Materyèl Presyon 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) a se Newton (N), inite sifas la se mèt kare (m2 ) . Piske presyon se fòs pa inite sifas, inite presyon an se N/m2 . Yon lòt non pou N/m2 se pascal (Pa). Pascal itilize kòm yon inite presyon an onore Blaise Pascal.
Lè yon likid an repo, li egzèse yon fòs pèpandikilè ak tout sifas li an kontak avèk la. Pa egzanp, ann konsidere dlo nan yon vè; chak pòsyon dlo a egzèse yon fòs pèpandikilè ak miray vè a. Kidonk, chak pòsyon dlo a egzèse yon fòs pèpandikilè ak chak inite sifas veso li okipe a. Sa a se yon pwopriyete enpòtan nan yon likid estatik, yon likid an repo. Lè yon likid egzèse yon fòs sou yon sifas, kote fòs la pa pèpandikilè, sifas la pral egzèse yon fòs reyaksyon, ki pa pèpandikilè tou. Sa pral lakòz likid la koule. Sepandan, an reyalite, likid la rete an repo. Kidonk, nan yon likid an repo, fòs la toujou pèpandikilè ak sifas veso li okipe a.
Yon lòt pwopriyete enpòtan nan yon likid ki an repo se ke li toujou egzèse presyon nan tout direksyon. Pou pi byen konprann sa, mete yon objè k ap flote nan yon veso dlo. Si dlo a konplètman an repo, objè a ap rete estasyonè paske presyon ki egzèse sou tout sifas li egal. Si presyon dlo a inegal, pral gen yon fòs nèt, ki pral lakòz objè a deplase.
Efè pwofondè sou presyon
Ki jan pwofondè oswa wotè afekte presyon likid? Èske presyon dlo lanmè nan yon pwofondè 10 mèt se menm ak presyon dlo lanmè nan yon pwofondè 100 mèt? Ann konsidere presyon dlo a nan yon veso jan yo montre nan figi a. Wotè kolòn likid la se h epi sifas seksyonèl li 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.
Enfòmasyon:
w = gravite
ρ = dansite
m = mas
g = akselerasyon akòz gravite
V = hA = volim kolòn likid la (h = wotè, A = sifas)
Si nou mete l nan ekwasyon presyon an, nou jwenn:
p = ρ gh → Ekwasyon 1 (veso fèmen)
p = pa + ρ gh → Ekwasyon 2 (veso ouvè)
Enfòmasyon:
pa = Presyon atmosferik
ρ gh = Presyon idrostatik
Nan foto ki anwo a, presyon atmosferik la pa reprezante, men an reyalite, si veso ki gen dlo a louvri, presyon atmosferik la ap aji tou sou sifas dlo a, ki dirije anba.
Baze sou ekwasyon ki anwo a, li sanble ke presyon an dirèkteman pwopòsyonèl ak dansite ak pwofondè likid la (akselerasyon gravitasyonèl la rete konstan). Ofiramezi pwofondè likid la ap ogmante, presyon an ap ogmante tou. Likid yo prèske enkonpresib akòz pwa likid ki anlè yo a, kidonk dansite likid la rete konstan. Si diferans wotè a trè gwo (pa egzanp, nan dlo lanmè ki trè fon), dansite a varye yon ti kras. Sepandan, si diferans wotè a pa twò gwo, dansite likid la esansyèlman menm bagay la oswa diferans lan tèlman piti ke yo ka inyore li.
Nou kapab itilize ekwasyon ki anwo a tou pou kalkile diferans presyon an nan diferan pwofondè. Nou ka reekri ekwasyon ki anwo a kòm:
Presyon Atmosferik
Lè nou plonje anba dlo, tout kò nou anvlope pa dlo. Plis nou plonje fon, se plis presyon nou santi. Anfèt, chak jou nou anvlope tou pa atmosfè a, ki toujou ap peze sou tout pati nan kò nou, menm jan lè nou anba dlo. Menm jan ak dlo lanmè, sifas Latè a ka konpare ak "fon lanmè" atmosfè a. Si se vre ke atmosfè a peze tou sou tout pati nan kò nou tout tan, poukisa nou pa santi li, kòmsi nou te nan fon lanmè a? Selil kò nou yo kenbe yon presyon entèn ki prèske menm jan ak presyon ekstèn lan. Se poutèt sa nou pa santi efè diferans presyon sa a.
