Тиск як фізична величина. Формула тиску повітря, пари, рідини або твердого тіла

Уявіть собі заповнений повітрям герметичний циліндр із встановленим зверху поршнем. Якщо почати тиснути на поршень, то обсяг повітря в циліндрі почне зменшуватися, молекули повітря стикатимуться один з одним і з поршнем все інтенсивніше, і тиск стисненого повітря на поршень зросте.

Якщо поршень тепер різко відпустити, стиснене повітря різко виштовхне його вгору. Це станеться тому, що при постійній площі поршня збільшиться сила, що діє на поршень з боку стисненого повітря. Площа поршня залишилася незмінною, а сила з боку молекул газу збільшилася відповідно збільшився і тиск.

Або інший приклад. Стоїть людина на землі, стоїть обома стопами. У такому положенні людині комфортно, вона не відчуває незручностей. Але що станеться, якщо ця людина вирішить постояти на одній нозі? Він зігне одну з ніг у коліні, і тепер спиратиметься на землю лише однією стопою. У такому положенні людина відчує певний дискомфорт, адже тиск на стопу збільшився, причому приблизно вдвічі. Чому? Тому що площа, через яку тепер сила тяжіння притискає людину до землі, зменшилася вдвічі. Ось приклад того, що таке тиск, і як легко його можна виявити у звичайному житті.

З погляду фізики, тиском називають фізичну величину, чисельно рівну силі, що діє перпендикулярно поверхні на одиницю площі цієї поверхні. Тому, щоб визначити тиск у певній точці поверхні, нормальну складову сили, прикладеної до поверхні, поділяють на площу малого елемента поверхні, який дана сила діє. А для того щоб визначити середній тиск по всій площі, нормальну складову сили, що діє на поверхню, потрібно розділити на повну площуданої поверхні.

Вимірюється тиск у паскалях (Па). Ця одиниця виміру тиску одержала свою назву на честь французького математика, фізика та літератора Блеза Паскаля, автора основного закону гідростатики - Закону Паскаля, який стверджує, що тиск, що чиниться на рідину або газ, передається в будь-яку точку без змін у всіх напрямках. Вперше одиниця тиску "паскаль" була введена в обіг у Франції в 1961 році, згідно з декретом про одиниці, через три століття після смерті вченого.

Один паскаль дорівнює тиску, який викликає сила один ньютон, рівномірно розподілена, і спрямована перпендикулярно до поверхні площею один квадратний метр.

У паскалях вимірюють не тільки механічний тиск (механічна напруга), а й модуль пружності, модуль Юнга, об'ємний модуль пружності, межа плинності, межа пропорційності, опір розриву, опір зрізу, звуковий тиск та осмотичний тиск. Традиційно саме у паскалях виражаються найважливіші механічні характеристики матеріалів у супроматі.

Атмосфера технічна (ат), фізична (атм), кілограм-сила на квадратний сантиметр (кгс/см2)

Крім паскаля для вимірювання тиску застосовують інші (позасистемні) одиниці. Однією з таких одиниць є атмосфера (ат). Тиск в одну атмосферу приблизно дорівнює атмосферному тиску на Землі на рівні Світового океану. Сьогодні під «атмосферою» розуміють технічну атмосферу (ат).

Технічна атмосфера (ат) - це тиск, що виробляється однією кілограм-силою (кгс), рівномірно розподіленою по площі в один квадратний сантиметр. А одна кілограм-сила, своєю чергою, дорівнює силі тяжкості, що діє на тіло масою в один кілограм в умовах прискорення вільного падіння, що дорівнює 9,80665 м/с2. Одна кілограм-сила дорівнює таким чином 9,80665 ньютон, а 1 атмосфера дорівнює точно 98066,5 Па. 1 ат = 98 066,5 Па.

В атмосферах вимірюють, наприклад, тиск у автомобільних шинахНаприклад, рекомендований тиск у шинах пасажирського автобуса ГАЗ-2217 дорівнює 3 атмосферам.

