Kako napisati tlak v fiziki. Zgornji in spodnji pritisk: kaj to pomeni
Človek na smučeh in brez njih.
Po rahlem snegu človek hodi z velikimi težavami in se na vsakem koraku globoko potopi. Toda, ko je nadel smuči, lahko hodi, skoraj ne da bi padel vanj. zakaj? Na smučeh ali brez smuči človek deluje na sneg z enako silo, ki je enaka njegovi lastni teži. Vendar je učinek te sile v obeh primerih drugačen, saj je površina, na katero človek pritiska, različna, s smučmi in brez njih. Površina smuči je skoraj 20-kratna več površine podplati. Zato človek, ko stoji na smučeh, deluje na vsak kvadratni centimeter snežne površine s silo, ki je 20-krat manjša kot če stoji na snegu brez smuči.
Učenec, ki z gumbi pripne časopis na tablo, deluje na vsak gumb z enako silo. Vendar je gumb z ostrejšim koncem lažje vstopiti v drevo.
To pomeni, da rezultat delovanja sile ni odvisen le od njenega modula, smeri in točke uporabe, temveč tudi od površine površine, na katero deluje (pravokotno na katero deluje).
Ta sklep potrjujejo fizikalni poskusi.
Izkušnje. Rezultat te sile je odvisen od tega, katera sila deluje na enoto površine površine.
Žeblje je treba zabiti v vogale majhne deske. Najprej v desko namestimo žeblje s konicami navzgor in obtežimo desko. V tem primeru so glavice nohtov le rahlo vtisnjene v pesek. Nato obrnite desko in položite žeblje na konico. V tem primeru je površina podpore manjša in pod delovanjem enake sile se nohti poglobijo v pesek.
Izkušnje. Druga ilustracija.
Rezultat delovanja te sile je odvisen od tega, kakšna sila deluje na posamezno enoto površine.
V obravnavanih primerih so sile delovale pravokotno na površino telesa. Teža osebe je bila pravokotna na površino snega; sila, ki deluje na gumb, je pravokotna na površino plošče.
Vrednost, ki je enaka razmerju sile, ki deluje pravokotno na površino, in površino te površine, se imenuje tlak.
Za določitev tlaka je treba silo, ki deluje pravokotno na površino, deliti s površino:
tlak = sila / površina.
Označimo količine, vključene v ta izraz: tlak - str, sila, ki deluje na površino, - F in površino S.
Nato dobimo formulo:
p = F/S
Jasno je, da bo večja sila, ki deluje na isto območje, povzročila večji pritisk.
Enota tlaka se vzame kot tlak, ki proizvaja silo 1 N, ki deluje na površino 1 m 2 pravokotno na to površino.
Enota tlaka - newton na kvadratni meter(1 N/m 2). V čast francoskemu znanstveniku Blaise Pascal imenuje se pascal Pa). tako,
1 Pa = 1 N / m 2.
Uporabljajo se tudi druge tlačne enote: hektopaskal (hPa) in kilopascal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Zapišimo pogoj problema in ga rešimo.
dano : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?
V enotah SI: S = 0,03 m 2
Odločitev:
str = F/S,
F = P,
P = g m,
P= 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,
str\u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa
"Odgovor": p = 15000 Pa = 15 kPa
Načini za zmanjšanje in povečanje pritiska.
Težki goseniški traktor ustvari pritisk na tla, ki je enak 40-50 kPa, torej le 2-3 krat večji od pritiska dečka, ki tehta 45 kg. To je zato, ker je teža traktorja zaradi goseničnega pogona razporejena na večjo površino. In to smo ugotovili večja kot je površina podpore, manj pritiska na to oporo povzroči enaka sila .
Glede na to, ali potrebujete majhen ali velik pritisk, se površina podpore poveča ali zmanjša. Na primer, da bi tla zdržala pritisk stavbe, ki se postavlja, se poveča površina spodnjega dela temeljev.
Pnevmatike tovornjaki in podvozje letal je narejeno veliko širše kot pri osebnih avtomobilih. Posebej široke pnevmatike so narejene za avtomobile, ki so zasnovani za potovanje po puščavah.
Težki stroji, kot so traktor, tank ali močvirje, ki imajo veliko nosilno površino prehajajo po močvirnatem terenu, skozi katerega človek ne more.
Po drugi strani pa je z majhno površino mogoče ustvariti velik pritisk z majhno silo. Na primer, če pritisnemo gumb v ploščo, nanjo delujemo s silo približno 50 N. Ker je površina konice gumba približno 1 mm 2, je pritisk, ki ga ustvari, enak:
p = 50 N / 0,000001 m 2 \u003d 50 000 000 Pa = 50 000 kPa.
Za primerjavo, ta pritisk je 1000-krat večji od pritiska, ki ga na tla izvaja goseniški traktor. Takih primerov je mogoče najti še veliko.
Rezilo orodja za rezanje in prebadanje (noži, škarje, rezila, žage, igle itd.) je posebej nabrušeno. Izostren rob ostrega rezila ima majhno površino, tako da že majhna sila ustvarja velik pritisk, s takšnim orodjem pa je enostavno delati.
Naprave za rezanje in prebadanje najdemo tudi v divjih živalih: to so zobje, kremplji, kljuni, konice itd. – vsi so iz trdega materiala, gladki in zelo ostri.
Pritisk
Znano je, da se molekule plina premikajo naključno.
Že vemo, da plini za razliko od trdnih snovi in tekočin napolnijo celotno posodo, v kateri se nahajajo. Na primer jeklena jeklenka za shranjevanje plinov, zračnica za avtomobilske pnevmatike ali žoga za odbojko. V tem primeru plin pritiska na stene, dno in pokrov jeklenke, komore ali katerega koli drugega telesa, v katerem se nahaja. Tlak plina je posledica drugih vzrokov kot tlaka trdno telo na nosilcu.
Znano je, da se molekule plina premikajo naključno. Med svojim gibanjem trčijo med seboj, pa tudi s stenami posode, v kateri se nahaja plin. V plinu je veliko molekul, zato je število njihovih udarcev zelo veliko. Na primer, število udarcev molekul zraka v prostoru na površino 1 cm 2 v 1 s je izraženo kot triindvajsetmestno število. Čeprav je udarna sila posamezne molekule majhna, je delovanje vseh molekul na stene posode pomembno – ustvarja tlak plina.
torej tlak plina na stene posode (in na telo, ki je v plinu) nastane zaradi udarcev plinskih molekul .
Razmislite o naslednji izkušnji. Pod zvonec zračne črpalke postavite gumijasto kroglo. Vsebuje majhno količino zraka in ima nepravilne oblike. Nato s črpalko izčrpamo zrak izpod zvona. Lupina kroglice, okoli katere se zrak vse bolj redči, postopoma nabrekne in dobi obliko navadne kroglice.
Kako razložiti to izkušnjo?
Za shranjevanje in transport stisnjenega plina se uporabljajo posebne trpežne jeklenke.
V našem poskusu so premikajoče se molekule plina neprekinjeno udarile ob stene krogle znotraj in zunaj. Ko se zrak izčrpa, se število molekul v zvončku okoli lupine krogle zmanjša. Toda znotraj žoge se njihovo število ne spremeni. Zato postane število udarcev molekul na zunanje stene lupine manjše od števila udarcev na notranje stene. Balon se napihne, dokler sila elastičnosti njegove gumijaste lupine ne postane enaka sili tlaka plina. Lupina žoge ima obliko krogle. To kaže na to plin pritiska na njegove stene enako v vseh smereh. Z drugimi besedami, število molekularnih udarcev na kvadratni centimeter površine je enako v vseh smereh. Za plin je značilen enak tlak v vseh smereh in je posledica naključnega gibanja ogromnega števila molekul.
Poskusimo zmanjšati prostornino plina, vendar tako, da njegova masa ostane nespremenjena. To pomeni, da bo v vsakem kubičnem centimetru plina več molekul, gostota plina se bo povečala. Potem se bo število udarcev molekul na stene povečalo, torej se bo povečal tlak plina. To lahko potrdijo izkušnje.
Na sliki a Prikazana je steklena cev, katere en konec je prekrit s tanko gumijasto folijo. V cev je vstavljen bat. Ko se bat potisne navznoter, se prostornina zraka v cevi zmanjša, kar pomeni, da se plin stisne. Gumijasti film izboči navzven, kar kaže, da se je zračni tlak v cevi povečal.
Nasprotno, s povečanjem prostornine enake mase plina se število molekul v vsakem kubičnem centimetru zmanjša. To bo zmanjšalo število udarcev na stene posode - tlak plina bo postal manjši. Dejansko, ko se bat izvleče iz cevi, se volumen zraka poveča, film se upogne znotraj posode. To kaže na zmanjšanje zračnega tlaka v cevi. Enak pojav bi opazili, če bi bil namesto zraka v cevi kakšen drug plin.
torej ko se prostornina plina zmanjša, se njegov tlak poveča, ko se prostornina poveča, se tlak zmanjša, pod pogojem, da masa in temperatura plina ostaneta nespremenjeni.