Presyon atmosferik Latè a chanje tou avèk altitid. Sepandan, presyon atmosferik la varye yon ti kras ak presyon likid yo. Chanjman nan dansite likid yo piti anpil pou ti diferans nan pwofondè, kidonk yo sipoze dansite likid yo se menm bagay la. Sa diferan de dansite atmosfè Latè a. Dansite atmosfè Latè a varye anpil avèk altitid. Dansite lè a nan diferan altitid diferan, kidonk nou pa ka kalkile presyon atmosferik la lè l sèvi avèk ekwasyon ki sòti pi wo a. Anplis de sa, pa gen okenn limit atmosferik klè pou mezire altitid. Presyon atmosferik la varye tou avèk move tan an. Pou detèmine presyon atmosferik, nou pran mezi.
Mezi Presyon
Evangelista Torricelli (1608–1647), yon elèv Galileo, te devlope yon metòd pou mezire presyon atmosferik an 1643 lè l te itilize bawomèt mèki li a. Bawomèt la te konsiste de yon tib an vè long ki te ranpli ak mèki. Yo te ranvèse tib an vè ki te ranpli ak mèki a nan yon plat ki te ranpli tou ak mèki.
Lè yo vire yon tib an vè ki gen mèki tèt anba, bout tib la pa plen ak mèki, li sèlman gen vapè mèki ki gen yon presyon tèlman piti ke yo inyore li (p2 = 0). Sou sifas mèki ki nan plak la, gen yon presyon atmosferik ki dirije anba (atmosfè a peze sou mèki ki nan plak la). Presyon atmosferik sa a sipòte kolòn mèki ki nan tib an vè a. Nan imaj la, presyon atmosferik la senbolize pa po Yo ka kalkile mayitid presyon atmosferik la lè l sèvi avèk ekwasyon sa a:
p o = ρ gh
Baze sou rezilta mezi yo, presyon atmosferik mwayèn nan nivo lanmè a se 1,013 x 10 5 N/m 2 . Yo itilize mayitid presyon atmosferik nan nivo lanmè a pou defini yon 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 ba a (souvan yo itilize li nan meteyoroloji). 1 bar = 1,00 x 10 5 N/m 2 = 100 kPa.
Ki jan yo jwenn valè presyon atmosferik ki anwo a?
Mezi a itilize prensip Torricelli demontre pi wo a. Wotè kolòn mèki ki itilize a se 76 cm (presyon atmosferik la ka sèlman sipòte yon kolòn mèki ki gen sèlman 76,0 cm wotè), kote tanperati mèki ki itilize a se egzakteman 0. oC epi mayitid akselerasyon gravitasyonèl la se 9,8 m/s2Dansite mèki nan kondisyon sa a se 13,6 x 103 kg / m3Presyon atmosferik:
Manometri presyon
Gen anpil zouti yo itilize pou mezire presyon, tankou manomèt tib ouvè a.
Nan yon manomèt tib ouvè, kote tib la gen fòm U, tib la plen pasyèlman ak likid (mèki oswa dlo). Presyon ki mezire a gen rapò ak diferans ki genyen ant de wotè likid yo mete nan tib la. Yo kalkile presyon an lè l sèvi avèk ekwasyon sa a:
An jeneral, se pa pwodwi ρ gh yo kalkile men wotè likid la (h) paske presyon pafwa eksprime an milimèt mèki (mm hg) oswa milimèt dlo (mm H 2 O). Yon lòt non pou mm hg se torr (an memwa Evangelista Torricelli).
Anplis manomèt yo, genyen lòt enstriman mezi tou, sètadi bawomèt aneroid, ni mekanik ni elektrik, tankou kalib presyon kawotchou, elatriye. Enstriman Torricelli te itilize pou mezire presyon atmosferik la rele tou yon bawomèt mèki, kote yo ranpli yon tib an vè ak mèki epi answit yo ranvèse l pou fòme yon plak ki gen mèki ladan l tou.
Presyon nominal, presyon kalib ak presyon absoli
Lè w ap plen kawotchou machin ak lè, tipikman yo itilize yon kalib presyon lè. Sa asire ke presyon kawotchou a pa ni twò ba ni twò wo. Lè w ap plen kawotchou ak lè, se sèlman presyon lè ki anndan kawotchou a yo mezire. Presyon atmosferik la pa pran an kont. Non sèlman lè w ap mezire presyon kawotchou, men tou nan pifò lòt mezi presyon, yo pa mezire presyon atmosferik la. Presyon sa a yo rele presyon yo mezire. Donk, ki diferans ki genyen ant sa ak presyon absoli?
Presyon absoli = presyon atmosferik + presyon mezire. Kidonk, pou jwenn presyon absoli a, nou ajoute presyon mezire a ak presyon atmosferik la. Nan lòt mo, presyon absoli = presyon total. Matematikman, sa ka ekri kòm:
p = pa + p mezi
Pa egzanp, si presyon kawotchou nou mezire a = 100 kPa, alò presyon absoli a se:
p = pa + p mezi
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
Presyon absoli a = 201 kPa.
