Τιμές πίεσης υγρών και αερίων. Βάρος αέρα

Πίεση - μια ποσότητα ίση με τον λόγο της δύναμης που ενεργεί κάθετα στην επιφάνεια ονομάζεται πίεση. Ως μονάδα πίεσης λαμβάνεται η πίεση που παράγεται από μια δύναμη 1 N που επενεργεί σε μια επιφάνεια 1 m2 κάθετη σε αυτή την επιφάνεια.

Επομένως, για να προσδιοριστεί η πίεση, η δύναμη που ενεργεί κάθετα στην επιφάνεια πρέπει να διαιρεθεί με την επιφάνεια.

Είναι γνωστό ότι τα μόρια αερίου κινούνται τυχαία. Καθώς κινούνται, συγκρούονται μεταξύ τους, καθώς και με τα τοιχώματα του δοχείου που περιέχει το αέριο. Υπάρχουν πολλά μόρια σε ένα αέριο και επομένως ο αριθμός των επιπτώσεών τους είναι πολύ μεγάλος. Αν και η δύναμη κρούσης ενός μεμονωμένου μορίου είναι μικρή, η επίδραση όλων των μορίων στα τοιχώματα του δοχείου είναι σημαντική και δημιουργεί πίεση αερίου. Έτσι, η πίεση του αερίου στα τοιχώματα του δοχείου (και στο σώμα που βρίσκεται στο αέριο) προκαλείται από τις κρούσεις των μορίων του αερίου.

Όταν ο όγκος ενός αερίου μειώνεται, η πίεσή του αυξάνεται και όταν αυξάνεται ο όγκος του, η πίεση μειώνεται, υπό την προϋπόθεση ότι η μάζα και η θερμοκρασία του αερίου παραμένουν αμετάβλητες.

Σε οποιοδήποτε υγρό, τα μόρια δεν είναι άκαμπτα συνδεδεμένα και επομένως το υγρό παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο χύνεται. Όπως τα στερεά, το υγρό ασκεί πίεση στον πυθμένα του δοχείου. Αλλά σε αντίθεση με τα στερεά, το υγρό ασκεί επίσης πίεση στα τοιχώματα του δοχείου.

Για να εξηγήσουμε αυτό το φαινόμενο, ας χωρίσουμε νοερά τη στήλη υγρού σε τρία στρώματα (a, b, c). Ταυτόχρονα, μπορείτε να δείτε ότι υπάρχει πίεση μέσα στο ίδιο το υγρό: το υγρό βρίσκεται υπό την πίεση της βαρύτητας και το βάρος των ανώτερων στρωμάτων του δρα στα κατώτερα στρώματα του υγρού. Η δύναμη της βαρύτητας που ασκεί το στρώμα α το πιέζει προς το δεύτερο στρώμα β. Το στρώμα b μεταδίδει την πίεση που ασκείται σε αυτό προς όλες τις κατευθύνσεις. Επιπλέον, η βαρύτητα δρα και σε αυτό το στρώμα, πιέζοντάς το προς το τρίτο στρώμα c. Κατά συνέπεια, στο τρίτο στάδιο η πίεση αυξάνεται, και θα είναι μεγαλύτερη στον πυθμένα του δοχείου.

Η πίεση μέσα σε ένα υγρό εξαρτάται από την πυκνότητά του.

Η πίεση που ασκείται σε ένα υγρό ή αέριο μεταδίδεται χωρίς αλλαγή σε κάθε σημείο του όγκου του υγρού ή του αερίου. Αυτή η δήλωση ονομάζεται νόμος του Πασκάλ.

Η μονάδα πίεσης SI είναι η πίεση που παράγεται από μια δύναμη 1 N σε μια επιφάνεια 1 m2 κάθετη προς αυτήν. Αυτή η μονάδα ονομάζεται pascal (Pa).

Το όνομα της μονάδας πίεσης δίνεται προς τιμήν του Γάλλου επιστήμονα Blaise Pascal

Μπλεζ Πασκάλ

Blaise Pascal - Γάλλος μαθηματικός, φυσικός και φιλόσοφος, γεννημένος στις 19 Ιουνίου 1623. Ήταν το τρίτο παιδί της οικογένειας. Η μητέρα του πέθανε όταν ήταν μόλις τριών ετών. Το 1632, η οικογένεια του Πασκάλ εγκατέλειψε το Κλερμόν και πήγε στο Παρίσι. Ο πατέρας του Πασκάλ είχε καλή εκπαίδευση και αποφάσισε να τη μεταδώσει απευθείας στον γιο του. Ο πατέρας του αποφάσισε ότι ο Blaise δεν έπρεπε να σπουδάσει μαθηματικά μέχρι τα 15 του και όλα τα μαθηματικά βιβλία αφαιρέθηκαν από το σπίτι τους. Ωστόσο, η περιέργεια του Blaise τον ώθησε να σπουδάσει γεωμετρία σε ηλικία 12 ετών. Όταν το έμαθε ο πατέρας του, υποχώρησε και επέτρεψε στον Blaise να μελετήσει τον Ευκλείδη.

Ο Blaise Pascal συνέβαλε σημαντικά στην ανάπτυξη των μαθηματικών, της γεωμετρίας, της φιλοσοφίας και της λογοτεχνίας.

Στη φυσική, ο Pascal μελέτησε τη βαρομετρική πίεση και την υδροστατική.

Με βάση το νόμο του Pascal, είναι εύκολο να εξηγηθεί το ακόλουθο πείραμα.

Παίρνουμε μια μπάλα που έχει στενές τρύπες σε διάφορα σημεία. Ένας σωλήνας είναι προσαρτημένος στη σφαίρα στην οποία εισάγεται ένα έμβολο. Εάν γεμίσετε μια μπάλα με νερό και σπρώξετε ένα έμβολο μέσα στο σωλήνα, το νερό θα ρέει έξω από όλες τις τρύπες της σφαίρας. Σε αυτό το πείραμα, ένα έμβολο πιέζει την επιφάνεια του νερού σε ένα σωλήνα.

ο νόμος του Πασκάλ

Τα σωματίδια νερού που βρίσκονται κάτω από το έμβολο, όταν συμπιέζονται, μεταδίδουν την πίεσή του σε άλλα στρώματα που βρίσκονται πιο βαθιά. Έτσι, η πίεση του εμβόλου μεταδίδεται σε κάθε σημείο του ρευστού που γεμίζει τη σφαίρα. Ως αποτέλεσμα, μέρος του νερού ωθείται έξω από την μπάλα με τη μορφή ρεμάτων που ρέουν έξω από όλες τις τρύπες.

Εάν η μπάλα είναι γεμάτη καπνό, τότε όταν το έμβολο πιέζεται μέσα στο σωλήνα, ρεύματα καπνού θα αρχίσουν να βγαίνουν από όλες τις τρύπες της σφαίρας. Αυτό επιβεβαιώνει (ότι τα αέρια μεταδίδουν την πίεση που τους ασκείται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις). Άρα, η εμπειρία δείχνει ότι υπάρχει πίεση μέσα στο υγρό και στο ίδιο επίπεδο είναι ίση προς όλες τις κατευθύνσεις. Με το βάθος, η πίεση αυξάνεται. Από αυτή την άποψη, τα αέρια δεν διαφέρουν από τα υγρά.