Kako se spremeni tlak plina, če ga segrejemo pri konstantni prostornini? Znano je, da se hitrost gibanja molekul plina pri segrevanju poveča. Če se gibljejo hitreje, bodo molekule pogosteje udarile v stene posode. Poleg tega bo vsak udarec molekule na steno močnejši. Posledično bodo stene posode doživele večji pritisk.
zato Tlak plina v zaprti posodi je večji, višja kot je temperatura plina, pod pogojem, da se masa plina in prostornina ne spremenita.
Iz teh poskusov je mogoče sklepati, da večji je tlak plina, pogosteje in močneje molekule zadenejo stene posode .
Za shranjevanje in transport plinov so zelo stisnjeni. Hkrati se njihov tlak poveča, plini morajo biti zaprti v posebne, zelo trpežne jeklenke. Takšni jeklenke, na primer, vsebujejo stisnjen zrak v podmornicah, kisik, ki se uporablja pri varjenju kovin. Seveda se moramo tega vedno spomniti plinske jeklenke se ne morejo segrevati, še posebej, če so napolnjene s plinom. Ker, kot že razumemo, lahko pride do eksplozije z zelo neprijetnimi posledicami.
Pascalov zakon.
Tlak se prenaša na vsako točko tekočine ali plina.
Tlak bata se prenaša na vsako točko tekočine, ki polni kroglico.
Zdaj pa plin.
Za razliko od trdnih snovi se lahko posamezne plasti in majhni delci tekočine in plina prosto gibljejo drug glede drugega v vseh smereh. Dovolj je na primer rahlo pihati po površini vode v kozarcu, da se voda premakne. Na reki ali jezeru se ob najmanjšem vetriču pojavijo valovi.
Mobilnost plinskih in tekočih delcev to pojasnjuje pritisk, ki nastane na njih, se ne prenaša samo v smeri sile, ampak na vsaki točki. Oglejmo si ta pojav podrobneje.
Na sliki, a upodobljena je posoda, ki vsebuje plin (ali tekočino). Delci so enakomerno razporejeni po posodi. Posoda je zaprta z batom, ki se lahko premika gor in dol.
Z uporabo sile naredimo, da se bat premakne malo navznoter in stisnemo plin (tekočino) neposredno pod njim. Potem se bodo delci (molekule) na tem mestu nahajali bolj gosto kot prej (slika, b). Zaradi mobilnosti plina se delci premikajo v vse smeri. Posledično bo njihova razporeditev spet postala enotna, vendar bolj gosta kot prej (slika c). Zato se bo tlak plina povsod povečal. To pomeni, da se dodatni tlak prenese na vse delce plina ali tekočine. Torej, če se tlak na plin (tekočino) v bližini bata poveča za 1 Pa, potem na vseh točkah znotraj tlak plina ali tekočine bo za enako količino večji kot prej. Tlak na stene posode, na dnu in na bat se bo povečal za 1 Pa.
Tlak, ki deluje na tekočino ali plin, se prenaša na katero koli točko enako v vseh smereh .
Ta izjava se imenuje Pascalov zakon.
Na podlagi Pascalovega zakona je enostavno razložiti naslednje poskuse.
Slika prikazuje votlo kroglo z različnih mestih majhne luknje. Na kroglo je pritrjena cev, v katero je vstavljen bat. Če potegnete vodo v kroglo in potisnete bat v cev, bo voda pritekla iz vseh lukenj v krogli. V tem poskusu bat pritisne na površino vode v cevi. Delci vode pod batom, kondenzirajo, prenašajo svoj tlak na druge plasti, ki ležijo globlje. Tako se tlak bata prenaša na vsako točko tekočine, ki polni kroglico. Posledično se del vode potisne iz krogle v obliki enakih tokov, ki tečejo iz vseh lukenj.
Če je kroglica napolnjena z dimom, potem, ko se bat potisne v cev, bodo enaki tokovi dima začeli izhajati iz vseh lukenj v krogli. To potrjuje, da in plini prenašajo pritisk, ki nanje nastaja, enako v vse smeri.
Tlak v tekočini in plinu.
Pod težo tekočine se bo gumijasto dno v cevi upognilo.
Na tekočine, tako kot na vsa telesa na Zemlji, vpliva sila gravitacije. Zato vsaka plast tekočine, ki se vlije v posodo, s svojo težo ustvari pritisk, ki se po Pascalovem zakonu prenaša v vse smeri. Zato je v tekočini pritisk. To je mogoče preveriti z izkušnjami.
Nalijte vodo v stekleno cev, katere spodnja luknja je zaprta s tanko gumijasto folijo. Pod težo tekočine se bo dno cevi upognilo.
Izkušnje kažejo, da višji kot je vodni stolpec nad gumijastim filmom, bolj se ta povesi. Toda vsakič, ko se gumijasto dno poveša, se voda v cevi uravnovesi (ustavi), saj na vodo poleg gravitacije deluje tudi elastična sila raztegnjenega gumijastega filma.
Sile, ki delujejo na gumijasti film |
so enaki na obeh straneh. |
Ilustracija.
Dno se zaradi pritiska nanj zaradi gravitacije odmakne od valja.
Cevko z gumijastim dnom, v katero se nalije voda, spustimo v drugo, širšo posodo z vodo. Videli bomo, da se pri spuščanju cevi gumijasti film postopoma izravna. Popolno ravnanje filma kaže, da so sile, ki delujejo nanj od zgoraj in spodaj, enake. Popolno izravnavanje filma se pojavi, ko se nivoji vode v cevi in posodi sovpadajo.
Isti poskus lahko izvedemo s cevjo, v kateri gumijasta folija zapre stransko odprtino, kot je prikazano na sliki a. To cev z vodo potopite v drugo posodo z vodo, kot je prikazano na sliki, b. Opazili bomo, da se film spet zravna takoj, ko sta nivoji vode v cevi in posodi enaki. To pomeni, da so sile, ki delujejo na gumijasto folijo, enake z vseh strani.
Vzemite posodo, katere dno lahko odpade. Postavimo ga v kozarec vode. V tem primeru bo dno tesno pritisnjeno na rob posode in ne bo odpadlo. Pritiska ga sila vodnega tlaka, usmerjenega od spodaj navzgor.
V posodo bomo previdno nalivali vodo in pazili na njeno dno. Takoj, ko nivo vode v posodi sovpada z nivojem vode v kozarcu, bo ta padel stran od posode.
V trenutku ločitve stolpec tekočine v posodi pritisne na dno, pritisk pa se prenaša od spodaj navzgor na dno stolpca tekočine enake višine, vendar se nahaja v kozarcu. Oba tlaka sta enaka, vendar se dno zaradi delovanja nanj odmakne od valja lastno moč gravitacija.
Poskusi z vodo so bili opisani zgoraj, če pa namesto vode vzamemo katero koli drugo tekočino, bodo rezultati poskusa enaki.
Torej, poskusi to kažejo znotraj tekočine je tlak, na isti ravni pa je enak v vseh smereh. Tlak narašča z globino.
Plini se po tem ne razlikujejo od tekočin, saj imajo tudi težo. Vendar se moramo spomniti, da je gostota plina stokrat manjša od gostote tekočine. Teža plina v posodi je majhna in v mnogih primerih lahko prezremo njegov "težni" tlak.
Izračun tlaka tekočine na dnu in stenah posode.
Izračun tlaka tekočine na dnu in stenah posode.
Razmislite, kako lahko izračunate tlak tekočine na dnu in stenah posode. Najprej rešimo problem za posodo, ki ima obliko pravokotnega paralelepipeda.
Sila F, s katerim tekočina, nalita v to posodo, pritiska na njeno dno, je enaka teži P tekočina v posodi. Težo tekočine lahko določimo tako, da poznamo njeno maso. m. Maso, kot veste, je mogoče izračunati po formuli: m = ρ V. Količino tekočine, ki se vlije v posodo, ki smo jo izbrali, je enostavno izračunati. Če je višina stolpca tekočine v posodi označena s črko h, in območje dna posode S, potem V = S h.
Tekoča masa m = ρ V, oz m = ρ S h .
Teža te tekočine P = gm, oz P = g ρ S h.
Ker je teža stolpca tekočine enaka sili, s katero tekočina pritiska na dno posode, potem delimo težo P Na trg S, dobimo tlak tekočine str:
p = P/S ali p = g ρ S h/S,
Dobili smo formulo za izračun tlaka tekočine na dnu posode. Iz te formule je razvidno, da tlak tekočine na dnu posode je odvisen le od gostote in višine stebra tekočine.
Zato je po izpeljani formuli mogoče izračunati tlak tekočine, ki se vlije v posodo kakršna koli oblika(Strogo gledano je naš izračun primeren le za posode, ki imajo obliko ravne prizme in valja. Na tečajih fizike za inštitut se je izkazalo, da formula velja tudi za posodo poljubne oblike). Poleg tega se lahko uporablja za izračun pritiska na stene posode. Po tej formuli se izračuna tudi tlak v tekočini, vključno s tlakom od spodaj navzgor, saj je tlak na isti globini enak v vseh smereh.
