Slėgis kaip fizinis dydis. Slėgio formulė orui, garams, skystam arba kietam

Įsivaizduokite oro užpildytą sandarų cilindrą, kurio viršuje sumontuotas stūmoklis. Jei pradėsite spausti stūmoklį, oro tūris cilindre pradės mažėti, oro molekulės vis intensyviau susidurs tarpusavyje ir su stūmokliu, o suspausto oro slėgis ant stūmoklio mažės. padidinti.

Jei stūmoklis dabar staigiai atleidžiamas, suslėgtas oras jį staigiai stums aukštyn. Taip atsitiks, nes esant pastoviam stūmoklio plotui, suspausto oro stūmoklį veikianti jėga padidės. Stūmoklio plotas išliko nepakitęs, o jėga iš dujų molekulių pusės padidėjo ir atitinkamai padidėjo slėgis.

Arba kitas pavyzdys. Vyras stovi ant žemės, stovi abiem kojomis. Šioje pozicijoje žmogui patogu, jis nepatiria nepatogumų. Bet kas atsitiks, jei šis žmogus nuspręs atsistoti ant vienos kojos? Jis sulenks vieną koją ties keliu, o dabar remsis į žemę tik viena koja. Šioje pozicijoje žmogus jaus tam tikrą diskomfortą, nes spaudimas pėdai padidėjo ir apie 2 kartus. Kodėl? Nes plotas, per kurį gravitacija dabar spaudžia žmogų prie žemės, sumažėjo 2 kartus. Štai pavyzdys, kas yra spaudimas ir kaip lengva jį aptikti kasdieniame gyvenime.

Fizikos požiūriu slėgis yra fizikinis dydis, skaitiniu būdu lygus jėgai, veikiančiai statmenai paviršiui šio paviršiaus ploto vienetui. Todėl, norint nustatyti slėgį tam tikrame paviršiaus taške, įprastas paviršių veikiančios jėgos komponentas yra padalintas iš mažo paviršiaus elemento, kurį ši jėga veikia, ploto. O norint nustatyti vidutinį slėgį visame plote, normalią paviršių veikiančios jėgos dedamąją reikia padalyti iš bendro plotošis paviršius.

Slėgis matuojamas paskaliais (Pa). Šis slėgio vienetas gavo savo pavadinimą prancūzų matematiko, fiziko ir rašytojo Blaise'o Pascalio garbei, pagrindinio hidrostatikos dėsnio – Paskalio dėsnio, teigiančio, kad skysčiui ar dujoms daromas slėgis perduodamas į bet kurį tašką nepakitęs. kryptys. Pirmą kartą slėgio vienetas „paskalis“ buvo išleistas į apyvartą Prancūzijoje 1961 m., Remiantis vienetų dekretu, praėjus trims šimtmečiams po mokslininko mirties.

Vienas paskalis lygus slėgiui, kurį daro vieno niutono jėga, tolygiai paskirstyta ir nukreipta statmenai vieno kvadratinio metro paviršiui.

Paskaliais matuojamas ne tik mechaninis slėgis (mechaninis įtempis), bet ir tamprumo modulis, Youngo modulis, tūrinis tamprumo modulis, takumo riba, proporcingumo riba, atsparumas plyšimui, šlyties stipris, garso slėgis ir osmosinis slėgis. Tradiciškai paskaliais išreiškiamos svarbiausios medžiagų mechaninės charakteristikos medžiagų stiprume.

Atmosferos techninė (at), fizinė (atm), kilogramo jėga kvadratiniam centimetrui (kgf / cm2)

Be paskalio, slėgiui matuoti naudojami ir kiti (nesisteminiai) vienetai. Vienas iš tokių vienetų yra „atmosfera“ (at). Vienos atmosferos slėgis yra maždaug lygus atmosferos slėgiui Žemės paviršiuje jūros lygyje. Šiandien „atmosfera“ suprantama kaip techninė atmosfera (at).

Techninė atmosfera (at) yra vieno kilogramo jėgos (kgf) sukuriamas slėgis, tolygiai paskirstytas vieno kvadratinio centimetro plote. O vieno kilogramo jėga, savo ruožtu, yra lygi gravitacijos jėgai, veikiančiai kūną, kurio masė yra vienas kilogramas pagreičio sąlygomis laisvas kritimas, lygus 9,80665 m/s2. Taigi vieno kilogramo jėga yra lygi 9,80665 niutonams, o 1 atmosfera yra lygi 98066,5 Pa. 1 at = 98066,5 Pa.

Pavyzdžiui, atmosferoje slėgis automobilių padangos, pavyzdžiui, keleivinio autobuso GAZ-2217 rekomenduojamas slėgis padangose ​​yra 3 atmosferos.

