Суюктуктун басымы

Суюктуктун басым материалы

Физикада басым бирдик аянтка туура келген күч катары аныкталат, мында күчтүн багыты беттик аянтка перпендикуляр. Математикалык жактан басым P = F/A теңдемеси менен туюнтулат, мында P = басым, F = күч жана A = беттик аянт. Күчтүн бирдиги (F) - Ньютон (N), аянттын бирдиги - чарчы метр (м)²). Басым – бул бирдик аянтка туура келген күч болгондуктан, басымдын бирдиги Н/м²N/m үчүн башка аталышы² Паскаль (Па). Паскаль басымды өлчөө бирдиги катары Блез Паскальдын урматына колдонулат.

Суюктук тынч турганда, ал тийип турган бүт бетке перпендикуляр күч көрсөтөт. Мисалы, стакандагы сууну карап көрөлү; суунун ар бир бөлүгү айнек дубалга перпендикуляр күч көрсөтөт. Ошондуктан, суунун ар бир бөлүгү ээлеген идиштин ар бир бирдик аянтына перпендикуляр күч көрсөтөт. Бул статикалык суюктуктун, тынч турган суюктуктун маанилүү касиети. Суюктук күч перпендикуляр эмес бетке күч тийгизгенде, бет перпендикуляр эмес, реакция күчүн көрсөтөт. Бул суюктуктун агышына алып келет. Бирок, чындыгында, суюктук тынч абалда калат. Ошондуктан, тынч турган суюктукта күч ар дайым ээлеген идиштин бетине перпендикуляр болот.

Тынч абалдагы суюктуктун дагы бир маанилүү касиети - ал ар дайым бардык багыттар боюнча басым жасайт. Муну жакшыраак түшүнүү үчүн, калкып жүргөн нерсени суу куюлган идишке салыңыз. Эгерде суу толугу менен кыймылсыз болсо, анда нерсе кыймылсыз бойдон калат, анткени анын бүт бетине жасалган басым бирдей. Эгерде суунун басымы бирдей болбосо, анда жалпы күч пайда болот, ал нерсенин кыймылдашына алып келет.

Тереңдиктин басымга тийгизген таасири

Тереңдик же бийиктик суюктуктун басымына кандай таасир этет? 10 метр тереңдиктеги деңиз суусунун басымы 100 метр тереңдиктеги деңиз суусунун басымы менен бирдейби? Сүрөттө көрсөтүлгөндөй, идиштеги суунун басымын карап көрөлү. Суюктук тилкесинин бийиктиги h, ал эми анын кесилиш аянты A. Идиштин түбүндөгү суунун басымы кандай?

w = суунун салмагы, h = цилиндр формасындагы идиштеги суу мамычанын бийиктиги, A = беттик аянт жана P - басым.

Маалымат:
w = тартылуу күчү
ρ = тыгыздык
м = масса
g = тартылуу күчүнөн улам ылдамдануу
V = hA = суюк мамычанын көлөмү (h = бийиктик, A = беттик аянт)

Эгерде биз аны басым теңдемесине кошсок, анда биз төмөнкүдөй алабыз:

p = ρ gh → 1-теңдеме (жабык контейнер)
p = pa + ρ gh → 2-теңдеме (ачык идиш)

Маалымат:
па = Атмосфералык басым
ρ gh = Гидростатикалык басым

Жогорудагы сүрөттө атмосфералык басым көрсөтүлгөн эмес, бирок чындыгында, эгерде суу куюлган идиш ачык болсо, атмосфералык басым суунун бетине да таасир этет, ал ылдый карай багытталган.

Жогорудагы теңдемеден улам, басым суюктуктун тыгыздыгына жана тереңдигине түз пропорционалдуу экени көрүнүп турат (гравитациялык ылдамдануу туруктуу бойдон калат). Суюктуктун тереңдиги жогорулаган сайын басым да жогорулайт. Суюктуктар үстүндөгү суюктуктун салмагынан улам дээрлик кысылбайт, ошондуктан суюктуктун тыгыздыгы туруктуу бойдон калат. Эгерде бийиктик айырмасы өтө чоң болсо (мисалы, өтө терең деңиз суусунда), тыгыздык бир аз өзгөрөт. Бирок, эгерде бийиктик айырмасы өтө чоң болбосо, суюктуктун тыгыздыгы негизинен бирдей же айырма ушунчалык кичинекей болгондуктан, аны эске албай коюуга болот.