Pri izračunu tlaka po formuli p = gph potrebujejo gostoto ρ izraženo v kilogramih na kubični meter(kg / m 3) in višino stolpca tekočine h- v metrih (m), g\u003d 9,8 N / kg, potem bo tlak izražen v pascalih (Pa).
Primer. Določite tlak olja na dnu rezervoarja, če je višina oljnega stebra 10 m in njegova gostota 800 kg/m 3 .
Zapišimo pogoj problema in ga zapišimo.
dano :
ρ \u003d 800 kg / m 3
Odločitev :
p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m ≈ 80.000 Pa ≈ 80 kPa.
Odgovori : p ≈ 80 kPa.
Komunikacijske posode.
Komunikacijske posode.
Slika prikazuje dve posodi, ki sta med seboj povezani z gumijasto cevjo. Takšna plovila se imenujejo komuniciranje. Zalivalka, čajnik, lonček za kavo so primeri komunikacijskih posod. Iz izkušenj vemo, da voda, ki se na primer nalije v zalivalko, stoji v izlivu in v notranjosti vedno na isti ravni.
Komunikacijska plovila so nam skupna. Na primer, lahko je čajnik, zalivalka ali lonček za kavo. |
Površine homogene tekočine so nameščene na isti ravni v komunikacijskih posodah katere koli oblike. |
Tekočine različnih gostot. |
S komunikacijskimi posodami je mogoče narediti naslednji preprost poskus. Na začetku poskusa na sredini vpnemo gumijasto cev, v eno od cevi pa nalijemo vodo. Nato odpremo objemko in voda v trenutku teče v drugo cev, dokler vodni površini v obeh ceveh nista na isti ravni. Eno od cevi lahko pritrdite na stojalo, drugo pa dvignete, spustite ali nagnete v različne smeri. In v tem primeru, takoj ko se tekočina umiri, se bo njena raven v obeh ceveh izenačila.
V komunikacijskih posodah katere koli oblike in preseka so površine homogene tekočine nastavljene na isti ravni(pod pogojem, da je zračni tlak nad tekočino enak) (slika 109).
To je mogoče utemeljiti na naslednji način. Tekočina miruje, ne da bi se premikala iz ene posode v drugo. To pomeni, da so tlaki v obeh posodah enaki na kateri koli ravni. Tekočina v obeh posodah je enaka, torej ima enako gostoto. Zato morajo biti tudi njegove višine enake. Ko dvignemo eno posodo ali ji dodamo tekočino, se tlak v njej poveča in tekočina se premakne v drugo posodo, dokler se tlaki ne uravnotežijo.
Če v eno od komunikacijskih posod vlijemo tekočino ene gostote, v drugo pa drugo gostoto, potem v ravnotežju ravni teh tekočin ne bodo enake. In to je razumljivo. Vemo, da je tlak tekočine na dnu posode premosorazmeren z višino kolone in gostoto tekočine. In v tem primeru bo gostota tekočin drugačna.
Pri enakih tlakih bo višina stolpca tekočine z večjo gostoto manjša od višine stolpca tekočine z manjšo gostoto (slika).
Izkušnje. Kako določiti maso zraka.
Teža zraka. Atmosferski tlak.
obstoj atmosferskega tlaka.
Atmosferski tlak je večji od tlaka redkega zraka v posodi.
Sila gravitacije deluje na zrak, pa tudi na katero koli telo, ki se nahaja na Zemlji, zato ima zrak težo. Težo zraka je enostavno izračunati, če poznamo njegovo maso.
Iz izkušenj bomo pokazali, kako izračunati maso zraka. Če želite to narediti, morate vzeti močan steklena posoda z zamaškom in gumijasto cevjo s spono. Iz nje izčrpamo zrak s črpalko, cevko vpnemo s sponko in jo uravnotežimo na tehtnici. Nato odprete objemko na gumijasti cevi, spustite vanj zrak. V tem primeru bo ravnotežje tehtnice moteno. Če ga želite obnoviti, boste morali na drugo posodo tehtnice postaviti uteži, katerih masa bo enaka masi zraka v prostornini žoge.
Poskusi so pokazali, da je pri temperaturi 0 ° C in normalnem atmosferskem tlaku masa zraka s prostornino 1 m 3 1,29 kg. Težo tega zraka je enostavno izračunati:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Zračni ovoj, ki obdaja zemljo, se imenuje vzdušje (iz grščine. vzdušje para, zrak in krogla- žoga).
Atmosfera, kot jo kažejo opazovanja leta umetni sateliti Zemlja, sega do višine nekaj tisoč kilometrov.
Zaradi delovanja gravitacije zgornje plasti ozračja, tako kot oceanska voda, stisnejo spodnje plasti. Zračna plast, ki meji neposredno na Zemljo, je najbolj stisnjena in po Pascalovem zakonu prenaša nanjo proizveden pritisk v vse smeri.
Zaradi tega zemeljsko površje in telesa, ki se na njem nahajajo, doživijo pritisk celotne debeline zraka ali, kot se običajno reče v takih primerih, doživijo Atmosferski tlak .
Obstoj atmosferskega tlaka je mogoče razložiti s številnimi pojavi, s katerimi se srečujemo v življenju. Razmislimo o nekaterih od njih.
Slika prikazuje stekleno cev, znotraj katere je bat, ki se tesno prilega stenam cevi. Konec cevi je potopljen v vodo. Če dvignete bat, se bo voda dvignila za njim.
Ta pojav se uporablja v vodnih črpalkah in nekaterih drugih napravah.
Slika prikazuje valjasto posodo. Zaprto je s pluto, v katero je vstavljena cev s pipo. Zrak se črpa iz posode s črpalko. Konec cevi se nato položi v vodo. Če zdaj odprete pipo, bo voda pljusknila v notranjost posode v fontani. Voda vstopi v posodo, ker je atmosferski tlak večji od tlaka redkega zraka v posodi.
Zakaj obstaja zračna lupina Zemlje.
Tako kot vsa telesa tudi molekule plinov, ki sestavljajo zračni ovoj Zemlje, privlačijo Zemljo.
Toda zakaj potem ne padejo vsi na površje Zemlje? Kako se ohranja zračna lupina Zemlje, njena atmosfera? Da bi to razumeli, moramo upoštevati, da so molekule plinov v neprekinjenem in naključnem gibanju. Potem pa se pojavi drugo vprašanje: zakaj te molekule ne odletijo v svetovni prostor, torej v vesolje.
Da bi popolnoma zapustili Zemljo, molekula, kot vesoljska ladja ali raketa, mora imeti zelo veliko hitrost (vsaj 11,2 km / s). Ta t.i druga ubežna hitrost. Hitrost večine molekul v Zemljini zračni ovojnici je veliko manjša od te kozmične hitrosti. Zato jih je večina na Zemljo vezana z gravitacijo, le zanemarljivo število molekul leti onstran Zemlje v vesolje.
Naključno gibanje molekul in učinek gravitacije nanje povzročita, da molekule plina "plavajo" v vesolju blizu Zemlje in tvorijo zračno lupino ali nam znano ozračje.
Meritve kažejo, da se gostota zraka z višino hitro zmanjšuje. Torej, na višini 5,5 km nad Zemljo je gostota zraka 2-krat manjša od njegove gostote na zemeljski površini, na višini 11 km - 4-krat manj, itd. Višja kot je, redkejši je zrak. In končno v večini zgornje plasti(na stotine in tisoče kilometrov nad Zemljo) se atmosfera postopoma spremeni v brezzračni prostor. Zračna lupina Zemlje nima jasne meje.
Strogo gledano, zaradi delovanja gravitacije gostota plina v kateri koli zaprti posodi ni enaka v celotnem volumnu posode. Na dnu posode je gostota plina večja kot v njenih zgornjih delih, zato tlak v posodi ni enak. Na dnu posode je večji kot na vrhu. Vendar pa je pri plinu v posodi ta razlika v gostoti in tlaku tako majhna, da jo je v mnogih primerih mogoče popolnoma prezreti, le zavedajte se je. Toda za ozračje, ki sega več tisoč kilometrov, je razlika pomembna.
Merjenje atmosferskega tlaka. Izkušnja Torricelli.
Atmosferskega tlaka je nemogoče izračunati s formulo za izračun tlaka v stolpcu tekočine (§ 38). Za tak izračun morate poznati višino atmosfere in gostoto zraka. Toda ozračje nima določene meje, gostota zraka pa je različne višine drugačen. Vendar pa je mogoče atmosferski tlak izmeriti s poskusom, ki ga je v 17. stoletju predlagal italijanski znanstvenik. Evangelista Torricelli Galilejev učenec.
