Ciśnienie jako wielkość fizyczna. Formuła ciśnienia dla powietrza, pary, cieczy lub ciała stałego

Wyobraź sobie wypełniony powietrzem, szczelny cylinder z tłokiem zamontowanym na górze. Jeśli zaczniesz wywierać nacisk na tłok, to objętość powietrza w cylindrze zacznie się zmniejszać, cząsteczki powietrza będą się coraz intensywniej zderzać ze sobą i z tłokiem, a ciśnienie sprężonego powietrza na tłok będzie zwiększać.

Jeśli tłok zostanie teraz nagle zwolniony, sprężone powietrze gwałtownie wypchnie go do góry. Dzieje się tak, ponieważ przy stałej powierzchni tłoka siła działająca na tłok ze sprężonego powietrza będzie wzrastać. Powierzchnia tłoka pozostała niezmieniona, a siła od strony cząsteczek gazu wzrosła, a ciśnienie odpowiednio wzrosło.

Albo inny przykład. Mężczyzna stoi na ziemi, stoi obiema nogami. W tej pozycji osoba jest wygodna, nie doświadcza niedogodności. Ale co się stanie, jeśli ta osoba zdecyduje się stanąć na jednej nodze? Zginie jedną nogę w kolanie, a teraz oprzeć się będzie o ziemię tylko jedną nogą. W tej pozycji osoba odczuje pewien dyskomfort, ponieważ nacisk na stopę wzrósł i około 2 razy. Czemu? Ponieważ obszar, przez który grawitacja teraz dociska człowieka do ziemi, zmniejszył się 2 razy. Oto przykład tego, czym jest presja i jak łatwo ją wykryć w życiu codziennym.

Z punktu widzenia fizyki ciśnienie jest wielkością fizyczną liczbowo równą sile działającej prostopadle do powierzchni na jednostkę powierzchni tej powierzchni. Dlatego, w celu określenia nacisku w pewnym punkcie na powierzchni, normalną składową siły przyłożonej do powierzchni dzieli się przez pole powierzchni elementu małej powierzchni, na który działa ta siła. Aby wyznaczyć średnie ciśnienie na całej powierzchni, należy podzielić normalną składową siły działającej na powierzchnię przez Całkowita powierzchnia tę powierzchnię.

Ciśnienie jest mierzone w paskalach (Pa). Ta jednostka ciśnieniowa otrzymała swoją nazwę na cześć francuskiego matematyka, fizyka i pisarza Blaise'a Pascala, autora podstawowego prawa hydrostatyki - Prawa Pascala, które mówi, że ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz jest przekazywane do dowolnego punktu niezmienionego we wszystkich wskazówki. Po raz pierwszy jednostka ciśnienia „pascal” została wprowadzona do obiegu we Francji w 1961 r., Zgodnie z dekretem o jednostkach, trzy wieki po śmierci naukowca.

Jeden paskal jest równy ciśnieniu wywieranemu przez siłę jednego niutona, równomiernie rozłożoną i skierowaną prostopadle do powierzchni jednego metra kwadratowego.

W paskalach mierzy się nie tylko ciśnienie mechaniczne (naprężenie mechaniczne), ale także moduł sprężystości, moduł Younga, moduł sprężystości objętościowej, granicę plastyczności, granicę proporcjonalności, odporność na rozdarcie, wytrzymałość na ścinanie, ciśnienie akustyczne i ciśnienie osmotyczne. Tradycyjnie w paskalach wyrażane są najważniejsze właściwości mechaniczne materiałów w zakresie wytrzymałości materiałów.

Atmosfera techniczna (at), fizyczna (atm), kilogram-siła na centymetr kwadratowy (kgf / cm2)

Oprócz paskala do pomiaru ciśnienia używane są również inne jednostki (poza systemem). Jedną z takich jednostek jest „atmosfera” (w). Ciśnienie jednej atmosfery jest w przybliżeniu równe ciśnieniu atmosferycznemu na powierzchni Ziemi na poziomie morza. Dzisiaj przez „atmosferę” rozumie się atmosferę techniczną (at).

Atmosfera techniczna (at) to ciśnienie wytwarzane przez jeden kilogram siły (kgf) rozłożone równomiernie na powierzchni jednego centymetra kwadratowego. Z kolei jeden kilogram-siła jest równa sile grawitacji działającej na ciało o masie jednego kilograma w warunkach przyspieszenia swobodny spadek równą 9,80665 m/s2. Jeden kilogram-siła jest zatem równy 9,80665 Newtona, a 1 atmosfera okazuje się równa dokładnie 98066,5 Pa. 1 przy = 98066,5 Pa.

