Հեղուկի ճնշում

Հեղուկի ճնշման նյութ

Ֆիզիկայում ճնշումը սահմանվում է որպես ուժ մակերեսի միավորի վրա, որտեղ ուժի ուղղությունը ուղղահայաց է մակերեսի մակերեսին։ Մաթեմատիկորեն ճնշումը արտահայտվում է P = F/A հավասարմամբ, որտեղ P = ճնշում, F = ուժ և A = մակերեսի մակերես։ Ուժի միավորը (F) Նյուտոնն է (N), մակերեսի միավորը՝ քառակուսի մետրը (մ)։²Քանի որ ճնշումը ուժ է մակերեսի միավորի վրա, ճնշման միավորը Ն/մ է։²Ն/մ-ի մեկ այլ անվանում² պասկալն է (Pa): Պասկալը օգտագործվում է որպես ճնշման միավոր՝ ի պատիվ Բլեզ Պասկալի:

Երբ հեղուկը հանգստի վիճակում է, այն ուժ է գործադրում ուղղահայաց իր շփման մեջ գտնվող ամբողջ մակերեսին։ Օրինակ՝ դիտարկենք ջուրը բաժակի մեջ. ջրի յուրաքանչյուր մասը ուժ է գործադրում ուղղահայաց ապակե պատին։ Հետևաբար, ջրի յուրաքանչյուր մասը ուժ է գործադրում ուղղահայաց իր զբաղեցրած տարայի յուրաքանչյուր միավոր մակերեսին։ Սա ստատիկ հեղուկի՝ հանգստի վիճակում գտնվող հեղուկի կարևոր հատկություն է։ Երբ հեղուկը ուժ է գործադրում մակերեսի վրա, որտեղ ուժը ուղղահայաց չէ, մակերեսը կգործադրի ռեակցիայի ուժ, որը նույնպես ուղղահայաց չէ։ Սա կհանգեցնի հեղուկի հոսքին։ Սակայն, իրականում, հեղուկը մնում է հանգստի վիճակում։ Հետևաբար, հանգստի վիճակում գտնվող հեղուկում ուժը միշտ ուղղահայաց է իր զբաղեցրած տարայի մակերեսին։

Հանգստի վիճակում գտնվող հեղուկի մեկ այլ կարևոր հատկությունն այն է, որ այն միշտ ճնշում է գործադրում բոլոր ուղղություններով: Սա ավելի լավ հասկանալու համար լողացող մարմինը դրեք ջրով լի տարայի մեջ: Եթե ջուրը լիովին անշարժ է, մարմինը կմնա անշարժ, քանի որ նրա ամբողջ մակերեսին գործադրվող ճնշումը հավասար է: Եթե ջրի ճնշումը անհավասար է, ապա կլինի զուտ ուժ, որը կստիպի մարմնին շարժվել:

Խորության ազդեցությունը ճնշման վրա

Ինչպե՞ս է խորությունը կամ բարձրությունը ազդում հեղուկի ճնշման վրա: Արդյո՞ք ծովի ջրի ճնշումը 10 մետր խորության վրա նույնն է, ինչ ծովի ջրի ճնշումը 100 մետր խորության վրա: Դիտարկենք ջրի ճնշումը տարայի մեջ, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Հեղուկի սյան բարձրությունը h է, իսկ լայնական հատույթի մակերեսը՝ A: Որքա՞ն է ջրի ճնշումը տարայի հատակին:

w = ջրի քաշը, h = գլանաձև տարայի մեջ ջրի սյան բարձրությունը, A = մակերեսի մակերեսը, իսկ P-ն՝ ճնշումը։

Տեղեկություն:
w = ձգողականություն
ρ = խտություն
մ = զանգված
g = ձգողականության արագացում
V = hA = հեղուկ սյան ծավալը (h = բարձրություն, A = մակերես)

Եթե ​​այն ներառենք ճնշման հավասարման մեջ, կստանանք՝

p = ρgh → Հավասարում 1 (փակ տարա)
p = pa + ρgh → Հավասարում 2 (բաց տարա)