Taip pat yra „fizinė atmosfera“ (atm), apibrėžiama kaip 760 mm aukščio gyvsidabrio stulpelio slėgis prie pagrindo, atsižvelgiant į tai, kad gyvsidabrio tankis yra 13595,04 kg/m3, esant 0 °C ir žemesnei temperatūrai. 9,80665 m/s2 gravitacinio pagreičio sąlygos. Taigi paaiškėja, kad 1 atm \u003d 1,033233 atm \u003d 101 325 Pa.

Kalbant apie kilogramo jėgą kvadratiniam centimetrui (kgf/cm2), šis nesisteminis slėgio vienetas yra lygus normaliam atmosferos slėgiui su geru tikslumu, kuris kartais yra patogus įvairiems poveikiams įvertinti.

Nesisteminis vienetas „baras“ yra maždaug lygus vienai atmosferai, bet yra tikslesnis – lygiai 100 000 Pa. CGS sistemoje 1 baras lygus 1 000 000 dynų/cm2. Anksčiau pavadinimą „baras“ nešiojo vienetas, dabar vadinamas „bariu“ ir lygus 0,1 Pa arba CGS sistemoje 1 baris \u003d 1 dyn / cm2. Žodžiai „baras“, „baris“ ir „barometras“ kilę iš to paties Graikiškas žodis"gravitacija".

Dažnai atmosferos slėgiui matuoti meteorologijoje naudojamas vienetas mbar (milibaras), lygus 0,001 baro. Ir išmatuoti slėgį planetose, kur atmosfera yra labai reta - mikrobaras (mikrobaras), lygus 0,000001 baro. Ant techninių manometrų svarstyklės dažniausiai turi gradaciją barais.

Gyvsidabrio stulpelio milimetras (mm Hg), vandens stulpelio milimetras (vandens stulpelio mm)

Nesisteminis matavimo vienetas „gyvsidabrio milimetras“ yra 101325/760 = 133,3223684 Pa. Jis žymimas „mm Hg“, bet kartais žymimas „torr“ – italų fiziko, Galilėjaus mokinio Evangelistos Torricelli, atmosferos slėgio koncepcijos autorės, garbei.

Vienetas buvo suformuotas ryšium su patogus būdas atmosferos slėgio matavimas barometru, kuriame gyvsidabrio stulpelis yra pusiausvyroje veikiant atmosferos slėgiui. Gyvsidabrio tankis yra apie 13 600 kg/m3 ir jam būdingas žemas sočiųjų garų slėgis tam tikromis sąlygomis. kambario temperatūra, todėl vienu metu barometrams buvo pasirinktas gyvsidabris.

Jūros lygyje atmosferos slėgis yra maždaug 760 mm Hg, būtent ši vertė dabar laikoma normaliu atmosferos slėgiu, lygiu 101325 Pa arba vienai fizinei atmosferai, 1 atm. Tai yra, 1 milimetras gyvsidabrio yra lygus 101325/760 paskalių.

Gyvsidabrio milimetrais slėgis matuojamas medicinoje, meteorologijoje ir aviacijos navigacijoje. Medicinoje kraujospūdis matuojamas mmHg, vakuuminėje technologijoje – mmHg, kartu su juostelėmis. Kartais jie net tiesiog rašo 25 mikronus, ty gyvsidabrio mikronus, jei Mes kalbame apie evakuaciją, o slėgio matavimai atliekami vakuumo matuokliais.

Kai kuriais atvejais naudojami milimetrai vandens stulpelio, o tada 13,59 mm vandens stulpelio \u003d 1 mm Hg. Kartais tai yra tikslingiau ir patogiau. Vandens stulpelio milimetras, kaip ir gyvsidabrio stulpelio milimetras, yra nesisteminis vienetas, kuris savo ruožtu yra lygus 1 mm vandens stulpelio hidrostatiniam slėgiui, kurį ši kolonėlė veikia. plokščias pagrindas esant 4°C kolonėlės vandens temperatūrai.

Niekas nemėgsta patirti spaudimo. Ir nesvarbu kuris. Queen taip pat dainavo apie tai kartu su David Bowie jų garsiajame single „Under pressure“. Kas yra spaudimas? Kaip suprasti spaudimą? Kuo jis matuojamas, kokiais instrumentais ir metodais, kur nukreipiamas ir ką spaudžia. Atsakymai į šiuos ir kitus klausimus - mūsų straipsnyje apie slėgis fizikoje ir ne tik.

Jei mokytojas daro spaudimą užduodamas sudėtingas užduotis, mes pasirūpinsime, kad galėtumėte į jas atsakyti teisingai. Juk dalykų esmės supratimas yra raktas į sėkmę! Taigi, kas yra slėgis fizikoje?

Pagal apibrėžimą:

Slėgis- skaliarinis fizinis kiekis, lygus jėgai veikiantis paviršiaus ploto vienetui.

