Jak pisać ciśnienie w fizyce. Ciśnienie górne i dolne: co to znaczy
Człowiek na nartach i bez nich.
Po sypkim śniegu człowiek idzie z wielkim trudem, zatapiając się na każdym kroku. Ale po założeniu nart może chodzić, prawie bez wpadania w nie. Czemu? Na nartach lub bez nart osoba działa na śnieg z taką samą siłą równą swojej wadze. Jednak efekt tej siły jest inny w obu przypadkach, ponieważ powierzchnia, na której osoba naciska, jest inna, z nartami i bez. Powierzchnia nart to prawie 20 razy więcej obszaru podeszwy. Dlatego stojąc na nartach człowiek działa na każdy centymetr kwadratowy powierzchni śniegu z siłą 20 razy mniejszą niż stojąc na śniegu bez nart.
Student, przypinając do tablicy za pomocą guzików gazetę, działa na każdy guzik z taką samą siłą. Jednak guzik z ostrzejszym końcem jest łatwiejszy do wejścia w drzewo.
Oznacza to, że wynik działania siły zależy nie tylko od jej modułu, kierunku i punktu przyłożenia, ale także od pola powierzchni, na którą jest przyłożona (prostopadle na którą działa).
Ten wniosek potwierdzają eksperymenty fizyczne.
Doświadczenie Wynik tej siły zależy od tego, jaka siła działa na jednostkę powierzchni powierzchni.
Gwoździe należy wbić w rogi małej deski. Najpierw ustawiamy gwoździe wbite w deskę na piasek czubkami do góry i obciążamy deskę. W tym przypadku główki gwoździ są tylko lekko wciskane w piasek. Następnie odwróć deskę i umieść gwoździe na czubku. W tym przypadku obszar podparcia jest mniejszy, a pod działaniem tej samej siły paznokcie wnikają głęboko w piasek.
Doświadczenie. Druga ilustracja.
Wynik działania tej siły zależy od tego, jaka siła działa na każdą jednostkę powierzchni.
W rozważanych przykładach siły działały prostopadle do powierzchni ciała. Waga osoby była prostopadła do powierzchni śniegu; siła działająca na przycisk jest prostopadła do powierzchni planszy.
Wartość równa stosunkowi siły działającej prostopadle do powierzchni do powierzchni tej powierzchni nazywa się ciśnieniem.
Aby określić ciśnienie, należy podzielić siłę działającą prostopadle do powierzchni przez pole powierzchni:
ciśnienie = siła / powierzchnia.
Oznaczmy ilości zawarte w tym wyrażeniu: ciśnienie - p, siła działająca na powierzchnię, - F i powierzchnia S.
Następnie otrzymujemy wzór:
p = F/S
Oczywiste jest, że większa siła działająca na ten sam obszar wytworzy większy nacisk.
Jednostkę ciśnienia przyjmuje się jako ciśnienie, które wytwarza siłę 1 N działającą na powierzchnię 1 m 2 prostopadłą do tej powierzchni.
Jednostka ciśnienia - niuton na metr kwadratowy(1 N/m2). Na cześć francuskiego naukowca Blaise Pascal to się nazywa pascal Rocznie). W ten sposób,
1 Pa = 1 N/m 2.
Stosowane są również inne jednostki ciśnieniowe: hektopaskal (hPa) oraz kilopaskal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Zapiszmy stan problemu i go rozwiążmy.
Dany : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?
W jednostkach SI: S = 0,03 m 2
Rozwiązanie:
p = F/S,
F = P,
P = gm,
P= 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,
p\u003d 450 / 0,03 N / m2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa
„Odpowiedź”: p = 15000 Pa = 15 kPa
Sposoby zmniejszenia i zwiększenia ciśnienia.
Ciężki ciągnik gąsienicowy wytwarza nacisk na glebę równy 40-50 kPa, czyli tylko 2-3 razy większy niż nacisk chłopca ważącego 45 kg. Dzieje się tak, ponieważ dzięki napędowi gąsienicowemu ciężar ciągnika rozkłada się na większą powierzchnię. I ustaliliśmy, że im większa powierzchnia podpory, tym mniejszy nacisk wywierany przez tę samą siłę na podporę .
W zależności od tego, czy potrzebujesz małego, czy dużego nacisku, obszar wsparcia zwiększa się lub zmniejsza. Na przykład, aby gleba wytrzymała nacisk wznoszonego budynku, zwiększa się powierzchnia dolnej części fundamentu.
Opony samochody ciężarowe a podwozie samolotu jest znacznie szersze niż w samochodach osobowych. Szczególnie szerokie opony są przeznaczone do samochodów przeznaczonych do podróżowania po pustyniach.
Ciężkie maszyny, takie jak traktor, czołg lub bagno, posiadające dużą powierzchnię nośną gąsienic, przejeżdżają przez podmokły teren, przez który człowiek nie może przejść.
Z drugiej strony przy małej powierzchni można wytworzyć duże ciśnienie przy użyciu niewielkiej siły. Na przykład wciskając przycisk w płytkę, działamy na nią z siłą około 50 N. Ponieważ powierzchnia końcówki przycisku wynosi około 1 mm 2, wytwarzany przez nią nacisk jest równy:
p \u003d 50 N / 0,000001 m 2 \u003d 50 000 000 Pa \u003d 50 000 kPa.
Dla porównania nacisk ten jest 1000 razy większy niż nacisk wywierany przez traktor gąsienicowy na glebę. Takich przykładów można znaleźć znacznie więcej.
Ostrze narzędzi tnących i przekłuwających (noże, nożyczki, przecinaki, piły, igły itp.) jest specjalnie naostrzone. Zaostrzona krawędź ostrego ostrza ma niewielką powierzchnię, więc nawet niewielka siła wytwarza duży nacisk, a praca z takim narzędziem jest łatwa.
Urządzenia do cięcia i przekłuwania znajdują się również w dzikiej przyrodzie: są to zęby, pazury, dzioby, kolce itp. - wszystkie są wykonane z twardego materiału, gładkie i bardzo ostre.
Nacisk
Wiadomo, że cząsteczki gazu poruszają się losowo.
Wiemy już, że gazy, w przeciwieństwie do ciał stałych i cieczy, wypełniają całe naczynie, w którym się znajdują. Na przykład stalowa butla do przechowywania gazów, dętka samochodowa lub piłka do siatkówki. W tym przypadku gaz wywiera nacisk na ścianki, dno i pokrywę butli, komory lub innego korpusu, w którym się znajduje. Ciśnienie gazu ma inne przyczyny niż ciśnienie ciało stałe na podporze.
Wiadomo, że cząsteczki gazu poruszają się losowo. Podczas ruchu zderzają się ze sobą, a także ze ścianami naczynia, w którym znajduje się gaz. W gazie znajduje się wiele cząsteczek, dlatego liczba ich uderzeń jest bardzo duża. Na przykład liczba uderzeń cząsteczek powietrza w pomieszczeniu o powierzchnię 1 cm2 w ciągu 1 sekundy jest wyrażona jako liczba dwudziestotrzycyfrowa. Chociaż siła uderzenia pojedynczej cząsteczki jest niewielka, działanie wszystkich cząsteczek na ścianki naczynia jest znaczące – wytwarza ciśnienie gazu.
Więc, ciśnienie gazu na ściankach naczynia (i na korpusie umieszczonym w gazie) jest spowodowane uderzeniami cząsteczek gazu .
Rozważ następujące doświadczenie. Umieść gumową kulkę pod dzwonem pompy powietrza. Zawiera niewielką ilość powietrza i ma nieregularny kształt. Następnie pompką wypompowujemy powietrze spod dzwonu. Powłoka kuli, wokół której powietrze staje się coraz bardziej rozrzedzone, stopniowo pęcznieje i przybiera postać zwykłej kuli.
Jak wytłumaczyć to doświadczenie?
Do przechowywania i transportu sprężonego gazu stosowane są specjalne, wytrzymałe butle stalowe.
W naszym eksperymencie poruszające się cząsteczki gazu nieustannie uderzają w ściany kuli wewnątrz i na zewnątrz. Kiedy powietrze jest wypompowywane, liczba cząsteczek w dzwonku wokół powłoki kuli maleje. Ale wewnątrz kuli ich liczba się nie zmienia. W związku z tym liczba uderzeń cząsteczek w zewnętrzne ściany powłoki staje się mniejsza niż liczba uderzeń w wewnętrzne ściany. Balon jest nadmuchiwany, aż siła sprężystości jego gumowej osłony zrówna się z siłą ciśnienia gazu. Powłoka kuli przybiera kształt kuli. To pokazuje że prasy gazowe na ścianach równomiernie we wszystkich kierunkach. Innymi słowy, liczba uderzeń molekularnych na centymetr kwadratowy powierzchni jest taka sama we wszystkich kierunkach. To samo ciśnienie we wszystkich kierunkach jest charakterystyczne dla gazu i jest konsekwencją losowego ruchu ogromnej liczby cząsteczek.
