Presyon nan likid

Atik sou presyon nan likid

Nan fizik, presyon defini kòm fòs pa inite sifas, kote direksyon fòs la pèpandikilè ak sifas la. Matematikman, presyon eksprime pa ekwasyon P = F / A, kote P = presyon, F = fòs ak A = sifas. Inite fòs (F) se Newton (N), inite sifas la se mèt kare (m2 ⁾ . Paske presyon se fòs pa inite sifas, inite presyon an se N/m2 ^. Yon lòt non pou N/m2 ^se Pascal (Pa). Pascal te itilize kòm yon inite presyon pou onore Blaise Pascal.

Lè likid la an repo, li bay yon fòs ki pèpandikilè ak tout sifas kontak la. Pa egzanp, ann egzamine dlo ki nan vè a; chak pati nan dlo a bay yon fòs ki gen yon direksyon pèpandikilè ak miray vè a. Kidonk, chak seksyon nan dlo a bay yon fòs pèpandikilè ak chak inite sifas veso li okipe a. Sa a se youn nan pwopriyete esansyèl likid estatik la. Lè likid la egzèse yon fòs aksyon sou sifas la, kote direksyon fòs la pa pèpandikilè, sifas la pral bay yon fòs reyaksyon ki gen yon direksyon ki pa pèpandikilè. Sa ap lakòz likid la koule. Men, likid la an repo. Kidonk konklizyon an se, nan yon likid estasyonè, direksyon fòs la toujou pèpandikilè ak sifas veso a.

Yon lòt pwopriyete enpòtan nan likid estatik la se ke likid la toujou egzèse presyon nan tout direksyon. Pou pi byen konprann eksplikasyon sa a, mete yon objè ki ka flote nan dlo a nan yon veso. Si dlo a an repo, objè a pa ap deplase paske menm presyon an ap travay sou tout sifas objè a. Si presyon dlo a pa menm, pral gen yon fòs total, ki pral lakòz objè a deplase.

[irp]

Efè pwofondè sou presyon

Ki jan pwofondè a oswa wotè a afekte presyon likid la? Èske presyon dlo lanmè nan yon pwofondè 10 mèt menm jan ak presyon dlo lanmè nan yon pwofondè 100 mèt? Ann revize presyon dlo a nan yon veso jan yo montre nan figi a. Wotè kolòn likid la se h epi sifas seksyonèl la se A. Ki presyon dlo a nan fon veso a?

w = pwa dlo a, h = wotè kolòn dlo a nan yon veso silendrik, A = sifas, epi P se presyon.

Mas kolòn likid la se:

ρ = m / V

m = ρV

m = ρhA

Pwa kolòn likid la se:

w = mg = ρ h A g

w = pwa, ρ = dansite, m = mas, g = akselerasyon gravite, V = h A = volim likid (h = wotè, A = sifas)

Si nou mete ekwasyon ki anwo a nan ekwasyon presyon an:

p = ρ gh → Ekwasyon 1 (veso fèmen)

p = pa + ρ gh → Ekwasyon 2 (veso ouvè)

pa = presyon atmosferik, ρ gh = presyon idrostatik

Si veso ki louvri a gen dlo ladan l, presyon atmosferik la dirije anba sou sifas dlo a.

Baze sou ekwasyon ki anwo a, presyon an dirèkteman pwopòsyonèl ak dansite ak pwofondè likid la (akselerasyon gravite a konstan).

Si diferans wotè a gwo anpil (pa egzanp nan dlo lanmè ki fon anpil), dansite a yon ti jan diferan. Men, si diferans wotè a pa twò siyifikatif, fondamantalman dansite likid la se menm bagay la, oubyen diferans lan tèlman piti ke yo inyore li.

Nou kapab itilize ekwasyon ki anwo a tou pou kalkile diferans presyon an nan chak pwofondè diferan. Nou ekri ekwasyon ki anwo a ankò:

Δp = ρg Δh

Δp = diferans nan presyon, Δh = diferans nan wotè

[irp]

Presyon atmosferik

Lè nou plonje nan dlo a, tout pati nan kò nou kouvri ak dlo. Plis nou plonje fon, se plis presyon nou santi. Chak jou nou kouvri tou pa atmosfè a ki toujou siprime tout pati nan kò nou tankou lè nou nan dlo a. Menm jan ak dlo lanmè, sifas tè a ka konpare ak atmosfè "ki baze sou lanmè" a. Si atmosfè a siprime tout pati nan kò nou a nenpòt ki lè, poukisa nou pa santi li, kòmsi nou te nan baz lanmè a? Selil kò nou yo kenbe yon presyon entèn ki prèske menm jan ak presyon ekstèn. Sa fè nou pa santi efè diferans presyon sa yo.