IN tarptautinė sistema SI matuojamas Paskaliai ir yra pažymėtas raide p . Slėgio vienetas - 1 Paskalis. rusiškas pavadinimas - Pa, tarptautinis - Pa.

Pagal apibrėžimą, norėdami rasti slėgį, turite padalyti jėgą iš ploto.

Bet koks skystis ar dujos, patalpintos į indą, daro spaudimą indo sienelėms. Pavyzdžiui, puode esantys barščiai šiek tiek spaudžiami veikia jo dugną ir sieneles. Skysčio slėgio nustatymo formulė:

kur g yra laisvo kritimo pagreitis žemės gravitaciniame lauke, h- barščių stulpelio aukštis keptuvėje, Graikiškas laiškas "ro"- barščių tankis.

Dažniausiai naudojamas prietaisas slėgiui matuoti yra barometras. Bet kuo matuojamas slėgis? Be paskalio, yra ir kitų nesisteminių matavimo vienetų:

• atmosfera;
• gyvsidabrio milimetras;
• milimetras vandens stulpelio;
• metras vandens stulpelio;
• kilogramo jėga.

Priklausomai nuo konteksto, naudojami skirtingi nesisteminiai įrenginiai.

Pavyzdžiui, klausantis ar skaitant orų prognozes, apie Paskalius nekyla nė kalbos. Jie kalba apie gyvsidabrio milimetrus. Vienas milimetras gyvsidabrio yra 133 Paskalis. Jei vairuojate, tikriausiai žinote, kad normalus padangų slėgis keleivinis automobilis- apie du atmosferos.

Atmosferos slėgis

Atmosfera yra dujos, tiksliau, dujų mišinys, kuris dėl gravitacijos yra laikomas šalia Žemės. Atmosfera į tarpplanetinę erdvę pereina palaipsniui, o jos aukštis yra apytikslis 100 kilometrų.

Kaip suprasti posakį „atmosferos slėgis“? per kiekvieną kvadratinis metrasŽemės paviršius yra šimto kilometrų ilgio dujų stulpelis. Žinoma, oras skaidrus ir malonus, bet turi masę, kuri spaudžia žemės paviršių. Tai yra atmosferos slėgis.

Normalus atmosferos slėgis laikomas lygus 101325 Pa. Tai slėgis jūros lygyje esant 0 laipsnių Celsijaus. Celsijaus. Tą patį slėgį toje pačioje temperatūroje ant jo pagrindo daro gyvsidabrio stulpelis, kurio aukštis 766 milimetrų.

Kuo didesnis aukštis, tuo žemesnis atmosferos slėgis. Pavyzdžiui, kalno viršūnėje Chomolungma tai tik ketvirtadalis normalaus atmosferos slėgio.

Arterinis spaudimas

Kitas pavyzdys, kai susiduriame su spaudimu Kasdienybė yra kraujospūdžio matavimas.

Kraujospūdis – tai kraujospūdis, t.y. Spaudimas, kurį kraujas daro kraujagyslių sienelėms, šiuo atveju arterijoms.

Jeigu išmatavote kraujospūdį ir turite 120 ant 80 , tada viskas gerai. Jeigu 90 ant 50 arba 240 ant 180 , tada jums tikrai nebus įdomu išsiaiškinti, kuo matuojamas šis slėgis ir ką jis apskritai reiškia.

Tačiau kyla klausimas: 120 ant 80 kas tiksliai? Paskaliai, gyvsidabrio milimetrai, atmosferos ar kiti matavimo vienetai?

Kraujospūdis matuojamas gyvsidabrio stulpelio milimetrais. Jis nustato perteklinį skysčio slėgį kraujotakos sistema virš atmosferos slėgio.

Kraujas spaudžia kraujagysles ir taip kompensuoja atmosferos slėgio poveikį. Priešingu atveju mus tiesiog sutraiškytų didžiulė oro masė virš mūsų.

Bet kodėl dimensijoje kraujo spaudimas du skaičiai?

Beje! Mūsų skaitytojams dabar taikoma 10% nuolaida

Faktas yra tas, kad kraujas kraujagyslėse juda ne tolygiai, o sukrėtimais. Iškviečiamas pirmasis skaitmuo (120). sistolinis spaudimas. Tai yra spaudimas kraujagyslių sienelėms širdies raumens susitraukimo metu, jo vertė yra didžiausia. Antrasis skaitmuo (80) apibrėžia mažiausia vertė ir paskambino diastolinis spaudimas.

Matuojant registruojamos sistolinio ir diastolinio spaudimo reikšmės. Pavyzdžiui, už sveikas žmogus tipinė kraujospūdžio reikšmė yra 120–80 gyvsidabrio stulpelio milimetrų. Tai reiškia, kad sistolinis slėgis yra 120 mm. rt. Art., o diastolinis - 80 mm Hg. Art. Skirtumas tarp sistolinio ir diastolinio slėgio vadinamas pulso slėgiu.

fizinis vakuumas

Vakuumas yra slėgio nebuvimas. Tiksliau, beveik visiškas jo nebuvimas. Absoliutus vakuumas yra apytikslis, kaip idealios dujos termodinamikos ir materialus taškas mechanikoje.