Na przykład w atmosferach ciśnienie w opony samochodowe, na przykład zalecane ciśnienie w oponach autobusu pasażerskiego GAZ-2217 wynosi 3 atmosfery.

Istnieje również „atmosfera fizyczna” (atm), definiowana jako ciśnienie słupa rtęci o wysokości 760 mm u podstawy, biorąc pod uwagę, że gęstość rtęci wynosi 13595,04 kg/m3, w temperaturze 0 ° C i poniżej warunki przyspieszenia ziemskiego 9 80665 m/s2. Okazuje się więc, że 1 atm \u003d 1,033233 atm \u003d 101 325 Pa.

Jeśli chodzi o kilogram-siła na centymetr kwadratowy (kgf/cm2), ta niesystemowa jednostka ciśnienia jest z dobrą dokładnością równa normalnemu ciśnieniu atmosferycznemu, co jest czasem wygodne do oceny różnych efektów.

Niesystemowa jednostka „bar” jest w przybliżeniu równa jednej atmosferze, ale jest dokładniejsza - dokładnie 100 000 Pa. W systemie CGS 1 bar odpowiada 1 000 000 dyn/cm2. Wcześniej nazwę „bar” nosiła jednostka, obecnie nazywana „barem” i równa 0,1 Pa lub w systemie CGS 1 bar \u003d 1 dyn / cm2. Słowo „bar”, „bar” i „barometr” pochodzi z tego samego greckie słowo"powaga".

Często do pomiaru ciśnienia atmosferycznego w meteorologii stosuje się jednostkę mbar (milibar), równą 0,001 bara. Oraz do pomiaru ciśnienia na planetach, gdzie atmosfera jest bardzo rozrzedzona - mikrobar (mikrobar), równy 0,000001 bara. Na manometrach technicznych najczęściej skala posiada podziałkę w barach.

Milimetr słupa rtęci (mm Hg), milimetr słupa wody (mm słupa wody)

Niesystemowa jednostka miary „milimetr słupa rtęci” to 101325/760 = 133,3223684 Pa. Jest określany jako „mm Hg”, ale czasami jest określany jako „torr” - na cześć włoskiego fizyka, ucznia Galileusza, Evangelisty Torricelli, autora koncepcji ciśnienia atmosferycznego.

Jednostka powstała w związku z wygodnym sposobem pomiar ciśnienia atmosferycznego za pomocą barometru, w którym kolumna rtęci znajduje się w równowadze pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Rtęć ma wysoką gęstość około 13 600 kg/m3 i charakteryzuje się niską prężnością pary nasyconej w warunkach temperatura pokojowa, dlatego kiedyś do barometrów wybrano rtęć.

Na poziomie morza ciśnienie atmosferyczne wynosi około 760 mm Hg, ta wartość jest obecnie uważana za normalne ciśnienie atmosferyczne, równe 101325 Pa lub jedną fizyczną atmosferę, 1 atm. Oznacza to, że 1 milimetr słupa rtęci jest równy 101325/760 paskali.

W milimetrach słupa rtęci mierzone jest ciśnienie w medycynie, meteorologii i nawigacji lotniczej. W medycynie ciśnienie krwi mierzone jest w mmHg, w technologii próżniowej jest ono wyskalowane w mmHg wraz z paskami. Czasami piszą nawet 25 mikronów, co oznacza mikrony rtęci, jeśli rozmawiamy o opróżnianiu, a pomiary ciśnienia przeprowadzane są za pomocą wakuometrów.

W niektórych przypadkach stosuje się milimetry słupa wody, a następnie 13,59 mm słupa wody \u003d 1 mm Hg. Czasami jest to wygodniejsze i wygodniejsze. Milimetr słupa wody, podobnie jak milimetr słupa rtęci, jest jednostką poza systemem, co z kolei jest równe ciśnieniu hydrostatycznemu 1 mm słupa wody, na które ten słup wywiera płaska podstawa przy temperaturze wody w kolumnie 4°C.

Nikt nie lubi być pod presją. I nie ma znaczenia, który. Śpiewała o tym również Queen wraz z Davidem Bowie w ich słynnym singlu „Under pressure”. Czym jest presja? Jak rozumieć presję? W czym jest mierzony, jakimi instrumentami i metodami, dokąd jest kierowany i do czego dąży. Odpowiedzi na te i inne pytania - w naszym artykule o ciśnienie w fizyce i nie tylko.

Jeśli nauczyciel będzie wywierał na Ciebie presję, zadając trudne problemy, upewnimy się, że potrafisz na nie poprawnie odpowiedzieć. W końcu zrozumienie istoty rzeczy jest kluczem do sukcesu! Czym więc jest ciśnienie w fizyce?

Zgodnie z definicją:

Ciśnienie- skalarny wielkość fizyczna, równy sile działając na jednostkę powierzchni.