Presyon atmosferik Latè a chanje tou avèk wotè. Men, presyon atmosferik Latè a diferan de likid la. Chanjman nan dansite likid yo piti anpil pou diferans nan pwofondè ki pa twò gwo, kidonk dansite likid la konsidere kòm menm jan an. Sa diferan de mas atmosfè Latè a. Mas atmosfè Latè a varye anpil avèk altitid. Dansite lè a nan chak altitid varye, kidonk nou pa ka kalkile presyon atmosferik la lè l sèvi avèk ekwasyon ki te sòti pi wo yo. Epitou, pa gen okenn limit sou atmosfè a kote nou ka mezire wotè yo. Presyon atmosferik la varye tou avèk tan an. Pou detèmine presyon atmosferik, nou pran mezi.

Mezi Presyon

Evangelista Torricelli (1608-1647), yon elèv Galileo, te jwenn yon fason pou mezire presyon atmosferik an 1643 lè l te itilize bawomèt mèki nan travay li a. Bawomèt la se yon tib an vè long, kote tib la plen ak mèki. Ebyen, tib an vè ki gen mèki a ranvèse nan yon plat ki te plen ak mèki tou.

Lè yo ranvèse yon tiyo an vè ki gen mèki ladan l, bout tib la pa plen ak mèki; sa ki ladan l se sèlman vapè mèki, presyon an tèlman piti ke yo inyore l (p2 = 0). Sou sifas mèki ki anndan plak la, gen yon presyon atmosferik ki dirije anba (atmosfè a peze mèki a sou plak la). Presyon atmosferik la kenbe kolòn mèki a nan tiyo an vè a. Nan figi a, presyon atmosferik la reprezante pa po. Yo ka kalkile kantite presyon atmosferik la lè l sèvi avèk ekwasyon sa a:

p _o = ρ gh

Baze sou rezilta mezi yo, mwayèn presyon atmosferik nan nivo lanmè a se 1.013 x 10 ⁵ N/m ² . Kantite presyon atmosferik nan nivo lanmè a itilize pou defini lòt inite presyon, sètadi atm (atmosfè). Kidonk 1 atm = 1.013 x 10 ⁵ N/m ² = 101.3 kPa (kPa = kilo paskal). Yon lòt inite presyon se yon bar (souvan itilize nan meteyoroloji). 1 bar = 1.00 x 10 ⁵ N / m ² = 100 kPa.

[irp]

Ki jan yo jwenn presyon atmosferik ki anwo a?

Mezi a itilize prensip Torricelli montre pi wo a. Wotè kolòn mèki ki itilize a se 76 cm (presyon atmosferik la ka sèlman kenbe kolòn mèki a ki rive sèlman 76.0 cm nan wotè), kote tanperati mèki a itilize egzakteman 0 ^o C epi mayitid akselerasyon gravite a se 9.8 m/s ² . Mas mèki a nan kondisyon sa a se 13.6 x 10 ³ kg/m ³ . Presyon atmosferik:

p _o = ρ gh

p _o = (13.6 x 10³ ^kg /m³ ⁾ (9.8 m/s² ⁾ (76 cm)

p _o = (13.6 x 10³ ^kg /m³ ⁾ (9.8 m/s² ⁾ (76 x 10-2 ^m )

p _o = 101.3 x 10³ ^N / ^m²

p _o = 1.013 x 10 ⁵ N/ ^m²

p _o = 1 atm

Zouti presyon

Gen anpil zouti yo itilize pou mezire presyon, tankou manomèt tib ouvè.

Nan yon manomèt tib ouvè, kote tib la gen fòm U, kèk nan tib yo plen ak likid (mèki oswa dlo). Presyon ki mezire a asosye avèk diferans ki genyen ant de wotè likid ki antre nan tib la. Kantite presyon an kalkile lè l sèvi avèk ekwasyon sa a:

p = p _a + ρ gh

p _a = presyon atmosferik

ρ gh = presyon mezire

ρ = dansite likid la

Anjeneral, se pa pwodwi ρ gh yo kalkile men wotè likid la (h) paske pafwa yo bay presyon an an milimèt mèki (mm Hg) oubyen milimèt dlo (mm H ₂ O). Yon lòt non mm hg se torr (an onore Evangelista Torricelli).