Priklausomai nuo medžiagos koncentracijos, išskiriamas mažas, vidutinis ir didelis vakuumas. Geriausias fizinio vakuumo priartėjimas yra erdvė, kuriame molekulių koncentracija ir slėgis yra minimalūs.

Slėgis yra pagrindinis termodinaminis sistemos būsenos parametras. Nustatyti oro ar kitų dujų slėgį galima ne tik prietaisais, bet ir naudojant lygtis, formules bei termodinamikos dėsnius. Ir jei neturite laiko to išsiaiškinti, studentų tarnyba padės išspręsti bet kokią spaudimo nustatymo problemą.

Kodėl ant slidžių stovintis žmogus neįkrenta į purų sniegą? Kodėl automobilis su plačiomis padangomis turi didesnį plūduriavimą nei automobilis su įprastomis padangomis? Kodėl traktoriui reikalingi vikšrai? Atsakymą į šiuos klausimus sužinosime susipažinę su fizikiniu dydžiu, vadinamu slėgiu.

Tvirtas kūno slėgis

Kai jėga veikia ne vieną kūno tašką, o daugelį taškų, tada ji veikia kūno paviršių. Šiuo atveju kalbama apie slėgį, kurį ši jėga sukuria kieto kūno paviršiuje.

Fizikoje slėgis yra fizikinis dydis, kuris skaitine prasme yra lygus jėgos, veikiančios jam statmeną paviršių, santykiui su šio paviršiaus plotu.

p = F/S ,

kur R - slėgis; F - paviršių veikianti jėga; S - paviršiaus plotas.

Taigi, slėgis atsiranda, kai jėga veikia jam statmeną paviršių. Slėgio dydis priklauso nuo šios jėgos dydžio ir yra tiesiogiai jai proporcingas. Kuo didesnė jėga, tuo didesnį slėgį ji sukuria ploto vienetui. Dramblys yra sunkesnis už tigrą, todėl jis daro didesnį spaudimą paviršiui. Automobilis stumiasi į kelią labiau nei pėstysis.

Kieto kūno slėgis yra atvirkščiai proporcingas paviršiaus plotui, kurį veikia jėga.

Visi žino, kad vaikščioti giliame sniege sunku dėl to, kad nuolat krenta kojos. Tačiau slidinėti yra gana paprasta. Reikalas tas, kad abiem atvejais žmogus sniegą veikia ta pačia jėga – gravitacijos jėga. Tačiau ši jėga paskirstoma paviršiams su skirtinga sritis. Kadangi slidžių paviršiaus plotas yra didesnis nei batų padų plotas, žmogaus svoris šiuo atveju pasiskirsto didesniame plote. Ir jėga, veikianti ploto vienetą, yra kelis kartus mažesnė. Todėl ant slidžių stovintis žmogus mažiau spaudžia sniegą ir į jį neįkrenta.

Keisdami paviršiaus plotą, galite padidinti arba sumažinti slėgį.

Eidami į žygį renkamės kuprinę su plačiais dirželiais, kad sumažintume spaudimą ant peties.

Norėdami sumažinti pastato slėgį į žemę, padidinkite pamato plotą.

Padangos sunkvežimiai padaryti platesni nei padangos automobiliai kad jie mažiau slėgtų žemę. Dėl tos pačios priežasties traktorius ar bakas gaminami ant vikšrų, o ne ant ratų.

Peiliai, ašmenys, žirklės, adatos aštriai pagaląsti, kad jų pjovimo ar pradurimo dalies plotas būtų kuo mažesnis. Ir tada net ir naudojant nedidelę jėgą sukuriamas didelis spaudimas.

Dėl tos pačios priežasties gamta gyvūnams suteikė aštrius dantis, iltis ir nagus.

Slėgis - skaliarinis. Kietuosiuose kūneliuose jis perduodamas jėgos kryptimi.

Jėgos vienetas yra niutonas. Ploto vienetas yra m 2 . Todėl slėgio vienetas yra N/m 2. Ši reikšmė tarptautinėje vienetų sistemoje SI vadinama paskalį (Pa arba Ra). Jis gavo savo pavadinimą prancūzų fiziko Blaise'o Pascalio garbei. 1 paskalio slėgis sukelia 1 niutono jėgą, veikiančią 1 m 2 ploto paviršių.

1 Pa = 1N/m2 .

Kitose sistemose naudojami tokie matavimo vienetai kaip baras, atmosfera, mmHg. Art. (gyvsidabrio milimetrais) ir kt.