Spróbujmy zmniejszyć objętość gazu, ale tak, aby jego masa pozostała niezmieniona. Oznacza to, że w każdym centymetrze sześciennym gazu będzie więcej cząsteczek, gęstość gazu wzrośnie. Wtedy wzrośnie liczba uderzeń cząsteczek w ściany, czyli wzrośnie ciśnienie gazu. Potwierdza to doświadczenie.
Na obrazie a Pokazano szklaną rurkę, której jeden koniec pokryty jest cienką gumową folią. W rurkę wkładany jest tłok. Po wciśnięciu tłoka zmniejsza się objętość powietrza w rurce, czyli gaz zostaje sprężony. Folia gumowa wybrzusza się na zewnątrz, wskazując, że ciśnienie powietrza w rurce wzrosło.
Wręcz przeciwnie, wraz ze wzrostem objętości tej samej masy gazu zmniejsza się liczba cząsteczek w każdym centymetrze sześciennym. Zmniejszy to liczbę uderzeń w ściany naczynia - ciśnienie gazu będzie mniejsze. Rzeczywiście, gdy tłok jest wyciągany z rurki, zwiększa się objętość powietrza, folia ugina się wewnątrz naczynia. Wskazuje to na spadek ciśnienia powietrza w rurce. Te same zjawiska można by zaobserwować, gdyby zamiast powietrza w rurce znalazł się inny gaz.
Więc, gdy objętość gazu maleje, jego ciśnienie wzrasta, a wraz ze wzrostem objętości ciśnienie spada, pod warunkiem, że masa i temperatura gazu pozostają niezmienione.
Jak zmieni się ciśnienie gazu, jeśli zostanie podgrzany do stałej objętości? Wiadomo, że prędkość ruchu cząsteczek gazu wzrasta po podgrzaniu. Poruszając się szybciej, cząsteczki częściej uderzają w ściany naczynia. Dodatkowo każde uderzenie cząsteczki w ścianę będzie silniejsze. W rezultacie ściany naczynia będą odczuwać większy nacisk.
W konsekwencji, Ciśnienie gazu w zamkniętym naczyniu jest tym większe im wyższa temperatura gazu, pod warunkiem, że masa gazu i objętość nie ulegają zmianie.
Z tych eksperymentów można wywnioskować, że ciśnienie gazu jest większe, im częściej i mocniej cząsteczki uderzają o ściany naczynia .
Do przechowywania i transportu gazów są wysoko sprężone. Jednocześnie wzrasta ich ciśnienie, gazy muszą być zamknięte w specjalnych, bardzo wytrzymałych butlach. Takie butle, na przykład, zawierają sprężone powietrze w łodziach podwodnych, tlen używany do spawania metali. Oczywiście zawsze musimy o tym pamiętać butle gazowe nie mogą być podgrzewane, zwłaszcza gdy są wypełnione gazem. Ponieważ, jak już rozumiemy, może dojść do eksplozji z bardzo nieprzyjemnymi konsekwencjami.
Prawo Pascala.
Ciśnienie jest przekazywane do każdego punktu cieczy lub gazu.
Nacisk tłoka przenoszony jest na każdy punkt cieczy wypełniającej kulę.
Teraz gaz.
W przeciwieństwie do ciał stałych, poszczególne warstwy i małe cząstki cieczy i gazu mogą swobodnie poruszać się względem siebie we wszystkich kierunkach. Wystarczy np. lekko dmuchnąć na powierzchnię wody w szklance, aby woda się poruszyła. Przy najmniejszym wietrze na rzece lub jeziorze pojawiają się zmarszczki.
Ruchliwość cząstek gazu i cieczy wyjaśnia, że wytwarzany na nich nacisk jest przenoszony nie tylko w kierunku siły, ale w każdym punkcie. Rozważmy to zjawisko bardziej szczegółowo.
Na obrazie a przedstawiono naczynie zawierające gaz (lub ciecz). Cząsteczki są równomiernie rozmieszczone w naczyniu. Naczynie jest zamykane przez tłok, który może poruszać się w górę iw dół.
Przykładając pewną siłę, przesuńmy tłok trochę do wewnątrz i sprężmy gaz (ciecz) bezpośrednio pod nim. Wtedy cząstki (cząsteczki) będą się znajdować w tym miejscu gęściej niż wcześniej (ryc., b). Ze względu na ruchliwość cząsteczki gazu będą poruszać się we wszystkich kierunkach. W rezultacie ich rozmieszczenie ponownie stanie się jednolite, ale gęstsze niż wcześniej (ryc. c). Dlatego ciśnienie gazu wszędzie wzrośnie. Oznacza to, że na wszystkie cząstki gazu lub cieczy przenoszone jest dodatkowe ciśnienie. Jeśli więc ciśnienie gazu (cieczy) w pobliżu samego tłoka wzrośnie o 1 Pa, to we wszystkich punktach w środku ciśnienie gazu lub cieczy będzie większe niż wcześniej o tę samą wartość. Ciśnienie na ściankach naczynia, na dnie i na tłoku wzrośnie o 1 Pa.
Nacisk wywierany na ciecz lub gaz jest przenoszony do dowolnego punktu równomiernie we wszystkich kierunkach .
To stwierdzenie nazywa się Prawo Pascala.
Opierając się na prawie Pascala, łatwo wyjaśnić następujące eksperymenty.
Rysunek przedstawia pustą kulę z różne miejsca małe dziury. Do kuli przymocowana jest rurka, do której wkładany jest tłok. Jeśli wciągniesz wodę do kuli i wepchniesz tłok do rurki, wtedy woda wypłynie ze wszystkich otworów w kuli. W tym doświadczeniu tłok naciska na powierzchnię wody w rurze. Cząsteczki wody pod tłokiem kondensując przenoszą jej ciśnienie na inne warstwy leżące głębiej. W ten sposób ciśnienie tłoka jest przenoszone na każdy punkt cieczy wypełniającej kulę. W efekcie część wody zostaje wypchnięta z kuli w postaci identycznych strumieni wypływających ze wszystkich otworów.
Jeśli kula jest wypełniona dymem, to po wepchnięciu tłoka do rurki ze wszystkich otworów kuli zaczną wydobywać się identyczne strumienie dymu. To potwierdza, że i gazy przenoszą wytwarzane na nich ciśnienie równomiernie we wszystkich kierunkach.
Ciśnienie w cieczy i gazie.
Pod ciężarem płynu gumowe dno w rurce zwisa.
Na ciecze, podobnie jak na wszystkie ciała na Ziemi, oddziałuje siła grawitacji. Dlatego każda warstwa cieczy wlewanej do naczynia wytwarza swoim ciężarem ciśnienie, które zgodnie z prawem Pascala przenoszone jest we wszystkich kierunkach. Dlatego wewnątrz cieczy panuje ciśnienie. Można to zweryfikować doświadczeniem.
Wlej wodę do szklanej rurki, której dolny otwór jest zamknięty cienką gumową folią. Pod ciężarem cieczy spód tuby ugnie się.
Doświadczenie pokazuje, że im wyższy słup wody nad folią gumową, tym bardziej ugina się. Ale za każdym razem, gdy gumowe dno opadnie, woda w rurze dochodzi do równowagi (zatrzymuje się), ponieważ oprócz grawitacji na wodę działa siła sprężystości rozciągniętej gumowej folii.
Siły działające na gumową folię |
są takie same po obu stronach. |
Ilustracja.
Dno odsuwa się od cylindra z powodu nacisku na niego z powodu grawitacji.
Opuśćmy rurkę z gumowym dnem, do której wlewa się wodę, do innego, szerszego naczynia z wodą. Zobaczymy, że w miarę opuszczania rury folia gumowa stopniowo się wyprostowuje. Pełne wyprostowanie folii pokazuje, że siły działające na nią od góry i od dołu są równe. Pełne wyprostowanie folii następuje, gdy poziomy wody w rurze i naczyniu pokrywają się.
To samo doświadczenie można przeprowadzić z rurką, w której otwór boczny zamyka gumowa folia, jak pokazano na rysunku a. Zanurz tę rurkę z wodą w innym naczyniu z wodą, jak pokazano na rysunku, b. Zauważymy, że film ponownie się prostuje, gdy tylko poziom wody w rurce i naczyniu się wyrówna. Oznacza to, że siły działające na folię gumową są takie same ze wszystkich stron.