Ошондой эле, жогорудагы теңдемени ар кандай тереңдиктердеги басым айырмасын эсептөө үчүн колдонсок болот. Жогорудагы теңдемени төмөнкүдөй кайра жазууга болот:

Атмосфералык басым

Сууга сүңгүп киргенде, бүт денебиз суу менен капталат. Канчалык терең сүңгсөк, ошончолук басым сезебиз. Чындыгында, күн сайын бизди атмосфера курчап турат, ал суу астында жүргөндөгүдөй эле денебиздин бардык бөлүктөрүнө тынымсыз басым жасайт. Деңиз суусундагыдай эле, Жердин бетин атмосферанын "түбүнө" салыштырууга болот. Эгер атмосфера да денебиздин бардык бөлүктөрүнө ар дайым басым жасай турганы чын болсо, анда эмне үчүн биз аны деңиздин түбүндө жүргөндөй сезбейбиз? Денебиздин клеткалары тышкы басым менен дээрлик бирдей ички басымды сактайт. Ошондуктан биз бул басым айырмасынын таасирин сезбейбиз.

Жердин атмосфералык басымы да бийиктикке жараша өзгөрөт. Бирок, атмосфералык басым суюктуктардыкынан бир аз айырмаланат. Суюктуктардын тыгыздыгынын өзгөрүшү тереңдиктеги кичинекей айырмачылыктар үчүн өтө аз, ошондуктан суюктуктардын тыгыздыгы бирдей деп эсептелет. Бул Жердин атмосферасынын тыгыздыгынан айырмаланат. Жердин атмосферасынын тыгыздыгы бийиктикке жараша бир топ өзгөрөт. Ар кандай бийиктиктердеги абанын тыгыздыгы ар кандай, андыктан жогорудагы теңдемени колдонуп, атмосфералык басымды эсептей албайбыз. Андан тышкары, бийиктикти өлчөөгө боло турган так атмосфералык чек жок. Атмосфералык басым да аба ырайына жараша өзгөрөт. Атмосфералык басымды аныктоо үчүн биз өлчөөлөрдү жүргүзөбүз.

Басымды өлчөө

Галилейдин окуучусу Эвангелиста Торричелли (1608–1647) 1643-жылы сымап барометрин колдонуп, атмосфералык басымды өлчөө ыкмасын иштеп чыккан. Барометр сымап менен толтурулган узун айнек түтүктөн турган. Сымап менен толтурулган айнек түтүк сымап менен толтурулган идишке тескери коюлган.

Сымап салынган айнек түтүктү оодарып салганда, түтүктүн учун сымап толтурбайт, анын ичинде басымы ушунчалык кичинекей болгондуктан, ал эске алынбайт (б.)₂ = 0). Пластинкадагы сымаптын бетинде ылдый багытталган атмосфералык басым бар (атмосфера плитадагы сымапты басат). Бул атмосфералык басым айнек түтүктөгү сымап мамычасын кармап турат. Сүрөттө атмосфералык басым p менен белгиленген._o Атмосфералык басымдын чоңдугун төмөнкү теңдеменин жардамы менен эсептөөгө болот:

p_o = ρ gh

Өлчөөнүн жыйынтыктарына таянып, деңиз деңгээлиндеги орточо атмосфералык басым 1,013 x 10 түзөт.⁵ Н / м²Деңиз деңгээлиндеги атмосфералык басымдын чоңдугу басымдын дагы бир бирдигин, тактап айтканда, атмосфераны (атмосфераны) аныктоо үчүн колдонулат. Ошентип, 1 атм = 1,013 x 10⁵ Н / м² = 101,3 кПа (кПа = килопаскаль). Басымдын дагы бир бирдиги - бул штанга (метеорологияда көп колдонулат). 1 штанга = 1,00 x 10⁵ Н / м² = 100 кПа.