Slėgis skysčiuose

Jei kietame kūne slėgis perduodamas jėgos kryptimi, tai skysčiuose ir dujose pagal Paskalio dėsnį. bet koks skysčiui ar dujoms daromas slėgis perduodamas visomis kryptimis be pokyčių ».

Užpildykime skysčiu rutulį su mažytėmis skylutėmis, sujungtomis su siauru cilindro formos vamzdeliu. Pripildykime rutulį skysčiu, įkiškime stūmoklį į vamzdelį ir pradėkime jį judinti. Stūmoklis spaudžia skysčio paviršių. Šis slėgis perduodamas į kiekvieną skysčio tašką. Skystis pradeda pilti iš rutulio skylių.

Pripildę balioną dūmais, pamatysime tą patį rezultatą. Tai reiškia, kad dujose slėgis taip pat perduodamas visomis kryptimis.

Skystį, kaip ir bet kurį Žemės paviršiuje esantį kūną, veikia gravitacijos jėga. Kiekvienas skysčio sluoksnis talpykloje sukuria slėgį savo svoriu.

Tai patvirtina sekantis eksperimentas.

Jei vanduo pilamas į stiklinį indą, kurio dugne yra guminė plėvelė, plėvelė nuslūgs nuo vandens svorio. Ir kuo daugiau vandens, tuo labiau plėvelė sulinks. Jei šį indą su vandeniu palaipsniui panardinsime į kitą indą, taip pat pripildytą vandens, tada jam skęsdama plėvelė išsitiesins. O kai vandens lygis inde ir talpykloje bus lygus, plėvelė visiškai išsitiesins.

Tame pačiame lygyje slėgis skystyje yra toks pat. Tačiau didėjant gyliui, jis didėja, nes molekulės viršutiniai sluoksniai daryti spaudimą apatinių sluoksnių molekulėms. O tai, savo ruožtu, daro spaudimą dar žemiau esančių sluoksnių molekulėms. Todėl žemiausiame bako taške slėgis bus didžiausias.

Slėgis gylyje nustatomas pagal formulę:

p = ρ g h ,

kur p - slėgis (Pa);

ρ - skysčio tankis (kg / m 3);

g - laisvojo kritimo pagreitis (9,81 m/s);

h - skysčio kolonėlės aukštis (m).

Iš formulės matyti, kad slėgis didėja didėjant gyliui. Kuo žemiau povandeninis laivas nusileis į vandenyną, tuo didesnį spaudimą jis patirs.

Atmosferos slėgis

Evangelista Torricelli

Kas žino, jei 1638 metais Toskanos kunigaikštis nebūtų nusprendęs Florencijos sodų papuošti nuostabiais fontanais, atmosferos slėgis būtų aptiktas ne XVII amžiuje, o gerokai vėliau. Galima sakyti, kad šis atradimas buvo padarytas atsitiktinai.

Tais laikais buvo tikima, kad vanduo kils už siurblio stūmoklio, nes, kaip sakė Aristotelis, „gamta netoleruoja tuštumos“. Tačiau renginys nebuvo sėkmingas. Vanduo fontanuose tikrai pakilo, užpildydamas susidariusią „tuštumą“, tačiau 10,3 m aukštyje sustojo.

Jie kreipėsi pagalbos į Galilėjų Galilėjų. Kadangi jis negalėjo rasti logiško paaiškinimo, jis nurodė savo mokiniams: Evangelista Torricelli Ir Vincenzo Viviani atlikti eksperimentus.

Bandydami surasti gedimo priežastį, „Galileo“ mokiniai išsiaiškino, kad už siurblio į skirtingą aukštį pakyla skirtingi skysčiai. Kuo skystis tankesnis, tuo į žemesnį aukštį jis gali pakilti. Kadangi gyvsidabrio tankis yra 13 kartų didesnis nei vandens, jis gali pakilti iki 13 kartų mažesnio aukščio. Todėl savo eksperimente jie naudojo gyvsidabrį.

Eksperimentas buvo atliktas 1644 m. Stiklinis vamzdis buvo pripildytas gyvsidabrio. Tada jis buvo įmestas į konteinerį, taip pat užpildytą gyvsidabriu. Po kurio laiko gyvsidabrio stulpelis vamzdyje pakilo. Bet jis neužpildė viso vamzdžio. Virš gyvsidabrio stulpelio buvo tuščia erdvė. Vėliau ji buvo pavadinta „Toricellian tuštuma“. Bet gyvsidabris iš vamzdelio į indą taip pat nesipylė. Torricelli tai paaiškino tuo, kad gyvsidabris spaudžia atmosferos oras ir laiko jį vamzdelyje. O gyvsidabrio stulpelio aukštis vamzdyje parodo šio slėgio dydį. Tai buvo pirmas kartas, kai buvo išmatuotas atmosferos slėgis.