W międzynarodowy system SI mierzy się w Paskale i jest oznaczony literą P . Jednostka ciśnienia - 1 Pascal. Rosyjskie oznaczenie - Rocznie, międzynarodowy - Rocznie.

Zgodnie z definicją, aby znaleźć ciśnienie, należy podzielić siłę przez powierzchnię.

Każda ciecz lub gaz umieszczony w naczyniu wywiera nacisk na ścianki naczynia. Na przykład barszcz w rondlu działa z pewnym naciskiem na jego dno i ściany. Wzór do określania ciśnienia płynu:

gdzie g jest przyspieszenie swobodnego spadania w polu grawitacyjnym ziemi, h- wysokość słupka barszczowego na patelni, grecki list „ro”- gęstość barszczu.

Najczęściej używanym przyrządem do pomiaru ciśnienia jest barometr. Ale w czym jest mierzone ciśnienie? Oprócz paskala istnieją inne pozasystemowe jednostki miary:

• atmosfera;
• milimetr rtęci;
• milimetr słupa wody;
• metr słupa wody;
• kilogram-siła.

W zależności od kontekstu używane są różne jednostki spoza systemu.

Na przykład, kiedy słuchasz lub czytasz prognozę pogody, nie ma mowy o Pascalach. Mówią o milimetrach rtęci. Jeden milimetr rtęci to 133 Pascala. Jeśli jeździsz, prawdopodobnie wiesz, że normalne ciśnienie w oponach Samochód osobowy- około dwóch atmosfera.

Ciśnienie atmosferyczne

Atmosfera jest gazem, a dokładniej mieszaniną gazów utrzymywaną w pobliżu Ziemi dzięki grawitacji. Atmosfera stopniowo przechodzi w przestrzeń międzyplanetarną, a jej wysokość wynosi około 100 kilometrów.

Jak rozumieć wyrażenie „ciśnienie atmosferyczne”? nad każdym metr kwadratowy Powierzchnia Ziemi to stukilometrowa kolumna gazu. Oczywiście powietrze jest przejrzyste i przyjemne, ale ma masę, która naciska na powierzchnię ziemi. To jest ciśnienie atmosferyczne.

Przyjmuje się, że normalne ciśnienie atmosferyczne jest równe 101325 Rocznie. To ciśnienie na poziomie morza przy 0 stopniach Celsjusza. Celsjusz. Na jego podstawę takie samo ciśnienie w tej samej temperaturze wywiera kolumna rtęci o wysokości 766 milimetry.

Im wyższa wysokość, tym niższe ciśnienie atmosferyczne. Na przykład na szczycie góry Chomolungma to tylko jedna czwarta normalnego ciśnienia atmosferycznego.

Ciśnienie tętnicze

Kolejny przykład, w którym mamy do czynienia z presją w Życie codzienne to pomiar ciśnienia krwi.

Ciśnienie krwi to ciśnienie krwi, tj. Ciśnienie wywierane przez krew na ściany naczyń krwionośnych, w tym przypadku tętnic.

Jeśli zmierzyłeś ciśnienie krwi i je masz 120 na 80 , to wszystko jest w porządku. Jeśli 90 na 50 lub 240 na 180 , wtedy na pewno nie będzie interesujące, aby dowiedzieć się, w czym mierzy się to ciśnienie i co ogólnie oznacza.

Powstaje jednak pytanie: 120 na 80 co dokładnie? Paskale, milimetry słupa rtęci, atmosfery czy inne jednostki miary?

Ciśnienie krwi jest mierzone w milimetrach słupa rtęci. Określa nadciśnienie cieczy w układ krążenia powyżej ciśnienia atmosferycznego.

Krew wywiera nacisk na naczynia i tym samym kompensuje wpływ ciśnienia atmosferycznego. W przeciwnym razie po prostu zostalibyśmy zmiażdżeni przez ogromną masę powietrza nad nami.

Ale dlaczego w wymiarze? ciśnienie krwi dwie liczby?

Przy okazji! Dla naszych czytelników teraz 10% zniżki na

Faktem jest, że krew porusza się w naczyniach nierównomiernie, ale wstrząsami. Pierwsza cyfra (120) to skurczowy ciśnienie. Jest to nacisk na ściany naczyń krwionośnych w momencie skurczu mięśnia sercowego, jego wartość jest największa. Druga cyfra (80) określa najmniejsza wartość i zadzwoniłem rozkurczowy ciśnienie.