Torricellijev poskus je naslednji: steklena cev, dolga približno 1 m, zaprta na enem koncu, je napolnjena z živim srebrom. Nato se tesno zapre drugi konec cevi, se obrne in spusti v skodelico z živim srebrom, kjer se ta konec cevi odpre pod nivojem živega srebra. Kot pri vsakem tekočem poskusu se del živega srebra vlije v skodelico, del pa ostane v epruveti. Višina kolone živega srebra, ki ostane v cevi, je približno 760 mm. V notranjosti cevi nad živim srebrom ni zraka, obstaja brezzračni prostor, zato noben plin ne pritiska od zgoraj na živosrebrni stolpec znotraj te cevi in ne vpliva na meritve.
Svojo razlago je podal tudi Torricelli, ki je predlagal zgoraj opisano izkušnjo. Ozračje pritiska na površino živega srebra v skodelici. Merkur je v ravnovesju. To pomeni, da je tlak v cevi aa 1 (glej sliko) je enak atmosferskemu tlaku. Ko se atmosferski tlak spremeni, se spremeni tudi višina stolpca živega srebra v cevi. Ko se tlak poveča, se kolona podaljša. Ko se tlak zmanjša, se stolpec živega srebra zmanjša v višino.
Tlak v cevi na nivoju aa1 nastane zaradi teže živosrebrovega stolpca v cevi, saj nad živim srebrom v zgornjem delu cevi ni zraka. Iz tega sledi atmosferski tlak je enak tlaku živosrebrovega stolpca v cevi , tj.
str atm = strživo srebro.
Višji kot je atmosferski tlak, višji je stolpec živega srebra v Torricellijevem poskusu. Zato je v praksi mogoče izmeriti atmosferski tlak z višino živosrebrovega stolpca (v milimetrih ali centimetrih). Če je na primer atmosferski tlak 780 mm Hg. Umetnost. (pravijo "milimetri živega srebra"), to pomeni, da zrak ustvari enak pritisk, kot ga navpični steber živega srebra visok 780 mm.
Zato se v tem primeru za enoto atmosferskega tlaka vzame 1 milimeter živega srebra (1 mm Hg). Poiščimo razmerje med to enoto in enoto, ki nam je znana - pascal(Pa).
Tlak živosrebrovega stebra ρ z višino 1 mm je:
str = g ρ h, str\u003d 9,8 N / kg 13 600 kg / m 3 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Torej 1 mm Hg. Umetnost. = 133,3 Pa.
Trenutno se atmosferski tlak običajno meri v hektopaskalih (1 hPa = 100 Pa). Na primer, vremenska poročila lahko oznanijo, da je tlak 1013 hPa, kar je enako 760 mmHg. Umetnost.
Ob vsakodnevnem opazovanju višine stolpca živega srebra v cevi je Torricelli odkril, da se ta višina spreminja, to pomeni, da atmosferski tlak ni stalen, lahko se poveča in zmanjša. Torricelli je tudi opazil, da je atmosferski tlak povezan s spremembami vremena.
Če pritrdite navpično lestvico na živosrebrno cev, uporabljeno v Torricellijevem poskusu, dobite najpreprostejšo napravo - živosrebrni barometer (iz grščine. baros-težnost, metreo- meri). Uporablja se za merjenje atmosferskega tlaka.
Barometer - aneroid.
V praksi se za merjenje atmosferskega tlaka uporablja kovinski barometer, imenovan aneroid (prevedeno iz grščine - aneroid). Barometer se imenuje tako, ker ne vsebuje živega srebra.
Videz aneroida je prikazan na sliki. Njegov glavni del je kovinska škatla 1 z valovito (valovito) površino (glej drugo sliko). Iz te škatle se črpa zrak in da atmosferski tlak ne zdrobi škatle, njen pokrov 2 potegne vzmet. Ko se atmosferski tlak poveča, se pokrov upogne navzdol in napne vzmet. Ko se tlak zmanjša, vzmet poravna pokrov. Kazalec puščice 4 je pritrjen na vzmet s pomočjo prenosnega mehanizma 3, ki se ob spremembi tlaka premika v desno ali levo. Pod puščico je pritrjena lestvica, katere delitve so označene glede na navedbe živosrebrovega barometra. Tako številka 750, ob kateri stoji aneroidna puščica (glej sliko), kaže, da v ta trenutek v živosrebrovem barometru je višina živosrebrovega stolpca 750 mm.
Zato je atmosferski tlak 750 mm Hg. Umetnost. ali ≈ 1000 hPa.
Vrednost atmosferskega tlaka je zelo pomembna za napovedovanje vremena za prihodnje dni, saj so spremembe atmosferskega tlaka povezane s spremembami vremena. barometer - potrebna naprava za meteorološka opazovanja.
Atmosferski tlak na različnih nadmorskih višinah.
V tekočini je tlak, kot vemo, odvisen od gostote tekočine in višine njenega stolpca. Zaradi nizke stisljivosti je gostota tekočine na različnih globinah skoraj enaka. Zato pri izračunu tlaka štejemo, da je njegova gostota konstantna in upoštevamo le spremembo višine.
S plini je situacija bolj zapletena. Plini so zelo stisljivi. In bolj ko je plin stisnjen, večja je njegova gostota in večji je tlak, ki ga proizvaja. Konec koncev tlak plina nastane zaradi udarca njegovih molekul na površino telesa.
Zračne plasti blizu površine Zemlje stisnejo vse zgornje plasti zraka nad njimi. Toda višja kot je plast zraka s površine, šibkejša je stisnjena, manjša je njegova gostota. Zato manj pritiska proizvaja. Če npr. balon dvigne nad površje Zemlje, potem zračni pritisk na kroglo postane manjši. To se zgodi ne samo zato, ker se višina zračnega stolpca nad njim zmanjša, temveč tudi zato, ker se gostota zraka zmanjša. Na vrhu je manjši kot spodaj. Zato je odvisnost zračnega tlaka od nadmorske višine bolj zapletena kot pri tekočinah.
Opazovanja kažejo, da je atmosferski tlak na območjih, ki ležijo na morski gladini, v povprečju 760 mm Hg. Umetnost.
Atmosferski tlak, ki je enak tlaku živosrebrovega stolpca, visokega 760 mm pri temperaturi 0 ° C, se imenuje normalni atmosferski tlak..
normalni atmosferski tlak enako 101 300 Pa = 1013 hPa.
Višja kot je nadmorska višina, nižji je tlak.
Pri majhnih dvigih se v povprečju na vsakih 12 m dviga tlak zmanjša za 1 mm Hg. Umetnost. (ali 1,33 hPa).
Če poznamo odvisnost tlaka od nadmorske višine, je mogoče določiti višino nad morsko gladino s spreminjanjem odčitkov barometra. Aneroidi, ki imajo lestvico, na kateri lahko neposredno izmerite višino nad morsko gladino, se imenujejo višinomeri . Uporabljajo se v letalstvu in pri plezanju v gore.
Manometri.
Že vemo, da se barometri uporabljajo za merjenje atmosferskega tlaka. Za merjenje tlaka, večjega ali manjšega od atmosferskega tlaka, merilniki tlaka (iz grščine. manos- redek, neopazen metreo- meri). Manometri so tekočina in kovinski.
|
|
Najprej razmislite o napravi in dejanju odprt tekoči manometer. Sestavljen je iz dvokrake steklene cevi, v katero se vlije nekaj tekočine. Tekočina je nameščena v obeh kolenih na isti ravni, saj na njeno površino v kolenih posode deluje le atmosferski tlak.
Da bi razumeli, kako deluje tak manometer, ga lahko z gumijasto cevjo povežemo z okroglo ploščato škatlo, katere ena stran je prekrita z gumijastim filmom. Če s prstom pritisnete na film, se bo nivo tekočine v kolenu manometra, ki je priključen v škatli, zmanjšal, v drugem kolenu pa se bo povečal. Kaj to pojasnjuje?
S pritiskom na folijo se poveča zračni tlak v škatli. Po Pascalovem zakonu se to povečanje tlaka prenese na tekočino v tistem kolenu manometra, ki je pritrjen na škatlo. Zato bo pritisk na tekočino v tem kolenu večji kot v drugem, kjer na tekočino deluje samo atmosferski tlak. Pod silo tega presežnega tlaka se bo tekočina začela premikati. V kolenu s stisnjenim zrakom bo tekočina padla, v drugem pa se bo dvignila. Tekočina bo prišla v ravnotežje (ustavila se), ko nadtlak stisnjen zrak bo uravnotežen s tlakom, ki ustvari presežek stolpca tekočine v drugi nogi manometra.
Močnejši kot je pritisk na film, višji je stolpec presežne tekočine, večji je njegov tlak. zato spremembo tlaka lahko sodimo po višini tega presežnega stolpca.
Slika prikazuje, kako lahko tak manometer izmeri tlak v tekočini. Globlje ko je cev potopljena v tekočino, večja je razlika v višini stebrov tekočine v kolenih manometra., torej, torej in tekočina povzroči večji pritisk.
Če namestite škatlo za napravo na določeno globino znotraj tekočine in jo obrnete s folijo navzgor, vstran in navzdol, se odčitki manometra ne bodo spremenili. Tako bi moralo biti, ker pri enakem nivoju znotraj tekočine je tlak enak v vseh smereh.