Տեղեկություն:
pa = մթնոլորտային ճնշում
ρgh = Հիդրոստատիկ ճնշում

Վերևում պատկերված նկարում մթնոլորտային ճնշումը պատկերված չէ, բայց իրականում, եթե ջուր պարունակող տարան բաց է, մթնոլորտային ճնշումը կգործի նաև ջրի մակերեսի վրա, որը ուղղված է դեպի ներքև։

Վերոնշյալ հավասարման հիման վրա, թվում է, թե ճնշումը ուղիղ համեմատական ​​է հեղուկի խտությանը և խորությանը (գրավիտացիոն արագացումը մնում է անփոփոխ): Հեղուկի խորության մեծացմանը զուգընթաց, ճնշումը նույնպես մեծանում է: Հեղուկները գրեթե անսեղմելի են իրենց վերևում գտնվող հեղուկի քաշի պատճառով, ուստի հեղուկի խտությունը մնում է անփոփոխ: Եթե բարձրության տարբերությունը շատ մեծ է (օրինակ՝ շատ խորը ծովային ջրում), խտությունը փոքր-ինչ տատանվում է: Սակայն, եթե բարձրության տարբերությունը չափազանց մեծ չէ, հեղուկի խտությունը էապես նույնն է, կամ տարբերությունն այնքան փոքր է, որ կարելի է անտեսել:

Մենք կարող ենք նաև օգտագործել վերը նշված հավասարումը՝ տարբեր խորություններում ճնշման տարբերությունը հաշվարկելու համար։ Վերը նշված հավասարումը կարող է վերաշարադրվել հետևյալ կերպ՝

Մթնոլորտային ճնշում

Երբ մենք սուզվում ենք ջրի տակ, մեր ամբողջ մարմինը պատված է ջրով։ Որքան խորն ենք սուզվում, այնքան մեծ է ճնշումը, որը մենք զգում ենք։ Իրականում, ամեն օր մենք նաև պատված ենք մթնոլորտով, որը անընդհատ ճնշում է գործադրում մեր մարմնի բոլոր մասերի վրա, ինչպես ջրի տակ գտնվելու ժամանակ։ Ինչպես ծովի ջրում, Երկրի մակերեսը կարելի է համեմատել մթնոլորտի «ծովի հատակի» հետ։ Եթե ճիշտ է, որ մթնոլորտը նույնպես միշտ ճնշում է գործադրում մեր մարմնի բոլոր մասերի վրա, ինչո՞ւ մենք դա չենք զգում, կարծես ծովի հատակում լինենք։ Մեր մարմնի բջիջները պահպանում են ներքին ճնշում, որը գրեթե նույնն է, ինչ արտաքին ճնշումը։ Ահա թե ինչու մենք չենք զգում այս ճնշման տարբերության ազդեցությունը։

Երկրի մթնոլորտային ճնշումը նույնպես փոխվում է բարձրության հետ։ Սակայն մթնոլորտային ճնշումը փոքր-ինչ տարբերվում է հեղուկների ճնշումից։ Հեղուկների խտության փոփոխությունը շատ փոքր է խորության փոքր տարբերությունների դեպքում, ուստի հեղուկների խտությունը ենթադրվում է նույնը։ Սա տարբերվում է Երկրի մթնոլորտի խտությունից։ Երկրի մթնոլորտի խտությունը զգալիորեն տարբերվում է բարձրության հետ։ Տարբեր բարձրություններում օդի խտությունը տարբեր է, ուստի մենք չենք կարող հաշվարկել մթնոլորտային ճնշումը՝ օգտագործելով վերը նշված հավասարումը։ Ավելին, չկա հստակ մթնոլորտային սահման, որից կարելի է չափել բարձրությունը։ Մթնոլորտային ճնշումը նույնպես փոխվում է եղանակից։ Մթնոլորտային ճնշումը որոշելու համար մենք չափումներ ենք կատարում։

Ճնշման չափում

Գալիլեյի աշակերտ Էվանգելիստա Տորիչելլին (1608–1647) 1643 թվականին մշակեց մթնոլորտային ճնշումը չափելու մեթոդ՝ օգտագործելով իր սնդիկային բարոմետրը։ Բարոմետրը բաղկացած էր սնդիկով լցված երկար ապակե խողովակից։ Սնդիկով լցված ապակե խողովակը շրջված էր սնդիկով լցված ամանի մեջ։

