaimana kapal mengapung, naik ke kapal, dan membawa muatan besar?

Eksperimen dengan benda terapung (§ 50) menunjukkan bahwa benda tersebut memindahkan begitu banyak air dengan bagian bawah airnya sehingga berat air ini sama dengan berat benda di udara. Ini juga berlaku untuk kapal apa pun.

Berat air yang dipindahkan oleh bagian bawah air kapal sama dengan berat kapal dengan muatan di udara atau gaya gravitasi yang bekerja pada kapal dengan muatan.

Kedalaman kapal di dalam air disebut draf . Draft terdalam yang diijinkan ditandai pada lambung kapal dengan garis merah yang disebut garis air (dari bahasa Belanda. air- air).

Berat air yang dipindahkan oleh kapal ketika tenggelam ke permukaan air, sama dengan gaya gravitasi yang bekerja pada kapal dengan muatan, disebut perpindahan kapal.

Saat ini, kapal dengan perpindahan 5.000.000 kN (5 10 6 kN) dan lebih sedang dibangun untuk pengangkutan minyak, yaitu, memiliki massa 500.000 ton (5 10 5 t) dan lebih bersama dengan kargo.

Jika kita mengurangi berat kapal itu sendiri dari perpindahan, maka kita mendapatkan daya dukung kapal ini. Daya dukung menunjukkan berat muatan yang dibawa oleh kapal.

Pembuatan kapal telah ada sejak Mesir Kuno, di Phoenicia (diyakini bahwa Fenisia adalah salah satu pembuat kapal terbaik), Cina Kuno.

Di Rusia, pembuatan kapal dimulai pada pergantian abad ke-17 dan ke-18. Sebagian besar kapal perang dibangun, tetapi di Rusialah pemecah es pertama, kapal dengan mesin pembakaran internal, dan pemecah es nuklir Arktika dibangun.

Aeronautika.

Gambar yang menggambarkan bola bersaudara Montgolfier pada tahun 1783: “Lihat dan dimensi yang tepat Aerostat Bumi"Yang mana dulu." 1786

Sejak zaman kuno, orang-orang bermimpi untuk bisa terbang di atas awan, berenang di lautan udara, saat mereka berlayar di laut. Untuk aeronautika

Pada awalnya, balon digunakan, yang diisi dengan udara panas, atau dengan hidrogen atau helium.

Agar balon dapat naik ke udara, diperlukan gaya Archimedean (gaya apung) F A, yang bekerja pada bola, lebih dari sekadar gravitasi F berat, yaitu F A > F berat

Saat bola naik, gaya Archimedean yang bekerja padanya berkurang ( F A = gρV), karena kerapatan atmosfer atas lebih kecil daripada kerapatan permukaan bumi. Untuk naik lebih tinggi, pemberat khusus (berat) dijatuhkan dari bola dan ini meringankan bola. Akhirnya bola mencapai ketinggian angkat maksimumnya. Untuk menurunkan bola dari cangkangnya menggunakan katup khusus sebagian gas dilepaskan.

Dalam arah horizontal, balon hanya bergerak di bawah pengaruh angin, sehingga disebut balon (dari bahasa Yunani udara- udara, status- berdiri). Belum lama ini, balon besar digunakan untuk mempelajari lapisan atas atmosfer, stratosfer - stratostat .

Sebelum kita belajar bagaimana membangun pesawat besar untuk pengangkutan penumpang dan kargo melalui udara, balon yang dikendalikan digunakan - kapal udara. Mereka memiliki bentuk memanjang, gondola dengan mesin ditangguhkan di bawah tubuh, yang menggerakkan baling-baling.

Balon tidak hanya naik dengan sendirinya, tetapi juga dapat mengangkat beberapa kargo: kabin, orang, instrumen. Oleh karena itu, untuk mengetahui beban seperti apa yang dapat diangkat oleh balon, perlu ditentukan. kekuatan angkat.