Slika prikazuje kovinski manometer . Glavni del takšnega manometra je kovinska cev, upognjena v cev 1 , katerega en konec je zaprt. Drugi konec cevi s pipo 4 komunicira s posodo, v kateri se meri tlak. Ko se tlak poveča, se cev upogne. Premikanje njegovega zaprtega konca z ročico 5 in prestave 3 podal strelcu 2 premikanje po lestvici instrumenta. Ko se tlak zmanjša, se cev zaradi svoje elastičnosti vrne v prejšnji položaj, puščica pa se vrne na ničelno delitev lestvice.
Batna črpalka za tekočino.
V poskusu, ki smo ga obravnavali prej (§ 40), je bilo ugotovljeno, da se je voda v stekleni cevi pod delovanjem atmosferskega tlaka dvignila za batom. To dejanje temelji na batčrpalke.
Črpalka je shematično prikazana na sliki. Sestavljen je iz cilindra, znotraj katerega gre gor in dol, tesno oprijem sten posode, bata 1 . Ventili so nameščeni v spodnjem delu cilindra in v samem batu. 2 odpiranje samo navzgor. Ko se bat premakne navzgor, voda pod vplivom atmosferskega tlaka vstopi v cev, dvigne spodnji ventil in se premakne za bat.
Ko se bat premakne navzdol, voda pod batom pritisne na spodnji ventil in se zapre. Hkrati se pod pritiskom vode odpre ventil znotraj bata in voda teče v prostor nad batom. Ob naslednjem premiku bata navzgor se na mestu z njim dvigne tudi voda nad njim, ki se izlije v izhodno cev. Hkrati se za batom dvigne nov del vode, ki bo, ko se bat naknadno spusti, nad njim in ves ta postopek se med delovanjem črpalke vedno znova ponavlja.
Hidravlična stiskalnica.
Pascalov zakon vam omogoča, da razložite dejanje hidravlični stroj (iz grščine. hidravliko- voda). To so stroji, katerih delovanje temelji na zakonih gibanja in ravnotežja tekočin.
Glavni del hidravličnega stroja sta dva cilindra različnih premerov, opremljena z bati in povezovalno cevjo. Prostor pod bati in cevjo sta napolnjena s tekočino (običajno mineralno olje). Višini stebrov tekočine v obeh valjih sta enaki, dokler na bate ne delujejo sile.
Predpostavimo zdaj, da so sile F 1 in F 2 - sile, ki delujejo na bate, S 1 in S 2 - območja batov. Tlak pod prvim (majhnim) batom je str 1 = F 1 / S 1 in pod drugo (veliko) str 2 = F 2 / S 2. Po Pascalovem zakonu se tlak tekočine v mirovanju prenaša enako v vse smeri, t.j. str 1 = str 2 oz F 1 / S 1 = F 2 / S 2, od koder:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Zato moč F 2 toliko več moči F 1 , Kolikokrat je površina velikega bata večja od površine malega bata?. Na primer, če je površina velikega bata 500 cm 2, majhnega pa 5 cm 2 in na mali bat deluje sila 100 N, potem bo na bat delovala 100-krat večja sila. večji bat, to je 10.000 N.
Tako je s pomočjo hidravličnega stroja mogoče uravnotežiti veliko silo z majhno silo.
Odnos F 1 / F 2 prikazuje povečanje moči. Na primer, v zgornjem primeru je dobiček v sili 10.000 N / 100 N = 100.
Imenuje se hidravlični stroj, ki se uporablja za stiskanje (stiskanje). hidravlična stiskalnica .
Hidravlične stiskalnice se uporabljajo tam, kjer je potrebna velika moč. Na primer za stiskanje olja iz semen v oljarnah, za stiskanje vezanega lesa, kartona, sena. Jeklarne uporabljajo hidravlične stiskalnice za izdelavo jeklenih strojnih gredi, železniških koles in mnogih drugih izdelkov. Sodobne hidravlične stiskalnice lahko razvijejo silo desetin in sto milijonov newtonov.
Naprava hidravlična stiskalnica shematično prikazano na sliki. Telo, ki ga je treba pritisniti 1 (A), je postavljeno na platformo, ki je povezana z velikim batom 2 (B). Majhen bat 3 (D) ustvarja velik pritisk na tekočino. Ta tlak se prenaša na vsako točko tekočine, ki polni jeklenke. Zato enak pritisk deluje na drugi, veliki bat. Ker pa je površina 2. (velikega) bata večja od površine majhnega, bo sila, ki deluje nanj, večja od sile, ki deluje na bat 3 (D). Pod to silo se bo bat 2 (B) dvignil. Ko se bat 2 (B) dvigne, se telo (A) nasloni na fiksno zgornjo ploščad in je stisnjeno. Manometer 4 (M) meri tlak tekočine. Varnostni ventil 5 (P) se samodejno odpre, ko tlak tekočine preseže dovoljeno vrednost.
Iz majhnega cilindra v veliko tekočino se črpa s ponavljajočimi se gibi malega bata 3 (D). To se naredi na naslednji način. Ko se mali bat (D) dvigne, se ventil 6 (K) odpre in tekočina se posrka v prostor pod batom. Ko se mali bat pod pritiskom tekočine spusti, se ventil 6 (K) zapre in ventil 7 (K") se odpre in tekočina preide v veliko posodo.
Delovanje vode in plina na vanje potopljeno telo.
Pod vodo zlahka dvignemo kamen, ki ga v zrak težko dvignemo. Če zamašek potopite pod vodo in ga spustite iz rok, bo lebdela. Kako je mogoče razložiti te pojave?
Vemo (§ 38), da tekočina pritiska na dno in stene posode. In če je neko trdno telo postavljeno v tekočino, potem bo tudi pod pritiskom, tako kot stene posode.
Razmislite o silah, ki delujejo s strani tekočine na telo, ki je potopljeno v njo. Za lažje sklepanje izberemo telo, ki ima obliko paralelepipeda z osnovami, vzporednimi s površino tekočine (sl.). Sile, ki delujejo na stranske ploskve telesa, so v parih enake in se med seboj uravnovešajo. Pod vplivom teh sil se telo stisne. Toda sile, ki delujejo na zgornji in spodnji del telesa, niso enake. Na zgornji obraz pritiska od zgoraj s silo F 1 stolpec tekočine visok h ena . Na nivoju spodnje ploskve tlak ustvari steber tekočine z višino h 2. Ta tlak, kot vemo (§ 37), se prenaša znotraj tekočine v vse smeri. Zato na spodnji strani telesa od spodaj navzgor s silo F 2 visoko pritisne stolpec tekočine h 2. Ampak hše 2 h 1 , torej modul sile F 2 dodatna napajalna modula F ena . Zato se telo s silo potisne iz tekočine F vyt, enako razliki sil F 2 - F 1 , tj.
|
|
Toda S·h = V, kjer je V prostornina paralelepipeda, ρ W ·V = m W pa je masa tekočine v prostornini paralelepipeda. zato F vyt \u003d g m vodnjak \u003d P dobro, tj. vzgonska sila je enaka teži tekočine v prostornini telesa, ki je potopljeno vanjo(Vzgojna sila je enaka teži tekočine enake prostornine kot prostornina telesa, potopljenega vanjo). Obstoj sile, ki potisne telo iz tekočine, je enostavno eksperimentalno odkriti. Na sliki a prikazuje telo, obešeno na vzmeti s puščico na koncu. Puščica označuje napetost vzmeti na stojalu. Ko telo spustimo v vodo, se vzmet skrči (sl. b). Enako krčenje vzmeti bo doseženo, če na telo delujete od spodaj navzgor z neko silo, na primer ga pritisnete z roko (dvignete). Zato izkušnje to potrjujejo sila, ki deluje na telo v tekočini, potisne telo iz tekočine. Za pline, kot vemo, velja tudi Pascalov zakon. Torej telesa v plinu so izpostavljena sili, ki jih potiska iz plina. Pod vplivom te sile se baloni dvignejo. Eksperimentalno lahko opazimo tudi obstoj sile, ki potiska telo iz plina. Stekleno kroglo ali večjo bučko, zaprto z zamaškom, obesimo na skrajšano ponev. Tehtnice so uravnotežene. Nato pod bučko (ali kroglo) postavimo široko posodo, tako da obdaja celotno bučko. Posoda je napolnjena z ogljikovim dioksidom, katerega gostota je večja od gostote zraka (torej se ogljikov dioksid potopi in napolni posodo ter iz nje izpodriva zrak). V tem primeru je ravnotežje tehtnice moteno. Skodelica z visečo bučko se dvigne navzgor (slika). Bučka, potopljena v ogljikov dioksid, doživi večjo vzgonsko silo kot tista, ki nanjo deluje v zraku. Sila, ki potisne telo iz tekočine ali plina, je usmerjena nasprotno sili težnosti, ki deluje na to telo.. Zato prolkozmos). To pojasnjuje, zakaj v vodi včasih zlahka dvignemo telesa, ki jih težko zadržimo v zraku. Majhno vedro in valjasto telo sta obešeni na vzmeti (slika, a). Puščica na stojalu označuje podaljšek vzmeti. Prikazuje težo telesa v zraku. Ko dvignete telo, se pod njim postavi odtočna posoda, napolnjena s tekočino do nivoja odtočne cevi. Po tem je telo popolnoma potopljeno v tekočino (slika, b). Pri čemer del tekočine, katere prostornina je enaka prostornini telesa, se izlije iz posode za točenje v kozarec. Vzmet se skrči in kazalec vzmeti se dvigne, kar kaže na zmanjšanje teže telesa v tekočini. V tem primeru poleg sile težnosti na telo deluje še ena sila, ki ga potisne iz tekočine. Če tekočino iz kozarca vlijemo v zgornje vedro (tj. tisto, ki ga je telo premaknilo), se bo kazalec vzmeti vrnil v začetni položaj (slika, c).