Є ще «фізична атмосфера» (атм), яка визначається як тиск ртутного стовпа, висотою 760 мм на його основу при тому, що щільність ртуті дорівнює 13595,04 кг/м3, при температурі 0°C і в умовах прискорення вільного падіння 9, 80 665 м/с2. Так виходить, що 1 атм = 1,033233 ат = 101325 Па.

Що стосується кілограм-сили на квадратний сантиметр (кгс/см2), то ця позасистемна одиниця тиску з хорошою точністю дорівнює нормальному атмосферному тиску, що іноді зручно для оцінок різних впливів.

Позасистемна одиниця «бар» дорівнює приблизно одній атмосфері, але більш точної - рівно 100000 Па. У системі СГС 1 бар дорівнює 1000000 дин/см2. Раніше назву «бар» носила одиниця, звана зараз «барію», і дорівнює 0,1 Па або в системі СГС 1 барію = 1 дин/см2. Слово «бар», «барія» та «барометр» походять від того самого грецького слова"Вага".

Часто для вимірювання атмосферного тиску в метеорології використовують одиницю мбар (мілібар), що дорівнює 0,001 бар. А для вимірювання тиску на планетах, де атмосфера дуже розряджена - мкбар (мікробар), рівний 0,000001 бар. На технічних манометрах найчастіше шкала має градуювання саме у барах.

Міліметр ртутного стовпа (мм рт. ст.), міліметр водяного стовпа (мм вод. ст.)

Позасистемна одиниця виміру "міліметр ртутного стовпа" дорівнює 101325/760 = 133,3223684 Па. Позначається "мм рт.ст.", але іноді її позначають "торр" - на честь італійського фізика, учня Галілея, Еванджелісти Торрічеллі, автора концепції атмосферного тиску.

Утворилася одиниця у зв'язку з зручним способомвимірювання атмосферного тиску барометром, який ртутний стовп перебуває у рівновазі під впливом атмосферного тиску. Ртуть має високу щільність близько 13600 кг/м3 і відрізняється низьким тиском насиченої пари в умовах. кімнатної температуритому для барометрів свого часу і була обрана саме ртуть.

На рівні моря атмосферний тиск дорівнює приблизно 760 мм рт.ст., саме це значення прийнято вважати тепер нормальним атмосферним тиском, рівним 101325 Па або одній фізичній атмосфері, 1 атм. Тобто 1 мм ртутного стовпа дорівнює 101325/760 паскаль.

У міліметрах ртутного стовпа вимірюють тиск у медицині, у метеорології, в авіаційній навігації. У медицині кровний тиск вимірюють у мм рт.ст, у вакуумній техніці градує у мм рт.ст, поряд з барами. Іноді навіть просто пишуть 25 мкм, маючи на увазі мікрони ртутного стовпа, якщо мова йдепро вакуумування, а вимірювання тиску здійснюють вакуумметрами.

У деяких випадках використовують міліметри водяного стовпа, і тоді 1359 мм вод.ст = 1мм рт.ст. Іноді це більш доцільно та зручно. Міліметр водяного стовпа, як і міліметр ртутного стовпа - позасистемна одиниця, рівна у свою чергу гідростатичному тиску 1 мм стовпа води, яке цей стовп надає плоска основаза температури води стовпа 4°С.

Нікому не подобається бути під тиском. І не важливо, під яким. Про це заспівав ще гурт Queen разом із Девідом Боуї у своєму знаменитому синглу "Under pressure". Що таке тиск? Як зрозуміти тиск? У чому воно вимірюється, якими приладами та методами, куди спрямовано та на що тисне. Відповіді на ці та інші питання – у нашій статті про тиск у фізиціі не тільки.

Якщо викладач тисне на вас, ставлячи каверзні завдання, ми зробимо так, щоб ви змогли правильно на них відповісти. Адже розуміння самої суті речей – ключ до успіху! Отже, що таке тиск у фізиці?

За визначенням:

Тиск- скалярна фізична величина, рівна силі, що діє на одиницю площі поверхні.