Ο νόμος του Pascal ισχύει για υγρά και αέρια. Ωστόσο, δεν λαμβάνει υπόψη μια σημαντική περίσταση - την ύπαρξη βάρους.

Σε γήινες συνθήκες αυτό δεν μπορεί να ξεχαστεί. Το νερό βαραίνει επίσης. Επομένως, είναι σαφές ότι δύο τοποθεσίες που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη κάτω από το νερό θα αντιμετωπίσουν διαφορετικές πιέσεις.

Η πίεση του νερού λόγω της βαρύτητάς του ονομάζεται υδροστατική.

Υπό επίγειες συνθήκες, ο αέρας πιέζει συχνότερα την ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού. Η ατμοσφαιρική πίεση ονομάζεται ατμοσφαιρική πίεση. Η πίεση στο βάθος αποτελείται από ατμοσφαιρική και υδροστατική πίεση.

Εάν δύο δοχεία διαφορετικού σχήματος, αλλά με τα ίδια επίπεδα νερού μέσα τους, συνδεθούν με ένα σωλήνα, τότε το νερό δεν θα περάσει από το ένα δοχείο στο άλλο. Μια τέτοια μετάβαση θα μπορούσε να συμβεί εάν οι πιέσεις στα δοχεία διέφεραν. Αυτό όμως δεν ισχύει και στα δοχεία που επικοινωνούν, ανεξάρτητα από το σχήμα τους, το υγρό θα βρίσκεται πάντα στο ίδιο επίπεδο.

Για παράδειγμα, εάν τα επίπεδα του νερού στα δοχεία επικοινωνίας είναι διαφορετικά, τότε το νερό θα αρχίσει να κινείται και τα επίπεδα θα γίνουν ίσα.

Η πίεση του νερού είναι πολύ μεγαλύτερη από την πίεση του αέρα. Σε βάθος 10 m, το νερό πιέζει 1 cm2 με πρόσθετη δύναμη 1 kg στην ατμοσφαιρική πίεση. Σε βάθος χιλιομέτρου - με δύναμη 100 kg ανά 1 cm2.

Ο ωκεανός σε ορισμένα σημεία έχει βάθος μεγαλύτερο από 10 χιλιόμετρα. Οι δυνάμεις πίεσης του νερού σε τέτοια βάθη είναι εξαιρετικά υψηλές. Κομμάτια ξύλου, χαμηλωμένα σε βάθος 5 χιλιομέτρων, συμπιέζονται από αυτή την τεράστια πίεση τόσο πολύ που μετά από αυτό βυθίζονται σε ένα βαρέλι με νερό, σαν τούβλα.

Αυτή η τεράστια πίεση δημιουργεί μεγάλα εμπόδια για τους ερευνητές της θαλάσσιας ζωής. Οι καταβάσεις βαθέων υδάτων πραγματοποιούνται σε ατσάλινες μπάλες - τις λεγόμενες μπατυσφαίρες ή βαθύσκαφες, οι οποίες πρέπει να αντέχουν πίεση άνω του 1 τόνου ανά 1 cm2.

Τα υποβρύχια κατεβαίνουν μόνο σε βάθος 100 - 200μ.

Η πίεση του υγρού στον πυθμένα του δοχείου εξαρτάται από την πυκνότητα και το ύψος της στήλης του υγρού.

Ας μετρήσουμε την πίεση του νερού στο κάτω μέρος του ποτηριού. Φυσικά, το κάτω μέρος του γυαλιού παραμορφώνεται υπό την επίδραση των δυνάμεων πίεσης και γνωρίζοντας το μέγεθος της παραμόρφωσης, θα μπορούσαμε να προσδιορίσουμε το μέγεθος της δύναμης που την προκάλεσε και να υπολογίσουμε την πίεση. αλλά αυτή η παραμόρφωση είναι τόσο μικρή που είναι πρακτικά αδύνατο να μετρηθεί άμεσα. Δεδομένου ότι είναι βολικό να κρίνουμε από την παραμόρφωση ενός δεδομένου σώματος την πίεση που ασκείται σε αυτό από ένα υγρό μόνο στην περίπτωση που οι παραμορφώσεις είναι ακριβώς μεγάλες, για τον πρακτικό προσδιορισμό της πίεσης ενός υγρού, χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές - μετρητές πίεσης, σε η οποία η παραμόρφωση έχει σχετικά μεγάλη, εύκολα μετρήσιμη τιμή. Το απλούστερο μανόμετρο μεμβράνης έχει σχεδιαστεί ως εξής. Μια λεπτή ελαστική πλάκα μεμβράνης κλείνει ερμητικά ένα άδειο κουτί. Ένας δείκτης είναι προσαρτημένος στη μεμβράνη και περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα. Όταν η συσκευή βυθίζεται σε υγρό, η μεμβράνη κάμπτεται υπό την επίδραση των δυνάμεων πίεσης και η εκτροπή της μεταδίδεται σε μεγεθυμένη μορφή στον δείκτη που κινείται κατά μήκος της κλίμακας.

Μανόμετρο

Κάθε θέση του δείκτη αντιστοιχεί σε μια ορισμένη εκτροπή της μεμβράνης, και επομένως μια ορισμένη δύναμη πίεσης στη μεμβράνη. Γνωρίζοντας την περιοχή της μεμβράνης, μπορούμε να περάσουμε από τις δυνάμεις πίεσης στις ίδιες τις πιέσεις. Μπορείτε να μετρήσετε απευθείας την πίεση εάν βαθμονομήσετε το μανόμετρο εκ των προτέρων, δηλαδή προσδιορίσετε σε ποια πίεση αντιστοιχεί μια συγκεκριμένη θέση του δείκτη στην κλίμακα. Για να γίνει αυτό, πρέπει να εκθέσετε το μανόμετρο σε πιέσεις, το μέγεθος των οποίων είναι γνωστό και, παρατηρώντας τη θέση του βέλους του δείκτη, να βάλετε τους αντίστοιχους αριθμούς στην κλίμακα του οργάνου.

Το κέλυφος του αέρα που περιβάλλει τη Γη ονομάζεται ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα, όπως φαίνεται από τις παρατηρήσεις της πτήσης των τεχνητών δορυφόρων της Γης, εκτείνεται σε ύψος αρκετών χιλιάδων χιλιομέτρων. Ζούμε στον πυθμένα ενός τεράστιου ωκεανού αέρα. Η επιφάνεια της Γης είναι ο πυθμένας αυτού του ωκεανού.

Λόγω της βαρύτητας, τα ανώτερα στρώματα του αέρα, όπως το νερό του ωκεανού, συμπιέζουν τα κατώτερα στρώματα. Το στρώμα αέρα που βρίσκεται δίπλα ακριβώς στη Γη συμπιέζεται περισσότερο και, σύμφωνα με το νόμο του Pascal, μεταδίδει την πίεση που ασκείται σε αυτό προς όλες τις κατευθύνσεις.

Ως αποτέλεσμα αυτού, η επιφάνεια της γης και τα σώματα που βρίσκονται σε αυτήν βιώνουν την πίεση ολόκληρου του πάχους του αέρα ή, όπως συνήθως λένε, αντιμετωπίζουν ατμοσφαιρική πίεση.

Η ατμοσφαιρική πίεση δεν είναι τόσο χαμηλή. Μια δύναμη περίπου 1 kg δρα σε κάθε τετραγωνικό εκατοστό της επιφάνειας του σώματος.