Na podlagi te izkušnje je mogoče sklepati, da sila, ki potisne telo, popolnoma potopljeno v tekočino, je enaka teži tekočine v prostornini tega telesa . Do enakega zaključka smo prišli v 48. členu. Če bi podoben poskus naredili s telesom, potopljenim v plin, bi to pokazal sila, ki potisne telo iz plina, je prav tako enaka teži plina, prevzetega v prostornini telesa . Imenuje se sila, ki potisne telo iz tekočine ali plina Arhimedova sila , v čast znanstveniku Arhimed ki je prvi opozoril na njen obstoj in izračunal njen pomen. Izkušnje so torej potrdile, da je Arhimedova (ali vzgonska) sila enaka teži tekočine v volumnu telesa, t.j. F A = P f = g m no. Maso tekočine m f , ki jo je telo premaknilo, lahko izrazimo z njeno gostoto ρ w in prostornino telesa V t, potopljenega v tekočino (ker je V l - prostornina tekočine, ki jo je telo premaknilo, enaka V t - prostornina telesa, potopljenega v tekočino), to je m W = ρ W V t. Potem dobimo: F A= g ρ f · V t Zato je Arhimedova sila odvisna od gostote tekočine, v katero je telo potopljeno, in od prostornine tega telesa. Vendar ni odvisno na primer od gostote snovi telesa, potopljenega v tekočino, saj ta količina ni vključena v dobljeno formulo. Določimo zdaj težo telesa, potopljenega v tekočino (ali plin). Ker sta sili, ki delujeta na telo v tem primeru, usmerjeni v nasprotni smeri (gravitacija je navzdol, Arhimedova sila pa navzgor), bo teža telesa v tekočini P 1 enaka manjša teža telesa v vakuumu P = gm na Arhimedovo silo F A = g m w (kje m w je masa tekočine ali plina, ki jo je telo izrinilo). tako, če je telo potopljeno v tekočino ali plin, potem izgubi na teži toliko, kolikor tehta tekočina ali plin, ki ga izpodriva.. Primer. Določite vzgonsko silo, ki deluje na kamen s prostornino 1,6 m 3 v morski vodi. Zapišimo pogoj problema in ga rešimo. Ko plavajoče telo doseže površino tekočine, se bo z nadaljnjim gibanjem navzgor Arhimedova sila zmanjšala. zakaj? Ker pa se bo prostornina dela telesa, potopljenega v tekočino, zmanjšala in je Arhimedova sila enaka teži tekočine v prostornini dela telesa, ki je potopljen v njo. Ko postane Arhimedova sila enaka sili gravitacije, se bo telo ustavilo in lebdelo na površini tekočine, delno potopljeno vanjo. Nastali sklep je enostavno eksperimentalno preveriti. V odtočno posodo nalijte vodo do nivoja odtočne cevi. Po tem potopimo plavajoče telo v posodo, ki smo ga predhodno stehtali v zraku. Ko se spusti v vodo, telo izpodrine prostornino vode, ki je enaka prostornini dela telesa, ki je potopljen vanjo. Ko stehtamo to vodo, ugotovimo, da je njena teža (Arhimedova sila) enaka sili težnosti, ki deluje na lebdeče telo, ali teži tega telesa v zraku. Ko ste naredili enake poskuse s katerim koli drugim telesom, ki plava v različnih tekočinah - v vodi, alkoholu, raztopini soli, se lahko prepričate, da če telo lebdi v tekočini, je teža tekočine, ki jo premakne, enaka teži tega telesa v zraku. To je enostavno dokazati če je gostota trdne trdne snovi večja od gostote tekočine, potem telo potone v takšni tekočini. V tej tekočini plava telo z manjšo gostoto. Kos železa, na primer, potopi v vodo, vendar lebdi v živem srebru. Po drugi strani pa telo, katerega gostota je enaka gostoti tekočine, ostane v ravnotežju znotraj tekočine. Led plava na površini vode, ker je njegova gostota manjša od gostote vode. Manjša kot je gostota telesa v primerjavi z gostoto tekočine, manjši del telesa je potopljen v tekočino . Pri enaki gostoti telesa in tekočine telo lebdi znotraj tekočine na kateri koli globini. Dve tekočini, ki se ne mešata, na primer voda in kerozin, se nahajata v posodi glede na njuno gostoto: v spodnjem delu posode - gostejša voda (ρ = 1000 kg / m 3), na vrhu - lažji kerozin (ρ = 800 kg/m 3). Povprečna gostota živih organizmov, ki naseljujejo vodno okolje, se malo razlikuje od gostote vode, zato je njihova teža skoraj popolnoma uravnotežena z Arhimedovo silo. Zahvaljujoč temu vodne živali ne potrebujejo tako močnih in masivnih skeletov kot kopenske. Iz istega razloga so debla vodnih rastlin elastična. Plavalni mehur ribe zlahka spremeni svoj volumen. Ko se riba s pomočjo mišic spusti na veliko globino in se pritisk vode nanjo poveča, se mehurček skrči, volumen ribjega telesa se zmanjša in ta ne potiska navzgor, ampak plava v globini. Tako lahko riba v določenih mejah uravnava globino svojega potopa. Kiti uravnavajo globino potapljanja s krčenjem in širjenjem pljučne zmogljivosti. Jadrnice.Iz njih so zgrajene ladje, ki plujejo po rekah, jezerih, morjih in oceanih različnih materialov z različnimi gostotami. Trup je običajno izdelan iz jeklene pločevine. Vsi notranji pritrdilni elementi, ki dajejo ladjam moč, so prav tako izdelani iz kovin. Uporablja se za gradnjo čolnov različni materiali, ki imajo tako višjo kot nižjo gostoto v primerjavi z vodo. Kako ladje plavajo, se vkrcajo in prevažajo velike tovore? Poskus s plavajočim telesom (§ 50) je pokazal, da telo s svojim podvodnim delom izpodrine toliko vode, da je ta voda po teži enaka teži telesa v zraku. To velja tudi za vsako ladjo. Teža vode, ki jo izpodriva podvodni del ladje, je enaka teži ladje s tovorom v zraku ali sili teže, ki deluje na ladjo s tovorom. Imenuje se globina, do katere je ladja potopljena v vodo osnutek . Najgloblji dovoljeni ugrez je na trupu ladje označen z rdečo črto, imenovano vodna črta (iz nizozemščine. voda- voda). Teža vode, ki jo je ladja izpodrinila, ko je potopljena v vodno črto, enaka sili težnosti, ki deluje na ladjo s tovorom, se imenuje premik ladje.. Trenutno se gradijo ladje z izpodrivom 5.000.000 kN (5 10 6 kN) in več za prevoz nafte, torej z maso 500.000 ton (5 10 5 t) in več skupaj s tovorom. Če od izpodriva odštejemo težo same ladje, dobimo nosilnost te ladje. Nosilnost kaže težo tovora, ki ga prevaža plovilo. Od takrat obstaja ladjedelništvo Starodavni Egipt, v Feniciji (verjetno, da so bili Feničani eni najboljših ladjedelnikov), starodavna Kitajska. V Rusiji je ladjedelništvo nastalo na prelomu iz 17. v 18. stoletje. Zgrajene so bile predvsem vojne ladje, v Rusiji pa so zgradili prvi ledolomilec, ladje z motorjem z notranjim zgorevanjem in jedrski ledolomilec Arktika. Aeronavtika.