Weź naczynie, którego dno może odpaść. Włóżmy to do słoika z wodą. W takim przypadku dno zostanie mocno dociśnięte do krawędzi naczynia i nie spadnie. Jest dociskany siłą naporu wody, skierowanej od dołu do góry.
Ostrożnie nalejemy wodę do naczynia i będziemy obserwować jego dno. Gdy tylko poziom wody w naczyniu zbiegnie się z poziomem wody w słoiku, odpadnie z naczynia.
W momencie oderwania się słupek cieczy w naczyniu naciska na dno, a ciśnienie jest przenoszone z dołu do góry na dno słupka cieczy o tej samej wysokości, ale znajdującego się w słoiku. Oba te ciśnienia są takie same, ale dno odsuwa się od cylindra z powodu oddziaływania na niego własna siła powaga.
Eksperymenty z wodą zostały opisane powyżej, ale jeśli zamiast wody weźmiemy inną ciecz, wyniki eksperymentu będą takie same.
Eksperymenty pokazują, że wewnątrz cieczy panuje ciśnienie i na tym samym poziomie jest takie samo we wszystkich kierunkach. Ciśnienie wzrasta wraz z głębokością.
Gazy nie różnią się pod tym względem od cieczy, ponieważ mają też wagę. Ale musimy pamiętać, że gęstość gazu jest setki razy mniejsza niż gęstość cieczy. Masa gazu w naczyniu jest niewielka iw wielu przypadkach jego ciśnienie „masowe” można zignorować.
Obliczanie ciśnienia cieczy na dnie i ścianach naczynia.
Obliczanie ciśnienia cieczy na dnie i ścianach naczynia.
Zastanów się, jak obliczyć ciśnienie cieczy na dnie i ścianach naczynia. Rozwiążmy najpierw zadanie dla naczynia o kształcie prostokątnego równoległościanu.
Wytrzymałość F, którym płyn wlany do tego naczynia naciska na jego dno, jest równy ciężarowi P ciecz w naczyniu. Wagę cieczy można określić, znając jej masę. m. Masę, jak wiadomo, można obliczyć według wzoru: m = ρ V. Objętość płynu wlanego do wybranego przez nas naczynia jest łatwa do obliczenia. Jeśli wysokość słupa cieczy w naczyniu jest oznaczona literą h i obszar dna naczynia S, następnie V = S h.
Płynna masa m = ρ V, lub m = ρ S h .
Waga tego płynu P = gm, lub P = g ρ S h.
Ponieważ ciężar kolumny cieczy jest równy sile, z jaką ciecz naciska na dno naczynia, dzieląc ciężar P Na plac S, otrzymujemy ciśnienie płynu p:
p = P/S lub p = g ρ S h/S,
Otrzymaliśmy wzór na obliczenie ciśnienia cieczy na dnie naczynia. Z tego wzoru widać, że ciśnienie cieczy na dnie naczynia zależy tylko od gęstości i wysokości słupa cieczy.
Dlatego zgodnie z wyprowadzonym wzorem można obliczyć ciśnienie cieczy wlewanej do naczynia dowolna forma(Ściśle mówiąc, nasze obliczenia są odpowiednie tylko dla naczyń, które mają kształt prostego graniastosłupa i walca. Na kursach fizyki dla instytutu udowodniono, że wzór jest prawdziwy również dla naczynia o dowolnym kształcie). Ponadto można go wykorzystać do obliczenia ciśnienia na ściankach naczynia. Za pomocą tego wzoru oblicza się również ciśnienie wewnątrz płynu, w tym ciśnienie od dołu do góry, ponieważ ciśnienie na tej samej głębokości jest takie samo we wszystkich kierunkach.
Przy obliczaniu ciśnienia za pomocą wzoru p = gph potrzebujesz gęstości ρ wyrażona w kilogramach na metr sześcienny(kg / m3), a wysokość słupa cieczy h- w metrach (m), g\u003d 9,8 N / kg, wówczas ciśnienie będzie wyrażone w paskalach (Pa).
Przykład. Wyznacz ciśnienie oleju na dnie zbiornika, jeśli wysokość słupa oleju wynosi 10 m, a jego gęstość wynosi 800 kg/m 3 .
Zapiszmy stan problemu i zapiszmy go.
Dany :
ρ \u003d 800 kg / m 3
Rozwiązanie :
p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m 80 000 Pa ≈ 80 kPa.
Odpowiadać : p 80 kPa.
Statki komunikacyjne.
Statki komunikacyjne.
Rysunek przedstawia dwa naczynia połączone ze sobą gumową rurką. Takie naczynia nazywają się przyległy. Konewka, czajnik, dzbanek do kawy to przykłady naczyń połączonych. Z doświadczenia wiemy, że woda nalana np. do konewki zawsze stoi na tym samym poziomie w dziobku i w środku.
Statki komunikacyjne są dla nas wspólne. Na przykład może to być czajnik, konewka lub dzbanek do kawy. |
Powierzchnie jednorodnej cieczy są instalowane na tym samym poziomie w naczyniach połączonych o dowolnym kształcie. |
Płyny o różnej gęstości. |
W przypadku naczyń połączonych można przeprowadzić następujący prosty eksperyment. Na początku eksperymentu zaciskamy gumową rurkę na środku i wlewamy wodę do jednej z rurek. Następnie otwieramy zacisk, a woda natychmiast spływa do drugiej rurki, aż powierzchnie wody w obu rurkach znajdą się na tym samym poziomie. Jedną z rur można zamocować na statywie, a drugą podnosić, opuszczać lub przechylać w różnych kierunkach. A w tym przypadku, gdy tylko ciecz się uspokoi, jej poziomy w obu rurkach wyrównają się.
W naczyniach połączonych o dowolnym kształcie i przekroju powierzchnie jednorodnej cieczy są ustawione na tym samym poziomie(pod warunkiem, że ciśnienie powietrza nad cieczą jest takie samo) (ryc. 109).
Można to uzasadnić w następujący sposób. Ciecz jest w stanie spoczynku bez przemieszczania się z jednego naczynia do drugiego. Oznacza to, że ciśnienia w obu naczyniach są takie same na każdym poziomie. Ciecz w obu naczyniach jest taka sama, to znaczy ma tę samą gęstość. Dlatego też jego wysokość musi być taka sama. Kiedy podnosimy jedno naczynie lub dodajemy do niego płyn, ciśnienie w nim wzrasta, a płyn przechodzi do innego naczynia, aż ciśnienie się wyrówna.
Jeżeli do jednego z naczyń łączących wleje się ciecz o jednej gęstości, a do drugiego o innej gęstości, to w stanie równowagi poziomy tych cieczy nie będą takie same. I to jest zrozumiałe. Wiemy, że ciśnienie cieczy na dnie naczynia jest wprost proporcjonalne do wysokości kolumny i gęstości cieczy. I w tym przypadku gęstość cieczy będzie inna.
Przy równych ciśnieniach wysokość słupa cieczy o większej gęstości będzie mniejsza niż wysokość słupa cieczy o mniejszej gęstości (rys.).
Doświadczenie. Jak określić masę powietrza.
Waga powietrza. Ciśnienie atmosferyczne.
istnienie ciśnienia atmosferycznego.
Ciśnienie atmosferyczne jest większe niż ciśnienie rozrzedzonego powietrza w naczyniu.
Siła grawitacji działa na powietrze, a także na każde ciało znajdujące się na Ziemi, dlatego powietrze ma wagę. Waga powietrza jest łatwa do obliczenia, znając jego masę.
Pokażemy doświadczenie, jak obliczyć masę powietrza. Aby to zrobić, musisz wziąć silny szklana miska z korkiem i gumową rurką z zaciskiem. Wypompowujemy z niego powietrze pompką, zaciskamy rurkę zaciskiem i równoważymy na wadze. Następnie otwierając zacisk na gumowej rurce, wpuść do niego powietrze. W takim przypadku równowaga wagi zostanie zakłócona. Aby go przywrócić, będziesz musiał umieścić ciężarki na drugiej szalce wagi, której masa będzie równa masie powietrza w objętości kuli.
Eksperymenty wykazały, że w temperaturze 0 ° C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym masa powietrza o objętości 1 m 3 wynosi 1,29 kg. Waga tego powietrza jest łatwa do obliczenia:
P = gm, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Otoczka powietrzna otaczająca ziemię nazywa się atmosfera (z greckiego. atmosfera para, powietrze i kula- piłka).
Atmosfera jak pokazują obserwacje lotu sztuczne satelity Ziemia rozciąga się na wysokość kilku tysięcy kilometrów.