Misalkan, sebuah balon dengan volume 40 m 3 berisi helium diluncurkan ke udara. Massa helium yang mengisi kulit bola akan sama dengan:
m Ge \u003d Ge V \u003d 0,1890 kg / m 3 40 m 3 \u003d 7,2 kg,
dan beratnya adalah:
P Ge = g m Ge; P Ge \u003d 9,8 N / kg 7,2 kg \u003d 71 N.
Gaya apung (Archimedean) yang bekerja pada bola ini di udara sama dengan berat udara dengan volume 40 m 3, yaitu.
F A \u003d g udara V; F A \u003d 9,8 N / kg 1,3 kg / m 3 40 m 3 \u003d 520 N.

Artinya bola ini dapat mengangkat beban seberat 520 N - 71 N = 449 N. Ini adalah gaya angkatnya.

Balon dengan volume yang sama, tetapi diisi dengan hidrogen, dapat mengangkat beban 479 N. Ini berarti gaya angkatnya lebih besar daripada balon yang diisi helium. Tapi tetap saja, helium lebih sering digunakan, karena tidak terbakar dan karenanya lebih aman. Hidrogen adalah gas yang mudah terbakar.

Jauh lebih mudah untuk menaikkan dan menurunkan balon berisi udara panas. Untuk ini, pembakar terletak di bawah lubang yang terletak di bagian bawah bola. Dengan bantuan kompor gas adalah mungkin untuk mengatur suhu udara di dalam bola, dan karenanya kerapatan dan daya apungnya. Agar bola naik lebih tinggi, cukup memanaskan udara di dalamnya lebih kuat, meningkatkan nyala api kompor. Ketika api burner berkurang, suhu udara di dalam bola berkurang, dan bola turun.

Dimungkinkan untuk memilih suhu bola di mana berat bola dan kabin akan sama dengan gaya apung. Kemudian bola akan menggantung di udara, dan akan mudah untuk melakukan pengamatan darinya.

Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, terjadi pula perubahan yang signifikan dalam teknologi aeronautika. Menjadi mungkin untuk menggunakan cangkang baru untuk balon, yang menjadi tahan lama, tahan beku dan ringan.

Prestasi di bidang teknik radio, elektronik, otomatisasi memungkinkan untuk merancang balon tak berawak. Balon-balon ini digunakan untuk mempelajari arus udara, untuk penelitian geografis dan biomedis di lapisan bawah atmosfer.

Untuk memahami apa itu tekanan dalam fisika, pertimbangkan contoh sederhana dan familiar. Yang?

Dalam situasi di mana kita perlu memotong sosis, kita akan menggunakan benda paling tajam - pisau, dan bukan sendok, sisir, atau jari. Jawabannya jelas - pisaunya lebih tajam, dan semua gaya yang kita terapkan didistribusikan di sepanjang tepi pisau yang sangat tipis, membawa efek maksimal berupa pemisahan suatu bagian dari suatu benda, yaitu Sosis. Contoh lain - kita berdiri di atas salju yang lepas. Kaki gagal, berjalan sangat tidak nyaman. Lalu, mengapa para pemain ski bergegas melewati kita dengan mudah dan dengan kecepatan tinggi, tanpa tenggelam dan tidak terjerat dalam salju lepas yang sama? Jelas bahwa salju sama untuk semua orang, baik untuk pemain ski maupun pejalan kaki, tetapi efeknya berbeda.

Dengan tekanan yang kira-kira sama, yaitu berat, luas permukaan yang menekan salju sangat bervariasi. Area ski jauh lebih besar daripada area sol sepatu, dan, karenanya, beratnya didistribusikan ke permukaan yang lebih besar. Apa yang membantu atau, sebaliknya, mencegah kita mempengaruhi permukaan secara efektif? Mengapa pisau tajam memotong roti lebih baik, dan papan ski datar yang lebar menahan lebih baik di permukaan, mengurangi penetrasi ke salju? Dalam kursus fisika kelas tujuh, konsep tekanan dipelajari untuk ini.

tekanan dalam fisika

Gaya yang bekerja pada suatu permukaan disebut gaya tekan. Dan tekanan adalah kuantitas fisik yang sama dengan rasio gaya tekanan yang diterapkan pada permukaan tertentu dengan luas permukaan ini. Rumus untuk menghitung tekanan dalam fisika adalah sebagai berikut:

dimana p adalah tekanan,
F - gaya tekanan,
s adalah luas permukaan.