В міжнародної системиСІ вимірюється в Паскаляхі позначається буквою p . Одиниця вимірювання тиску 1 Паскаль. Російське позначення – Па, міжнародне – Pa.

Згідно з визначенням, щоб знайти тиск, потрібно розділити силу на площу.

Будь-яка рідина або газ, поміщений у посудину, чинить тиск на стінки судини. Наприклад, борщ у каструлі діє на її дно та стіни з деяким тиском. Формула визначення тиску рідини:

де g– прискорення вільного падіння у гравітаційному полі землі, h- Висота стовпа борщу в каструлі, грецька літера «ро»- Щільність борщу.

Найпоширеніший у побуті прилад визначення тиску – барометр. Але у чому вимірюють тиск? Крім паскаля існують інші позасистемні одиниці вимірювання:

• атмосфера;
• міліметр ртутного стовпа;
• міліметр водяного стовпа;
• метр водяного стовпа;
• кілограм-сила.

Залежно від контексту використовуються різні позасистемні одиниці.

Наприклад, коли ви слухаєте чи читаєте прогноз погоди, там і мови не йдеться про паскалі. Говорять про міліметри ртутного стовпа. Один міліметр ртутного стовпа – це 133 Паскаля. Якщо ви їздите за кермом, то напевно знаєте, що нормальний тиск у колесах легкового автомобіля- близько двох атмосфер.

Атмосферний тиск

Атмосфера – це газ, точніше суміш газів, яка утримується у Землі завдяки гравітації. Атмосфера перетворюється на міжпланетний простір поступово, та її висота – приблизно 100 кілометрів.

Як розуміти вираз «атмосферний тиск»? Над кожним квадратним метромземної поверхні знаходиться стокілометровий стовп газу. Звичайно, повітря прозоре і приємне, але в нього є маса, яка тисне на поверхню землі. Це і є атмосферний тиск.

Нормальний атмосферний тиск прийнято вважати рівним 101325 Па. Це тиск на рівні світового океану за температури 0 градусів Цельсія. Такий же тиск при цій же температурі чинить на свою основу стовп ртуті заввишки 766 міліметрів.

Чим більша висота над рівнем моря, тим нижчий атмосферний тиск. Наприклад, на вершині гори Джомолунгма воно становить лише одну четверту від нормального атмосферного тиску.

Артеріальний тиск

Ще один приклад, де ми стикаємося з тиском у повсякденному житті- Це вимір кров'яного тиску.

Артеріальний тиск – кров'яний тиск, тобто. тиск, який кров надає на стінки судин, у разі – артерій.

Якщо ви виміряли артеріальний тиск і він у вас 120 на 80 то все добре. Якщо 90 на 50 або 240 на 180 , то вам вже точно буде нецікаво розбиратися, у чому цей тиск вимірюється і що це взагалі означає.

Проте виникає питання: 120 на 80 чого саме? Паскалів, міліметрів ртутного стовпа, атмосфер чи ще якихось одиниць виміру?

Артеріальний тиск вимірюється у міліметрах ртутного стовпа.Воно визначає перевищення тиску рідини кровоносної системинад атмосферним тиском.

Кров тиску на судини і тим самим компенсує дію атмосферного тиску. Якби інакше, нас просто розчавило б величезною масою повітря над нами.

Але чому у вимірі артеріального тискудві цифри?

До речі! Для наших читачів зараз діє знижка 10% на

Справа в тому, що кров рухається в судинах не рівномірно, а поштовхами. Перша цифра (120) називається систолічним тиском. Це тиск на стінки судин у момент скорочення серцевого м'яза, його величина – найбільша. Друга цифра (80) визначає найменше значенняі називається діастолічним тиском.

При вимірі фіксуються значення систолічного та діастолічного тисків. Наприклад, для здорової людиниТипове значення артеріального тиску становить 120 на 80 мм ртутного стовпа. Це означає, що тиск систоли дорівнює 120 мм. рт. ст., а діастолічний – 80 мм рт. ст. Різниця між систолічним та діастолічним тисками називається пульсовим тиском.

