Притисок на течноста

Материјал за притисок на флуид

Во физиката, притисокот се дефинира како сила по единица површина, каде што насоката на силата е нормална на површината. Математички, притисокот се изразува со равенката P = F/A, каде што P = притисок, F = сила и A = површина. Единицата за сила (F) е Њутн (N), единицата за површина е квадратни метри (m²Бидејќи притисокот е сила по единица површина, единицата за притисок е N/m²Друго име за N/m² е паскалот (Pa). Паскалот се користи како единица за притисок во чест на Блез Паскал.

Кога флуидот е во мирување, тој врши сила нормална на целата површина со која е во контакт. На пример, земете ја предвид водата во чаша; секој дел од водата врши сила нормална на стаклениот ѕид. Затоа, секој дел од водата врши сила нормална на секоја единица површина од садот што го зафаќа. Ова е важно својство на статична флуид, флуид во мирување. Кога флуидот врши сила на површина, каде што силата не е нормална, површината ќе врши сила на реакција, исто така не нормална. Ова ќе предизвика флуидот да тече. Меѓутоа, во реалноста, флуидот останува во мирување. Затоа, во флуид во мирување, силата е секогаш нормална на површината на садот што го зафаќа.

Друго важно својство на флуидот во мирување е тоа што тој секогаш врши притисок во сите правци. За подобро да го разберете ова, ставете лебдечки објект во сад со вода. Ако водата е целосно мирна, објектот ќе остане неподвижен бидејќи притисокот што се врши на целата негова површина е еднаков. Ако притисокот на водата е нееднаков, ќе има нето сила, која ќе предизвика објектот да се движи.

Влијание на длабочината врз притисокот

Како длабочината или висината влијаат врз притисокот на флуидот? Дали притисокот на морската вода на длабочина од 10 метри е ист како и притисокот на морската вода на длабочина од 100 метри? Да го разгледаме притисокот на водата во сад како што е прикажано на сликата. Висината на течната колона е h, а нејзиниот напречен пресек е A. Колкав е притисокот на водата на дното на садот?

w = тежина на водата, h = висина на водениот столб во цилиндричен сад, A = површина и P е притисок.

Информации:
w = гравитација
ρ = густина
м = маса
g = забрзување поради гравитацијата
V = hA = волумен на течната колона (h = висина, A = површина)

Ако го вклучиме во равенката за притисок, добиваме:

p = ρgh → Равенка 1 (затворен сад)
p = pa + ρgh → Равенка 2 (отворен сад)

Информации:
pa = Атмосферски притисок
ρgh = Хидростатски притисок

На сликата погоре, атмосферскиот притисок не е прикажан, но всушност, ако садот што содржи вода е отворен, атмосферскиот притисок ќе дејствува и на површината на водата, која е насочена надолу.

Врз основа на горенаведената равенка, се чини дека притисокот е директно пропорционален на густината и длабочината на течноста (гравитационото забрзување останува константно). Како што се зголемува длабочината на течноста, се зголемува и притисокот. Течностите се речиси некомпресибилни поради тежината на течноста над нив, па затоа густината на течноста останува константна. Ако разликата во висината е многу голема (на пример, во многу длабока морска вода), густината малку варира. Меѓутоа, ако разликата во висината не е преголема, густината на течноста е во суштина иста или разликата е толку мала што може да се игнорира.

Исто така, можеме да ја користиме горенаведената равенка за да ја пресметаме разликата во притисокот на различни длабочини. Горенаведената равенка може да се препише како:

Атмосферски притисок

Кога нуркаме под вода, целото наше тело е обвиткано со вода. Колку подлабоко нуркаме, толку поголем притисок чувствуваме. Всушност, секој ден сме обвиткани и од атмосферата, која постојано притиска врз сите делови од нашето тело, исто како кога сме под вода. Исто како во морската вода, површината на Земјата може да се спореди со „морското дно“ на атмосферата. Ако е вистина дека атмосферата исто така притиска врз сите делови од нашето тело во секое време, зошто не ја чувствуваме, како да сме на дното на морето? Клетките на нашето тело одржуваат внатрешен притисок кој е речиси ист како и надворешниот притисок. Затоа не ги чувствуваме ефектите од оваа разлика во притисокот.