Žemės atmosfera yra jos oro apvalkalas, šalia jo laikomas gravitacinė trauka. Dujų molekulės, sudarančios šį apvalkalą, nuolat ir atsitiktinai juda. Gravitacijos įtakoje viršutiniai atmosferos sluoksniai spaudžia apatinius sluoksnius, juos suspaudžia. Labiausiai suspaustas žemiausias šalia Žemės paviršiaus esantis sluoksnis. Todėl spaudimas jame yra didžiausias. Pagal Paskalio dėsnį jis perduoda šį spaudimą visomis kryptimis. Ją patiria viskas, kas yra Žemės paviršiuje. Šis slėgis vadinamas Atmosferos slėgis .

Kadangi atmosferos slėgį sukuria viršutiniai oro sluoksniai, jis mažėja didėjant aukščiui. Žinoma, kad aukštai kalnuose jo mažiau nei kalnų papėdėje. Ir giliai po žeme jis yra daug aukščiau nei paviršiuje.

Normalus atmosferos slėgis – tai slėgis, lygus 760 mm aukščio gyvsidabrio stulpelio slėgiui esant 0 o C temperatūrai.

Atmosferos slėgio matavimas

Kadangi atmosferos oras turi skirtingą tankį skirtingo aukščio, tada atmosferos slėgio reikšmė negali būti nustatyta pagal formulęp = ρ · g · h . Todėl jis nustatomas naudojant specialius instrumentus, vadinamus barometrai .

Atskirkite skysčių barometrus ir aneroidus (neskysčius). Skysčių barometrų veikimas pagrįstas skysčio lygio stulpelio pokyčiu esant atmosferos slėgiui.

Aneroidas yra sandarus indas iš gofruoto metalo, kurio viduje sukuriamas vakuumas. Talpykla susitraukia, kai atmosferos slėgis pakyla, ir išsitiesina, kai jis nuleidžiamas. Visi šie pokyčiai spyruoklės pagalba perduodami į rodyklę metalinė lėkštė. Rodyklės galas juda išilgai skalės.

Keičiant barometro rodmenis galima daryti prielaidą, kaip keisis orai artimiausiomis dienomis. Jei atmosferos slėgis kils, tuomet galima tikėtis giedrų orų. O jei nusileis, bus debesuota.

Nardymo praktikoje dažnai susiduriama su įvairių verčių mechaninio, hidrostatinio ir dujų slėgio skaičiavimu. Priklausomai nuo išmatuoto slėgio vertės, naudojami skirtingi vienetai.

SI ir ISS sistemose slėgio vienetas yra paskalis (Pa), MKGSS sistemoje - kgf / cm 2 (techninė atmosfera - at). Tora (mm Hg), atm (fizinė atmosfera), m vandens naudojami kaip nesisteminiai slėgio vienetai. Art., o angliškai matai - svarai / colis 2. Skirtingų slėgio vienetų ryšiai pateikti 10.1 lentelėje.

Mechaninis slėgis matuojamas jėga, veikiančia statmenai kūno paviršiaus vienetui:

kur p - slėgis, kgf / cm 2;
F - jėga, kgf;
S – plotas, cm2.

10.1 pavyzdys. Nustatykite spaudimą, kurį naras daro laivo denyje ir žemėje po vandeniu, kai žengia žingsnį (t. y. stovi ant vienos kojos). Naro svoris įrangoje ore yra 180 kgf, o po vandeniu - 9 kgf. Nardomųjų kaliošų pado plotas yra 360 cm2. Sprendimas. 1) Slėgis, kurį nardymo batai perduoda į laivo denį, pagal (10.1):

P \u003d 180/360 \u003d 0,5 kgf / cm

Arba SI vienetais

P \u003d 0,5 * 0,98,10 5 = 49000 Pa \u003d 49 kPa.

10.1 lentelė. Skirtingų slėgio vienetų ryšiai

2) Slėgis, perduodamas nardant kaliošos į žemę po vandeniu:

arba SI vienetais

P \u003d 0,025 * 0,98 * 10 5 = 2460 Pa \u003d 2,46 kPa.

hidrostatinis slėgis skystis visur statmenai paviršiui, kuriame jis veikia, ir didėja didėjant gyliui, bet išlieka pastovus bet kurioje horizontalioje plokštumoje.

Jei skysčio paviršius nepatiria išorinio slėgio (pavyzdžiui, oro slėgio) arba į jį neatsižvelgiama, tada slėgis skysčio viduje vadinamas pertekliniu slėgiu.

čia p yra skysčio slėgis, kgf/cm 2 ;
p yra skysčio tankis, gf "s 4 / cm 2;
g - laisvojo kritimo pagreitis, cm/s 2 ;
Y- specifinė gravitacija skysčiai, kg/cm 3, kgf/l;
H - gylis, m.