Pod wpływem grawitacji górne warstwy atmosfery, podobnie jak woda oceaniczna, ściskają dolne warstwy. Najbardziej skompresowana jest warstwa powietrza przylegająca bezpośrednio do Ziemi i zgodnie z prawem Pascala przenosi wytworzone na nią ciśnienie we wszystkich kierunkach.
W wyniku tego powierzchnia ziemi i znajdujące się na niej ciała doświadczają naporu całej grubości powietrza lub, jak to zwykle mówi się w takich przypadkach, doświadczają Ciśnienie atmosferyczne .
Istnienie ciśnienia atmosferycznego można wytłumaczyć wieloma zjawiskami, z którymi spotykamy się w życiu. Rozważmy niektóre z nich.
Rysunek przedstawia szklaną rurkę, wewnątrz której znajduje się tłok, który ściśle przylega do ścianek rurki. Koniec rurki zanurza się w wodzie. Jeśli podniesiesz tłok, woda podniesie się za nim.
Zjawisko to jest wykorzystywane w pompach wodnych i niektórych innych urządzeniach.
Rysunek przedstawia naczynie cylindryczne. Jest zamknięty korkiem, do którego wkładana jest rurka z kranem. Powietrze jest wypompowywane z naczynia przez pompę. Koniec rurki jest następnie umieszczany w wodzie. Jeśli teraz otworzysz kran, woda wleje się do wnętrza naczynia w fontannie. Woda dostaje się do naczynia, ponieważ ciśnienie atmosferyczne jest większe niż ciśnienie rozrzedzonego powietrza w naczyniu.
Dlaczego istnieje powłoka powietrzna Ziemi.
Jak wszystkie ciała, cząsteczki gazów, które tworzą powłokę powietrzną Ziemi, są przyciągane do Ziemi.
Ale dlaczego w takim razie nie wszystkie spadają na powierzchnię Ziemi? Jak zachowana jest powłoka powietrzna Ziemi, jej atmosfera? Aby to zrozumieć, musimy wziąć pod uwagę, że cząsteczki gazów poruszają się w sposób ciągły i losowy. Ale wtedy pojawia się kolejne pytanie: dlaczego te cząsteczki nie odlatują w przestrzeń światową, to znaczy w kosmos.
Aby całkowicie opuścić Ziemię, cząsteczka, jak statek kosmiczny lub rakieta, musi mieć bardzo dużą prędkość (co najmniej 11,2 km/s). To tak zwane druga prędkość ucieczki. Prędkość większości cząsteczek w powłoce powietrznej Ziemi jest znacznie mniejsza niż ta kosmiczna prędkość. Dlatego większość z nich jest związana z Ziemią grawitacyjnie, tylko znikoma liczba cząsteczek leci poza Ziemię w kosmos.
Przypadkowy ruch molekuł i oddziaływanie na nie grawitacji powoduje, że molekuły gazu „pływają” w kosmos w pobliżu Ziemi, tworząc powłokę powietrzną, czyli znaną nam atmosferę.
Pomiary pokazują, że gęstość powietrza szybko spada wraz z wysokością. Tak więc na wysokości 5,5 km nad Ziemią gęstość powietrza jest 2 razy mniejsza niż gęstość na powierzchni Ziemi, na wysokości 11 km - 4 razy mniej itd. Im wyżej, tym rzadsze powietrze. I wreszcie w większości górne warstwy(setki i tysiące kilometrów nad Ziemią) atmosfera stopniowo zamienia się w przestrzeń bez powietrza. Powłoka powietrzna Ziemi nie ma wyraźnej granicy.
Ściśle mówiąc, z powodu działania grawitacji gęstość gazu w każdym zamkniętym naczyniu nie jest taka sama w całej objętości naczynia. Na dnie naczynia gęstość gazu jest większa niż w jego górnej części, a zatem ciśnienie w naczyniu nie jest takie samo. Jest większy na dnie naczynia niż na górze. Jednak dla gazu zawartego w naczyniu ta różnica gęstości i ciśnienia jest tak mała, że w wielu przypadkach można ją całkowicie zignorować, wystarczy być jej świadomym. Ale dla atmosfery rozciągającej się na kilka tysięcy kilometrów różnica jest znacząca.
Pomiar ciśnienia atmosferycznego. Doświadczenie Torricellego.
Nie można obliczyć ciśnienia atmosferycznego za pomocą wzoru na obliczenie ciśnienia słupa cieczy (§ 38). Do takich obliczeń musisz znać wysokość atmosfery i gęstość powietrza. Ale atmosfera nie ma określonej granicy, a gęstość powietrza wynosi inna wysokość różne. Jednak ciśnienie atmosferyczne można zmierzyć za pomocą eksperymentu zaproponowanego w XVII wieku przez włoskiego naukowca. Ewangelista Torricelli uczeń Galileusza.
Doświadczenie Torricelliego wygląda następująco: szklana rurka o długości około 1 m, zamknięta z jednej strony, jest wypełniona rtęcią. Następnie szczelnie zamykając drugi koniec rurki, odwraca się ją i opuszcza do kubka z rtęcią, gdzie ten koniec rurki otwiera się pod poziomem rtęci. Jak w każdym eksperymencie z cieczami, część rtęci wlewa się do kubka, a część pozostaje w rurce. Wysokość słupa rtęci pozostającego w rurze wynosi około 760 mm. Nie ma powietrza nad rtęcią wewnątrz rurki, jest przestrzeń bez powietrza, więc żaden gaz nie wywiera ciśnienia z góry na kolumnę rtęci wewnątrz tej rurki i nie ma wpływu na pomiary.
Torricelli, który zaproponował opisane powyżej doświadczenie, również przedstawił swoje wyjaśnienie. Atmosfera naciska na powierzchnię rtęci w kubku. Merkury jest w równowadze. Oznacza to, że ciśnienie w rurce wynosi aaa 1 (patrz rysunek) jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Kiedy zmienia się ciśnienie atmosferyczne, zmienia się również wysokość słupa rtęci w rurze. Wraz ze wzrostem ciśnienia kolumna się wydłuża. Wraz ze spadkiem ciśnienia słupek rtęci zmniejsza się.
Ciśnienie w rurce na poziomie aa1 jest wytwarzane przez ciężar słupa rtęci w rurce, ponieważ nad rtęcią w górnej części rurki nie ma powietrza. Stąd wynika, że ciśnienie atmosferyczne jest równe ciśnieniu słupa rtęci w rurze , tj.
p bankomat = p rtęć.
Im wyższe ciśnienie atmosferyczne, tym wyższa kolumna rtęci w eksperymencie Torricellego. Dlatego w praktyce ciśnienie atmosferyczne można mierzyć wysokością słupa rtęci (w milimetrach lub centymetrach). Jeśli na przykład ciśnienie atmosferyczne wynosi 780 mm Hg. Sztuka. (mówią „milimetry słupa rtęci”), oznacza to, że powietrze wytwarza takie samo ciśnienie, jakie wytwarza pionowa kolumna rtęci o wysokości 780 mm.
Dlatego w tym przypadku za jednostkę ciśnienia atmosferycznego przyjmuje się 1 milimetr słupa rtęci (1 mm Hg). Znajdźmy związek między tą jednostką a jednostką nam znaną - Pascal(Rocznie).
Ciśnienie słupa rtęci ρ rtęci o wysokości 1 mm wynosi:
p = g ρ h, p\u003d 9,8 N / kg 13 600 kg / m3 0,001 m 133,3 Pa.
Tak więc 1 mm Hg. Sztuka. = 133,3 Pa.
Obecnie ciśnienie atmosferyczne jest zwykle mierzone w hektopaskalach (1 hPa = 100 Pa). Na przykład raporty pogodowe mogą informować, że ciśnienie wynosi 1013 hPa, czyli tyle samo, co 760 mmHg. Sztuka.
Obserwując codziennie wysokość słupa rtęci w rurze, Torricelli odkrył, że ta wysokość się zmienia, to znaczy ciśnienie atmosferyczne nie jest stałe, może wzrastać i spadać. Torricelli zauważył również, że ciśnienie atmosferyczne jest związane ze zmianami pogody.
Jeśli do rurki z rtęcią użytej w eksperymencie Torricelli przyczepisz pionową skalę, otrzymasz najprostsze urządzenie - barometr rtęci (z greckiego. baros- ciężkość, metro- mierzyć). Służy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego.
Barometr - aneroid.
W praktyce do pomiaru ciśnienia atmosferycznego służy metalowy barometr, zwany aneroid (przetłumaczone z greckiego - aneroid). Barometr nazywa się tak, ponieważ nie zawiera rtęci.