Podczas pomiaru rejestrowane są wartości ciśnienia skurczowego i rozkurczowego. Na przykład dla zdrowa osoba typowa wartość ciśnienia krwi wynosi od 120 do 80 milimetrów słupa rtęci. Oznacza to, że ciśnienie skurczowe wynosi 120 mm. rt. Art. i rozkurczowe - 80 mm Hg. Sztuka. Różnica między ciśnieniem skurczowym i rozkurczowym nazywana jest ciśnieniem tętna.

fizyczna próżnia

Próżnia to brak ciśnienia. Dokładniej, jego prawie całkowity brak. Próżnia absolutna jest przybliżeniem, jak gaz doskonały w termodynamice i punkt materialny w mechanice.

W zależności od stężenia substancji rozróżnia się próżnię niską, średnią i wysoką. Najlepsze przybliżenie do próżni fizycznej to przestrzeń, w którym stężenie cząsteczek i ciśnienie są minimalne.

Ciśnienie jest głównym termodynamicznym parametrem stanu układu. Możliwe jest określenie ciśnienia powietrza lub innego gazu nie tylko za pomocą przyrządów, ale także za pomocą równań, wzorów i praw termodynamiki. A jeśli nie masz czasu, aby to rozgryźć, obsługa studencka pomoże ci rozwiązać każdy problem z określeniem presji.

Dlaczego osoba stojąca na nartach nie wpada w sypki śnieg? Dlaczego samochód z szerokimi oponami ma większą przyczepność niż samochód ze zwykłymi oponami? Dlaczego ciągnik potrzebuje gąsienic? Odpowiedź na te pytania dowiemy się, zapoznając się z wielkością fizyczną zwaną ciśnieniem.

Ciśnienie ciała stałego

Kiedy siła jest przyłożona nie do jednego punktu ciała, ale do wielu punktów, to działa ona na powierzchnię ciała. W tym przypadku mówi się o ciśnieniu, jakie ta siła wytwarza na powierzchni ciała stałego.

W fizyce ciśnienie jest wielkością fizyczną, która jest liczbowo równa stosunkowi siły działającej na powierzchnię prostopadłą do niej do powierzchni tej powierzchni.

p = F/S ,

gdzie r - ciśnienie; F - siła działająca na powierzchnię; S - powierzchnia.

Tak więc ciśnienie występuje, gdy siła działa na powierzchnię prostopadłą do niego. Wielkość ciśnienia zależy od wielkości tej siły i jest do niej wprost proporcjonalna. Im większa siła, tym większe ciśnienie wytwarza na jednostkę powierzchni. Słoń jest cięższy od tygrysa, więc wywiera większy nacisk na powierzchnię. Samochód napiera na jezdnię z większą siłą niż pieszy.

Nacisk ciała stałego jest odwrotnie proporcjonalny do powierzchni, na którą działa siła.

Wszyscy wiedzą, że chodzenie w głębokim śniegu jest trudne ze względu na to, że nogi ciągle przewracają się. Ale jazda na nartach jest całkiem łatwa. Rzecz w tym, że w obu przypadkach człowiek działa na śnieg z tą samą siłą - siłą grawitacji. Ale ta siła jest rozłożona na powierzchniach z inny obszar. Ponieważ powierzchnia nart jest większa niż powierzchnia podeszw butów, ciężar osoby w tym przypadku rozkłada się na większą powierzchnię. A siła działająca na jednostkę powierzchni jest kilkakrotnie mniejsza. Dzięki temu osoba stojąca na nartach wywiera mniejszy nacisk na śnieg i nie wpada w niego.

Zmieniając powierzchnię, możesz zwiększyć lub zmniejszyć nacisk.

Wybierając się na wędrówkę wybieramy plecak z szerokimi ramiączkami, aby zmniejszyć ucisk na ramię.

Aby zmniejszyć nacisk budynku na ziemię, zwiększ powierzchnię fundamentu.

Opony samochody ciężarowe zrobić szersze niż opony samochody dzięki czemu wywierają mniejszy nacisk na podłoże. Z tego samego powodu traktor lub czołg jest budowany na gąsienicach, a nie na kołach.

Noże, ostrza, nożyczki, igły są ostro zaostrzone, aby miały jak najmniejszą powierzchnię części tnącej lub przekłuwającej. A potem, nawet przy pomocy niewielkiej przyłożonej siły, powstaje duży nacisk.

Z tego samego powodu natura wyposażyła zwierzęta w ostre zęby, kły i pazury.

Ciśnienie - skalarny. W ciałach stałych jest przenoszony zgodnie z kierunkiem siły.

Jednostką siły jest niuton. Jednostką powierzchni jest m 2 . Dlatego jednostką ciśnienia jest N/m2. Ta wartość w międzynarodowym układzie jednostek SI nazywa się Pascal (Pa lub Ra). Swoją nazwę otrzymał na cześć francuskiego fizyka Blaise'a Pascala. Nacisk 1 paskala powoduje siłę 1 niutona działającą na powierzchnię 1 m 2 .