Kami melihat bagaimana tekanan dilambangkan dalam fisika, dan kami juga melihat bahwa dengan gaya yang sama, tekanan lebih besar ketika area pendukung, atau, dengan kata lain, area kontak benda yang berinteraksi, lebih kecil. Sebaliknya, saat area support meningkat, tekanan menurun. Itulah sebabnya pisau yang lebih tajam memotong tubuh dengan lebih baik, dan paku yang ditancapkan ke dinding dibuat dengan ujung yang tajam. Dan itulah sebabnya ski menahan salju jauh lebih baik daripada tidak adanya mereka.

Unit tekanan

Satuan tekanan adalah 1 newton per meter persegi - ini adalah besaran yang sudah kita ketahui dari kelas tujuh. Kita juga dapat mengubah satuan tekanan N / m2 ke pascal, satuan pengukuran yang dinamai ilmuwan Prancis Blaise Pascal, yang menurunkan apa yang disebut Hukum Pascal. 1 N/m = 1 Pa. Dalam praktiknya, satuan tekanan lain juga digunakan - milimeter air raksa, batangan, dan sebagainya.

Tidak ada yang suka berada di bawah tekanan. Dan tidak masalah yang mana. Queen juga menyanyikan lagu ini bersama dengan David Bowie dalam single terkenal mereka "Under pressure". Apa itu tekanan? Bagaimana memahami tekanan? Dalam apa yang diukur, dengan instrumen dan metode apa, kemana diarahkan dan apa yang ditekan. Jawaban untuk ini dan pertanyaan lainnya - di artikel kami tentang tekanan dalam fisika dan tidak hanya.

Jika guru memberi tekanan pada Anda dengan mengajukan masalah yang rumit, kami akan memastikan bahwa Anda dapat menjawabnya dengan benar. Bagaimanapun, memahami esensi dari segala sesuatu adalah kunci kesuksesan! Jadi apa itu tekanan dalam fisika?

Prioritas-A:

Tekanan adalah besaran fisis skalar yang sama dengan gaya yang bekerja per satuan luas permukaan.

PADA sistem internasional SI diukur dalam Pascal dan ditandai dengan huruf p . Satuan tekanan - 1 Pascal. Penunjukan Rusia - Pa, internasional - Pa.

Menurut definisi, untuk menemukan tekanan, Anda perlu membagi gaya dengan luas.

Setiap cairan atau gas yang ditempatkan dalam bejana memberikan tekanan pada dinding bejana. Misalnya, borscht dalam panci bekerja di bagian bawah dan dindingnya dengan beberapa tekanan. Rumus untuk menentukan tekanan fluida:

di mana g- percepatan jatuh bebas dalam medan gravitasi bumi, h- ketinggian kolom borscht di panci, huruf Yunani "ro"- kepadatan borscht.

Alat yang paling umum digunakan untuk mengukur tekanan adalah barometer. Tapi apa yang diukur dalam tekanan? Selain pascal, ada unit pengukuran di luar sistem lainnya:

suasana;
milimeter air raksa;
milimeter kolom air;
meter kolom air;
kilogram-kekuatan.

Tergantung pada konteksnya, unit di luar sistem yang berbeda digunakan.

Misalnya, ketika Anda mendengarkan atau membaca ramalan cuaca, tidak ada pertanyaan tentang Pascal. Mereka berbicara tentang milimeter air raksa. Satu milimeter air raksa adalah 133 Pascal. Jika Anda mengemudi, Anda mungkin tahu bahwa tekanan ban normal mobil penumpang- sekitar dua atmosfer.

Tekanan atmosfer

Atmosfer adalah gas, lebih tepatnya, campuran gas yang tertahan di dekat Bumi karena gravitasi. Atmosfer masuk ke ruang antarplanet secara bertahap, dan tingginya kira-kira 100 kilometer.