Ο λόγος της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι προφανής. Όπως το νερό, έτσι και ο αέρας έχει βάρος, που σημαίνει ότι ασκεί πίεση ίση (όπως για το νερό) με το βάρος της στήλης αέρα πάνω από το σώμα. Όσο πιο ψηλά ανεβαίνουμε στο βουνό, τόσο λιγότερος αέρας θα υπάρχει από πάνω μας, που σημαίνει ότι τόσο χαμηλότερη θα γίνεται η ατμοσφαιρική πίεση.

Για επιστημονικούς και καθημερινούς σκοπούς, πρέπει να είστε σε θέση να μετράτε την πίεση. Υπάρχουν ειδικές συσκευές για αυτό - βαρόμετρα.

Βαρόμετρο

Το να φτιάξεις ένα βαρόμετρο δεν είναι δύσκολο. Ο υδράργυρος χύνεται σε ένα σωλήνα κλειστό στο ένα άκρο. Κρατώντας το ανοιχτό άκρο με το δάχτυλό σας, αναποδογυρίστε το σωλήνα και βυθίστε το ανοιχτό άκρο του σε ένα φλιτζάνι υδράργυρο. Σε αυτή την περίπτωση, ο υδράργυρος στο σωλήνα πέφτει, αλλά δεν χύνεται έξω. Ο χώρος πάνω από τον υδράργυρο στο σωλήνα είναι αναμφίβολα χωρίς αέρα. Ο υδράργυρος διατηρείται στο σωλήνα με εξωτερική πίεση αέρα.

Ανεξάρτητα από το μέγεθος που παίρνουμε το φλιτζάνι υδραργύρου, ανεξάρτητα από τη διάμετρο του σωλήνα, ο υδράργυρος ανεβαίνει πάντα περίπου στο ίδιο ύψος - 76 cm.

Εάν πάρουμε ένα σωλήνα μικρότερο από 76 cm, τότε θα γεμίσει πλήρως με υδράργυρο, και δεν θα δούμε το κενό. Μια στήλη υδραργύρου ύψους 76 cm πιέζει τη βάση με την ίδια δύναμη όπως η ατμόσφαιρα.

Ένα κιλό ανά τετραγωνικό εκατοστό είναι η τιμή της κανονικής ατμοσφαιρικής πίεσης.

Το σχήμα 76 cm σημαίνει ότι μια τέτοια στήλη υδραργύρου εξισορροπεί τη στήλη αέρα ολόκληρης της ατμόσφαιρας που βρίσκεται πάνω από την ίδια περιοχή.

Στον βαρομετρικό σωλήνα μπορούν να δοθούν διάφορα σχήματα μόνο ένα πράγμα είναι σημαντικό: το ένα άκρο του σωλήνα πρέπει να είναι κλειστό έτσι ώστε να μην υπάρχει αέρας πάνω από την επιφάνεια του υδραργύρου. Ένα άλλο επίπεδο υδραργύρου επηρεάζεται από την ατμοσφαιρική πίεση.

Ένα βαρόμετρο υδραργύρου μπορεί να μετρήσει την ατμοσφαιρική πίεση με πολύ υψηλή ακρίβεια. Φυσικά, δεν είναι απαραίτητο να πάρετε υδράργυρο. Αλλά ο υδράργυρος είναι το βαρύτερο υγρό και το ύψος της στήλης υδραργύρου σε κανονική πίεση θα είναι το μικρότερο.

Για τη μέτρηση της πίεσης χρησιμοποιούνται διάφορες μονάδες. Συχνά το ύψος της στήλης υδραργύρου υποδεικνύεται απλώς σε χιλιοστά. Για παράδειγμα, λένε ότι σήμερα η πίεση είναι υψηλότερη από το κανονικό, είναι ίση με 768 mm Hg. Τέχνη.

Πίεση 760mm Hg. Τέχνη. μερικές φορές ονομάζεται φυσική ατμόσφαιρα. Μια πίεση 1 kg/cm2 ονομάζεται τεχνική ατμόσφαιρα.

Ένα βαρόμετρο υδραργύρου δεν είναι ένα ιδιαίτερα βολικό όργανο. Δεν είναι επιθυμητό να αφήνετε εκτεθειμένη την επιφάνεια του υδραργύρου (οι ατμοί υδραργύρου είναι δηλητηριώδεις, επιπλέον, η συσκευή δεν είναι φορητή).

Τα μεταλλικά βαρόμετρα - ανεροειδή - δεν έχουν αυτά τα μειονεκτήματα.

Όλοι έχουν δει ένα τέτοιο βαρόμετρο. Αυτό είναι ένα μικρό στρογγυλό μεταλλικό κουτί με ζυγαριά και βέλος. Η ζυγαριά δείχνει τιμές πίεσης, συνήθως σε εκατοστά υδραργύρου.

Ο αέρας έχει αντληθεί από το μεταλλικό κουτί. Το καπάκι του κουτιού συγκρατείται στη θέση του με ένα ισχυρό ελατήριο, καθώς διαφορετικά θα πιεζόταν από την ατμοσφαιρική πίεση. Όταν η πίεση αλλάζει, το καπάκι είτε λυγίζει είτε διογκώνεται. Ένα βέλος συνδέεται με το καπάκι και με τέτοιο τρόπο ώστε όταν πατηθεί μέσα, το βέλος πηγαίνει προς τα δεξιά.

Ένα τέτοιο βαρόμετρο βαθμονομείται συγκρίνοντας τις ενδείξεις του με ένα βαρόμετρο υδραργύρου.

Αν θέλετε να μάθετε την πίεση, μην ξεχάσετε να χτυπήσετε το βαρόμετρο με το δάχτυλό σας. Ο δείκτης φέρει μεγάλη τριβή και συνήθως κολλάει στο >.

Μια απλή συσκευή βασίζεται στην ατμοσφαιρική πίεση - ένα σιφόνι.

Ο οδηγός θέλει να βοηθήσει τον φίλο του που έχει ξεμείνει από βενζίνη. Πώς να αδειάσετε τη βενζίνη από το ρεζερβουάρ του αυτοκινήτου σας; Μην το γέρνετε σαν τσαγιέρα.

Ένας λαστιχένιος σωλήνας έρχεται στη διάσωση. Το ένα άκρο του χαμηλώνεται στη δεξαμενή αερίου και ο αέρας αναρροφάται από το άλλο άκρο με το στόμιο. Στη συνέχεια, μια γρήγορη κίνηση - το ανοιχτό άκρο σφίγγεται με ένα δάχτυλο και τοποθετείται σε ύψος κάτω από τη δεξαμενή αερίου. Τώρα μπορείτε να αφαιρέσετε το δάχτυλό σας - η βενζίνη θα χυθεί από τον εύκαμπτο σωλήνα.

Ο κυρτός λαστιχένιος σωλήνας είναι το σιφόνι. Το υγρό σε αυτή την περίπτωση κινείται για τον ίδιο λόγο όπως σε έναν ευθύ κεκλιμένο σωλήνα. Και στις δύο περιπτώσεις, το υγρό ρέει τελικά προς τα κάτω.

Για να λειτουργήσει το σιφόνι, είναι απαραίτητη η ατμοσφαιρική πίεση: είναι > υγρό και εμποδίζει τη διάρρηξη της στήλης του υγρού στο σωλήνα. Εάν δεν υπήρχε ατμοσφαιρική πίεση, η στήλη θα έσπασε στο σημείο διέλευσης και το υγρό θα κυλούσε και στα δύο δοχεία.