1 Pa = 1N/m2 .

Inne systemy używają jednostek takich jak bar, atmosfera, mmHg. Sztuka. (milimetry słupa rtęci) itp.

Ciśnienie w cieczach

Jeśli w ciele stałym ciśnienie jest przenoszone w kierunku siły, to w cieczach i gazach zgodnie z prawem Pascala” wszelkie ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz jest przekazywane we wszystkich kierunkach bez zmian ».

Napełnijmy płynem kulkę z malutkimi otworami połączonymi z wąską rurką w formie cylindra. Napełnijmy kulkę płynem, włóżmy tłok do tuby i zacznijmy nim poruszać. Tłok naciska na powierzchnię cieczy. To ciśnienie jest przenoszone do każdego punktu płynu. Płyn zaczyna się wylewać z otworów w kuli.

Wypełniając balon dymem, zobaczymy ten sam wynik. Oznacza to, że w gazach ciśnienie przenoszone jest również we wszystkich kierunkach.

Siła grawitacji działa na ciecz, jak na każde ciało na powierzchni Ziemi. Każda warstwa płynu w pojemniku wytwarza ciśnienie własnym ciężarem.

Potwierdza to następujący eksperyment.

Jeśli woda zostanie wlana do szklanego naczynia, którego dno ma gumową folię, to folia będzie zwisać pod ciężarem wody. A im więcej wody, tym bardziej film się ugnie. Jeśli stopniowo zanurzymy to naczynie z wodą do innego pojemnika, również napełnionego wodą, to w miarę opadania folia się wyprostuje. A gdy poziomy wody w naczyniu i pojemniku są równe, folia całkowicie się wyprostuje.

Na tym samym poziomie ciśnienie w cieczy jest takie samo. Ale wraz ze wzrostem głębokości wzrasta, ponieważ cząsteczki górne warstwy wywierać nacisk na cząsteczki niższych warstw. A te z kolei wywierają nacisk na molekuły warstw położonych jeszcze niżej. Dlatego w najniższym punkcie zbiornika ciśnienie będzie najwyższe.

Ciśnienie na głębokości określa wzór:

p = ρ g h ,

gdzie P - ciśnienie (Pa);

ρ - gęstość cieczy (kg / m 3);

g - przyspieszenie swobodnego spadania (9,81 m/s);

h - wysokość słupa cieczy (m).

Ze wzoru widać, że ciśnienie wzrasta wraz z głębokością. Im niżej łódź podwodna zanurza się w oceanie, tym większe będzie jej ciśnienie.

Ciśnienie atmosferyczne

Ewangelista Torricelli

Kto wie, gdyby w 1638 roku książę Toskanii nie zdecydował się ozdobić ogrodów Florencji pięknymi fontannami, ciśnienie atmosferyczne nie zostałoby odkryte w XVII wieku, ale znacznie później. Można powiedzieć, że to odkrycie zostało dokonane przez przypadek.

W tamtych czasach wierzono, że woda podniesie się za tłokiem pompy, ponieważ, jak powiedział Arystoteles, „przyroda nie toleruje pustki”. Jednak impreza nie zakończyła się sukcesem. Woda w fontannach naprawdę się podniosła, wypełniając powstałą „pustkę”, ale na wysokości 10,3 m zatrzymała się.

Zwrócili się o pomoc do Galileo Galilei. Ponieważ nie mógł znaleźć logicznego wyjaśnienia, poinstruował swoich uczniów: Ewangelista Torricelli I Vincenzo Viviani przeprowadzać eksperymenty.

Próbując znaleźć przyczynę awarii, uczniowie Galileo odkryli, że za pompą unoszą się różne ciecze na różne wysokości. Im gęstsza ciecz, tym niższa wysokość może wznieść się. Ponieważ gęstość rtęci jest 13 razy większa niż wody, może wznosić się na wysokość 13 razy mniejszą. Dlatego w swoim eksperymencie użyli rtęci.

W 1644 przeprowadzono eksperyment. Szklana rurka była wypełniona rtęcią. Następnie został wrzucony do pojemnika, również wypełnionego rtęcią. Po pewnym czasie słupek rtęci w rurce uniósł się. Ale nie wypełnił całej tuby. Nad kolumną rtęci była pusta przestrzeń. Nazwano ją później „pustką torricellską”. Ale rtęć też nie wylała się z tuby do pojemnika. Torricelli wyjaśnił to faktem, że prasuje rtęć powietrze atmosferyczne i trzyma go w tubie. Wysokość słupa rtęci w rurce pokazuje wielkość tego ciśnienia. Był to pierwszy pomiar ciśnienia atmosferycznego.