Фізичний вакуум

Вакуум – відсутність тиску. Точніше, практично повна його відсутність. Абсолютний вакуум є наближенням, як ідеальний газ у термодинаміці та матеріальна точкау механіці.

Залежно від концентрації речовини розрізняють низький, середній та високий вакуум. Найкраще наближення до фізичного вакууму – космічний простір, в якому концентрація молекул та тиск мінімальні.

Тиск – основний термодинамічний параметр стану системи. Визначити тиск повітря або іншого газу можна не тільки за приладами, але й користуючись рівняннями, формулами та законами термодинаміки. А якщо у вас немає часу розбиратися, студентський сервіс допоможе вирішити будь-яке завдання визначення тиску.

Чому людина, яка стоїть на лижах, не провалюється в пухкий сніг? Чому автомобіль з широкими шинами має більшу прохідність, ніж автомобіль зі звичайними шинами? Навіщо трактору гусениці? Відповідь на ці питання ми дізнаємося, познайомившись із фізичною величиною, яка називається тиском.

Тиск твердих тіл

Коли сила прикладена не до однієї точки тіла, а до безлічі точок, вона діє на поверхню тіла. І тут говорять про тиск, який створює ця сила лежить на поверхні твердого тіла.

У фізиці тиском називають фізичну величину, чисельно рівну відношенню сили, що діє на поверхню перпендикулярно до неї, площі цієї поверхні.

p = F/S ,

де р - Тиск; F - Сила, що діє на поверхню; S - площа поверхні.

Отже, тиск виникає, коли на поверхню перпендикулярно до неї діє сила. Величина тиску залежить від величини цієї сили і прямо пропорційна їй. Чим більша сила, тим більший тиск створює на одиниці площі. Слон важчий за тигр, тому чинить на поверхню більший тиск. Автомобіль тисне на дорогу з більшою силою, ніж пішохід.

Тиск твердого тіла обернено пропорційно площі поверхні, на яку діє сила.

Всім відомо, що йти глибоким снігом важко через те, що ноги постійно провалюються. Але на лижах це досить просто. Вся справа в тому, що в тому і в іншому випадку людина діє на сніг з тією самою силою - силою тяжіння. Але ця сила розподіляється по поверхнях різною площею. Оскільки площа поверхні лиж більша за площу підошв черевиків, то вага людини в даному випадку розподіляється на більшу площу. А сила, що діє на одиницю площі, виявляється меншою у кілька разів. Тому людина, яка стоїть на лижах, меншою силою тисне на сніг і не провалюється в нього.

Змінюючи площу поверхні, можна збільшити чи зменшити величину тиску.

Збираючись у похід, ми вибираємо рюкзак із широкими лямками, щоб зменшити тиск на плече.

Щоб зменшити тиск будівлі на ґрунт, збільшують площу фундаменту.

Шини вантажних автомобілівроблять ширшими, ніж шини легкових машинщоб вони чинили менший тиск на ґрунт. З цієї причини трактор чи танк роблять на гусеничному ходу, а чи не на колісному.

Ножі, леза, ножиці, голки гостро відточують, щоб вони мали якнайменшу площу ріжучої або колючої частини. І тоді навіть за допомогою невеликої прикладеної сили створюється великий тиск.

З цієї причини природа забезпечила тварин гострими зубами, іклами, кігтями.

Тиск - скалярна величина. У твердих тілах воно передається у напрямі дії сили.

Одиниця виміру сили – ньютон. Одиниця виміру площі - м 2 . Отже, одиниця вимірювання тиску - н/м 2 . Ця величина у міжнародній системі одиниць СІ називається паскаль (Па чи Ра). Здобула свою назву на честь французького фізика Блеза Паскаля. Тиск 1 паскаль викликає сила 1 ньютон, що діє на поверхню розміром 1 м 2 .

1 Па = 1н/м2 .

В інших системах використовуються такі одиниці виміру, як бар, атмосфера, мм рт. ст. (міліметри ртутного стовпа) та ін.