Wygląd aneroidu pokazano na rysunku. Jego główną częścią jest metalowe pudełko 1 o falistej (falistej) powierzchni (patrz inny rys.). Powietrze jest wypompowywane z tego pudełka i aby ciśnienie atmosferyczne nie zmiażdżyło pudełka, jego pokrywa 2 jest podciągana sprężyną. Wraz ze wzrostem ciśnienia atmosferycznego pokrywa ugina się w dół i napina sprężynę. Gdy ciśnienie spada, sprężyna prostuje pokrywę. Strzałka 4 jest przymocowana do sprężyny za pomocą mechanizmu transmisyjnego 3, który porusza się w prawo lub w lewo, gdy zmienia się ciśnienie. Pod strzałką zamocowana jest skala, której podziałki są zaznaczone zgodnie ze wskazaniami barometru rtęci. Tak więc liczba 750, przed którą stoi strzałka aneroidowa (patrz rys.), Pokazuje, że w ten moment w barometrze rtęciowym wysokość słupa rtęci wynosi 750 mm.
Dlatego ciśnienie atmosferyczne wynosi 750 mm Hg. Sztuka. lub ≈ 1000 hPa.
Wartość ciśnienia atmosferycznego jest bardzo ważna dla przewidywania pogody na nadchodzące dni, ponieważ zmiany ciśnienia atmosferycznego są związane ze zmianami pogody. Barometr - niezbędne urządzenie do obserwacji meteorologicznych.
Ciśnienie atmosferyczne na różnych wysokościach.
W cieczy ciśnienie, jak wiemy, zależy od gęstości cieczy i wysokości jej słupa. Ze względu na niską ściśliwość gęstość cieczy na różnych głębokościach jest prawie taka sama. Dlatego przy obliczaniu ciśnienia uważamy jego gęstość za stałą i uwzględniamy tylko zmianę wysokości.
Sytuacja jest bardziej skomplikowana w przypadku gazów. Gazy są bardzo ściśliwe. A im bardziej gaz jest sprężony, tym większa jest jego gęstość i tym większe wytwarza ciśnienie. W końcu ciśnienie gazu powstaje w wyniku uderzenia jego cząsteczek na powierzchnię ciała.
Warstwy powietrza w pobliżu powierzchni Ziemi są kompresowane przez wszystkie leżące nad nimi warstwy powietrza. Ale im wyższa warstwa powietrza z powierzchni, im słabiej jest skompresowana, tym mniejsza jest jego gęstość. Stąd mniejsze ciśnienie, które wytwarza. Jeśli na przykład Balon unosi się nad powierzchnią Ziemi, wtedy ciśnienie powietrza na kuli spada. Dzieje się tak nie tylko dlatego, że zmniejsza się wysokość słupa powietrza nad nim, ale także dlatego, że zmniejsza się gęstość powietrza. Na górze jest mniejszy niż na dole. Dlatego zależność ciśnienia powietrza od wysokości jest bardziej skomplikowana niż w przypadku cieczy.
Z obserwacji wynika, że ciśnienie atmosferyczne na obszarach leżących na poziomie morza wynosi średnio 760 mm Hg. Sztuka.
Ciśnienie atmosferyczne równe ciśnieniu słupa rtęci o wysokości 760 mm w temperaturze 0 ° C nazywa się normalnym ciśnieniem atmosferycznym..
normalne ciśnienie atmosferyczne równa się 101 300 Pa = 1013 hPa.
Im wyższa wysokość, tym niższe ciśnienie.
Przy niewielkich wzrostach średnio na każde 12 m wzrostu ciśnienie spada o 1 mm Hg. Sztuka. (lub 1,33 hPa).
Znając zależność ciśnienia od wysokości, możliwe jest określenie wysokości nad poziomem morza poprzez zmianę odczytów barometru. Aneroidy posiadające skalę, na której można bezpośrednio zmierzyć wysokość nad poziomem morza, nazywane są wysokościomierze . Stosowane są w lotnictwie i podczas wspinaczki górskiej.
Manometry.
Wiemy już, że barometry służą do pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Aby zmierzyć ciśnienia większe lub mniejsze od ciśnienia atmosferycznego, manometry (z greckiego. manos- rzadkie, niepozorne metro- mierzyć). Manometry są płyn oraz metal.
|
|
Rozważ najpierw urządzenie i działanie otwarty manometr cieczowy. Składa się z dwunożnej szklanej rurki, do której wlewa się trochę płynu. Ciecz jest instalowana w obu kolanach na tym samym poziomie, ponieważ na jej powierzchnię w kolanach naczynia działa tylko ciśnienie atmosferyczne.
Aby zrozumieć, jak działa taki manometr, można go podłączyć gumową rurką do okrągłego płaskiego pudełka, którego jedna strona jest pokryta gumową folią. Jeśli naciśniesz palcem folię, to poziom cieczy w kolanie manometru podłączonym w skrzynce zmniejszy się, a w drugim kolanie wzrośnie. Co to wyjaśnia?
Naciśnięcie folii zwiększa ciśnienie powietrza w pudełku. Zgodnie z prawem Pascala ten wzrost ciśnienia jest przenoszony na ciecz w kolanie manometru, który jest przymocowany do pudełka. Dlatego ciśnienie na ciecz w tym kolanie będzie większe niż w drugim, gdzie na ciecz działa tylko ciśnienie atmosferyczne. Pod wpływem tego nadciśnienia ciecz zacznie się poruszać. W kolanie ze sprężonym powietrzem płyn opadnie, w drugim uniesie się. Płyn osiągnie równowagę (zatrzyma się), gdy nadciśnienie sprężone powietrze będzie zrównoważone przez ciśnienie, które wytwarza nadmiar słupa cieczy w drugiej nodze manometru.
Im silniejszy nacisk na folię, tym wyższy słup nadmiaru cieczy, tym większe jego ciśnienie. W konsekwencji, zmianę ciśnienia można ocenić na podstawie wysokości tej kolumny nadmiarowej.
Rysunek pokazuje, jak taki manometr może mierzyć ciśnienie wewnątrz cieczy. Im głębiej rurka jest zanurzona w cieczy, tym większa staje się różnica wysokości słupów cieczy w kolanach manometru., więc dlatego i płyn wytwarza większe ciśnienie.
Jeśli zainstalujesz skrzynkę urządzenia na pewnej głębokości w cieczy i obrócisz ją folią w górę, na boki i w dół, odczyty manometru nie ulegną zmianie. Tak powinno być, ponieważ na tym samym poziomie wewnątrz cieczy ciśnienie jest takie samo we wszystkich kierunkach.
Obrazek przedstawia manometr metalowy . Główną częścią takiego manometru jest metalowa rurka wygięta w rurę 1 , którego jeden koniec jest zamknięty. Drugi koniec rurki z kranikiem 4 komunikuje się ze zbiornikiem, w którym mierzone jest ciśnienie. Wraz ze wzrostem ciśnienia rurka wygina się. Ruch jego zamkniętego końca za pomocą dźwigni 5 i koła zębate 3 przekazany strzelcowi 2 poruszanie się po skali instrumentu. Gdy ciśnienie spada, rurka ze względu na swoją elastyczność wraca do poprzedniego położenia, a strzałka powraca do zerowej działki skali.
Tłokowa pompa cieczy.
W rozważanym wcześniej eksperymencie (§ 40) stwierdzono, że woda w szklanej rurce pod wpływem ciśnienia atmosferycznego unosi się za tłokiem. Ta akcja jest oparta tłok lakierki.
Pompa jest pokazana schematycznie na rysunku. Składa się z cylindra, wewnątrz którego porusza się w górę i w dół, ściśle przylegając do ścian naczynia, tłok 1 . Zawory są zainstalowane w dolnej części cylindra oraz w samym tłoku. 2 otwieranie tylko do góry. Gdy tłok porusza się w górę, woda wchodzi do rury pod działaniem ciśnienia atmosferycznego, podnosi dolny zawór i przemieszcza się za tłokiem.
Gdy tłok porusza się w dół, woda pod tłokiem naciska na dolny zawór i zamyka się. W tym samym czasie pod ciśnieniem wody otwiera się zawór wewnątrz tłoka, a woda wpływa do przestrzeni nad tłokiem. Przy kolejnym ruchu tłoka w górę woda nad nim również unosi się w miejscu z nim, która wylewa się do rury wylotowej. W tym samym czasie za tłokiem unosi się nowa porcja wody, która po opuszczeniu tłoka znajdzie się nad nim, a cała ta procedura jest powtarzana raz za razem podczas pracy pompy.
Prasa hydrauliczna.