Atmosfera Ziemi jest jej powłoką powietrzną, utrzymywaną w pobliżu przyciągania grawitacyjnego. Cząsteczki gazu, które tworzą tę powłokę, poruszają się w sposób ciągły i losowy. Pod wpływem grawitacji górne warstwy atmosfery naciskają na dolne warstwy, ściskając je. Najniższa warstwa przy powierzchni Ziemi jest najbardziej skompresowana. Dlatego presja w nim jest największa. Zgodnie z prawem Pascala przenosi to ciśnienie we wszystkich kierunkach. Doświadcza go wszystko, co znajduje się na powierzchni Ziemi. To ciśnienie nazywa się ciśnienie atmosferyczne .

Ponieważ ciśnienie atmosferyczne jest wytwarzane przez nakładające się na siebie warstwy powietrza, zmniejsza się ono wraz ze wzrostem wysokości. Wiadomo, że wysoko w górach jest mniej niż u podnóża gór. A głęboko pod ziemią jest znacznie wyższy niż na powierzchni.

Normalne ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie równe ciśnieniu słupa rtęci o wysokości 760 mm w temperaturze 0 o C.

Pomiar ciśnienia atmosferycznego

Ponieważ powietrze atmosferyczne ma różne gęstości inna wysokość, to wartości ciśnienia atmosferycznego nie można określić wzoremP = ρ · g · h . Dlatego określa się ją za pomocą specjalnych instrumentów zwanych barometry .

Rozróżnij barometry cieczowe i aneroidy (niepłynne). Działanie barometrów cieczowych opiera się na zmianie słupa poziomu cieczy pod wpływem ciśnienia atmosferycznego.

Aneroid to szczelny pojemnik wykonany z blachy falistej, wewnątrz którego powstaje próżnia. Pojemnik kurczy się, gdy wzrasta ciśnienie atmosferyczne, a prostuje się, gdy jest obniżany. Wszystkie te zmiany są przenoszone na strzałę za pomocą sprężyny metalowy talerz. Koniec strzałki przesuwa się po skali.

Zmieniając odczyty barometru można założyć, jak zmieni się pogoda w nadchodzących dniach. Jeśli ciśnienie atmosferyczne wzrośnie, można spodziewać się bezchmurnej pogody. A jeśli spadnie, będzie pochmurno.

W praktyce nurkowej często spotyka się obliczenia ciśnienia mechanicznego, hydrostatycznego i gazowego o szerokim zakresie wartości. W zależności od wartości mierzonego ciśnienia stosuje się różne jednostki.

W systemach SI i ISS jednostką ciśnienia jest paskal (Pa), w systemie MKGSS - kgf / cm 2 (atmosfera techniczna - w). Tora (mm Hg), atm (atmosfera fizyczna), m wody są używane jako niesystemowe jednostki ciśnienia. Art., aw miarach angielskich - funty / cal 2. Zależności między różnymi jednostkami ciśnienia podano w tabeli 10.1.

Ciśnienie mechaniczne mierzone jest siłą działającą prostopadle do jednostkowej powierzchni ciała:

gdzie p - ciśnienie, kgf / cm 2;
F - siła, kgf;
S - powierzchnia, cm 2.

Przykład 10.1. Określ nacisk, jaki nurek wywiera na pokład jednostki pływającej i na ziemię pod wodą, gdy robi krok (tj. staje na jednej nodze). Waga nurka w sprzęcie w powietrzu to 180 kgf, a pod wodą 9 kgf. Przyjmuje się, że powierzchnia podeszwy kaloszy nurkowych wynosi 360 cm2. Rozwiązanie. 1) Ciśnienie przenoszone przez buty nurkowe na pokład statku zgodnie z (10.1):

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

Lub w jednostkach SI

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

Tabela 10.1. Zależności między różnymi jednostkami ciśnienia

2) Ciśnienie przenoszone przez kalosze nurkowe na grunt pod wodą:

lub w jednostkach SI

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

ciśnienie hydrostatyczne ciecz wszędzie prostopadle do powierzchni, na którą działa, i zwiększa się wraz z głębokością, ale pozostaje stała w każdej płaszczyźnie poziomej.

Jeżeli na powierzchni cieczy nie występuje ciśnienie zewnętrzne (na przykład ciśnienie powietrza) lub nie jest ono brane pod uwagę, wówczas ciśnienie wewnątrz cieczy nazywa się nadciśnieniem.

gdzie p jest ciśnieniem cieczy, kgf/cm2 ;
p jest gęstością cieczy, gf "s 4 / cm 2;
g - przyspieszenie swobodnego spadania, cm/s 2 ;
T- środek ciężkości płyny, kg/cm 3 , kgf/l;
H - głębokość, m.