Жогорудагы атмосфералык басымдын мааниси кантип алынат?
Өлчөө жогоруда Торричелли көрсөткөн принципти колдонот. Колдонулган сымап мамычасынын бийиктиги 76 см (атмосфералык басым бийиктиги 76,0 см гана болгон сымап мамычасын көтөрө алат), мында колдонулган сымаптын температурасы так 0гө барабар. ^oC жана гравитациялык ылдамдануунун чоңдугу 9,8 м/с²Бул шарттагы сымаптын тыгыздыгы 13,6 x 10³ кг / м³Атмосфералык басым:

Басым өлчөгүч

Ачык түтүктүү манометрди кошо алганда, басымды өлчөө үчүн көптөгөн шаймандар колдонулат.

Ачык түтүктүү манометрде, түтүк U формасында болгондо, түтүк жарым-жартылай суюктук (сымап же суу) менен толтурулат. Өлчөнгөн басым түтүккө салынган суюктуктардын эки бийиктигинин айырмасына байланыштуу. Басым төмөнкү теңдемени колдонуу менен эсептелет:

Жалпысынан алганда, ρ gh көбөйтүндүсү эмес, суюктуктун бийиктиги (h) эсептелет, анткени басым кээде сымаптын миллиметри (мм рт.ст.) же суунун миллиметри (мм рт.ст.) менен көрсөтүлөт.₂O). mm hg үчүн дагы бир аталышы - torr (Эвангелиста Торричеллинин элесине арналат).

Манометрлерден тышкары, башка өлчөөчү шаймандар да бар, атап айтканда, механикалык жана электрдик анероиддик барометрлер, анын ичинде дөңгөлөктөрдүн басымын өлчөгүчтөр ж.б. Торричелли тарабынан атмосфералык басымды өлчөө үчүн колдонулган аспап сымап барометри деп да аталат, мында айнек түтүк сымап менен толтурулуп, андан кийин сымап камтылган пластинага оодарылат.

Номиналдык басым, өлчөгүч басым жана абсолюттук басым

Унаанын дөңгөлөктөрүнө аба толтурууда, адатта, аба басымын өлчөгүч колдонулат. Бул дөңгөлөктүн басымынын өтө төмөн же өтө жогору эместигин камсыздайт. Дөңгөлөктөрдү аба менен толтурууда дөңгөлөктүн ичиндеги аба басымы гана өлчөнөт. Атмосфералык басым эске алынбайт. Дөңгөлөктүн басымын өлчөөдө гана эмес, башка басым өлчөөлөрдүн көпчүлүгүндө да атмосфералык басым өлчөнбөйт. Бул өлчөнгөн басым өлчөнгөн басым деп аталат. Ошентип, бул менен абсолюттук басымдын ортосунда кандай айырма бар?

Абсолюттук басым = атмосфералык басым + өлчөнгөн басым. Ошентип, абсолюттук басымды алуу үчүн, өлчөнгөн басымды атмосфералык басымга кошобуз. Башкача айтканда, абсолюттук басым = жалпы басым. Математикалык жактан муну төмөнкүдөй жазууга болот:

p = pa + p өлчөмү

Мисалы, эгерде биз өлчөгөн дөңгөлөктүн басымы = 100 кПа болсо, анда абсолюттук басым төмөнкүдөй болот:
p = pa + p өлчөмү
p = 101 кПа + 100 кПа
p = 201 кПа
Абсолюттук басым = 201 кПа.

Дагы бир термин бар: манометрдик басым, ошондой эле манометрдик басым деп да аталат. Манометрдик басым - бул атмосфералык басымдан жогору болгон ашыкча басым. Мисалы, мотоциклдин дөңгөлөгүнүн басымын карап көрөлү. Мотоциклдин дөңгөлөгүн бошотуу учурунда, дөңгөлөктүн ичиндеги басым атмосфералык басымга барабар (Атмосфералык басым = 1,01 x 105 Па = 101 кПа). Дөңгөлөк абага толгондо, дөңгөлөктүн басымы табигый түрдө жогорулайт. Дөңгөлөктүн басымы 101 кПа ашканда, ашыкча басым манометрдик басым деп да аталат.