Атмосферскиот притисок на Земјата исто така се менува со надморската височина. Сепак, атмосферскиот притисок малку варира од оној на течностите. Промената на густината на течностите е многу мала за мали разлики во длабочината, па затоа се претпоставува дека густината на течностите е иста. Ова е различно од густината на атмосферата на Земјата. Густината на атмосферата на Земјата значително варира со надморската височина. Густината на воздухот на различни надморски височини е различна, па затоа не можеме да го пресметаме атмосферскиот притисок користејќи ја равенката добиена погоре. Понатаму, не постои јасна атмосферска граница од која може да се мери надморската височина. Атмосферскиот притисок исто така варира со времето. За да го одредиме атмосферскиот притисок, земаме мерења.

Мерење на притисок

Евангелиста Торичели (1608–1647), ученик на Галилео, развил метод за мерење на атмосферскиот притисок во 1643 година користејќи го својот живин барометар. Барометарот се состоел од долга стаклена цевка исполнета со жива. Стаклената цевка исполнета со жива била превртена во сад исто така исполнет со жива.

Кога стаклена цевка што содржи жива ќе се преврти наопаку, крајот на цевката не е исполнет со жива, туку содржи само живина чиј притисок е толку мал што се игнорира (p₂ = 0). На површината на живата во плочата, постои атмосферски притисок кој е насочен надолу (атмосферата притиска врз живата во плочата). Овој атмосферски притисок ја поддржува живата колона во стаклената цевка. На сликата, атмосферскиот притисок е симболизиран со p_o Големината на атмосферскиот притисок може да се пресмета со помош на равенката:

p_o = ρgh

Врз основа на резултатите од мерењето, просечниот атмосферски притисок на ниво на морето е 1,013 x 10⁵ N / m²Големината на атмосферскиот притисок на ниво на морето се користи за дефинирање на друга единица за притисок, имено atm (атмосфера). Значи, 1 atm = 1,013 x 10⁵ N / m² = 101,3 kPa (kPa = килопаскал). Друга единица за притисок е барот (често се користи во метеорологијата). 1 бар = 1,00 x 10⁵ N / m² = 100 kPa.

Како се добива горенаведената вредност на атмосферскиот притисок?
Мерењето го користи принципот што го демонстрираше Торичели погоре. Висината на живината колона што се користи е 76 см (атмосферскиот притисок може да издржи само живина колона што е висока само 76,0 см), каде што температурата на живата што се користи е точно 0. ^oC, а големината на гравитационото забрзување е 9,8 m/s²Густината на живата во оваа состојба е 13,6 x 10³ kg / m³Атмосферски притисок:

Манометар

Постојат многу алатки што се користат за мерење на притисок, вклучувајќи го и манометарот со отворена цевка.

Во манометар со отворена цевка, каде што цевката е во облик на буквата U, цевката е делумно исполнета со течност (жива или вода). Измерениот притисок е поврзан со разликата во двете висини на течностите вметнати во цевката. Притисокот се пресметува со помош на равенката:

Општо земено, не се пресметува производот од ρgh, туку висината на течноста (h), бидејќи притисокот понекогаш се изразува во милиметри живин столб (mm Hg) или милиметри вода (mm Hg).₂О). Друго име за mm hg е torr (во спомен на Евангелиста Торичели).

Освен манометрите, постојат и други мерни инструменти, имено анероидни барометри, и механички и електрични, вклучувајќи манометри за притисок во гуми итн. Инструментот што го користи Торичели за мерење на атмосферскиот притисок се нарекува и живин барометар, каде што стаклена цевка се полни со жива, а потоа се превртува во плоча што исто така содржи жива.

Номинален притисок, манометарски притисок и апсолутен притисок

При полнење на гумите на возилата со воздух, обично се користи манометар за притисок на воздухот. Ова осигурува дека притисокот во гумите не е ниту пренизок ниту превисок. При полнење на гумите со воздух, се мери само притисокот на воздухот во гумата. Атмосферскиот притисок не се зема предвид. Не само при мерење на притисокот во гумите, туку и при повеќето други мерења на притисокот, атмосферскиот притисок не се мери. Овој измерен притисок се нарекува измерен притисок. Значи, која е разликата помеѓу овој и апсолутниот притисок?

Апсолутен притисок = атмосферски притисок + измерен притисок. Значи, за да го добиеме апсолутниот притисок, го додаваме измерениот притисок на атмосферскиот притисок. Со други зборови, апсолутен притисок = вкупен притисок. Математички, ова може да се запише како:

p = pa + p мерка

На пример, ако притисокот во гумите што го мериме е 100 kPa, тогаш апсолутниот притисок е:
p = pa + p мерка
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
Апсолутниот притисок = 201 kPa.