Prawo Pascala pozwala wyjaśnić działanie maszyna hydrauliczna (z greckiego. hydraulika- woda). Są to maszyny, których działanie opiera się na prawach ruchu i równowagi płynów.
Główną częścią maszyny hydraulicznej są dwa cylindry o różnych średnicach, wyposażone w tłoki i rurę łączącą. Przestrzeń pod tłokami i rurką wypełniona jest cieczą (zazwyczaj olej mineralny). Wysokości słupów cieczy w obu cylindrach są takie same, o ile na tłoki nie działają siły.
Załóżmy teraz, że siły F 1 i F 2 - siły działające na tłoki, S 1 i S 2 - obszary tłoków. Ciśnienie pod pierwszym (małym) tłokiem wynosi p 1 = F 1 / S 1 , a pod drugim (duży) p 2 = F 2 / S 2. Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie spoczynkowego płynu jest przenoszone równomiernie we wszystkich kierunkach, tj. p 1 = p 2 lub F 1 / S 1 = F 2 / S 2 , skąd:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Dlatego siła F 2 o wiele więcej mocy F 1 , Ile razy większa jest powierzchnia dużego tłoka niż powierzchnia małego tłoczka?. Na przykład, jeśli powierzchnia dużego tłoka wynosi 500 cm2, a małego 5 cm2, a na mały tłok działa siła 100 N, to na tłok działa siła 100 razy większa. większy tłok, czyli 10 000 N.
W ten sposób za pomocą maszyny hydraulicznej można zrównoważyć dużą siłę małą siłą.
Nastawienie F 1 / F 2 pokazuje przyrost siły. Na przykład w powyższym przykładzie wzmocnienie siły wynosi 10 000 N/100 N = 100.
Maszyna hydrauliczna służąca do prasowania (wyciskania) nazywa się prasa hydrauliczna .
Prasy hydrauliczne znajdują zastosowanie tam, gdzie wymagana jest duża moc. Np. do wyciskania oleju z nasion w olejarniach, do tłoczenia sklejki, kartonu, siana. W hutach żelaza i stali z pras hydraulicznych wykonuje się stalowe wały maszynowe, koła kolejowe i wiele innych wyrobów. Nowoczesne prasy hydrauliczne mogą wytworzyć siłę dziesiątek i setek milionów niutonów.
Urządzenie prasa hydrauliczna pokazano schematycznie na rysunku. Tłoczony korpus 1 (A) umieszcza się na platformie połączonej z dużym tłokiem 2 (B). Mały tłoczek 3 (D) wytwarza duży nacisk na ciecz. To ciśnienie jest przenoszone do każdego punktu płynu wypełniającego cylindry. Dlatego to samo ciśnienie działa na drugi, duży tłok. Ale ponieważ powierzchnia 2 (dużego) tłoka jest większa niż powierzchnia małego, to siła działająca na niego będzie większa niż siła działająca na tłok 3 (D). Pod tą siłą tłok 2 (B) uniesie się. Gdy tłok 2 (B) podnosi się, korpus (A) opiera się o nieruchomą górną platformę i jest ściskany. Manometr 4 (M) mierzy ciśnienie płynu. Zawór bezpieczeństwa 5 (P) otwiera się automatycznie, gdy ciśnienie płynu przekroczy dopuszczalną wartość.
Z małego cylindra do dużej cieczy pompowana jest przez powtarzające się ruchy małego tłoczka 3 (D). Odbywa się to w następujący sposób. Gdy mały tłoczek (D) jest uniesiony, zawór 6 (K) otwiera się i ciecz jest zasysana do przestrzeni pod tłokiem. Kiedy mały tłoczek jest opuszczany pod działaniem ciśnienia cieczy, zawór 6 (K) zamyka się, a zawór 7 (K") otwiera się, a ciecz przechodzi do dużego naczynia.
Działanie wody i gazu na zanurzone w nich ciało.
Pod wodą możemy z łatwością podnieść kamień, którego z trudem unosimy w powietrzu. Jeśli zanurzysz korek pod wodą i uwolnisz go z rąk, będzie się unosił. Jak wyjaśnić te zjawiska?
Wiemy (§ 38), że ciecz naciska na dno i ściany naczynia. A jeśli jakieś ciało stałe zostanie umieszczone w cieczy, to również zostanie poddane ciśnieniu, podobnie jak ściany naczynia.
Rozważ siły działające od strony cieczy na zanurzone w niej ciało. Aby ułatwić rozumowanie, wybieramy ciało, które ma kształt równoległościanu z podstawami równoległymi do powierzchni cieczy (rys.). Siły działające na boczne powierzchnie ciała są równe parami i równoważą się. Pod wpływem tych sił ciało ulega ściśnięciu. Ale siły działające na górną i dolną powierzchnię ciała nie są takie same. Na górnej powierzchni naciska z góry z siłą F 1 kolumna cieczy wysoka h jeden . Na poziomie dolnej powierzchni ciśnienie wytwarza słup cieczy o wysokości h 2. To ciśnienie, jak wiemy (§ 37), przenoszone jest wewnątrz cieczy we wszystkich kierunkach. Dlatego na dolnej powierzchni ciała od dołu do góry siłą F 2 naciśnięcia kolumny cieczy wysoko h 2. Ale h 2 więcej h 1 , stąd moduł siły F 2 dodatkowe moduły zasilania F jeden . Dlatego ciało jest wypychane z cieczy z siłą F vyt, równa różnicy sił F 2 - F 1, tj.
|
|
Ale S·h = V, gdzie V jest objętością równoległościanu, a ρ W · V = m W jest masą płynu w objętości równoległościanu. W konsekwencji, F vyt \u003d g m dobrze \u003d P dobrze, tj. siła wyporu jest równa ciężarowi cieczy w objętości zanurzonego w niej ciała(Siła wyporu jest równa ciężarowi cieczy o takiej samej objętości jak objętość zanurzonego w niej ciała). Istnienie siły, która wypycha ciało z cieczy, jest łatwe do odkrycia eksperymentalnie. Na obrazie a przedstawia ciało zawieszone na sprężynie ze strzałką na końcu. Strzałka oznacza napięcie sprężyny na statywie. Kiedy ciało zostaje wypuszczone do wody, sprężyna kurczy się (ryc. b). To samo skurczenie sprężyny uzyskamy działając na ciało od dołu z pewną siłą, np. naciskając ręką (podnosząc). Dlatego doświadczenie potwierdza, że siła działająca na ciało w płynie wypycha ciało z płynu. W przypadku gazów, jak wiemy, obowiązuje również prawo Pascala. Dlatego ciała w gazie poddawane są działaniu siły wypychającej je z gazu. Pod wpływem tej siły balony unoszą się. Istnienie siły wypychającej ciało z gazu można również zaobserwować eksperymentalnie. Do skróconej szalki zawieszamy szklaną kulę lub dużą kolbę zamkniętą korkiem. Skale są zrównoważone. Następnie pod kolbę (lub kulkę) umieszcza się szerokie naczynie tak, aby otaczało całą kolbę. Naczynie wypełnione jest dwutlenkiem węgla, którego gęstość jest większa niż gęstość powietrza (dlatego dwutlenek węgla opada i wypełnia naczynie, wypierając z niego powietrze). W tym przypadku równowaga łusek zostaje zakłócona. Kubek z zawieszoną kolbą unosi się do góry (ryc.). Kolba zanurzona w dwutlenku węgla doświadcza większej siły wyporu niż ta, która działa na nią w powietrzu. Siła, która wypycha ciało z cieczy lub gazu, jest skierowana przeciwnie do siły grawitacji przyłożonej do tego ciała. Dlatego prolkosmos). To wyjaśnia, dlaczego w wodzie czasami z łatwością podnosimy ciała, których z trudem możemy utrzymać w powietrzu. Na sprężynie zawieszone jest małe wiadro i cylindryczny korpus (ryc., a). Strzałka na statywie oznacza przedłużenie sprężyny. Pokazuje ciężar ciała w powietrzu. Po podniesieniu korpusu umieszcza się pod nim naczynie drenażowe wypełnione płynem do poziomu rury drenażowej. Następnie ciało jest całkowicie zanurzone w cieczy (ryc., b). W którym wylewa się część cieczy, której objętość jest równa objętości ciała z naczynia do nalewania do szklanki. Sprężyna kurczy się, a wskazówka sprężyny podnosi się, wskazując na zmniejszenie ciężaru ciała w płynie. W tym przypadku, oprócz siły grawitacji, na ciało działa inna siła, wypychając go z płynu. Jeśli płyn ze szklanki wleje się do górnego wiadra (tj. tego, które zostało wyparte przez ciało), wówczas wskazówka sprężyny powróci do swojej początkowej pozycji (ryc., c).