Тиск у рідинах

Якщо в твердому тілі тиск передається у напрямку дії сили, то в рідинах та газах, згідно із законом Паскаля, « будь-який тиск, що чиниться на рідину або газ, передається в усіх напрямках без змін ».

Заповнимо рідиною шар з крихітними отворами, з'єднаний з вузькою трубкою у вигляді циліндра. Заповнимо кулю рідиною, вставимо в трубку поршень і почнемо його рухати. Поршень тисне на поверхню рідини. Цей тиск передається у кожну точку рідини. Рідина починає виливатись з отворів у кулі.

Заповнивши кулю димом, ми побачимо такий самий результат. Це означає, що й у газах тиск також передається в усіх напрямках.

На рідину, як і будь-яке тіло лежить на поверхні Землі, діє сила тяжкості. Кожен шар рідини, що знаходиться в ємності, своєю вагою створює тиск.

Це підтверджує такий досвід.

Якщо в скляну посудину, замість дна якої гумова плівка, налити воду, то плівка буде прогинатися під вагою води. І чим більше води, тим більше прогнеться плівка. Якщо ж ми поступово занурюватимемо цей посудину з водою в іншу ємність, також наповнену водою, то в міру опускання плівка буде розпрямлятися. І коли рівні води в посудині та ємності зрівняються, плівка розпрямиться зовсім.

На одному рівні тиск у рідині однаковий. Але зі збільшенням глибини воно зростає, оскільки молекули верхніх шарівчинять тиск на молекули нижніх шарів. А ті, своєю чергою, тиснуть на молекули шарів, розташовані ще нижче. Тому в найнижчій точці ємності тиск буде найвищим.

Тиск на глибині визначається за формулою:

p = ρ·g·h ,

де p - Тиск (Па);

ρ - Щільність рідини (кг/м 3);

g - прискорення вільного падіння (9,81 м/с);

h - Висота стовпа рідини (м).

З формули видно, що тиск зростає із зростанням глибини. Чим нижче в океані опускається підводний апарат, тим більший тиск він відчуватиме.

Атмосферний тиск

Еванджеліста Торрічеллі

Хто знає, якби в 1638 р. герцог Тосканський не вирішив прикрасити сади Флоренції гарними фонтанами, атмосферний тиск був би відкритий не в XVII столітті, а набагато пізніше. Можна сміливо сказати, що це відкриття було зроблено випадково.

У ті часи вважалося, що вода підніматиметься за поршнем насоса, тому що, як стверджував Аристотель, «природа не терпить порожнечі». Проте захід не увінчався успіхом. Вода у фонтанах справді піднімалася, заповнюючи «порожнечу», проте на висоті 10,3 м вона зупинялася.

За допомогою звернулися до Галілео Галілея. Оскільки логічного пояснення він знайти не зміг, то доручив своїм учням. Еванджеліста Торрічелліі Вінценцо Вівіаніпровести експерименти.

Намагаючись виявити причину невдачі, учні Галілея з'ясували, що різні рідини піднімаються за насосом на різну висоту. Чим щільніша рідина, тим меншу висоту вона може піднятися. Так як щільність ртуті в 13 разів більша за щільність води, то і піднятися вона зможе на висоту в 13 разів меншу. Тому у своєму досвіді вони використали ртуть.

У 1644 р. досвід було проведено. Скляну трубку заповнили ртуттю. Потім її перекинули в ємність, також наповнену ртуттю. Через деякий час стовпчик ртуті в трубці піднявся. Але всю трубку він не наповнив. Над стовпчиком ртуті залишалося порожнє місце. Пізніше воно було названо «торрічелевою пусткою». Але і в ємність ртуть із трубки не виливалася. Торрічеллі пояснив це тим, що на ртуть тисне атмосферне повітряі утримує їх у трубці. А висота стовпчика ртуті у трубці показує величину цього тиску. Так було вперше виміряно атмосферний тиск.