Σιφόνι πίεσης

Το σιφόνι αρχίζει να λειτουργεί όταν το υγρό στον δεξιό (έτσι, >) αγκώνα πέσει κάτω από τη στάθμη του αντλούμενου υγρού στο οποίο κατεβαίνει το αριστερό άκρο του σωλήνα. Διαφορετικά, το υγρό θα ρέει πίσω.

Στην πράξη, για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης, χρησιμοποιείται ένα μεταλλικό βαρόμετρο, που ονομάζεται aneroid (μετάφραση από τα ελληνικά - χωρίς υγρό. Το βαρόμετρο ονομάζεται έτσι επειδή δεν περιέχει υδράργυρο).

Η ατμόσφαιρα συγκρατείται στη θέση της από τη βαρύτητα που ενεργεί από τη Γη. Υπό την επίδραση αυτής της δύναμης, τα ανώτερα στρώματα αέρα πιέζουν τα χαμηλότερα, έτσι το στρώμα αέρα που βρίσκεται δίπλα στη Γη αποδεικνύεται το πιο συμπιεσμένο και το πιο πυκνό. Αυτή η πίεση, σύμφωνα με το νόμο του Πασκάλ, μεταδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις και δρα σε όλα τα σώματα που βρίσκονται στη Γη και στην επιφάνειά της.

Το πάχος του στρώματος του αέρα που πιέζει τη Γη μειώνεται με το ύψος, επομένως μειώνεται και η πίεση.

Η ύπαρξη ατμοσφαιρικής πίεσης υποδηλώνεται από πολλά φαινόμενα. Εάν ένας γυάλινος σωλήνας με χαμηλωμένο έμβολο τοποθετηθεί σε δοχείο με νερό και ανυψωθεί ομαλά, τότε το νερό ακολουθεί το έμβολο. Η ατμόσφαιρα πιέζει την επιφάνεια του νερού στο δοχείο. Σύμφωνα με το νόμο του Pascal, αυτή η πίεση μεταφέρεται στο νερό κάτω από τον γυάλινο σωλήνα και οδηγεί το νερό προς τα πάνω, ακολουθώντας το έμβολο.

Οι αντλίες αναρρόφησης ήταν γνωστές στον αρχαίο πολιτισμό. Με τη βοήθειά τους ήταν δυνατό να ανυψωθεί το νερό σε σημαντικό ύψος. Το νερό παραδόξως ακολουθούσε υπάκουα το έμβολο μιας τέτοιας αντλίας.

Οι αρχαίοι φιλόσοφοι σκέφτηκαν τους λόγους για αυτό και κατέληξαν σε ένα τόσο στοχαστικό συμπέρασμα: το νερό ακολουθεί το έμβολο επειδή η φύση φοβάται το κενό, γι 'αυτό δεν υπάρχει ελεύθερος χώρος μεταξύ του εμβόλου και του νερού.

Λένε ότι ένας πλοίαρχος κατασκεύασε μια αντλία αναρρόφησης για τους κήπους του Δούκα της Τοσκάνης στη Φλωρεντία, το έμβολο της οποίας έπρεπε να αντλεί νερό σε ύψος μεγαλύτερο από 10 μέτρα. Αλλά όσο κι αν προσπάθησαν να ρουφήξουν το νερό με αυτή την αντλία, τίποτα δεν λειτούργησε. Στα 10 μέτρα, το νερό ανέβηκε πίσω από το έμβολο, μετά το έμβολο απομακρύνθηκε από το νερό και δημιουργήθηκε εκείνο το κενό που φοβάται η φύση.

Όταν ζητήθηκε από τον Γαλιλαίο να εξηγήσει τον λόγο της αποτυχίας, απάντησε ότι στη φύση δεν αρέσει πραγματικά το κενό, αλλά μέχρι ένα ορισμένο όριο. Ο μαθητής του Γαλιλαίου, Τοριτσέλι, προφανώς χρησιμοποίησε αυτό το περιστατικό ως δικαιολογία για να εκτελέσει το διάσημο πείραμά του με σωλήνα υδραργύρου το 1643. Μόλις περιγράψαμε αυτό το πείραμα - η παραγωγή ενός βαρόμετρου υδραργύρου είναι η εμπειρία του Torricelli.

Λαμβάνοντας έναν σωλήνα ύψους άνω των 76 χιλιοστών, ο Torricelli δημιούργησε ένα κενό πάνω από τον υδράργυρο (συχνά αποκαλούμενο από το κενό Torricelli) και έτσι απέδειξε την ύπαρξη ατμοσφαιρικής πίεσης.

Με αυτή την εμπειρία, ο Τοριτσέλι έλυσε την αμηχανία του κυρίου του Δούκα της Τοσκάνης. Πράγματι, είναι ξεκάθαρο για πόσα μέτρα το νερό θα ακολουθεί υπάκουα το έμβολο της αντλίας αναρρόφησης. Αυτή η κίνηση θα συνεχιστεί έως ότου μια στήλη νερού με επιφάνεια 1 cm2 γίνει ίση σε βάρος με 1 kg. Μια τέτοια στήλη νερού θα έχει ύψος 10 m. Γι' αυτό η φύση φοβάται το κενό. , αλλά πάνω από 10μ.

Το 1654, 11 χρόνια μετά την ανακάλυψη του Torricelli, η επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης αποδείχθηκε ξεκάθαρα από τον οικοδεσπότη του Μαγδεμβούργου Otto von Guericke. Αυτό που έφερε φήμη στον συγγραφέα δεν ήταν τόσο η φυσική ουσία της εμπειρίας όσο η θεατρικότητα της παραγωγής της.

Τα δύο χάλκινα ημισφαίρια συνδέονταν με ένα δακτυλιοειδές παρέμβυσμα. Μέσω μιας βρύσης συνδεδεμένης σε ένα από τα ημισφαίρια, ο αέρας αντλήθηκε από τη συναρμολογημένη μπάλα, μετά την οποία ήταν αδύνατο να διαχωριστούν τα ημισφαίρια. Μια λεπτομερής περιγραφή της εμπειρίας του Guericke έχει διατηρηθεί. Η ατμοσφαιρική πίεση στα ημισφαίρια μπορεί τώρα να υπολογιστεί: με διάμετρο μπάλας 37 cm, η δύναμη ήταν περίπου ένας τόνος. Για να διαχωριστούν τα ημισφαίρια, ο Guericke διέταξε να αρματώσουν δύο οκτώ άλογα. Το λουρί ήρθε με σχοινιά περασμένα μέσα από έναν δακτύλιο και στερεωμένα στα ημισφαίρια. Τα άλογα δεν μπορούσαν να διαχωρίσουν τα ημισφαίρια.

Η ισχύς των οκτώ αλόγων (ακριβώς οκτώ, όχι δεκαέξι, αφού τα δεύτερα οκτώ, αξιοποιημένα για μεγαλύτερο αποτέλεσμα, θα μπορούσαν να αντικατασταθούν από ένα γάντζο που μπήκε στον τοίχο, διατηρώντας την ίδια δύναμη που επενεργεί στα ημισφαίρια) δεν ήταν αρκετή για να διαλύσει το Μαγδεμβούργο. ημισφαίρια.