Risba, ki opisuje žogo bratov Montgolfier leta 1783: »Pogled in točne dimenzije„Aerostat Zemlja"Ker je bil prvi." 1786 Ljudje so že od antičnih časov sanjali, da bi lahko med plovbo po morju leteli nad oblaki, plavali v zračnem oceanu. Za aeronavtiko Sprva so bili uporabljeni baloni, ki so bili napolnjeni bodisi z ogretim zrakom bodisi z vodikom ali helijem. Da se balon dvigne v zrak, je potrebno, da Arhimedova sila (vzgona) F A, delovanje na žogo je bilo več kot gravitacija F težka, t.j. F A > F težka Ko se krogla dvigne, se Arhimedova sila, ki deluje nanjo, zmanjša ( F A = gρV), saj je gostota zgornje atmosfere manjša od gostote zemeljske površine. Da bi se dvignili višje, se iz žoge spusti poseben balast (utež), ki žogico olajša. Na koncu žoga doseže največjo višino dviga. Za spuščanje žoge iz lupine uporabite poseben ventil del plina se sprosti. V vodoravni smeri se balon premika le pod vplivom vetra, tako se imenuje balon (iz grščine zrak- zrak, stanje- stoje). Ne tako dolgo nazaj so bili ogromni baloni uporabljeni za preučevanje zgornjih plasti atmosfere, stratosfere - stratostati . Preden smo se naučili graditi velika letala za prevoz potnikov in tovora po zraku so bili uporabljeni kontrolirani baloni - zračne ladje. Imajo podolgovato obliko, pod karoserijo je obešena gondola z motorjem, ki poganja propeler. Balon se ne dvigne samo sam, ampak lahko dvigne tudi nekaj tovora: kabino, ljudi, instrumente. Zato, da bi ugotovili, kakšno breme lahko dvigne balon, ga je treba določiti. dvižna sila. Naj se na primer v zrak izstreli balon s prostornino 40 m 3, napolnjen s helijem. Masa helija, ki napolni lupino krogle, bo enaka: To pomeni, da lahko ta krogla dvigne breme, ki tehta 520 N - 71 N = 449 N. To je njena dvižna sila. Balon enake prostornine, vendar napolnjen z vodikom, lahko dvigne breme 479 N. To pomeni, da je njegova dvižna sila večja kot pri balonu, napolnjenem s helijem. Še vedno pa se helij uporablja pogosteje, saj ne gori in je zato varnejši. Vodik je vnetljiv plin. Balon, napolnjen z vročim zrakom, je veliko lažje dvigniti in spustiti. Za to je pod luknjo v spodnjem delu krogle nameščen gorilnik. S pomočjo plinski gorilnik možno je uravnavati temperaturo zraka v krogli, s tem pa tudi njeno gostoto in vzgon. Da bi se krogla dvignila višje, je dovolj, da močneje segrejemo zrak v njej, kar poveča plamen gorilnika. Ko se plamen gorilnika zmanjša, se temperatura zraka v krogli zniža in krogla se spusti. Možno je izbrati takšno temperaturo žoge, pri kateri bo teža žoge in kabine enaka sili vzgona. Potem bo žoga visela v zraku in iz nje bo enostavno opazovati. Z razvojem znanosti je prišlo tudi do pomembnih sprememb v letalski tehnologiji. Za balone je postalo mogoče uporabiti nove školjke, ki so postale trpežne, odporne proti zmrzali in lahke. Dosežki na področju radiotehnike, elektronike, avtomatizacije so omogočili načrtovanje balonov brez posadke. Ti baloni se uporabljajo za preučevanje zračnih tokov, za geografske in biomedicinske raziskave v spodnjih plasteh ozračja. Če želite razumeti, kaj je tlak v fiziki, si oglejte preprost in znan primer. kateri? V situaciji, ko moramo rezati klobaso, bomo uporabili najostrejši predmet - nož in ne žlico, glavnik ali prst. Odgovor je očiten - nož je ostrejši, vsa sila, ki jo uporabimo, pa se porazdeli vzdolž zelo tankega roba noža, kar prinaša največji učinek v obliki ločitve dela predmeta, t.j. klobase. Še en primer - stojimo na rahlem snegu. Noge odpovedujejo, hoja je izjemno neprijetna. Zakaj potem smučarji z lahkoto in z veliko hitrostjo hitijo mimo nas, ne da bi se utopili in se ne zapletli v isti sipek sneg? Očitno je, da je sneg za vse enak, tako za smučarje kot za sprehajalce, vendar je učinek nanj drugačen. Pri približno enakem pritisku, torej teži, se površina pritiska na sneg zelo razlikuje. Površina smuči je veliko večja od površine podplata čevlja, zato se teža porazdeli po večji površini. Kaj nam pomaga ali, nasprotno, preprečuje, da bi učinkovito vplivali na površino? Zakaj oster nož bolje reže kruh, ravne široke smuči pa se bolje držijo na površini in zmanjšajo prodiranje v sneg? V sedmem razredu fizike se za to preučuje pojem tlaka. pritisk v fizikiSila, ki deluje na površino, se imenuje tlačna sila. In tlak je fizična količina, ki je enaka razmerju sile pritiska na določeno površino in površino te površine. Formula za izračun tlaka v fiziki je naslednja: kjer je p tlak, Vidimo, kako je tlak označen v fiziki, in vidimo tudi, da je z isto silo pritisk večji, ko je podporna površina ali, z drugimi besedami, kontaktna površina medsebojno delujočih teles manjša. Nasprotno, ko se območje podpore poveča, se tlak zmanjša. Zato ostrejši nož bolje odreže vsako telo, žeblji, zabiti v steno, pa so narejeni z ostrimi konicami. In zato se smuči veliko bolje držijo na snegu kot njihova odsotnost. Enote tlakaEnota tlaka je 1 njuton na kvadratni meter - to so količine, ki jih poznamo že iz tečaja sedmega razreda. Enote tlaka N/m2 lahko pretvorimo tudi v paskale, merske enote poimenovane po francoskem znanstveniku Blaiseu Pascalu, ki je izpeljal tako imenovani Pascalov zakon. 1 N/m = 1 Pa. V praksi se uporabljajo tudi druge enote tlaka - milimetri živega srebra, palice itd. Nihče ne mara biti pod pritiskom. In ni pomembno, kateri. O tem je skupaj z Davidom Bowiejem pela tudi Queen v njihovem slavnem singlu "Under pressure". Kaj je pritisk? Kako razumeti pritisk? V čem se meri, s kakšnimi instrumenti in metodami, kam je usmerjena in na kaj pritiska. Odgovori na ta in druga vprašanja - v našem članku o pritisk v fiziki in ne samo. Če učitelj pritiska na vas s postavljanjem zapletenih problemov, bomo poskrbeli, da boste nanje pravilno odgovorili. Konec koncev je razumevanje bistva stvari ključ do uspeha! Kaj je torej pritisk v fiziki? A-priorat:
AT mednarodni sistem SI se meri v Pascals in je označen s črko str . Tlačna enota - 1 Pascal. Ruska oznaka - Pa, mednarodni - Pa.
V skladu z definicijo, da bi našli tlak, morate silo deliti s površino. Vsaka tekočina ali plin, ki se nahaja v posodi, pritiska na stene posode. Na primer, boršč v ponvi deluje na dno in stene z določenim pritiskom. Formula za določanje tlaka tekočine:
kje g- pospešek prosti pad v gravitacijskem polju zemlje, h- višina stolpca boršča v ponvi, grško pismo "ro"- gostota boršča. Najpogosteje uporabljen instrument za merjenje tlaka je barometer. Toda v čem se meri tlak? Poleg paskala obstajajo še druge merske enote zunaj sistema:
Glede na kontekst se uporabljajo različne zunajsistemske enote. Na primer, ko poslušate ali berete vremensko napoved, ni govora o Pascalih. Govorijo o milimetrih živega srebra. En milimeter živega srebra je 133 Pascal. Če vozite, verjetno poznate normalen tlak v pnevmatikah osebni avtomobil- približno dva vzdušja.  Atmosferski tlakAtmosfera je plin, natančneje mešanica plinov, ki se zaradi gravitacije zadrži v bližini Zemlje. Ozračje prehaja v medplanetarni prostor postopoma, njegova višina pa je približno 100 kilometrov. Kako razumeti izraz "atmosferski tlak"? nad vsakim kvadratni meter Zemljina površina je stokilometrski steber plina. Seveda je zrak prozoren in prijeten, vendar ima maso, ki pritiska na površino zemlje. To je atmosferski tlak. Normalni atmosferski tlak se šteje za enak 101325 Pa. To je tlak na morski gladini pri 0 stopinjah Celzija. Celzija. Enak pritisk pri isti temperaturi na njegovo osnovo izvaja stolpec živega srebra z višino 766 milimetrov. Višja kot je nadmorska višina, nižji je atmosferski tlak. Na primer na vrhu gore Chomolungma je le ena četrtina normalnega atmosferskega tlaka.  Krvni pritiskŠe en primer, ko se soočamo s pritiskom Vsakdanje življenje je merjenje krvnega tlaka.