Атмосфера Землі - це її повітряна оболонка, яка утримується біля неї гравітаційним тяжінням. Молекули газів, що становлять цю оболонку, безперервно та хаотично рухаються. Під дією сили тяжіння верхні шари атмосфери тиснуть на нижні шари, стискаючи їх. Найсильніше стиснутий нижній шар, що знаходиться на поверхні Землі. Тому тиск у ньому найбільший. Відповідно до закону Паскаля, цей тиск він передає у всіх напрямках. Його відчуває на собі все, що знаходиться на Землі. Цей тиск називають атмосферним тиском .

Оскільки атмосферний тиск створюється шарами повітря, що лежать вище, то зі збільшенням висоти воно зменшується. Відомо, що високо в горах воно менше, ніж біля підніжжя гір. А глибоко під землею вона набагато вища, ніж на поверхні.

Нормальним атмосферним тиском вважається тиск, що дорівнює тиску стовпчика ртуті висотою 760 мм при температурі 0 про С.

Вимірювання атмосферного тиску

Оскільки атмосферне повітря має різну щільність різній висоті, то величину атмосферного тиску не можна визначити за формулоюp = ρ · g · h . Тому його визначають за допомогою спеціальних приладів, які називаються барометрами .

Розрізняють рідинні барометри та анероїди (безрідкісні). Робота рідинних барометрів полягає в зміні у стовпчику рівня рідини під тиском атмосфери.

Анероїд є герметичний контейнер з гофрованого металу, всередині якого створено розрідження. Контейнер стискається, коли атмосферний тиск підвищується і розпрямляється при його зниженні. Всі ці зміни передаються на стрілку за допомогою пружинної металевої пластини. Кінець стрілки пересувається за шкалою.

По зміні показань барометра можна припустити, як зміниться погода найближчими днями. Якщо атмосферний тиск підвищується, то можна очікувати ясної погоди. А якщо знижується, буде хмарно.

У водолазній практиці часто доводиться зустрічатися з обчисленням механічного, гідростатичного та газового тиску широкого діапазону величин. Залежно від значення вимірюваного тиску застосовують різні одиниці.

У системах СІ та МКС одиницею тиску служить паскаль (Па), У системі МКГСС - кгс/см 2 (технічна атмосфера - ат). Як позасистемні одиниці тиску застосовуються тор (мм рт. ст.), атм (фізична атмосфера), м вод. ст., а англійських заходах - фунт/дюйм 2 . Співвідношення між різними одиницями тиску наведено в табл. 10.1.

Механічне тиск вимірюється силою, що діє перпендикулярно на одиницю площі поверхні тіла:

де р - тиск, кгс/см 2;
F – сила, кгс;
S - площа см 2 .

Приклад 10.1.Визначити тиск, який водолаз чинить на палубу судна та на ґрунт під водою, коли він робить крок (тобто стоїть на одній нозі). Вага водолаза в спорядженні повітря 180 кгс, а під водою 9 кгс. Площа підошви водолазної калоші прийняти 360 см 2 . Рішення. 1) Тиск, що передається водолазною галошею на палубу судна, (10.1):

Р = 180/360 = 0.5 кгс/см

Або в одиницях СІ

Р = 0,5 * 0,98.10 5 = 49000 Па = 49 кПа.

Таблиця 10.1. Співвідношення між різними одиницями тиску

2) Тиск, що передається водолазною галошею на ґрунт під водою:

або в одиницях СІ

Р = 0,025 * 0,98 * 10 5 = 2460 Па = 2,46 кПа.

Гідростатичний тискрідини скрізь перпендикулярно до поверхні, яку воно діє, і зростає з глибиною, але залишається постійним у будь-якій горизонтальній площині.

Якщо поверхня рідини не відчуває зовнішнього тиску (наприклад, тиску повітря) або його не враховують, то тиск усередині рідини називають надлишковим тиском

де p - тиск рідини, кгс/см 2;
р - щільність рідини, гс» з 4/см 2;
g - прискорення вільного падіння, см/с 2;
Y - питома вагарідини, кг/см 3 кгс/л;
Н – глибина, м.м.