Bagaimana memahami ungkapan "tekanan atmosfer"? atas setiap meter persegi Permukaan bumi adalah kolom gas sepanjang seratus kilometer. Tentu saja, udaranya transparan dan menyenangkan, tetapi memiliki massa yang menekan permukaan bumi. Ini adalah tekanan atmosfer.

Tekanan atmosfer normal dianggap sama dengan 101325 Pa. Ini adalah tekanan di permukaan laut pada 0 derajat Celcius. Celsius. Tekanan yang sama pada suhu yang sama diberikan pada alasnya oleh kolom air raksa dengan ketinggian 766 milimeter.

Semakin tinggi ketinggian, semakin rendah tekanan atmosfer. Misalnya, di atas gunung Chomolungma itu hanya seperempat dari tekanan atmosfer normal.

Tekanan darah

Contoh lain di mana kita menghadapi tekanan dalam Kehidupan sehari-hari adalah pengukuran tekanan darah.

Tekanan darah adalah tekanan darah, yaitu Tekanan yang diberikan darah pada dinding pembuluh darah, dalam hal ini arteri.

Jika Anda telah mengukur tekanan darah Anda dan Anda memilikinya 120 pada 80 , maka semuanya baik-baik saja. Jika sebuah 90 pada 50 atau 240 pada 180 , maka pasti tidak akan menarik bagi Anda untuk mengetahui apa tekanan ini diukur dan apa artinya secara umum.

Namun, muncul pertanyaan: 120 pada 80 apa tepatnya? Pascal, milimeter air raksa, atmosfer atau beberapa satuan pengukuran lainnya?

Tekanan darah diukur dalam milimeter air raksa. Ini menentukan tekanan berlebih dari cairan di sistem sirkulasi di atas tekanan atmosfer.

Darah memberikan tekanan pada pembuluh darah dan dengan demikian mengkompensasi efek tekanan atmosfer. Jika tidak, kita hanya akan dihancurkan oleh massa udara yang sangat besar di atas kita.

Tapi kenapa di dimensi tekanan darah dua angka?

Omong-omong! Untuk pembaca kami sekarang ada diskon 10% untuk

Faktanya adalah bahwa darah bergerak di dalam pembuluh tidak secara merata, tetapi dalam sentakan. Angka pertama (120) disebut sistolik tekanan. Ini adalah tekanan pada dinding pembuluh darah pada saat kontraksi otot jantung, nilainya paling besar. Digit kedua (80) mendefinisikan nilai terkecil dan disebut diastolik tekanan.

Saat mengukur, nilai tekanan sistolik dan diastolik dicatat. Misalnya untuk Orang yang sehat nilai tekanan darah tipikal adalah 120 hingga 80 milimeter air raksa. Ini berarti bahwa tekanan sistolik adalah 120 mm. rt. Seni., dan diastolik - 80 mm Hg. Seni. Perbedaan antara tekanan sistolik dan diastolik disebut tekanan nadi.

vakum fisik

Vakum adalah tidak adanya tekanan. Lebih tepatnya, hampir tidak ada sama sekali. Vakum mutlak adalah perkiraan, seperti gas ideal dalam termodinamika dan poin materi dalam mekanika.

Tergantung pada konsentrasi zat, vakum rendah, sedang dan tinggi dibedakan. Pendekatan terbaik untuk vakum fisik adalah ruang angkasa, di mana konsentrasi molekul dan tekanan minimal.

Tekanan adalah parameter termodinamika utama dari keadaan sistem. Dimungkinkan untuk menentukan tekanan udara atau gas lain tidak hanya dengan instrumen, tetapi juga menggunakan persamaan, rumus, dan hukum termodinamika. Dan jika Anda tidak punya waktu untuk mencari tahu, layanan siswa akan membantu Anda memecahkan masalah menentukan tekanan.

Bayangkan sebuah silinder tertutup berisi udara dengan piston terpasang di atasnya. Jika Anda mulai memberi tekanan pada piston, maka volume udara di dalam silinder akan mulai berkurang, molekul udara akan saling bertabrakan dan dengan piston semakin intensif, dan tekanan udara terkompresi pada piston akan meningkat.