Εάν υπάρχει μια κενή κοιλότητα μεταξύ δύο σωμάτων που έρχονται σε επαφή, τότε αυτά τα σώματα δεν θα διαλυθούν λόγω της ατμοσφαιρικής πίεσης.

Στο επίπεδο της θάλασσας, η τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι συνήθως ίση με την πίεση μιας στήλης υδραργύρου ύψους 760 mm.

Μετρώντας την ατμοσφαιρική πίεση με ένα βαρόμετρο, μπορείτε να διαπιστώσετε ότι μειώνεται με την αύξηση του ύψους πάνω από την επιφάνεια της Γης (κατά περίπου 1 mm Hg όταν αυξάνεται σε ύψος κατά 12 m). Επίσης, οι αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση συνδέονται με αλλαγές στον καιρό. Για παράδειγμα, η αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσης σχετίζεται με την έναρξη του καθαρού καιρού.

Η τιμή της ατμοσφαιρικής πίεσης είναι πολύ σημαντική για την πρόβλεψη του καιρού για τις επόμενες ημέρες, αφού οι αλλαγές στην ατμοσφαιρική πίεση συνδέονται με αλλαγές του καιρού. Το βαρόμετρο είναι απαραίτητο όργανο για μετεωρολογικές παρατηρήσεις.

Οι διακυμάνσεις της πίεσης λόγω του καιρού είναι πολύ ακανόνιστες. Κάποτε πίστευαν ότι η πίεση από μόνη της καθόριζε τον καιρό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα βαρόμετρα εξακολουθούν να επισημαίνονται: καθαρός, ξηρός, βροχή, καταιγίδα. Υπάρχει ακόμη και μια επιγραφή: >.

Οι αλλαγές πίεσης παίζουν μεγάλο ρόλο στις αλλαγές του καιρού. Όμως αυτός ο ρόλος δεν είναι καθοριστικός.

Η κατεύθυνση και η ισχύς του ανέμου σχετίζονται με την κατανομή της ατμοσφαιρικής πίεσης.

Η πίεση σε διαφορετικά σημεία στην επιφάνεια της γης δεν είναι η ίδια και η υψηλότερη πίεση φέρνει τον αέρα σε μέρη με χαμηλότερη πίεση. Φαίνεται ότι ο άνεμος πρέπει να φυσά σε κατεύθυνση κάθετη προς τις ισοβαρείς, δηλαδή εκεί που η πίεση πέφτει πιο γρήγορα. Ωστόσο, οι χάρτες ανέμου δείχνουν το αντίθετο. Η δύναμη Coriolis επεμβαίνει σε θέματα πίεσης αέρα και κάνει τη δική της διόρθωση, πολύ σημαντική.

Όπως γνωρίζουμε, κάθε σώμα που κινείται στο βόρειο ημισφαίριο ασκείται από μια δύναμη Coriolis που κατευθύνεται προς τα δεξιά σε κίνηση. Αυτό ισχύει και για τα σωματίδια του αέρα. Συμπιεσμένο από σημεία μεγαλύτερης πίεσης σε σημεία μικρότερης πίεσης, το σωματίδιο θα πρέπει να κινηθεί κατά μήκος των ισοβαρών, αλλά η δύναμη Coriolis το εκτρέπει προς τα δεξιά και η κατεύθυνση του ανέμου σχηματίζει μια γωνία περίπου 45 μοιρών με την κατεύθυνση των ισοβαρών.

Εκπληκτικά μεγάλο αποτέλεσμα για μια τόσο μικρή δύναμη. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η παρέμβαση στη δύναμη Coriolis - η τριβή των στρωμάτων αέρα - είναι επίσης πολύ ασήμαντη.

Ακόμη πιο ενδιαφέρουσα είναι η επίδραση της δύναμης Coriolis στην κατεύθυνση των ανέμων σε > και > πίεση. Λόγω της δράσης της δύναμης Coriolis, ο αέρας, απομακρυνόμενος από > πίεση, δεν ρέει προς όλες τις κατευθύνσεις κατά μήκος ακτίνων, αλλά κινείται κατά μήκος καμπύλων γραμμών - σπειρών. Αυτές οι σπειροειδείς ροές αέρα συστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση και δημιουργούν μια κυκλική δίνη στην περιοχή πίεσης, μετακινώντας τις μάζες αέρα δεξιόστροφα.

Το ίδιο συμβαίνει και στην περιοχή της χαμηλής πίεσης. Ελλείψει της δύναμης Coriolis, ο αέρας θα έρεε προς αυτή την περιοχή ομοιόμορφα σε όλες τις ακτίνες. Ωστόσο, στην πορεία, οι αέριες μάζες αποκλίνουν προς τα δεξιά.

Οι άνεμοι σε περιοχές χαμηλής πίεσης ονομάζονται κυκλώνες, οι άνεμοι σε περιοχές υψηλής πίεσης ονομάζονται αντικυκλώνες.

Μην νομίζετε ότι κάθε κυκλώνας σημαίνει τυφώνα ή καταιγίδα. Το πέρασμα κυκλώνων ή αντικυκλώνων από την πόλη όπου ζούμε είναι συχνό φαινόμενο, που σχετίζεται, ωστόσο, κυρίως με μεταβλητό καιρό. Σε πολλές περιπτώσεις, η προσέγγιση ενός κυκλώνα σημαίνει την έναρξη της κακοκαιρίας και η προσέγγιση ενός αντικυκλώνα σημαίνει την έναρξη του καλού καιρού.

Δεν θα πάρουμε όμως τον δρόμο των μετεωρολόγων.

Τα μόρια αερίου, που εκτελούν μια τυχαία, χαοτική κίνηση, δεν συνδέονται ή συνδέονται πολύ ασθενώς με δυνάμεις αλληλεπίδρασης, επομένως κινούνται ελεύθερα και, ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων, τείνουν να διασκορπίζονται προς όλες τις κατευθύνσεις, γεμίζοντας ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται, δηλ. Ο όγκος του αερίου καθορίζεται από τον όγκο του δοχείου στο οποίο βρίσκεται το αέριο.

Όπως ένα αέριο, ένα υγρό παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο περιέχεται. Αλλά στα υγρά, σε αντίθεση με τα αέρια, η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων παραμένει σχεδόν σταθερή, επομένως το υγρό έχει σχεδόν σταθερό όγκο.

Αν και οι ιδιότητες των υγρών και των αερίων διαφέρουν από πολλές απόψεις, σε ορισμένα μηχανικά φαινόμενα η συμπεριφορά τους καθορίζεται από τις ίδιες παραμέτρους και τις ίδιες εξισώσεις. Επομένως, η υδροαερομηχανική - ένας κλάδος της μηχανικής που μελετά την ισορροπία και την κίνηση υγρών και αερίων, την αλληλεπίδρασή τους μεταξύ τους και τα στερεά σώματα που ρέουν γύρω τους - χρησιμοποιεί ενιαία προσέγγισηστη μελέτη υγρών και αερίων.

Στη μηχανική, με υψηλό βαθμό ακρίβειας, τα υγρά και τα αέρια θεωρούνται ως συνεχή, συνεχώς κατανεμημένα στο μέρος του χώρου που καταλαμβάνουν. Η πυκνότητα ενός υγρού εξαρτάται ελάχιστα από την πίεση. Η πυκνότητα των αερίων εξαρτάται σημαντικά από την πίεση. Είναι γνωστό από την εμπειρία ότι η συμπιεστότητα υγρού και αερίου σε πολλά προβλήματα μπορεί να παραμεληθεί και μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ενιαία έννοια του ασυμπίεστου υγρού - ένα υγρό του οποίου η πυκνότητα είναι παντού ίδια και δεν αλλάζει με το χρόνο.