Jei skysčio paviršius patiria išorinį slėgį slėgis skysčio viduje

Jei atmosferos oro slėgis veikia skysčio paviršių, tai slėgis skysčio viduje vadinamas absoliutus slėgis(t. y. slėgis matuojamas nuo nulio iki visiško vakuumo):
kur B – atmosferos (barometrinis) slėgis, mm Hg. Art.
Praktiniuose skaičiavimuose už gėlo vandens priimti
Y \u003d l kgf / l ir atmosferos slėgis p 0 \u003d 1 kgf / cm 2 \u003d \u003d 10 m vandens. Art., tada perteklinis vandens slėgis kgf / cm 2
ir absoliutus vandens slėgis
10.2 pavyzdys. Raskite absoliutų jūros vandens slėgį, veikiantį narą 150 m gylyje, jei barometrinis slėgis yra 765 mm Hg. Art., O jūros vandens savitasis svoris yra 1,024 kgf / l.

Sprendimas. Absoliutus jaučio slėgis (10/4)

numatoma absoliutaus slėgio vertė pagal (10.6)
IN šis pavyzdys apytikslės formulės (10.6) naudojimas skaičiavimui yra gana pagrįstas, nes skaičiavimo paklaida neviršija 3%.

10.3 pavyzdys. Tuščiavidurėje konstrukcijoje, kurioje buvo atmosferos slėgio p a \u003d 1 kgf / cm 2 oras, esančioje po vandeniu, susidarė skylė, per kurią pradėjo tekėti vanduo (10.1 pav.). Kokią spaudimo jėgą patirs naras, jei bandys ranka uždaryti šią skylę? Plotas „Prie skylės skerspjūvio yra 10X10 cm 2, vandens stulpelio H aukštis virš skylės yra 50 m.

Ryžiai. 9.20. Stebėjimo kamera "Galeazzi": 1 - akis; 2 - kabelio atatrankos įtaisas ir kabelio pjūvis; 3 - telefono įvesties armatūra; 4 - liuko dangtis; 5 - viršutinis iliuminatorius; 6 - guminis tvirtinimo žiedas; 7 - apatinis iliuminatorius; 8 - fotoaparato korpusas; 9 - deguonies balionas su manometru; 10 - avarinis balasto grąžinimo įtaisas; 11 - avarinis balastas; 12 - lempos kabelis; 13 - lempa; 14 - elektrinis ventiliatorius; 15 telefonas-mikrofonas; 16 - akumuliatoriaus baterija; 17 - regeneracinė darbo dėžė; 18 - liuko dangčio iliuminatorius

Sprendimas. Perteklinis slėgis vanduo prie skylės pagal (10.5)

P \u003d 0,1-50 \u003d 5 kgf / cm 2.

Spaudimo jėga naro rankoje iš (10.1)

F \u003d Sp \u003d 10 * 10 * 5 \u003d 500 kgf \u003d 0,5 tf.

Laive esančių dujų slėgis pasiskirsto tolygiai, jei neatsižvelgsime į jų svorį, o tai, atsižvelgiant į nardymo praktikoje naudojamų indų matmenis, turi nereikšmingą poveikį. Pastovios masės dujų slėgio dydis priklauso nuo jų užimamo tūrio ir temperatūros.

Ryšys tarp dujų slėgio ir jų tūrio esant pastoviai temperatūrai nustatomas pagal išraišką

P 1 V 1 = p 2 V 2 (10,7)

Kur p 1 ir p 2 - pradinis ir galutinis absoliutus slėgis, kgf / cm 2;

V 1 ir V 2 - pradinis ir galutinis dujų tūris, l. Ryšys tarp dujų slėgio ir jų temperatūros esant pastoviam tūriui nustatomas pagal išraišką

čia t 1 ir t 2 yra pradinė ir galutinė dujų temperatūra, °C.

Esant pastoviam slėgiui, panašus ryšys egzistuoja tarp dujų tūrio ir temperatūros

Santykį tarp dujų slėgio, tūrio ir temperatūros nustato kombinuotas dujinės būsenos dėsnis

10.4 pavyzdys. Baliono talpa 40 l, oro slėgis jame pagal manometrą 150 kgf / cm 2. Nustatykite laisvo oro tūrį balione, t.y. tūris sumažintas iki 1 kgf / cm 2.

Sprendimas. Pradinis absoliutus slėgis p \u003d 150 + 1 \u003d 151 kgf / cm 2, galutinis p 2 \u003d 1 kgf / cm 2, pradinis tūris V 1 = 40 l. Laisvas oro kiekis nuo (10,7)

10.5 pavyzdys. Manometras ant deguonies baliono patalpoje, kurios temperatūra buvo 17 ° C, parodė 200 kgf / cm 2 slėgį. Šis cilindras buvo perkeltas į denį, kur kitą dieną -11 ° C temperatūroje jo rodmenys sumažėjo iki 180 kgf / cm 2. Buvo įtariamas deguonies nutekėjimas. Patikrinkite, ar įtarimas yra teisingas.