Якщо поверхня рідини зазнає зовнішнього тиску пп. то тиск усередині рідини

Якщо на поверхню рідини діє атмосферний тиск повітря, то тиск усередині рідини називають абсолютним тиском(тобто тиском, що вимірюється від нуля - повного вакууму):
де Б – атмосферний (барометричний) тиск, мм рт. ст.
У практичних розрахунках для прісної водиприймають
Y = l кгс/л та атмосферний тиск p 0 = 1 кгс/см 2 = = 10 м вод. ст., тоді надлишковий тиск води в кгс/см 2
а абсолютний тиск води
Приклад 10.2.Знайти абсолютний тиск морської води, що діє на водолаза на глибині 150 м, якщо барометричний тиск дорівнює 765 мм рт. ст., а питома вага морської води 1,024 кгс/л.

Рішення.Абсолютний тиск воли (10/4)

приоліжене значення абсолютного тиску (10.6)
В даному прикладівикористання розрахунку наближеної формули (10.6) цілком виправдано, оскільки помилка обчислення вбирається у 3%.

Приклад 10.3.У порожній конструкції, що містить повітря під атмосферним тиском a = 1 кгс/см 2 , що знаходиться під водою, утворився отвір, через який почала надходити вода (рис. 10.1). Яку силу тиску випробовуватиме водолаз, якщо він спробує цей отвір закрити рукою? Площа «У перерізу отвору дорівнює 10X10 см 2 , Висота стовпа води Н над отвором 50 м.

Рис. 9.20. Спостережна камера «Галеацці»: 1 – рим; 2 - пристрій віддачі троса та зрізу кабелю; 3 – штуцер для телефонного введення; 4 – кришка люка; 5 – верхній ілюмінатор; 6 - гумове привальне кільце; 7 – нижній ілюмінатор; 8 – корпус камери; 9 – балон кисневий з манометром; 10 - пристрій віддачі аварійного баласту; 11 – аварійний баласт; 12 – кабель світильника; 13 – світильник; 14 – електровентилятор; 15-телефон-мікрофон; 16 - акумуляторна батарея; 17 - коробка регенеративна робоча; 18 - ілюмінатор кришки люка

Рішення. Надлишковий тискводи біля отвору (10.5)

P = 0,1-50 = 5 кгс/см2.

Сила тиску на руку водолаза (10.1)

F = Sp = 10 * 10 * 5 = 500 кгс = 0,5 тс.

Тиск газу, укладеного в посудину, розподіляється рівномірно, якщо не брати до уваги його вагомість, яка при розмірах судин, що застосовуються у водолазній практиці, має мізерний вплив. Величина тиску постійної маси газу залежить від обсягу, який він займає, та температури.

Залежність між тиском газу та його обсягом при незмінній температурі встановлюється виразом

P 1 V 1 = p 2 V 2 (10.7)

Де р 1 і р 2 - початковий та кінцевий абсолютний тиск, кгс/см 2 ;

V 1 і V 2 - початковий та кінцевий обсяг газу, л. Залежність між тиском газу та його температурою при незмінному обсязі встановлюється виразом

де t 1 і t 2 - початкова та кінцева температура газу, °С.

При незмінному тиску аналогічна залежність існує між обсягом та температурою газу

Залежність між тиском, об'ємом та температурою газу встановлюється об'єднаним законом газового стану

Приклад 10.4.Місткість балона 40 л, тиск повітря в ньому за манометром 150 кгс/см 2 . Визначити об'єм вільного повітря у балоні, тобто об'єм, наведений до 1 кгс/см 2 .

Рішення.Початковий абсолютний тиск р = 150+1 = 151 кгс/см 2 , кінцевий р 2 = 1 кгс/см 2 початковий об'єм V 1 =40 л. Об'єм вільного повітря (10.7)

Приклад 10.5.Манометр на балоні з киснем у приміщенні з температурою 17° показував тиск 200 кгс/см 2 . Цей балон перенесли на палубу, де другого дня при температурі -11° З його показання знизилися до 180 кгс/см 2 . Виникла підозра на витік кисню. Перевірити правильність підозри.