Εάν μια λεπτή πλάκα τοποθετηθεί σε ένα υγρό σε ηρεμία, τότε μέρη του υγρού που βρίσκονται στις αντίθετες πλευρές του θα δράσουν σε κάθε στοιχείο του Δ μικρόμε δυνάμεις Δ, οι οποίες, ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό της πλάκας, θα είναι ίσες σε μέγεθος και θα κατευθύνονται κάθετα στο εμβαδόν Δ μικρό, αφού η παρουσία εφαπτομενικών δυνάμεων θα προκαλούσε την κίνηση των σωματιδίων του ρευστού.

Φυσική ποσότητα που ορίζεται από την κανονική δύναμη φά n που ενεργεί στο μέρος του υγρού ανά μονάδα επιφάνειας ονομάζεται μανόμετρουγρά ( p = F n/ μικρό).

Η μονάδα πίεσης είναι Pascal (Pa): 1 Pa είναι ίσο με την πίεση που δημιουργείται από μια δύναμη 1 N, ομοιόμορφα κατανεμημένη σε μια επιφάνεια κάθετη προς αυτήν με εμβαδόν 1 m 2.

Οι μονάδες πίεσης εκτός συστήματος θεωρούνται ότι είναι 1 Bar = 10 5 Pa, 1 φυσική ατμόσφαιρα (1 atm = 760 mm Hg, όπου 1 mm Hg = 133 Pa).

Η πίεση σε ισορροπία υγρών (αερίων) υπακούει ο νόμος του Πασκάλ: η πίεση σε οποιοδήποτε σημείο ενός υγρού σε ηρεμία είναι ίση προς όλες τις κατευθύνσεις και η πίεση μεταδίδεται εξίσου σε ολόκληρο τον όγκο που καταλαμβάνει το ρευστό σε ηρεμία.

Ας εξετάσουμε πώς το βάρος ενός υγρού επηρεάζει την κατανομή της πίεσης μέσα σε ένα ασυμπίεστο υγρό ηρεμίας. Όταν ένα ρευστό βρίσκεται σε ισορροπία, η οριζόντια πίεση είναι πάντα η ίδια, διαφορετικά δεν θα υπήρχε ισορροπία. Επομένως, η ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού σε ηρεμία είναι πάντα οριζόντια, μακριά από τα τοιχώματα του αγγείου. Εάν ένα ρευστό είναι ασυμπίεστο, τότε η πυκνότητά του δεν εξαρτάται από την πίεση. Στη συνέχεια, με τη διατομή S της υγρής στήλης, το ύψος της ηκαι πυκνότητα ρ βάρος P = ρgSh,και την πίεση στην κάτω βάση

p = P/S = ρgSh/S = ρgh, (6.1)

Δηλαδή, η πίεση ποικίλλει γραμμικά ανάλογα με το ύψος. Πίεση ρghπου ονομάζεται υδροστατική πίεση.

Σύμφωνα με τον τύπο (6.1), η δύναμη πίεσης στα κατώτερα στρώματα του υγρού θα είναι μεγαλύτερη από ό,τι στα ανώτερα στρώματα, επομένως, μια δύναμη άνωσης καθορίζεται από Νόμος του Αρχιμήδη: ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό (αέριο) ασκείται από μια ανοδική δύναμη άνωσης από αυτό το υγρό, ίση με το βάρος του υγρού (αερίου) που μετατοπίζεται από το σώμα:

F A = ρgV,

Οπου ρ - πυκνότητα υγρού, V-όγκος σώματος βυθισμένου σε υγρό.

Εξίσωση συνέχειας

Η κίνηση των υγρών ονομάζεται με το ρεύμα, και η συλλογή των σωματιδίων ενός κινούμενου ρευστού είναι ροή.Γραφικά, η κίνηση των υγρών απεικονίζεται χρησιμοποιώντας τρέχουσες γραμμές, τα οποία σχεδιάζονται έτσι ώστε οι εφαπτομένες σε αυτές να συμπίπτουν κατά διεύθυνση με το διάνυσμα σύντομα πυκνότητα ρευστού στα αντίστοιχα σημεία του χώρου (Εικ. 6.1). Οι γραμμές ροής σχεδιάζονται έτσι ώστε η πυκνότητά τους, που χαρακτηρίζεται από την αναλογία του αριθμού των γραμμών προς την περιοχή της κάθετης προς αυτές περιοχής από την οποία διέρχονται, είναι μεγαλύτερη όπου η ταχύτητα ροής του ρευστού είναι μεγαλύτερη και μικρότερη εκεί όπου ρέει το ρευστό. βραδύτερη. Έτσι, από το σχέδιο των γραμμών ροής μπορεί κανείς να κρίνει την κατεύθυνση και το μέγεθος της ταχύτητας σε διαφορετικά σημεία του χώρου, δηλαδή, μπορεί να προσδιορίσει την κατάσταση της κίνησης του ρευστού. Οι ρέουσες γραμμές σε ένα υγρό μπορούν να «αποκαλυφθούν», για παράδειγμα, με την ανάμειξη ορισμένων αξιοσημείωτων αιωρούμενων σωματιδίων σε αυτό.

Το τμήμα του υγρού που περιορίζεται από τις τρέχουσες γραμμές ονομάζεται τρέχον σωλήνα.Η ροή του υγρού ονομάζεται καθιερωμένος(ή ακίνητος), εάν το σχήμα και η θέση των γραμμών ροής, καθώς και οι τιμές των ταχυτήτων σε κάθε σημείο δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Ας εξετάσουμε κάποιο τρέχον σωλήνα. Ας επιλέξουμε δύο από τις ενότητες του μικρό 1 και μικρό 2, κάθετα προς την κατεύθυνση της ταχύτητας (Εικ. 6.2).

Κατά τη διάρκεια του χρόνου Δ tμέσω της ενότητας μικρόόγκος του υγρού που περνά SυΔ t; ως εκ τούτου, σε 1 δευτερόλεπτα έως μικρόΘα περάσει 1 όγκος υγρού μικρό 1 υ 1 , Οπου υ 1 - μικρό 1 . Μέσω ενότητας μικρό 2 σε 1 s θα περάσει όγκος υγρού μικρό 2 υ 2 , Οπου υ 2 - ταχύτητα ροής ρευστού στη διατομή μικρό 2 . Εδώ θεωρείται ότι η ταχύτητα του ρευστού στη διατομή είναι σταθερή. Εάν το υγρό είναι ασυμπίεστο ( ρ = const), στη συνέχεια μέσω της ενότητας μικρό 2 θα περάσει ο ίδιος όγκος υγρού όπως και μέσα από το τμήμα μικρό 1, δηλ.

μικρό 1 υ 1 = Σ 2 υ 2 = συστ . (6.2)

Κατά συνέπεια, το γινόμενο της ταχύτητας ροής ενός ασυμπίεστου ρευστού και της διατομής του σωλήνα ρεύματος είναι μια σταθερή τιμή για έναν δεδομένο σωλήνα ρεύματος. Η σχέση (6.2) ονομάζεται εξίσωση συνέχειαςγια ασυμπίεστο υγρό.