Суюктуктун басымы боюнча мисал суроолор

1-мисал суроо:

Суу астында жүрүүчү кеме 200 метр тереңдикке чумкуйт. Суу астында жүрүүчү кеменин басымы кандай?
сууга секирүү? g = 10 м/с²
Талкуу
Белгилүү болгондой:
Тереңдиги (саат) = 200 м
Деңиз суунун тыгыздыгы (ρ) = 1,03 x 10³ кг / м³ = 1030 кг / м³ (тыгыздык таблицасын караңыз)
Атмосфералык басым (па) = 1 атм = 1 x 10⁵ Н / м² = 1 x 10⁵ (Кг м/с²)/м² = 1 x 10⁵ Кг/мс²
Тартылуу күчүнөн улам ылдамдануу (g) = 10 м/с²
Суроо: Басым
Жооп:

Контейнер ачык болгондуктан, атмосфералык басым эсептөөлөргө киргизилген эмес.

2-мисал суроо:

10 метр бийиктиктеги суу сактагыч сууга толгон. Эгерде суу сактагычтын бети
жабык болсо, идиштин түбүндөгү суунун басымы кандай? g = 10 м/с²
Талкуу
Белгилүү болгондой:
Бийиктиги (саат) = 10 м
Суунун тыгыздыгы (ρ) = 1,00 x 10³ кг / м³ = 1000 кг / м³
Атмосфералык басым (па) = 1 атм = 1 x 10⁵ Н / м² = 1 x 10⁵ (кг м/с²) / м² = 1 x 10⁵ Кг/мс²
Тартылуу күчүнөн улам ылдамдануу (g) = 10 м/с²
Суроо: Басым
Жооп:

Контейнер жабык болгондуктан, эсептөөлөргө атмосфералык басым кошулган эмес.

3-мисал суроо:

Суу мамычанын бийиктиги (оң жакта) = 50 см, ал эми экинчи суюктук мамычанын бийиктиги (сол жакта) = 30 см. Башка суюктуктун тыгыздыгы канча?

Талкуу
Белгилүү болгондой:
Тартылуу күчүнөн улам ылдамдануу (g) = 10 м/с²
Суунун деңгээли (саат)₁) = 50 см
Суунун тыгыздыгы (ρ₁) = 1,00 x 10³ кг / м³ = 1000 кг / м³
Башка суюктуктун бийиктиги (саат)₂) = 30 см
Башка суюктуктардын тыгыздыгы (ρ₂) =?

па + ρ₁ gh₁ = па + ρ₂ gh₂

Атмосфералык басым (Па) жана гравитациялык ылдамдануу (g) бирдей, ошондуктан алар жокко чыгарылат.

4-мисал суроо:

Айнек түтүктүн ичинде 10 см бийиктиктеги суюктук бар. Түтүктүн түбүндөгү суунун басымы 1200 Н/м.²Эгерде g = 10 м/с болсо²Абанын басымын эске албаңыз. Суюктуктун тыгыздыгы канча?
A. 800 кг/м³
B. 900 кг/м³
C. 1000 кг/м³
D. 1200 кг/м³
E. 1300 кг/м³
Талкуу:
Бул белгилүү :
Кетинггиан суюктук (саат) = 10 см = 0,1 метр
Суунун басымы (P) түтүктүн түбүндө = 1200 Н/м²
Тартылуу күчүнүн ылдамдануусу (g) = 10 м/с²
Суралган :
Тыгыздык суюктук?
Джаваб :

Тыгыздык суюктук 1200 кг/м3³.
Туура жооп - D.

5-мисал суроо:

Байланышкан идиштердеги сымаптын беттик айырмасы 3 см. Сымаптын тыгыздыгы = 13,6 гр/см2³Сол жактагы түтүкчөдөгү суюктуктун бийиктиги 10 см. Суюктуктун тыгыздыгы канча?
A. 800 кг/м³
B. 1030 кг/м³
C. 1080 кг/м³
D. 1300 кг/м³
E. 1360 кг/м³

Талкуу:
Бул белгилүү :
Меркурийдин бийиктиги (саат) = 3 см = 0,03 м
Сымаптын тыгыздыгы = 13,6 гр/см3³ = 13600 кг / м³
Суюктуктун бийиктиги (саат) = 10 см = 0,1 м
Суралган :
Тыгыздык суюктук?
Жооп:
Ошондуктан система статикалык тең салмактуулук абалында болот суюктук басымы (сол түтүк) = сымап басымы (оң түтүк)
P_аба + П_{суюктук} = P_аба + П_сымап
Абанын басымы бирдей, ошондуктан ал теңдемеден алынып салынат

P_{суюктук} = P_аба

Туура жооп - C.