Na podstawie tego doświadczenia można stwierdzić, że siła, która popycha ciało całkowicie zanurzone w cieczy jest równa ciężarowi cieczy w objętości tego ciała . Do tego samego wniosku doszliśmy w § 48. Gdyby podobny eksperyment przeprowadzono z ciałem zanurzonym w jakimś gazie, to pokazałoby, że siła wypychająca ciało z gazu jest również równa masie gazu pobranego w objętości ciała . Siła, która wypycha ciało z cieczy lub gazu, nazywa się Siła Archimedesa , na cześć naukowca Archimedesa który jako pierwszy wskazał na jego istnienie i obliczył jego znaczenie. Tak więc doświadczenie potwierdziło, że siła Archimedesa (lub wyporu) jest równa ciężarowi płynu w objętości ciała, tj. F A = P f = gm oraz. Masę cieczy m f , wypartej przez ciało, można wyrazić jako jej gęstość ρ w oraz objętość ciała V t zanurzonego w cieczy (ponieważ V l - objętość cieczy wypartej przez ciało jest równa V t - objętość ciała zanurzonego w cieczy), tj. m W = ρ W V t. Następnie otrzymujemy: F A= g ρ oraz · V t Dlatego siła Archimedesa zależy od gęstości cieczy, w której zanurzone jest ciało, oraz od objętości tego ciała. Ale nie zależy to na przykład od gęstości substancji ciała zanurzonego w cieczy, ponieważ ta ilość nie jest uwzględniona w otrzymanej formule. Określmy teraz wagę ciała zanurzonego w cieczy (lub gazie). Ponieważ dwie siły działające na ciało w tym przypadku są skierowane w przeciwnych kierunkach (grawitacja jest w dół, a siła Archimedesa jest większa), to ciężar ciała w płynie P 1 będzie wynosił mniej wagi ciała w próżni P = gm do sił Archimedesa F A = gm w (gdzie m w jest masą cieczy lub gazu wypartego przez ciało). W ten sposób, jeśli ciało zanurzone jest w cieczy lub gazie, to traci na wadze tyle, ile waży wyparta przez nie ciecz lub gaz. Przykład. Wyznacz siłę wyporu działającą na kamień o objętości 1,6 m3 w wodzie morskiej. Zapiszmy stan problemu i go rozwiążmy. Gdy ciało pływające dotrze do powierzchni cieczy, to wraz z jej dalszym ruchem w górę siła Archimedesa zmniejszy się. Czemu? Ale ponieważ objętość części ciała zanurzonej w cieczy zmniejszy się, a siła Archimedesa jest równa masie cieczy w objętości części ciała zanurzonej w niej. Gdy siła Archimedesa zrówna się z siłą grawitacji, ciało zatrzyma się i unosi się na powierzchni cieczy, częściowo w niej zanurzone. Wynikający z tego wniosek jest łatwy do zweryfikowania eksperymentalnie. Wlej wodę do naczynia odpływowego do poziomu rury odpływowej. Następnie zanurzmy korpus pływający w naczyniu, uprzednio zważywszy go w powietrzu. Po zejściu do wody ciało wypiera objętość wody równą objętości zanurzonej w niej części ciała. Po zważeniu tej wody stwierdzamy, że jej waga (siła Archimedesa) jest równa sile grawitacji działającej na ciało unoszące się na wodzie lub ciężarowi tego ciała w powietrzu. Wykonując te same eksperymenty z dowolnymi innymi ciałami pływającymi w różnych cieczach - w wodzie, alkoholu, roztworze soli, możesz się upewnić, że jeśli ciało unosi się w cieczy, to ciężar wypartej przez nie cieczy jest równy ciężarowi tego ciała w powietrzu. Łatwo to udowodnić jeśli gęstość ciała stałego jest większa niż gęstość cieczy, to ciało tonie w takiej cieczy. W tej cieczy unosi się ciało o mniejszej gęstości. Na przykład kawałek żelaza tonie w wodzie, ale unosi się w rtęci. Natomiast ciało, którego gęstość jest równa gęstości cieczy, pozostaje w równowadze wewnątrz cieczy. Lód unosi się na powierzchni wody, ponieważ jego gęstość jest mniejsza niż wody. Im mniejsza gęstość ciała w porównaniu z gęstością cieczy, tym mniejsza część ciała jest zanurzona w cieczy . Przy równych gęstościach ciała i cieczy ciało unosi się w cieczy na dowolnej głębokości. Dwie nie mieszające się ciecze, na przykład woda i nafta, znajdują się w naczyniu zgodnie z ich gęstościami: w dolnej części naczynia - gęstsza woda (ρ = 1000 kg/m3), u góry - lżejsza nafta (ρ = 800 kg / m3). Średnia gęstość organizmów żywych zamieszkujących środowisko wodne niewiele różni się od gęstości wody, dlatego ich ciężar prawie całkowicie równoważy siła Archimedesa. Dzięki temu zwierzęta wodne nie potrzebują tak mocnych i masywnych szkieletów jak te naziemne. Z tego samego powodu pnie roślin wodnych są elastyczne. Pęcherz pływacki ryby łatwo zmienia swoją objętość. Kiedy ryba schodzi na dużą głębokość za pomocą mięśni, a ciśnienie wody na niej wzrasta, bańka kurczy się, objętość ciała ryby zmniejsza się i nie wypycha się w górę, ale pływa w głębinach. W ten sposób ryba może w pewnych granicach regulować głębokość swojego nurkowania. Wieloryby regulują głębokość nurkowania poprzez kurczenie się i rozszerzanie pojemności płuc. Pływające statki.Statki żeglujące po rzekach, jeziorach, morzach i oceanach zbudowane są z różne materiały o różnych gęstościach. Kadłub jest zwykle wykonany z blachy stalowe. Wszystkie wewnętrzne elementy złączne, które nadają statkom wytrzymałość, są również wykonane z metali. Używane do budowy łodzi różne materiały, które mają zarówno wyższą, jak i niższą gęstość w porównaniu z wodą. Jak statki unoszą się na wodzie, zabierają na pokład i przewożą duże ładunki? Eksperyment z ciałem pływającym (§ 50) wykazał, że ciało swoją podwodną częścią wypiera tak dużo wody, że ta woda jest równa ciężarowi ciała w powietrzu. Dotyczy to również każdego statku. Ciężar wody wypartej przez podwodną część statku jest równy ciężarowi statku z ładunkiem w powietrzu lub sile grawitacji działającej na statek z ładunkiem. Głębokość, na jaką statek jest zanurzony w wodzie, nazywa się projekt . Najgłębsze dopuszczalne zanurzenie zaznaczone jest na kadłubie statku czerwoną linią zwaną wodnica (z niderlandzkiego. woda- woda). Ciężar wody wypartej przez statek po zanurzeniu do wodnicy, równy sile grawitacji działającej na statek z ładunkiem, nazywa się wypornością statku. Obecnie do przewozu ropy budowane są statki o wyporności 5 000 000 kN (5 10 6 kN) i więcej, czyli o masie 500 000 ton (5 10 5 t) i więcej wraz z ładunkiem. Jeśli od wyporności odejmiemy wagę samego statku, otrzymamy nośność tego statku. Nośność pokazuje wagę ładunku przewożonego przez statek. Przemysł stoczniowy istnieje od Starożytny Egipt, w Fenicji (uważa się, że Fenicjanie byli jednymi z najlepszych stoczniowców), starożytnych Chinach. W Rosji przemysł stoczniowy powstał na przełomie XVII i XVIII wieku. Budowano głównie okręty wojenne, ale to właśnie w Rosji zbudowano pierwszy lodołamacz, statki z silnikiem spalinowym i nuklearny lodołamacz Arktika. Aeronautyka.