Τα μόρια αερίου, που εκτελούν μια χαοτική, χαοτική κίνηση, δεν συνδέονται ή είναι μάλλον ασθενώς συνδεδεμένα με δυνάμεις αλληλεπίδρασης, γι' αυτό κινούνται σχεδόν ελεύθερα και, ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων, διασκορπίζονται προς όλες τις κατευθύνσεις, ενώ γεμίζουν ολόκληρο τον όγκο που τους παρέχεται , δηλαδή ο όγκος του αερίου προσδιορίζεται από το δοχείο όγκου που καταλαμβάνει το αέριο.

Και το υγρό, έχοντας ορισμένο όγκο, παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο είναι κλεισμένο. Αλλά σε αντίθεση με τα αέρια στα υγρά, η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων παραμένει σταθερή κατά μέσο όρο, επομένως το υγρό έχει πρακτικά αμετάβλητο όγκο.

Οι ιδιότητες των υγρών και των αερίων είναι πολύ διαφορετικές από πολλές απόψεις, αλλά σε πολλά μηχανικά φαινόμενα οι ιδιότητές τους καθορίζονται από τις ίδιες παραμέτρους και τις ίδιες εξισώσεις. Γι 'αυτό το λόγο υδροαερομηχανική- κλάδος της μηχανικής που μελετά την ισορροπία και την κίνηση αερίων και υγρών, την αλληλεπίδραση μεταξύ τους και μεταξύ των στερεών σωμάτων που ρέουν γύρω τους, - δηλ. εφαρμόζεται μια ενιαία προσέγγιση στη μελέτη υγρών και αερίων.

Στη μηχανική, τα υγρά και τα αέρια αντιμετωπίζονται με υψηλό βαθμό ακρίβειας όπως στερεός, διανέμονται συνεχώς στο τμήμα του χώρου που καταλαμβάνουν. Για τα αέρια, η πυκνότητα εξαρτάται σημαντικά από την πίεση. Έχει καθιερωθεί εκ πείρας. ότι η συμπιεστότητα υγρού και αερίου μπορεί συχνά να παραμεληθεί και είναι σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί μια ενιαία έννοια - ασυμπίεση του υγρού- ένα υγρό με την ίδια πυκνότητα παντού, που δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.

Ας τοποθετήσουμε μια λεπτή πλάκα σε ηρεμία, ως αποτέλεσμα, μέρη του υγρού που βρίσκονται σε διαφορετικές πλευρές της πλάκας θα δράσουν σε κάθε στοιχείο της Δ μικρόμε δυνάμεις Δ φά, που θα είναι ίσο σε μέγεθος και θα κατευθύνεται κάθετα στο εμβαδόν Δ μικρόανεξάρτητα από τον προσανατολισμό της θέσης, διαφορετικά η παρουσία εφαπτομενικών δυνάμεων θα έθετε σε κίνηση τα σωματίδια του ρευστού (Εικ. 1)

Εικ.1

Ένα φυσικό μέγεθος που καθορίζεται από την κανονική δύναμη που ασκεί το μέρος ενός υγρού (ή αερίου) ανά μονάδα επιφάνειας ονομάζεται πίεση Π/υγρό (ή αέριο):

Π=Δ φά/Δ μικρό.

Μονάδα πίεσης - πασκάλ(Pa): 1 Pa ισούται με την πίεση που δημιουργείται από μια δύναμη 1 N, η οποία κατανέμεται ομοιόμορφα σε μια επιφάνεια κάθετη προς αυτήν με εμβαδόν 1 m 2 (1 Pa = 1 N/m 2).

Η πίεση σε ισορροπία υγρών (αερίων) υπακούει ο νόμος του Πασκάλ: η πίεση σε οποιοδήποτε σημείο ενός ρευστού σε ηρεμία είναι η ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις και η πίεση μεταδίδεται εξίσου σε ολόκληρο τον όγκο που καταλαμβάνει το υγρό σε ηρεμία.

Ας μελετήσουμε την επίδραση του βάρους του υγρού στην κατανομή της πίεσης μέσα σε ένα ακίνητο ασυμπίεστο υγρό. Όταν ένα ρευστό βρίσκεται σε ισορροπία, η πίεση κατά μήκος οποιασδήποτε οριζόντιας γραμμής είναι πάντα η ίδια, διαφορετικά δεν θα υπήρχε ισορροπία. Αυτό σημαίνει ότι η ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού σε ηρεμία είναι πάντα οριζόντια (δεν λαμβάνουμε υπόψη την έλξη του υγρού από τα τοιχώματα του αγγείου). Εάν ένα ρευστό είναι ασυμπίεστο, τότε η πυκνότητα του ρευστού δεν εξαρτάται από την πίεση. Στη συνέχεια στη διατομή μικρόυγρή στήλη, ύψος h και πυκνότητα ρ βάρος P=ρ gSh, ενώ η πίεση στην κάτω βάση

Π=Π/μικρό=ρ gSh/μικρό=ρ gh, (1)

δηλαδή η πίεση μεταβάλλεται γραμμικά με το υψόμετρο. Η πίεση ρgh ονομάζεται υδροστατική πίεση.

Σύμφωνα με τον τύπο (1), η δύναμη πίεσης στα κατώτερα στρώματα του υγρού θα είναι μεγαλύτερη από ότι στα ανώτερα στρώματα, επομένως, μια δύναμη που καθορίζεται από Νόμος του Αρχιμήδη: ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό (αέριο) ασκείται από μια ανοδική δύναμη άνωσης από αυτό το υγρό, ίση με το βάρος του υγρού (αερίου) που μετατοπίζεται από το σώμα:

F A =ρ gVόπου ρ είναι η πυκνότητα του υγρού, V- ο όγκος ενός σώματος βυθισμένου σε ένα υγρό.

Η δύναμη που ενεργεί κάθετα στο στήριγμα ονομάζεται δύναμη πίεσης.

Πίεση ( R) είναι ο λόγος του συντελεστή F της δύναμης πίεσης που επενεργεί σε ένα στήριγμα προς την επιφάνεια S αυτού του στηρίγματος: Π=F/S

Η μονάδα πίεσης SI ονομάζεται πασκάλ(Pa): 1 Pa = 1 N/m 2 .

Πίεση– φυσικό μέγεθος ίσο με τον λόγο της δύναμης προς την κάθετη επιφάνεια στην οποία ασκεί αυτή η δύναμη. Η πίεση χαρακτηρίζει τη δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας εφαρμογής της.

Πίεση αερίου

Όλα τα αέρια, ανεξάρτητα από το αν βρίσκονται σε ένα δοχείο ή όχι, ασκούν συνεχώς πίεση στα σώματα που τα περιβάλλουν. Πίεση αερίου σε κλειστό δοχείο αυξάνει με αυξανόμενη πυκνότητα ή θερμοκρασία αερίου .

Η κατάσταση του αερίου σε χαμηλή πίεση ονομάζεται κενόωμ

ο νόμος του Πασκάλ (για αέριο): Ο αέρας μεταδίδει την πίεση που του ασκείται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις.

Ατμοσφαιρική πίεση

Η δύναμη με την οποία μια στήλη ατμοσφαιρικού αέρα πιέζει την επιφάνεια της γης είναι ίση με τη δύναμη της βαρύτητας: P = M*g, Οπου Μ- μάζα της στήλης αέρα.