Jika piston sekarang tiba-tiba dilepaskan, maka udara terkompresi akan tiba-tiba mendorongnya ke atas. Hal ini akan terjadi karena dengan luas piston yang konstan maka gaya yang bekerja pada piston dari udara terkompresi akan meningkat. Area piston tetap tidak berubah, dan gaya dari sisi molekul gas meningkat, dan tekanan meningkat.

Atau contoh lain. Seorang pria berdiri di tanah, berdiri dengan kedua kaki. Dalam posisi ini, seseorang merasa nyaman, dia tidak mengalami ketidaknyamanan. Tetapi apa yang terjadi jika orang ini memutuskan untuk berdiri dengan satu kaki? Dia akan menekuk salah satu kakinya di lutut, dan sekarang dia akan bersandar di tanah hanya dengan satu kaki. Dalam posisi ini, seseorang akan merasakan ketidaknyamanan, karena tekanan pada kaki meningkat, dan sekitar 2 kali lipat. Mengapa? Karena area yang sekarang dilalui gravitasi yang menekan seseorang ke tanah telah berkurang 2 kali lipat. Berikut adalah contoh tentang apa itu tekanan dan betapa mudahnya mendeteksinya dalam kehidupan sehari-hari.

Dari sudut pandang fisika, tekanan disebut kuantitas fisik, secara numerik sama dengan kekuatan bekerja tegak lurus terhadap permukaan per satuan luas permukaan ini. Oleh karena itu, untuk menentukan tekanan pada titik tertentu di permukaan, komponen normal gaya yang diterapkan pada permukaan dibagi dengan luas elemen permukaan kecil tempat gaya ini bekerja. Dan untuk menentukan tekanan rata-rata di seluruh area, komponen normal gaya yang bekerja pada permukaan harus dibagi dengan: luas keseluruhan permukaan ini.

Tekanan diukur dalam pascal (Pa). Satuan tekanan ini mendapatkan namanya untuk menghormati matematikawan, fisikawan dan penulis Prancis Blaise Pascal, penulis hukum dasar hidrostatika - Hukum Pascal, yang menyatakan bahwa tekanan yang diberikan pada cairan atau gas ditransmisikan ke titik mana pun tidak berubah di semua arah. Untuk pertama kalinya, satuan tekanan "pascal" diedarkan di Prancis pada tahun 1961, menurut dekrit tentang satuan, tiga abad setelah kematian ilmuwan tersebut.

Satu pascal sama dengan tekanan yang diberikan oleh gaya satu newton, didistribusikan secara merata, dan diarahkan tegak lurus ke permukaan satu meter persegi.

Dalam pascal, tidak hanya tekanan mekanis (mechanical stress) yang diukur, tetapi juga modulus elastisitas, modulus Young, modulus elastisitas curah, kekuatan luluh, batas proporsionalitas, ketahanan sobek, kekuatan geser, tekanan suara dan tekanan osmotik. Secara tradisional, dalam pascallah karakteristik mekanik yang paling penting dari material dalam kekuatan material diekspresikan.

Teknik atmosfer (at), fisik (atm), kilogram-gaya per sentimeter persegi (kgf / cm2)

Selain pascal, satuan lain (off-system) juga digunakan untuk mengukur tekanan. Salah satu unit tersebut adalah "atmosfer" (at). Tekanan satu atmosfer kira-kira sama dengan tekanan atmosfer di permukaan bumi di permukaan laut. Hari ini, "atmosfer" dipahami sebagai suasana teknis (at).

Atmosfer teknis (at) adalah tekanan yang dihasilkan oleh satu kilogram-gaya (kgf) yang didistribusikan secara merata di atas area satu sentimeter persegi. Dan gaya satu kilogram, pada gilirannya, sama dengan gaya gravitasi yang bekerja pada benda bermassa satu kilogram dalam kondisi percepatan jatuh bebas sebesar 9,80665 m/s2. Dengan demikian, gaya satu kilogram sama dengan 9,80665 Newton, dan 1 atmosfer ternyata sama dengan tepat 98066,5 Pa. 1 pada = 98066,5 Pa.