Rysunek opisujący bal braci Montgolfier w 1783 roku: „Widok i dokładne wymiary"Aerostat Ziemia„Który był pierwszy”. 1786 Od czasów starożytnych ludzie marzyli o tym, by móc latać ponad chmurami, pływać w oceanie powietrza podczas żeglowania po morzu. Dla aeronautyki Początkowo używano balonów, które napełniano albo ogrzanym powietrzem, albo wodorem lub helem. Aby balon uniósł się w powietrze, konieczne jest zastosowanie siły Archimedesa (wyporu) F A, działając na piłkę, było czymś więcej niż grawitacją F ciężki, tj. F> F ciężki Gdy kula unosi się, działająca na nią siła Archimedesa maleje ( F A = gρV), ponieważ gęstość górnej atmosfery jest mniejsza niż gęstość powierzchni Ziemi. Aby wznieść się wyżej, z piłki zrzucany jest specjalny balast (ciężar), który ją rozjaśnia. W końcu piłka osiąga maksymalną wysokość podnoszenia. Aby opuścić piłkę z jej skorupy za pomocą specjalny zawór część gazu jest uwalniana. W kierunku poziomym balon porusza się tylko pod wpływem wiatru, dlatego nazywa się to balon (z greckiego powietrze- powietrze, stato- na stojąco). Nie tak dawno temu do badania górnych warstw atmosfery, stratosfery używano ogromnych balonów - stratostaty . Zanim nauczyliśmy się budować duże samoloty do przewozu pasażerów i ładunków drogą powietrzną używano balonów kontrolowanych - sterowce. Mają wydłużony kształt, pod nadwoziem zawieszona jest gondola z silnikiem, który napędza śmigło. Balon nie tylko unosi się sam, ale może też unieść jakiś ładunek: kabinę, ludzi, instrumenty. Dlatego, aby dowiedzieć się, jaki rodzaj ładunku może podnieść balon, konieczne jest jego określenie. siła podnoszenia. Niech na przykład wystrzeli się w powietrze balon o objętości 40 m 3 wypełniony helem. Masa helu wypełniającego otoczkę kuli będzie równa: Oznacza to, że ta kula może unieść ładunek o wadze 520 N - 71 N = 449 N. To jest jej siła unoszenia. Balon o tej samej objętości, ale wypełniony wodorem, może unieść ciężar 479 N. Oznacza to, że jego siła nośna jest większa niż balonu wypełnionego helem. Mimo to hel jest używany częściej, ponieważ nie pali się i dlatego jest bezpieczniejszy. Wodór jest gazem palnym. O wiele łatwiej jest podnosić i opuszczać balon wypełniony gorącym powietrzem. W tym celu pod otworem znajdującym się w dolnej części kuli znajduje się palnik. Z pomocą palnik gazowy można regulować temperaturę powietrza wewnątrz piłki, a co za tym idzie jego gęstość i wyporność. Aby kula uniosła się wyżej, wystarczy mocniej ogrzać w niej powietrze, zwiększając płomień palnika. Gdy płomień palnika maleje, temperatura powietrza w kuli spada, a kula spada. Istnieje możliwość dobrania takiej temperatury piłki, przy której ciężar piłki i kabiny będzie równy sile wyporu. Wtedy piłka zawiśnie w powietrzu i łatwo będzie z niej prowadzić obserwacje. Wraz z rozwojem nauki nastąpiły również znaczące zmiany w technologii lotniczej. Możliwe stało się zastosowanie nowych powłok do balonów, które stały się trwałe, mrozoodporne i lekkie. Osiągnięcia w dziedzinie radiotechniki, elektroniki, automatyki umożliwiły projektowanie balonów bezzałogowych. Balony te są wykorzystywane do badania prądów powietrznych, do badań geograficznych i biomedycznych w niższych warstwach atmosfery. Aby zrozumieć, czym jest ciśnienie w fizyce, rozważ prosty i znajomy przykład. Który? W sytuacji, gdy musimy pokroić kiełbasę, użyjemy najostrzejszego przedmiotu - noża, a nie łyżki, grzebienia czy palca. Odpowiedź jest oczywista – nóż jest ostrzejszy, a cała siła jaką przykładamy rozkłada się wzdłuż bardzo cienkiej krawędzi noża, przynosząc maksymalny efekt w postaci wydzielenia części przedmiotu, tj. kiełbaski. Kolejny przykład – stoimy na sypkim śniegu. Nogi zawodzą, chodzenie jest wyjątkowo niewygodne. Dlaczego więc narciarze mijają nas z łatwością iz dużą prędkością, nie utopiąc się i nie zaplątując się w ten sam sypki śnieg? Wiadomo, że śnieg jest taki sam dla wszystkich, zarówno dla narciarzy, jak i dla spacerowiczów, ale wpływ na niego jest inny. Przy mniej więcej tym samym ciśnieniu, to znaczy ciężarze, powierzchnia nacisku na śnieg jest bardzo zróżnicowana. Powierzchnia nart jest znacznie większa niż powierzchnia podeszwy buta, a zatem ciężar rozkłada się na większą powierzchnię. Co pomaga, a wręcz przeciwnie, uniemożliwia nam skuteczne oddziaływanie na powierzchnię? Dlaczego ostry nóż lepiej kroi chleb, a płaskie, szerokie narty lepiej trzymają się powierzchni, zmniejszając penetrację śniegu? Na kursie fizyki siódmej klasy bada się w tym celu pojęcie ciśnienia. ciśnienie w fizyceSiła przyłożona do powierzchni nazywana jest siłą nacisku. A ciśnienie jest wielkością fizyczną równą stosunkowi siły nacisku przyłożonej do określonej powierzchni do powierzchni tej powierzchni. Wzór na obliczenie ciśnienia w fizyce jest następujący: gdzie p to ciśnienie, Widzimy, jak oznacza się ciśnienie w fizyce, a także widzimy, że przy tej samej sile ciśnienie jest większe, gdy powierzchnia podparcia, czyli innymi słowy powierzchnia styku oddziałujących ciał, jest mniejsza. I odwrotnie, wraz ze wzrostem obszaru podparcia ciśnienie spada. Dlatego ostrzejszy nóż lepiej tnie każde ciało, a gwoździe wbite w ścianę mają ostre końcówki. I dlatego narty trzymają się na śniegu znacznie lepiej niż ich brak. Jednostki ciśnieniaJednostka ciśnienia to 1 niuton na metr kwadratowy - są to wielkości znane nam już z kursu siódmej klasy. Możemy również przeliczyć jednostki ciśnienia N/m2 na paskale, jednostki miary nazwane na cześć francuskiego naukowca Blaise'a Pascala, który wyprowadził tzw. prawo Pascala. 1 N/m = 1 Pa. W praktyce stosuje się również inne jednostki ciśnienia - milimetry słupa rtęci, bary i tak dalej. Nikt nie lubi być pod presją. I nie ma znaczenia, który. Śpiewała o tym także 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 zadania, 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:
W międzynarodowy system SI mierzy się w Paskale i jest oznaczony literą p . Jednostka ciśnienia - 1 Paskal. Rosyjskie oznaczenie - Rocznie, międzynarodowy - Rocznie.
Zgodnie z definicją, aby znaleźć ciśnienie, musisz 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- przyspieszenie swobodny spadek 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 mierzy się ciśnienie? Oprócz paskala istnieją inne pozasystemowe jednostki miary:
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 atmosferyczneAtmosfera 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 tętniczeKolejny przykład, w którym mamy do czynienia z presją w Życie codzienne to pomiar ciśnienia krwi.
Jeśli zmierzyłeś ciśnienie krwi i masz je 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 to 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? Tak poza tym! Dla naszych czytelników teraz 10% zniżki na Faktem jest, że krew porusza się w naczyniach nierównomiernie, ale wstrząsami. Pierwsza cyfra (120) nazywa się skurczowy nacisk. 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 nacisk. 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 próżniaPróżnia 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. Wyobraź sobie wypełniony powietrzem, szczelny cylinder z tłokiem zamontowanym na górze. Jeśli zaczniesz wywierać nacisk na tłok, wówczas objętość powietrza w cylindrze zacznie się zmniejszać, cząsteczki powietrza będą się zderzać ze sobą i z tłokiem coraz intensywniej, 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 nazywa się ciśnienie wielkość fizyczna, numerycznie równy sile działając prostopadle do powierzchni na jednostkę powierzchni tej powierzchni. Dlatego, w celu określenia nacisku w określonym punkcie na powierzchni, normalną składową siły przyłożonej do powierzchni dzieli się przez obszar małego elementu powierzchniowego, na który działa ta siła. Aby wyznaczyć średnie ciśnienie na całej powierzchni, należy podzielić normalną składową siły działającej na powierzchnię przez Powierzchnia całkowita 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 (poza systemowe) jednostki. Jedną z takich jednostek jest „atmosfera” (w). Ciśnienie jednej atmosfery jest w przybliżeniu równe ciśnieniu atmosferycznemu na powierzchni Ziemi na poziomie morza. Dziś 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 równy sile grawitacji działającej na ciało o masie jednego kilograma w warunkach przyspieszenia swobodnego spadania równego 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 używa się jednostki mbar (milibar), równej 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. Nazywa się go „mm Hg”, ale czasami nazywa się go „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 w jednym czasie 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 zapisują nawet 25 mikronów, czyli mikronów rtęci, jeśli rozmawiamy o ewakuacji, 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. Polecamy również Ładowanie... |