Рішення.Початковий абсолютний тиск p 2 =200 + 1 = =201 кгс/см 2 кінцевий р 2 = 180 + 1 = 181 кгс/см 2 початкова температура t 1 = 17 ° С, кінцева t 2 = -11 ° С. кінцевий тиск (10.8)

Підозри позбавлені підстав, тому що фактичний та розрахунковий тиск рівні.

Приклад 10.6.Водолаз під водою витрачає 100 л/хв повітря, стиснутого до тиску глибини занурення 40 м. Визначити витрату вільного повітря (тобто при тиску 1 кгс/см2).

Рішення.Початковий абсолютний тиск на глибині занурення (10.6)

Р 1 = 0,1 * 40 = 5 кгс/см 2 .

Кінцевий абсолютний тиск Р 2 = 1 кгс/см 2

Початкова витрата повітря Vi = l00 л/хв.

Витрата вільного повітря (10.7)

Зробимо досвід. Візьмемо невелику дошку, в кути якої вбито чотири цвяхи, і помістимо її вістрями вгору на пісок. Зверху на неї покладемо гирю (рис. 81). Ми побачимо, що капелюшки цвяхів лише трохи вдавляться в пісок. Якщо ж ми перевернемо дошку і знову поставимо її (разом із гирею) на пісок, то тепер цвяхи увійдуть до нього значно глибше (рис. 82). В обох випадках вага дошки була однією і тією ж, проте ефект виявився різним. Чому? Вся різниця у випадках полягала в тому, що площа поверхні, на яку спиралися цвяхи, в одному випадку була більшою, а в іншому меншою. Адже спочатку піску стосувалися капелюшка цвяхів, а потім їхнього вістря.

Ми бачимо, що результат впливу залежить не лише від сили, з якою тіло тисне на поверхню, а й від площі цієї поверхні. Саме з цієї причини людина, здатна ковзати по пухкому снігу на лижах, відразу ж провалюється в нього, як тільки їх зніме (мал. 83). Але справа не лише у площі. Важливу роль грає і величина сили, що прикладається. Якщо, наприклад, на ту саму. дошку (див. мал. 81) покласти ще одну гирю, то цвяхи (при тій же площі опори) поринуть у пісок ще глибше.

Силу, що прикладається перпендикулярно поверхні, називають силою тискуна цю поверхню.

Силу тиску не слід плутати із тиском. Тиск- це фізична величина, що дорівнює відношенню сили тиску, прикладеної до даної поверхні, до площі цієї поверхні:

р – тиск, F – сила тиску, S – площа.

Отже, щоб визначити тиск, треба силу тиску розділити на площу поверхні, на яку чиниться тиск.

При одній і тій же силі тиск більший у тому випадку, коли площа опори менша, і, навпаки, ніж більше площаопори, тим тиск менший.

У тих випадках, коли силою тиску є вага тіла, що знаходиться на поверхні (F = P = mg ), тиск, що надається тілом, можна знайти за формулою

Якщо тиск р і площа S відомі, то можна визначити силу тиску F; для цього треба тиск помножити на площу:

F = pS (32.2)

Сила тиску (як і будь-яка інша сила) вимірюється у ньютонах. Тиск вимірюється в паскалях. Паскаль(1 Па) - це такий тиск, який робить сила тиску в 1 Н, будучи прикладеною до поверхні площею 1 м 2:

1 Па = 1 Н/м2.

Використовуються також інші одиниці тиску - гектопаскаль (гПа) та кілопаскаль (кПа):

1 гПа = 100 Па, 1 кПа = 1000 Па.

1. Наведіть приклади, які показують, що результат дії сили залежить від площі опори, на яку діє ця сила. 2. Чому людина, яка йде на лижах, не провалюється у сніг? 3. Чому гостра кнопка легше входить у дерево, ніж тупа? 4. Що називають тиском? 5. Які знаєте одиниці тиску? 6. Чим відрізняється тиск від сили тиску? 7. Як можна знайти силу тиску, знаючи тиск і площу поверхні, до якої прикладена сила?