Η πίεση του αέρα στην επιφάνεια της Γης (στο επίπεδο της θάλασσας) παραμένει σχεδόν αμετάβλητη και είναι κατά μέσο όρο ίση με: R atm = 101.325 N/m 2 = 0,1 MPa . Αυτή η πίεση ονομάζεται κανονική ατμοσφαιρική πίεση . Η ύπαρξή του εξηγείται από την έλξη του ατμοσφαιρικού αέρα προς τη Γη.

Πίεση υγρού. Υδροστατική

Πίεση υγρούτο σώμα σε ηρεμία σε αυτό ονομάζεται υδροστατική πίεση. Είναι ευθέως ανάλογο με την πυκνότητα και το ύψος του υγρού στρώματος (στήλης). Η επιστήμη που μελετά την πίεση των υγρών ονομάζεται υδροστατική.

Υδροστατική πίεση σε βάθος η ισοδυναμεί Π = p atm+p*g* η

ο νόμος του Πασκάλ: Η πίεση που ασκείται σε υγρά ή αέρια σε κατάσταση ηρεμίας μεταδίδεται χωρίς αλλαγή σε όλα τα μέρη αυτών των υγρών ή αερίων. Το υγρό και το αέριο μεταδίδουν την πίεση που τους ασκείται προς όλες τις κατευθύνσεις εξίσου.

Ανεξάρτητα από το σχήμα και το μέγεθος του δοχείου, η πίεση στο εσωτερικό του υγρού στο ίδιο βάθος είναι η ίδια.

Όργανα μέτρησης πίεσης

Βαρόμετρο– συσκευή για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Η κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι η πίεση που εξισορροπείται από μια στήλη υδραργύρου σε ύψος 760 χλστ Hgσε θερμοκρασία 0°C: R atm = 0,1 MPa . Υπάρχουν βαρόμετρα υδραργύρου και βαρόμετρα ανεροειδών (βαρόμετρα χωρίς υγρά)

Η μείωση της ατμοσφαιρικής πίεσης, κατά κανόνα, προμηνύει επιδείνωση του καιρού και αντίστροφα. Καθώς σηκώνεσαι πάνω από την επιφάνεια της Γης η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται κατά προσέγγιση 1 mmHg Τέχνη.για κάθε 10,5 μαύξηση. Τα όργανα μέτρησης πιέσεων κάτω από την ατμοσφαιρική ονομάζονται μετρητής κενούφίλε.

Μανόμετρο– συσκευή για τη μέτρηση της πίεσης μέσα σε κλειστά δοχεία. Συνήθως, ένα μανόμετρο μετρά τη διαφορά μεταξύ της πίεσης σε ένα δοχείο και της ατμοσφαιρικής πίεσης. Υπάρχουν ανοιχτοί μετρητές πίεσης υγρού σχήματος U καθώς και μετρητές πίεσης μη υγρού (παραμόρφωσης).

Υγρό μετρητές πίεσηςβασίζονται στη μέτρηση της διαφοράς ύψους στηλών ομοιογενούς υγρού σε δοχεία επικοινωνίας, ένα από τα οποία βρίσκεται υπό την επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Η μετρούμενη διαφορά πίεσης είναι σελ 1 – p atm= p*g*D* η

Επίλυση προβλήματος

Πρακτική: .

Πρακτική : .

Πίνακες και διαγράμματα με θέμα «Πίεση σωμάτων, υγρών και αερίων»

Κεφάλαιο 6

Στοιχεία μηχανικής ρευστών

Πίεση σε υγρό και αέριο

Αν και οι ιδιότητες των υγρών και των αερίων διαφέρουν από πολλές απόψεις, σε ορισμένα μηχανικά φαινόμενα η συμπεριφορά τους καθορίζεται από τις ίδιες παραμέτρους και τις ίδιες εξισώσεις. Να γιατί υδροαερομηχανική- κλάδος της μηχανικής που μελετά την ισορροπία και την κίνηση υγρών και αερίων, την αλληλεπίδρασή τους μεταξύ τους και τα στερεά σώματα που ρέουν γύρω τους, - χρησιμοποιεί ενιαία προσέγγιση γιαμελέτη υγρών και αερίων.

Στη μηχανική, με υψηλό βαθμό ακρίβειας, τα υγρά και τα αέρια θεωρούνται ως στερεός,κατανέμονται συνεχώς στο μέρος του χώρου που καταλαμβάνουν. Η πυκνότητα ενός υγρού εξαρτάται ελάχιστα από την πίεση. Η πυκνότητα των αερίων εξαρτάται σημαντικά από την πίεση. Είναι γνωστό από την εμπειρία ότι η συμπιεστότητα υγρού και αερίου σε πολλά προβλήματα μπορεί να αγνοηθεί και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ενιαία έννοια ασυμπίεστο υγρό- ένα υγρό του οποίου η πυκνότητα είναι παντού ίδια και δεν αλλάζει με το χρόνο.

Εάν μια λεπτή πλάκα τοποθετηθεί σε ένα ρευστό σε ηρεμία, τότε μέρη του ρευστού που βρίσκονται στις αντίθετες πλευρές του θα δράσουν σε κάθε στοιχείο της επιφάνειάς του με δυνάμεις , το οποίο, ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό της πλάκας, θα είναι ίσο σε μέγεθος και θα κατευθύνεται κάθετα στην πλατφόρμα, αφού η παρουσία εφαπτομενικών δυνάμεων θα προκαλούσε την κίνηση των σωματιδίων του ρευστού (Εικ. 44).

Ένα φυσικό μέγεθος που καθορίζεται από την κανονική δύναμη που ασκεί το μέρος ενός υγρού ανά μονάδα επιφάνειας ονομάζεται πίεση Rυγρά:

Μονάδα πίεσης- Πασκάλ(Pa): 1 Pa είναι ίσο με την πίεση που δημιουργείται από μια δύναμη 1 N, ομοιόμορφα κατανεμημένη σε μια επιφάνεια κάθετη προς αυτήν με εμβαδόν 1 m 2 (1 Pa = 1 N/m 2).

Η πίεση σε ισορροπία υγρών (αερίων) υπακούει ο νόμος του Πασκάλ(Γάλλος επιστήμονας (1623-1662)): η πίεση σε οποιοδήποτε σημείο ενός ρευστού σε ηρεμία είναι ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις και η πίεση μεταδίδεται εξίσου σε ολόκληρο τον όγκο που καταλαμβάνει το υγρό σε ηρεμία.

Ας εξετάσουμε πώς το βάρος ενός υγρού επηρεάζει την κατανομή της πίεσης μέσα σε ένα ασυμπίεστο υγρό ηρεμίας. Όταν ένα ρευστό βρίσκεται σε ισορροπία, η οριζόντια πίεση είναι πάντα η ίδια, διαφορετικά δεν θα υπήρχε ισορροπία. Επομένως, η ελεύθερη επιφάνεια ενός υγρού σε ηρεμία είναι πάντα οριζόντια, μακριά από τα τοιχώματα του αγγείου. Εάν ένα ρευστό είναι ασυμπίεστο, τότε η πυκνότητά του δεν εξαρτάται από την πίεση. Στη συνέχεια στη διατομή μικρό, ύψος ηκαι την πυκνότητα της υγρής στήλης, το βάρος της, και η πίεσηστην κάτω βάση