Gen yon lòt tèm: presyon kalib, ke yo rele tou presyon kalib. Presyon kalib se presyon depase presyon atmosferik la. Pa egzanp, ann konsidere presyon kawotchou motosiklèt. Lè yon kawotchou motosiklèt dezgonfle, presyon ki anndan kawotchou a egal ak presyon atmosferik la (Presyon atmosferik = 1,01 x 105 Pa = 101 kPa). Lè kawotchou a plen ak lè, presyon kawotchou a ogmante natirèlman. Lè presyon kawotchou a depase 101 kPa, presyon depase a rele tou presyon kalib.
Egzanp Kesyon sou Presyon Likid
Egzanp kesyon 1:
Yon soumaren plonje nan yon pwofondè 200 mèt. Ki presyon soumaren an sibi?
plonje a? g = 10 m/s2
Pembahasan
Li konnen ke:
Pwofondè (h) = 200 m
Dansite dlo lanmè (ρ) = 1,03 x 103 kg / m3 = 1030 kg / m3 (gade tablo dansite a)
Presyon atmosferik (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1 x 105 (Kg m/s2)/m2 = 1 x 105 Kg/ms2
Akselerasyon akòz gravite (g) = 10 m/s2
Kesyon: Presyon
Repons:
Veso a louvri, kidonk presyon atmosferik la pa enkli nan kalkil yo.
Egzanp kesyon 2:
Yon rezèvwa dlo ki gen 10 mèt wotè plen ak dlo. Si sifas rezèvwa dlo a
fèmen, ki presyon dlo a nan fon veso a? g = 10 m/s2
Pembahasan
Li konnen ke:
Wotè (h) = 10 m
Dansite dlo (ρ) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg / m3
Presyon atmosferik (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1 x 105 (kg m/s2) / m2 = 1 x 105 Kg/ms2
Akselerasyon akòz gravite (g) = 10 m/s2
Kesyon: Presyon
Repons:
Veso a fèmen, kidonk presyon atmosferik la pa enkli nan kalkil yo.
Egzanp kesyon 3:
Wotè kolòn dlo a (adwat) = 50 cm, alòske wotè lòt kolòn likid lan (agoch) = 30 cm. Ki dansite lòt likid la?
Pembahasan
Li konnen ke:
Akselerasyon akòz gravite (g) = 10 m/s2
Nivo dlo (h)1) = 50cm
Dansite dlo (ρ1) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg / m3
Lòt wotè likid (h2) = 30cm
Dansite lòt likid (ρ2) =?
pa + ρ 1 gh 1 = pa + ρ 2 gh 2
Presyon atmosferik (Pa) ak akselerasyon gravitasyonèl (g) se menm bagay la, kidonk yo anile youn lòt.
Egzanp kesyon 4:
Anndan yon tib an vè gen yon likid ki mezire 10 cm wotè. Presyon dlo a nan fon tib la se 1200 N/m.2Si g = 10 m/s2Pa konsidere presyon lè a. Ki dansite likid la?
A. 800 kg/m²3
B. 900 kg/m²3
C. 1000 kg/m²3
D. 1200 kg/m²3
E. 1300 kg/m3
Diskisyon:
Li konnen :
Ketinggian likid (h) = 10 cm = 0,1 mèt
Presyon dlo (P) nan baz tib la = 1200 N/m2
Akselerasyon Gravite (g) = 10 m/s2
Mande :
Dansite likid?
Jawab :
Dansite likid la se 1200 kg/m3.
Repons ki kòrèk la se D.
Egzanp kesyon 5:
Mèki nan veso ki konekte yo gen yon diferans sifas 3 cm. Dansite mèki a = 13,6 gr/cm3Wotè likid ki nan tib ki agoch la se 10 cm. Ki dansite likid la?
A. 800 kg/m²3
B. 1030 kg/m²3
C. 1080 kg/m²3
D. 1300 kg/m²3
E. 1360 kg/m3
Diskisyon:
Li konnen :
Wotè (h) Mèki = 3 cm = 0,03 m
Dansite mèki = 13,6 gr/cm3 = 13600 kg / m3
Wotè (h) likid = 10 cm = 0,1 m
Mande :
Dansite likid?
Repons:
Sistèm nan nan yon eta ekilib estatik, kidonk presyon likid la (tib gòch la) = presyon mèki a (tib dwat la).
Plè + P.likid = Plè + P.mèki
Presyon lè a se menm bagay la, kidonk li elimine nan ekwasyon an.
P likid = P lè
Repons ki kòrèk la se C.