Постои уште еден термин: притисок на манометар, познат и како притисок на манометар. Притисокот на манометар е вишокот притисок над атмосферскиот притисок. На пример, земете го притисокот во гумите на мотоцикл. Кога гумата на мотоцикл е издишана, притисокот во гумата е еднаков на атмосферскиот притисок (Атмосферски притисок = 1,01 x 105 Pa = 101 kPa). Кога гумата е наполнета со воздух, притисокот во гумите природно се зголемува. Кога притисокот во гумите надминува 101 kPa, вишокот притисок се нарекува и притисок на манометар.

Пример за прашања за притисок на флуид

Пример прашање 1:

Подморница нурка до длабочина од 200 метри. Колкав е притисокот што го доживува подморницата?
нуркањето? g = 10 m/s²
Дискусија
Познато е дека:
Длабочина (ч) = 200 м
Густина на морската вода (ρ) = 1,03 x 10³ kg / m³ = 1030 kg/m³ (видете ја табелата со густина)
Атмосферски притисок (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ N / m² = 1 х 10⁵ (Кг м/с²)/м² = 1 х 10⁵ Кг/мл²
Забрзување поради гравитација (g) = 10 m/s²
Прашано: Притисок
Одговор:

Контејнерот е отворен, па атмосферскиот притисок не е вклучен во пресметките.

Пример прашање 2:

Резервоар за вода висок 10 метри е исполнет со вода. Ако површината на резервоарот за вода е
затворено, каков е притисокот на водата на дното од садот? g = 10 m/s²
Дискусија
Познато е дека:
Висина (в) = 10 м
Густина на водата (ρ) = 1,00 x 10³ kg / m³ = 1000 kg/m³
Атмосферски притисок (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ N / m² = 1 х 10⁵ (кг м/с²) / м² = 1 х 10⁵ Кг/мл²
Забрзување поради гравитација (g) = 10 m/s²
Прашано: Притисок
Одговор:

Контејнерот е затворен, така што атмосферскиот притисок не е вклучен во пресметките.

Пример прашање 3:

Висината на водениот столб (десно) = 50 см, додека висината на другиот течен столб (лево) = 30 см. Колкава е густината на другата течност?

Дискусија
Познато е дека:
Забрзување поради гравитација (g) = 10 m/s²
Ниво на водата (ч₁) = 50 см
Густина на водата (ρ₁) = 1,00 x 10³ kg / m³ = 1000 kg/m³
Висина на друга течност (ч₂) = 30 см
Густина на други течности (ρ₂) =?

па + ρ₁ gh₁ = па + ρ₂ gh₂

Атмосферскиот притисок (Pa) и гравитационото забрзување (g) се исти, па затоа се поништуваат.

Пример прашање 4:

Внатре во стаклена цевка има течност висока 10 см. Притисокот на водата на дното на цевката е 1200 N/m.²Ако g = 10 m/s²Игнорирајте го воздушниот притисок. Колкава е густината на течноста?
А. 800 кг/м³
Б. 900 кг/м³
C. 1000 кг/м³
Д. 1200 кг/м³
Е. 1300 кг/м³
Дискусија:
Тоа е познато :
Кетингијан течност (ч) = 10 см = 0,1 метри
Притисок на водата (P) во основата на цевката = 1200 N/m²
Забрзување на гравитацијата (g) = 10 m/s²
Праша :
Густина течност?
Џаваб :

Густина течноста е 1200 кг/м³.
Точниот одговор е Д.

Пример прашање 5:

Живата во поврзани садови има површинска разлика од 3 cm. Густината на живата = 13,6 gr/cm³Висината на течноста во цевката лево е 10 см. Колкава е густината на течноста?
А. 800 кг/м³
Б. 1030 кг/м³
C. 1080 кг/м³
Д. 1300 кг/м³
Е. 1360 кг/м³

Дискусија:
Тоа е познато :
Висина (в) на Меркур = 3 см = 0,03 м
Густина на жива = 13,6 g/cm³ = 13600 kg/m³
Висина (ч) на течноста = 10 см = 0,1 м
Праша :
Густина течност?
Одговор:
Системот е во состојба на статичка рамнотежа, па затоа притисок на течноста (лева цевка) = притисок на жива (десна цевка)
P_{воздухот} + П._{течност} = P_{воздухот} + П._жива
Воздушниот притисок е ист, па затоа е елиминиран од равенката

P_{течност} = P_{воздухот}

Точниот одговор е Ц.