Jeśli na powierzchni cieczy wystąpi ciśnienie zewnętrzne ciśnienie wewnątrz cieczy

Jeżeli na powierzchnię cieczy oddziałuje ciśnienie atmosferyczne, wówczas nazywa się ciśnienie wewnątrz cieczy ciśnienie bezwzględne(tj. ciśnienie mierzone od zera - pełna próżnia):
gdzie B - ciśnienie atmosferyczne (barometryczne), mm Hg. Sztuka.
W praktycznych obliczeniach dla świeża woda zaakceptować
Y \u003d l kgf / l i ciśnienie atmosferyczne p 0 \u003d 1 kgf / cm2 \u003d \u003d 10 m wody. Art., a następnie nadciśnienie wody w kgf / cm 2
i bezwzględne ciśnienie wody
Przykład 10.2. Znajdź bezwzględne ciśnienie wody morskiej działające na nurka na głębokości 150 m, jeśli ciśnienie barometryczne wynosi 765 mm Hg. Art., a ciężar właściwy wody morskiej wynosi 1,024 kgf/l.

Rozwiązanie. Ciśnienie bezwzględne wołu o (10/4)

szacunkowa wartość ciśnienia bezwzględnego wg (10.6)
W ten przykład zastosowanie przybliżonego wzoru (10,6) do obliczeń jest całkiem uzasadnione, ponieważ błąd obliczeniowy nie przekracza 3%.

Przykład 10.3. W pustej strukturze zawierającej powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym p a \u003d 1 kgf / cm 2, znajdującej się pod wodą, utworzono otwór, przez który zaczęła płynąć woda (ryc. 10.1). Jaką siłę nacisku odczuje nurek, jeśli spróbuje zamknąć tę dziurę ręką? Obszar „Na przekroju otworu wynosi 10X10 cm 2 , wysokość słupa wody H nad otworem wynosi 50 m.

Ryż. 9.20. Komora obserwacyjna „Galeazzi”: 1 - oko; 2 - urządzenie do odwijania kabla i cięcie kabla; 3 - dopasowanie do wejścia telefonicznego; 4 - pokrywa włazu; 5 - bulaj górny; 6 - gumowy pierścień mocujący; 7 - dolny bulaj; 8 - korpus aparatu; 9 - butla z tlenem z manometrem; 10 - awaryjne urządzenie zwrotne balastu; 11 - balast awaryjny; 12 - kabel lampy; 13 - lampa; 14 - wentylator elektryczny; 15-telefon-mikrofon; 16 - bateria akumulatorowa; 17 - regeneracyjna skrzynia robocza; 18 - iluminator pokrywy włazu

Rozwiązanie. Nadciśnienie woda przy otworze wg (10.5)

P \u003d 0,1-50 \u003d 5 kgf / cm2.

Siła nacisku na rękę nurka od (10.1)

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

Ciśnienie gazu zawartego w naczyniu rozkłada się równomiernie, jeśli nie weźmiemy pod uwagę jego wagi, co przy gabarytach naczyń wykorzystywanych w praktyce nurkowej ma znikomy wpływ. Wielkość ciśnienia stałej masy gazu zależy od zajmowanej przez nią objętości i temperatury.

Zależność między ciśnieniem gazu a jego objętością w stałej temperaturze określa wyrażenie

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

Gdzie p 1 i p 2 - początkowe i końcowe ciśnienie bezwzględne, kgf / cm 2;

V 1 i V 2 - początkowa i końcowa objętość gazu, l. Zależność między ciśnieniem gazu a jego temperaturą przy stałej objętości określa wyrażenie

gdzie t 1 i t 2 to początkowa i końcowa temperatura gazu, °C.

Przy stałym ciśnieniu istnieje podobna zależność między objętością a temperaturą gazu

Zależność między ciśnieniem, objętością i temperaturą gazu określa połączone prawo stanu gazowego

Przykład 10.4. Pojemność cylindra wynosi 40 l, ciśnienie powietrza w nim wynosi 150 kgf / cm 2 według manometru. Określ objętość wolnego powietrza w cylindrze, tj. objętość zmniejszoną do 1 kgf / cm2.

Rozwiązanie. Początkowe ciśnienie bezwzględne p \u003d 150 + 1 \u003d 151 kgf / cm2, końcowe p 2 \u003d 1 kgf / cm2, początkowa objętość V 1 \u003d 40 l. Wolna objętość powietrza od (10,7)

Przykład 10.5. Manometr na butli tlenowej w pomieszczeniu o temperaturze 17°C wskazywał ciśnienie 200 kgf/cm2. Ten cylinder został przeniesiony na pokład, gdzie następnego dnia w temperaturze -11 ° C jego odczyty spadły do ​​180 kgf / cm2. Podejrzewano wyciek tlenu. Sprawdź, czy podejrzenie jest prawidłowe.