Če ste izmerili krvni tlak in ga imate 120 na 80 , potem je vse v redu. Če 90 na 50 oz 240 na 180 , potem vam zagotovo ne bo zanimivo ugotoviti, v čem se ta tlak meri in kaj na splošno pomeni.  Vendar se postavlja vprašanje: 120 na 80 kaj natanko? Paskali, milimetri živega srebra, atmosfere ali kakšne druge merske enote? Krvni tlak se meri v milimetrih živega srebra. Določa nadtlak v tekočini cirkulacijski sistem nad atmosferskim tlakom. Kri pritiska na žile in s tem kompenzira učinek atmosferskega tlaka. V nasprotnem primeru bi nas preprosto stisnila ogromna masa zraka nad nami. Ampak zakaj v dimenziji krvni pritisk dve številki? Mimogrede! Za naše bralce je zdaj 10% popust Dejstvo je, da se kri v posodah giblje ne enakomerno, ampak v sunkih. Prva številka (120) se imenuje sistolični pritisk. To je pritisk na stene krvnih žil v času krčenja srčne mišice, njegova vrednost je največja. Druga številka (80) določa najmanjša vrednost in poklical diastolični pritisk. Pri merjenju se zabeležijo vrednosti sistoličnega in diastoličnega tlaka. Na primer, za zdrava oseba tipična vrednost krvnega tlaka je 120 do 80 milimetrov živega srebra. To pomeni, da je sistolični tlak 120 mm. rt. Art., in diastolični - 80 mm Hg. Umetnost. Razlika med sistoličnim in diastoličnim tlakom se imenuje pulzni tlak. fizični vakuumVakuum je odsotnost tlaka. Natančneje, njegova skoraj popolna odsotnost. Absolutni vakuum je približek, kot idealen plin v termodinamiki in materialna točka v mehaniki. Glede na koncentracijo snovi ločimo nizek, srednji in visok vakuum. Najboljši približek fizičnemu vakuumu je prostor, pri katerem sta koncentracija molekul in tlak minimalna.  Tlak je glavni termodinamični parameter stanja sistema. Tlak zraka ali drugega plina je mogoče določiti ne le z instrumenti, ampak tudi z enačbami, formulami in zakoni termodinamike. In če nimate časa, da bi ugotovili, vam bo študentski servis pomagal rešiti kakršen koli problem določanja pritiska. Predstavljajte si zračno napolnjen cilinder z batom, nameščenim na vrhu. Če začnete pritiskati na bat, se bo prostornina zraka v valju začela zmanjševati, molekule zraka se bodo vse bolj in intenzivneje trkale med seboj in z batom, pritisk stisnjenega zraka na bat pa bo porast. Če se bat zdaj nenadoma sprosti, ga bo stisnjen zrak nenadoma potisnil navzgor. To se bo zgodilo, ker se bo pri konstantnem območju bata povečala sila, ki deluje na bat iz stisnjenega zraka. Površina bata je ostala nespremenjena, sila s strani molekul plina pa se je povečala, tlak pa se je ustrezno povečal. Ali drug primer. Človek stoji na tleh, stoji z obema nogama. V tem položaju je človek udoben, ne doživlja nevšečnosti. Toda kaj se zgodi, če se ta oseba odloči stati na eni nogi? Eno nogo bo upognil v kolenu, zdaj pa se bo le z eno nogo naslonil na tla. V tem položaju bo oseba občutila nekaj nelagodja, ker se je pritisk na stopalo povečal in približno 2-krat. zakaj? Ker se je območje, skozi katerega gravitacija zdaj pritiska človeka na tla, zmanjšalo za 2-krat. Tukaj je primer, kaj je pritisk in kako enostavno ga je zaznati v vsakdanjem življenju.
Z vidika fizike se imenuje tlak fizična količina, številčno enako moč ki deluje pravokotno na površino na enoto površine te površine. Zato se za določitev tlaka na določeni točki površine normalna komponenta sile, ki deluje na površino, deli s površino majhnega površinskega elementa, na katerega ta sila deluje. In da bi določili povprečni tlak na celotnem območju, je treba normalno komponento sile, ki deluje na površino, deliti z celotna površina to površino. Tlak se meri v pascalih (Pa). Ta tlačna enota je dobila ime v čast francoskemu matematiku, fiziku in pisatelju Blaiseu Pascalu, avtorju osnovnega zakona hidrostatike - Pascalovega zakona, ki pravi, da se pritisk na tekočino ali plin prenaša na katero koli točko nespremenjeno. smeri. Prvič je bila enota tlaka "pascal" v Franciji dana v obtok leta 1961, v skladu z odlokom o enotah, tri stoletja po smrti znanstvenika.
En pascal je enak tlaku, ki ga izvaja sila enega newtona, enakomerno porazdeljena in usmerjena pravokotno na površino enega kvadratnega metra. V paskalih se ne meri le mehanski tlak (mehanska napetost), ampak tudi modul elastičnosti, Youngov modul, modul elastičnosti v razsutem stanju, meja tečenja, meja sorazmernosti, odpornost na trganje, strižna trdnost, zvočni tlak in osmotski tlak. Tradicionalno so v paskalih izražene najpomembnejše mehanske lastnosti materialov v trdnosti materialov. Atmosfera tehnična (at), fizična (atm), kilogram-sila na kvadratni centimeter (kgf / cm2) Poleg paskala se za merjenje tlaka uporabljajo tudi druge (izvensistemske) enote. Ena takih enot je "atmosfera" (at). Tlak ene atmosfere je približno enak atmosferskemu tlaku na zemeljski površini na morski gladini. Danes je »atmosfera« razumljena kot tehnično vzdušje (at).
Tehnična atmosfera (at) je tlak, ki ga ustvari ena kilogram-sila (kgf), enakomerno porazdeljena na površini enega kvadratnega centimetra. En kilogram-sila pa je enaka sili gravitacije, ki deluje na telo z maso enega kilograma v pogojih pospeška prostega padca, ki je enak 9,80665 m/s2. En kilogram-sila je tako enaka 9,80665 Newtona, 1 atmosfera pa se izkaže za enako natančno 98066,5 Pa. 1 pri = 98066,5 Pa. V atmosferah je na primer tlak v avtomobilske gume, na primer, priporočeni tlak v pnevmatikah potniškega avtobusa GAZ-2217 je 3 atmosfere. Obstaja tudi "fizična atmosfera" (atm), opredeljena kot tlak stebra živega srebra, visokega 760 mm na dnu, glede na to, da je gostota živega srebra 13595,04 kg / m3, pri temperaturi 0 °C in manj. pogoji gravitacijskega pospeška 9, 80665 m/s2. Tako se izkaže, da je 1 atm = 1,033233 atm = 101 325 Pa. Kar zadeva kilogram-silo na kvadratni centimeter (kgf/cm2), je ta nesistemska enota tlaka enaka normalnemu atmosferskemu tlaku z dobro natančnostjo, kar je včasih priročno za ocenjevanje različnih učinkov. Nesistemska enota "bar" je približno enaka eni atmosferi, vendar je natančnejša - natančno 100.000 Pa. V sistemu CGS je 1 bar enak 1.000.000 din/cm2. Prej je ime "bar" nosila enota, ki se zdaj imenuje "barij", in je enaka 0,1 Pa ali v sistemu CGS 1 barij = 1 din / cm2. Besede "bar", "barij" in "barometer" izvirajo iz istega grška beseda"gravitacija".
Pogosto se za merjenje atmosferskega tlaka v meteorologiji uporablja enota mbar (milibar), ki je enaka 0,001 bar. In za merjenje tlaka na planetih, kjer je atmosfera zelo redka - mikrobar (mikrobar), enak 0,000001 bar. Na tehničnih manometrih ima lestvica najpogosteje graduacijo v barih. Milimeter živosrebrnega stolpca (mm Hg), milimeter vodnega stolpca (mm vodnega stolpca) Nesistemska merska enota "milimeter živega srebra" je 101325/760 = 133,3223684 Pa. Označeno je z "mm Hg", včasih pa z oznako "torr" - v čast italijanskega fizika, Galilejevega učenca, Evangelista Torricellija, avtorja koncepta atmosferskega tlaka. Enota je nastala v povezavi z priročen način merjenje atmosferskega tlaka z barometrom, pri katerem je živosrebrni stolpec pod vplivom atmosferskega tlaka v ravnotežju. Živo srebro ima visoko gostoto okoli 13.600 kg/m3 in je značilen nizek nasičen parni tlak v pogojih sobna temperatura, zato je bilo nekoč živo srebro izbrano za barometre. Na morski gladini je atmosferski tlak približno 760 mm Hg, prav ta vrednost se zdaj šteje za normalni atmosferski tlak, enak 101325 Pa ali ena fizična atmosfera, 1 atm. To pomeni, da je 1 milimeter živega srebra enak 101325/760 paskalov.
V milimetrih živega srebra se tlak meri v medicini, meteorologiji in letalski navigaciji. V medicini se krvni tlak meri v mmHg, v vakuumski tehnologiji pa se meri v mmHg, skupaj s palicami. Včasih celo napišejo samo 25 mikronov, kar pomeni mikrone živega srebra, če govorimo o evakuaciji, meritve tlaka pa se izvajajo z vakuumskimi merilniki. V nekaterih primerih se uporabljajo milimetri vodnega stolpca, nato pa 13,59 mm vodnega stolpca \u003d 1 mm Hg. Včasih je bolj smotrno in priročno. Milimeter vodnega stolpca, tako kot milimeter živosrebrovega stolpca, je izvensistemska enota, ki je enaka hidrostatičnemu tlaku 1 mm vodnega stolpca, na katerega deluje ta stolpec. ravno podlago pri temperaturi vode v stolpcu 4°C. Priporočamo tudi
 Nalaganje... |