Երբ սնդիկ պարունակող ապակե խողովակը շրջում ենք գլխիվայր, խողովակի ծայրը լցված չէ սնդիկով, այն պարունակում է միայն սնդիկի գոլորշի, որի ճնշումն այնքան փոքր է, որ անտեսվում է (p₂ = 0)։ Սնդիկի մակերեսին թիթեղի մեջ կա մթնոլորտային ճնշում, որը ուղղված է դեպի ներքև (մթնոլորտը ճնշում է թիթեղի մեջ գտնվող սնդիկի վրա)։ Այս մթնոլորտային ճնշումը պահում է սնդիկի սյունը ապակե խողովակի մեջ։ Նկարում մթնոլորտային ճնշումը խորհրդանշվում է p-ով։_o Մթնոլորտային ճնշման մեծությունը կարելի է հաշվարկել հետևյալ հավասարման միջոցով՝

p_o = ρgh

Չափումների արդյունքների հիման վրա, ծովի մակարդակում միջին մթնոլորտային ճնշումը կազմում է 1,013 x 10⁵ N / մ²Ծովի մակարդակում մթնոլորտային ճնշման մեծությունը օգտագործվում է ճնշման մեկ այլ միավոր՝ ատմ (մթնոլորտ) սահմանելու համար։ Այսպիսով, 1 մթն = 1,013 x 10⁵ N / մ² = 101,3 կՊա (կՊա = կիլո պասկալ): Ճնշման մեկ այլ միավոր է բարը (հաճախ օգտագործվում է օդերևութաբանության մեջ): 1 բար = 1,00 x 10⁵ N / մ² = 100 կՊա։

Ինչպե՞ս է ստացվում վերը նշված մթնոլորտային ճնշման արժեքը։
Չափման համար օգտագործվում է վերևում Տորիչելլիի կողմից ցուցադրված սկզբունքը։ Օգտագործված սնդիկի սյան բարձրությունը 76 սմ է (մթնոլորտային ճնշումը կարող է պահել միայն այն սնդիկի սյունը, որի բարձրությունը ընդամենը 76,0 սմ է), որտեղ օգտագործված սնդիկի ջերմաստիճանը ճիշտ 0 է։ ^oC-ն է, իսկ գրավիտացիոն արագացման մեծությունը՝ 9,8 մ/վ։²Այս վիճակում սնդիկի խտությունը 13,6 x 10 է։³ կգ / մ³Մթնոլորտային ճնշում։

Ճնշման չափիչ

Ճնշումը չափելու համար օգտագործվում են բազմաթիվ գործիքներ, այդ թվում՝ բաց խողովակային մանոմետրը։

Բաց խողովակով մանոմետրում, որտեղ խողովակը U-աձև է, խողովակը մասամբ լցված է հեղուկով (սնդիկ կամ ջուր): Չափված ճնշումը կապված է խողովակի մեջ մտցված հեղուկների երկու բարձրությունների տարբերության հետ: Ճնշումը հաշվարկվում է հետևյալ հավասարման միջոցով.

Ընդհանուր առմամբ, հաշվարկվում է ոչ թե ρ gh-ի արտադրյալը, այլ հեղուկի բարձրությունը (h), քանի որ ճնշումը երբեմն արտահայտվում է սնդիկի սյան միլիմետրերով (մմ Hg) կամ ջրի միլիմետրերով (մմ Hg):₂O)։ Մմ ս.ս.-ի մեկ այլ անվանում է տորը (Էվանգելիստա Տորիչելիի հիշատակին)։

Մանոմետրերից բացի, կան նաև այլ չափիչ գործիքներ, մասնավորապես՝ աներոիդ բարոմետրեր, թե՛ մեխանիկական, թե՛ էլեկտրական, այդ թվում՝ անվադողերի ճնշման չափիչներ և այլն: Տորիչելլիի կողմից մթնոլորտային ճնշումը չափելու համար օգտագործվող գործիքը կոչվում է նաև սնդիկային բարոմետր, որտեղ ապակե խողովակը լցվում է սնդիկով, ապա շրջվում է թիթեղի մեջ, որը նույնպես պարունակում է սնդիկ:

Գնահատված ճնշում, չափիչ ճնշում և բացարձակ ճնշում

Տրանսպորտային միջոցների անվադողերը օդով լցնելիս սովորաբար օգտագործվում է օդի ճնշման չափիչ։ Սա ապահովում է, որ անվադողերի ճնշումը ո՛չ չափազանց ցածր լինի, ո՛չ էլ չափազանց բարձր։ Անվադողերը օդով լցնելիս չափվում է միայն անվադողի ներսում օդի ճնշումը։ Մթնոլորտային ճնշումը հաշվի չի առնվում։ Ոչ միայն անվադողերի ճնշումը չափելիս, այլև ճնշման մյուս չափումների մեծ մասում մթնոլորտային ճնշումը չի չափվում։ Այս չափված ճնշումը կոչվում է չափված ճնշում։ Այսպիսով, ո՞րն է տարբերությունը այս և բացարձակ ճնշման միջև։

Բացարձակ ճնշում = մթնոլորտային ճնշում + չափված ճնշում։ Այսպիսով, բացարձակ ճնշումը ստանալու համար չափված ճնշումը գումարում ենք մթնոլորտային ճնշմանը։ Այլ կերպ ասած՝ բացարձակ ճնշում = ընդհանուր ճնշում։ Մաթեմատիկորեն սա կարելի է գրել հետևյալ կերպ՝

p = pa + p չափ

Օրինակ, եթե չափված անվադողերի ճնշումը = 100 կՊա է, ապա բացարձակ ճնշումը կլինի՝
p = pa + p չափ
p = 101 կՊա + 100 կՊա
p = 201 կՊա
Բացարձակ ճնշում = 201 կՊա։

Կա մեկ այլ տերմին՝ չափիչ ճնշում, որը հայտնի է նաև որպես չափիչ ճնշում: Չափիչ ճնշումը մթնոլորտային ճնշումից բարձր ավելորդ ճնշումն է: Օրինակ, դիտարկենք մոտոցիկլետի անվադողերի ճնշումը: Երբ մոտոցիկլետի անվադողը փչվում է, անվադողի ներսում ճնշումը հավասար է մթնոլորտային ճնշմանը (Մթնոլորտային ճնշում = 1,01 x 105 Պա = 101 կՊա): Երբ անվադողը լցվում է օդով, անվադողերի ճնշումը բնականաբար մեծանում է: Երբ անվադողերի ճնշումը գերազանցում է 101 կՊա-ն, ավելորդ ճնշումը կոչվում է նաև չափիչ ճնշում:

Հեղուկի ճնշման օրինակելի հարցեր

Օրինակ հարց 1:

Սուզանավը սուզվում է մինչև 200 մետր խորություն։ Ի՞նչ ճնշման տակ է սուզանավը։
սուզումը՞ g = 10 մ/վ²
Քննարկում
Հայտնի է, որ՝
Խորությունը (h) = 200 մ
Ծովի ջրի խտությունը (ρ) = 1,03 x 10³ կգ / մ³ = 1030 կգ/մ³ (տե՛ս խտության աղյուսակը)
Մթնոլորտային ճնշում (պահ) = 1 մթնոլորտ = 1 x 10⁵ N / մ² = 1 x 10⁵ (կգ մ/վ²)/մ² = 1 x 10⁵ Կգ/մվ²
Ձգողականության արագացում (g) = 10 մ/վ²
Հարց՝ Ճնշում
Պատասխան՝

Տարան բաց է, ուստի մթնոլորտային ճնշումը հաշվարկներում չի ներառվում։

Օրինակ հարց 2:

10 մետր բարձրությամբ ջրամբարը լցված է ջրով։ Եթե ջրամբարի մակերեսը
փակ է, որքա՞ն է ջրի ճնշումը տարայի հատակին։ g = 10 մ/վ²
Քննարկում
Հայտնի է, որ՝
Բարձրություն (բ) = 10 մ
Ջրի խտությունը (ρ) = 1,00 x 10³ կգ / մ³ = 1000 կգ/մ³
Մթնոլորտային ճնշում (պահ) = 1 մթնոլորտ = 1 x 10⁵ N / մ² = 1 x 10⁵ (կգ մ/վ²) / մ² = 1 x 10⁵ Կգ/մվ²
Ձգողականության արագացում (g) = 10 մ/վ²
Հարց՝ Ճնշում
Պատասխան՝

Տարան փակ է, ուստի մթնոլորտային ճնշումը հաշվարկներում չի ներառվում։

Օրինակ հարց 3:

Ջրի սյան բարձրությունը (աջ) = 50 սմ է, մինչդեռ մյուս հեղուկի սյան բարձրությունը (ձախ) = 30 սմ է։ Որքա՞ն է մյուս հեղուկի խտությունը։

Քննարկում
Հայտնի է, որ՝
Ձգողականության արագացում (g) = 10 մ/վ²
Ջրի մակարդակ (ժամ)₁) = 50 սմ
Ջրի խտությունը (ρ₁) = 1,00 x 10³ կգ / մ³ = 1000 կգ/մ³
Այլ հեղուկի բարձրություն (ժ)₂) = 30 սմ
Այլ հեղուկների խտությունը (ρ₂) =?

պա + ρ₁ գհ₁ = pa + ρ₂ գհ₂

Մթնոլորտային ճնշումը (Պա) և գրավիտացիոն արագացումը (g) նույնն են, հետևաբար դրանք չեզոքանում են։

Օրինակ հարց 4:

Ապակե խողովակի ներսում կա 10 սմ բարձրությամբ հեղուկ։ Խողովակի հատակին ջրի ճնշումը 1200 Ն/մ է։²Եթե ​​g = 10 մ/վրկ²Անտեսեք օդային ճնշումը։ Որքա՞ն է հեղուկի խտությունը։
Ա. 800 կգ/մ³
Բ. 900 կգ/մ³
Գ. 1000 կգ/մ³
Դ. 1200 կգ/մ³
Ե. 1300 կգ/մ³
Քննարկում.
Հայտնի է :
Քեթինգյան հեղուկ (ժ) = 10 սմ = 0,1 մետր
Ջրի ճնշում (P) խողովակի հիմքում = 1200 Ն/մ²
Ձգողականության արագացում (գ) = 10 մ/վրկ²
Հարցրեց :
Խտություն հեղուկ՞
Ջավաբ :

Խտություն հեղուկի պարունակությունը՝ 1200 կգ/մ²³.
Ճիշտ պատասխանը Դ-ն է։

Օրինակ հարց 5:

Միացված անոթներում սնդիկի մակերեսային տարբերությունը 3 սմ է։ Սնդիկի խտությունը = 13,6 գ/սմ³Ձախ կողմում գտնվող խողովակի մեջ հեղուկի բարձրությունը 10 սմ է։ Որքա՞ն է հեղուկի խտությունը։
Ա. 800 կգ/մ³
Բ. 1030 կգ/մ³
Գ. 1080 կգ/մ³
Դ. 1300 կգ/մ³
Ե. 1360 կգ/մ³

Քննարկում.
Հայտնի է :
Մերկուրիի բարձրությունը (h) = 3 սմ = 0,03 մ
Սնդիկի խտությունը = 13,6 գ/սմ³ = 13600 կգ/մ³
Հեղուկի բարձրությունը (h) = 10 սմ = 0,1 մ
Հարցրեց :
Խտություն հեղուկ՞
Պատասխան՝
Համակարգը գտնվում է ստատիկ հավասարակշռության վիճակում, հետևաբար հեղուկի ճնշում (ձախ խողովակ) = սնդիկի ճնշում (աջ խողովակ)
P_օդ + P_հեղուկ = Պ_օդ + P_սնդիկ
Օդի ճնշումը նույնն է, ուստի այն հանվում է հավասարումից

P_հեղուկ = Պ_օդ

Ճիշտ պատասխանը C-ն է։