Rozwiązanie. Początkowe ciśnienie bezwzględne p 2 \u003d 200 + 1 \u003d \u003d 201 kgf / cm2, końcowe p 2 \u003d 180 + 1 \u003d 181 kgf / cm2, temperatura początkowa t 1 \u003d 17 ° C, końcowa t 2 \ u003d -11 ° C Szacowane ciśnienie końcowe od (10,8)

Podejrzenia są bezpodstawne, ponieważ rzeczywiste i obliczone ciśnienia są sobie równe.

Przykład 10.6. Nurek pod wodą zużywa 100 l/min powietrza sprężonego do ciśnienia głębokości nurkowania 40 m. Wyznacz natężenie przepływu wolnego powietrza (tj. przy ciśnieniu 1 kgf/cm 2).

Rozwiązanie. Początkowe ciśnienie bezwzględne na głębokości zanurzenia zgodnie z (10.6)

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

Końcowe ciśnienie absolutne P 2 \u003d 1 kgf / cm 2

Początkowy przepływ powietrza Vi = l00 l/min.

Swobodny przepływ powietrza zgodnie z (10.7)

Zróbmy eksperyment. Weźmy małą deskę z czterema gwoździami wbitymi w rogi i połóżmy ją czubkami do góry na piasku. Kładziemy na nim ciężar (ryc. 81). Zobaczymy, że główki gwoździ są tylko lekko wciskane w piasek. Jeśli odwrócimy deskę i położymy ją ponownie (razem z ciężarem) na piasku, to teraz gwoździe wejdą w nią znacznie głębiej (fot. 82). W obu przypadkach waga deski była taka sama, ale efekt był inny. Czemu? Cała różnica w rozpatrywanych przypadkach polegała na tym, że powierzchnia, na której spoczywały gwoździe, była w jednym przypadku większa, aw drugim mniejsza. Przecież najpierw główki gwoździ dotykały piasku, a potem ich czubków.

Widzimy, że wynik uderzenia zależy nie tylko od siły, z jaką ciało naciska na powierzchnię, ale także od obszaru tej powierzchni. Z tego powodu osoba, która potrafi ślizgać się po luźnym śniegu na nartach, natychmiast w nią wpada, gdy tylko je zdejmie (ryc. 83). Ale to nie tylko obszar. Ważną rolę odgrywa również wielkość przyłożonej siły. Jeśli na przykład na tym samym. deska (patrz ryc. 81) połóż kolejny ciężar, a następnie gwoździe (o tym samym obszarze podparcia) zapadną się jeszcze głębiej w piasek.

Siła przyłożona prostopadle do powierzchni nazywa się siła nacisku na tę powierzchnię.

Siły nacisku nie należy mylić z naciskiem. Ciśnienie- jest to wielkość fizyczna równa stosunkowi siły nacisku przyłożonej do danej powierzchni do powierzchni tej powierzchni:

p - ciśnienie, F - siła nacisku, S - powierzchnia.

Tak więc, aby określić ciśnienie, konieczne jest podzielenie siły nacisku przez powierzchnię, na którą wywierany jest nacisk.

Przy tej samej sile nacisk jest większy, gdy obszar podparcia jest mniejszy i odwrotnie niż więcej obszaru podpory, tym mniejszy nacisk.

W przypadkach, gdy siłą nacisku jest ciężar ciała na powierzchni (F \u003d P \u003d mg), ciśnienie wywierane przez ciało można znaleźć za pomocą wzoru

Jeżeli ciśnienie p i powierzchnia S są znane, można określić siłę nacisku F; Aby to zrobić, musisz pomnożyć ciśnienie przez obszar:

F = pS (32,2)

Siła nacisku (jak każda inna siła) jest mierzona w niutonach. Ciśnienie jest mierzone w paskalach. Pascal(1 Pa) to ciśnienie, które wytwarza siła nacisku 1 N po przyłożeniu do powierzchni 1 m 2:

1 Pa \u003d 1 N / m 2.

Stosowane są również inne jednostki ciśnienia - hektopaskal (hPa) i kilopaskal (kPa):

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

1. Podaj przykłady pokazujące, że wynik działania siły zależy od obszaru podparcia, na który działa ta siła. 2. Dlaczego narciarz nie wpada w śnieg? 3. Dlaczego ostry guzik łatwiej wchodzi w drewno niż tępy? 4. Co nazywa się naciskiem? 5. Jakie znasz jednostki ciśnienia? 6. Jaka jest różnica między ciśnieniem a siłą nacisku? 7. Jak znaleźć siłę nacisku, znając siłę nacisku i powierzchnię, na którą siła jest przyłożona?