Di atmosfer, misalnya, tekanan di ban mobil, misalnya, tekanan yang disarankan pada ban bus penumpang GAZ-2217 adalah 3 atmosfer.

Ada juga "atmosfer fisik" (atm), yang didefinisikan sebagai tekanan kolom merkuri, setinggi 760 mm pada dasarnya, mengingat kerapatan merkuri adalah 13595,04 kg / m3, pada suhu 0 ° C dan di bawah kondisi percepatan gravitasi 9,80665 m/s2. Jadi ternyata 1 atm \u003d 1.033233 atm \u003d 101 325 Pa.

Adapun gaya kilogram per sentimeter persegi (kgf/cm2), satuan tekanan non-sistemik ini sama dengan tekanan atmosfer normal dengan akurasi yang baik, yang terkadang nyaman untuk menilai berbagai efek.

Unit "bar" non-sistemik kira-kira sama dengan satu atmosfer, tetapi lebih akurat - tepatnya 100.000 Pa. Dalam sistem CGS, 1 bar sama dengan 1.000.000 dyne/cm2. Sebelumnya, nama "bar" dibawa oleh unit, sekarang disebut "barium", dan sama dengan 0,1 Pa atau dalam sistem CGS 1 barium \u003d 1 dyn / cm2. Kata "bar", "barium" dan "barometer" berasal dari kata yang sama kata Yunani"gravitasi".

Seringkali, untuk mengukur tekanan atmosfer dalam meteorologi, satuan mbar (milibar), sama dengan 0,001 bar, digunakan. Dan untuk mengukur tekanan pada planet-planet yang atmosfernya sangat langka - mikrobar (microbar), sama dengan 0,000001 bar. Pada pengukur tekanan teknis, skala paling sering memiliki gradasi di batangan.

Milimeter kolom air raksa (mm Hg), milimeter kolom air (mm kolom air)

Satuan ukuran nonsistemik "milimeter air raksa" adalah 101325/760 = 133.3223684 Pa. Ini ditunjuk "mm Hg", tetapi kadang-kadang ditunjuk "torr" - untuk menghormati fisikawan Italia, seorang mahasiswa Galileo, Evangelista Torricelli, penulis konsep tekanan atmosfer.

Unit ini dibentuk sehubungan dengan cara yang nyaman pengukuran tekanan atmosfer dengan barometer, di mana kolom merkuri berada dalam kesetimbangan di bawah pengaruh tekanan atmosfer. Merkuri memiliki densitas tinggi sekitar 13.600 kg/m3 dan dicirikan oleh tekanan uap jenuh yang rendah dalam kondisi suhu kamar, oleh karena itu, merkuri dipilih untuk barometer pada satu waktu.

Di permukaan laut, tekanan atmosfer kira-kira 760 mm Hg, nilai inilah yang sekarang dianggap sebagai tekanan atmosfer normal, sama dengan 101325 Pa atau satu atmosfer fisik, 1 atm. Artinya, 1 milimeter air raksa sama dengan 101325/760 pascal.

Dalam milimeter air raksa, tekanan diukur dalam kedokteran, meteorologi, dan navigasi penerbangan. Dalam kedokteran, tekanan darah diukur dalam mmHg; dalam teknologi vakum, diukur dalam mmHg, bersama dengan bar. Kadang-kadang mereka bahkan hanya menulis 25 mikron, yang berarti mikron merkuri, jika kita sedang berbicara tentang evakuasi, dan pengukuran tekanan dilakukan dengan pengukur vakum.

Dalam beberapa kasus, milimeter kolom air digunakan, dan kemudian kolom air 13,59 mm \u003d 1 mm Hg. Terkadang lebih bijaksana dan nyaman. Satu milimeter kolom air, seperti satu milimeter kolom air raksa, adalah unit off-sistem, yang pada gilirannya sama dengan tekanan hidrostatik 1 mm kolom air yang diberikan kolom ini. dasar datar pada suhu air kolom 4°C.