Sprendimas. Pradinis absoliutus slėgis p 2 \u003d 200 + 1 \u003d \u003d 201 kgf / cm 2, galutinis p 2 \u003d 180 + 1 \u003d 181 kgf / cm 2, pradinė temperatūra t 1 \u003d \u003d \u003d \u003d u003d -11 °C. Numatomas galutinis slėgis nuo (10,8)

Įtarimai nepagrįsti, nes faktinis ir apskaičiuotas spaudimas yra lygus.

10.6 pavyzdys. Naras po vandeniu sunaudoja 100 l / min oro, suspausto iki 40 m nardymo gylio slėgio. Nustatykite laisvo oro srautą (t. y. esant 1 kgf / cm 2 slėgiui).

Sprendimas. Pradinis absoliutus slėgis panardinimo gylyje pagal (10.6)

P 1 = 0,1 * 40 \u003d 5 kgf / cm 2.

Galutinis absoliutus slėgis P 2 \u003d 1 kgf / cm 2

Pradinis oro srautas Vi = l00 l/min.

Laisvas oro srautas pagal (10.7)

Padarykime eksperimentą. Paimkime nedidelę lentą su keturiomis vinimis, įkaltomis į kampus, ir padėkite ją smaigaliais į viršų ant smėlio. Ant jo uždedame svarelį (81 pav.). Pamatysime, kad vinių galvutės tik šiek tiek įspaustos į smėlį. Jei lentą apverssime ir vėl uždėsime (kartu su svarmeniu) ant smėlio, tai dabar vinys į ją įeis daug giliau (82 pav.). Abiem atvejais lentos svoris buvo toks pat, tačiau poveikis buvo skirtingas. Kodėl? Visas skirtumas nagrinėjamais atvejais buvo tas, kad paviršiaus plotas, ant kurio gulėjo nagai, vienu atveju buvo didesnis, kitu – mažesnis. Juk iš pradžių vinių galvutės lietė smėlį, o vėliau jų taškai.

Matome, kad smūgio rezultatas priklauso ne tik nuo jėgos, kuria kūnas spaudžia paviršių, bet ir nuo šio paviršiaus ploto. Būtent dėl ​​šios priežasties žmogus, gebantis čiuožti ant puraus sniego ant slidžių, vos jas nuėmęs, iškart įkrenta (83 pav.). Bet tai ne tik sritis. Taikomos jėgos dydis taip pat vaidina svarbų vaidmenį. Jei, pavyzdžiui, ant to paties. lentą (žr. 81 pav.) uždėkite kitą svorį, tada vinys (su tokiu pat atramos plotu) dar giliau įsės į smėlį.

Jėga, veikiama statmenai paviršiui, vadinama spaudimo jėgaį šį paviršių.

Slėgio jėgos nereikėtų painioti su slėgiu. Slėgis- tai fizinis dydis, lygus tam tikram paviršiui veikiančios slėgio jėgos ir šio paviršiaus ploto santykiui:

p - slėgis, F - slėgio jėga, S - plotas.

Taigi, norint nustatyti slėgį, slėgio jėgą reikia padalyti iš paviršiaus ploto, kuriame veikia slėgis.

Esant tokiai pačiai jėgai, slėgis yra didesnis, kai atramos plotas yra mažesnis, ir atvirkščiai nei daugiau ploto atramos, tuo mažesnis spaudimas.

Tais atvejais, kai slėgio jėga yra kūno svoris ant paviršiaus (F = P = mg), kūno daromą slėgį galima rasti pagal formulę

Jei slėgis p ir plotas S žinomi, tai galima nustatyti slėgio jėgą F; Norėdami tai padaryti, slėgį turite padauginti iš ploto:

F = pS (32,2)

Slėgio jėga (kaip ir bet kuri kita jėga) matuojama niutonais. Slėgis matuojamas paskaliais. Paskalis(1 Pa) yra slėgis, kurį sukuria 1 N slėgio jėga, veikiama 1 m 2 paviršiaus:

1 Pa \u003d 1 N / m 2.

Taip pat naudojami kiti slėgio vienetai - hektopaskalis (hPa) ir kilopaskalis (kPa):

1 hPa = 100 Pa, 1 kPa = 1000 Pa.

1. Pateikite pavyzdžių, rodančių, kad jėgos veikimo rezultatas priklauso nuo atramos ploto, kurį ši jėga veikia. 2. Kodėl slidininkas neįkrenta į sniegą? 3. Kodėl aštrus mygtukas lengviau patenka į medieną nei bukas? 4. Kas vadinama spaudimu? 5. Kokius slėgio vienetus žinote? 6. Kuo skiriasi slėgis ir slėgio jėga? 7. Kaip sužinoti slėgio jėgą, žinant slėgį ir paviršiaus plotą, kuriam veikia jėga?