Anplis manomèt yo, genyen lòt kalib tou, sètadi baromèt aneroid, tou de mekanik ak elektrik, tankou kalib presyon kawotchou, elatriye. Zouti Torricelli itilize pou mezire presyon atmosferik la rele tou yon baromèt mèki, ki gen yon tib an vè plen ak mèki.

[irp]

Presyon kalib ak presyon absoli

Presyon absoli = presyon atmosferik + presyon mezire. Kidonk, pou jwenn presyon absoli, nou ajoute presyon kalib ak presyon atmosferik. Nan lòt mo, presyon absoli = presyon total. Matematikman, nou ka ekri li konsa:

p = pa + p g

Pa egzanp, si presyon kawotchou nou mezire a = 100 kPa, alò presyon absoli a se:

p = p a + p g

p = 101 kPa + 100 kPa

p = 201 kPa

Kantite presyon absoli a = 201 kPa

Egzanp pwoblèm 1:

Yon soumaren plonje nan yon pwofondè 200 mèt. Ki presyon soumaren an sibi? g = 10 m/ ^s²

Li te ye:

Pwofondè (h) = 200 m

Dansite dlo lanmè (ρ) = 1.03 x 10³ ^kg /m³ ⁼ 1030 kg/ ^m³

Presyon atmosferik (pa) = 1 atm = 1 x 10 ⁵ N/m ² = 1 x 10 ⁵ (Kg m/s ² )/m ² = 1 x 10 ⁵ Kg/ms ²

Akselerasyon gravite (g) = 10 m/ ^s²

Rechèch:

Solisyon:

p = pa + ρ gh

p = 1 x 10 ⁵ kg/m² ⁺ (1030 kg/m³ ⁾ (10 m/s² ⁾ (200 m)

p = 1 x 105 ^kg /ms² ⁺ 2060000 kg/ ^ms²

p = 1 x 10⁵ ^kg /m₂ ⁺ 20.6 x ^10⁵ kg/ ^m₂

p = 21.6 x 105 ^kg / ^m²

p = 21.6 x 105 ^N / ^m²

p = 21.6 x ¹⁰⁵ Pa

Kontenè a louvri pou presyon atmosferik la pa enkli nan kalkil la.

Egzanp pwoblèm 2:

Yon rezèvwa dlo plen ak dlo, ki gen yon wotè 10 mèt. Si sifas rezèvwa dlo a fèmen, ki presyon dlo ki nan fon veso a? g = 10 m/ ^s²

Li te ye:

Wotè (h) = 10 m

Dansite dlo (ρ) = 1,00 x 10³ ^kg /m³ ⁼ 1000 kg/ ^m³

Presyon atmosferik (pa) = 1 atm = 1 x 10 ⁵ N/m ² = 1 x 10 ⁵ (kg m/s ² ) / m ² = 1 x 10 ⁵ Kg/ms ²

Akselerasyon gravite (g) = 10 m/ ^s²

Rechèch: Presyon

Solisyon:

p = ρ gh

p = (1000 kg/m³ ⁾ (10 m/ ^s² )(200 m)

p = 2000,000 kg/ ^m²

p = 20 x 105 ^kg / ^m²

p = 20 x 105 ^N / ^m²

p = 20 x ¹⁰⁵ Pa

Veso a fèmen pou presyon atmosferik la pa enkli nan kalkil la.

Egzanp pwoblèm 3:

Wotè kolòn dlo a (adwat) = 50 cm, alòske wotè lòt kolòn likid lan (agoch) = 30 cm. Ki dansite lòt likid yo?

Li te ye:

Akselerasyon gravite (g) = 10 m/ ^s²

Wotè dlo a (h1 ₎ = 50 cm

Dansite dlo (ρ1 ₎ = 1 x 103 ^kg /m3 ⁼ 1000 kg/ ^m3

Wotè yon lòt likid (h2 ₎ = 30 cm

Kesyon ou bezwen: Dansite yon lòt likid

Solisyon:

pa + ρ ₁ gh ₁ = pa + ρ ₂ gh ₂

ρ1h1 = _ρ2h2​​_​​_​

ρ2 = _ρ1h1 / h2_​​​

ρ2 ₌ (50 cm)(1000 kg/m3 ⁾ / 30 cm

ρ2 = _1666.7 kg/ ^m3

[irp]