Artiklu dwar il-Pressjoni fil-fluwidi
Fil -fiżika, il-pressjoni hija definita bħala forza għal kull unità ta' erja, fejn id-direzzjoni tal-forza hija perpendikolari għall-erja tal-wiċċ. Matematikament, il-pressjoni hija espressa bl-ekwazzjoni P = F / A, fejn P = pressjoni, F = forza u A = erja tal-wiċċ. L-unità tal-forza (F) hija Newton (N), l-unità tal-erja hija l-metru kwadru (m2 ) . Minħabba li l-pressjoni hija l-forza għal kull unità ta' erja, l-unità tal-pressjoni hija N/m2 . Isem ieħor għal N/m2 huwa Pascal (Pa). Pascal intuża bħala unità ta' pressjoni biex jonora lil Blaise Pascal.
Meta l-fluwidu jkun mistrieħ, il-fluwidu jipprovdi forza li hija perpendikolari għall-wiċċ kollu tal-kuntatt. Pereżempju, nirrevedu l-ilma fil-ħġieġ; kull parti tal-ilma tipprovdi forza b'direzzjoni perpendikolari għall-ħajt tal-ħġieġ. Għalhekk kull sezzjoni tal-ilma tipprovdi forza perpendikolari għal kull unità ta' erja tal-kontenitur li tokkupa. Din hija waħda mill-proprjetajiet essenzjali tal-fluwidu statiku. Meta l-fluwidu jeżerċita forza ta' azzjoni fuq il-wiċċ, fejn id-direzzjoni tal-forza mhijiex perpendikolari, il-wiċċ jagħti forza ta' reazzjoni li d-direzzjoni tagħha mhijiex perpendikolari. Dan jikkawża li l-fluwidu jiċċirkola. Iżda l-fluwidu jkun mistrieħ. Għalhekk il-konklużjoni hija li, fi fluwidu stazzjonarju, id-direzzjoni tal-forza hija dejjem perpendikolari għall-wiċċ tal-kontenitur.
Proprjetà importanti oħra tal-fluwidu statiku hija li l-fluwidu dejjem jeżerċita pressjoni fid-direzzjonijiet kollha. Biex tifhem aħjar din l-ispjegazzjoni, daħħal oġġett li jista' jżomm f'wiċċ l-ilma f'kontenitur. Jekk l-ilma jkun wieqaf, allura l-oġġett mhux qed jiċċaqlaq għax l-istess pressjoni taħdem fuq il-wiċċ kollu tal-oġġett. Jekk il-pressjoni tal-ilma ma tkunx l-istess, allura jkun hemm forza totali, li tikkawża li l-oġġett jiċċaqlaq.
[irp]
L-effett tal-fond fuq il-pressjoni
Kif jaffettwa l-fond jew l-għoli l-pressjoni tal-fluwidu? Il-pressjoni tal-ilma baħar f'fond ta' 10 metri hija l-istess bħall-pressjoni tal-ilma baħar f'fond ta' 100 metru? Ejja nirrevedu l-pressjoni tal-ilma f'kontenitur kif muri fil-figura. L-għoli tal-kolonna tal-likwidu huwa h u l-erja trasversali hija A. X'inhi l-pressjoni tal-ilma fil-qiegħ tal-kontenitur?
w = piż tal-ilma, h = għoli tal-kolonna tal-ilma f'kontenitur ċilindriku, A = erja tal-wiċċ, u P hija l-pressjoni.
Il-massa tal-kolonna likwida hija:
ρ = m/V
m = ρV
m = ρhA
Il-piż tal-kolonna likwida huwa:
w = mg = ρhAg
w = piż, ρ = densità, m = massa, g = aċċelerazzjoni tal-gravità, V = h A = volum tal-likwidu (h = għoli, A = erja tal-wiċċ)
Jekk l-ekwazzjoni ta' hawn fuq tiddaħħal fl-ekwazzjoni tal-pressjoni:
p = ρ gh → Ekwazzjoni 1 (kontenitur magħluq)
p = pa + ρ gh → Ekwazzjoni 2 (kontenitur miftuħ)
pa = pressjoni atmosferika, ρ gh = pressjoni idrostatika
Jekk il-kontenitur miftuħ ikun fih l-ilma, il-pressjoni atmosferika tkun diretta 'l isfel fuq il-wiċċ tal-ilma.
Abbażi tal-ekwazzjoni ta' hawn fuq, il-pressjoni hija direttament proporzjonali għad-densità u l-fond tal-likwidu (l-aċċelerazzjoni tal-gravità hija kostanti).
Jekk id-differenza fl-għoli hija enormi (pereżempju f'ilma baħar fond ħafna), id-densità hija kemxejn differenti. Imma jekk id-differenza fl-għoli mhijiex sinifikanti wisq, bażikament id-densità tal-likwidu hija l-istess, jew id-differenza hija tant żgħira li tiġi injorata.
Nistgħu nużaw ukoll l-ekwazzjoni ta' hawn fuq biex nikkalkulaw id-differenza fil-pressjoni f'kull fond differenti. L-ekwazzjoni ta' hawn fuq tinkiteb mill-ġdid:
Δp = ρg Δh
Δp = differenza fil-pressjoni, Δh = differenza fl-għoli
[irp]
Pressjoni atmosferika
Meta ngħaddsu fl-ilma, il-partijiet kollha ta’ ġisimna jkunu mgħottija bl-ilma. Iktar ma ngħaddsu fil-fond, iktar tkun kbira l-pressjoni li nħossu. Kuljum inkunu mgħottija wkoll mill-atmosfera li dejjem trażżan il-partijiet kollha ta’ ġisimna bħal meta nkunu fl-ilma. Bħal fl-ilma baħar, il-wiċċ tad-dinja jista’ jitqabbel mal-atmosfera “bbażata fuq il-baħar”. Jekk l-atmosfera trażżan il-partijiet kollha ta’ ġisimna fi kwalunkwe ħin, għaliex ma nħossuxha, bħallikieku konna fil-qiegħ tal-baħar? Iċ-ċelloli ta’ ġisimna jżommu pressjoni interna li hija kważi l-istess bħall-pressjoni esterna. Dan iġegħelna ma nħossux l-effetti ta’ dawn id-differenzi fil-pressjoni.
Il-pressjoni atmosferika tad-Dinja tinbidel ukoll bl-għoli. Iżda l-pressjoni atmosferika tad-Dinja hija differenti minn dik tal-likwidu. Il-bidliet fid-densità tal-likwidi huma żgħar ħafna għal differenzi fil-fond li mhumiex kbar ħafna u għalhekk id-densità tal-likwidu titqies l-istess. Dan huwa differenti mill-massa tal-atmosfera tad-Dinja. Il-massa tal-atmosfera tad-Dinja tvarja konsiderevolment bl-altitudni. Id-densità tal-arja f'kull altitudni tvarja u għalhekk ma nistgħux nikkalkulaw il-pressjoni atmosferika bl-użu tal-ekwazzjonijiet li ġew derivati hawn fuq. Barra minn hekk, m'hemm l-ebda limitu fuq l-atmosfera li minnha jistgħu jitkejlu l-għoli. Il-pressjoni atmosferika tvarja wkoll bit-temp. Biex niddeterminaw il-pressjoni atmosferika, nieħdu kejl.
Kejl tal-Pressjoni
Evangelista Torricelli (1608-1647), student ta’ Galileo, sab mod kif ikejjel il-pressjoni atmosferika fl-1643 bl-użu tal-barometru tal-merkurju tax-xogħol tiegħu. Il-barometru huwa tubu twil tal-ħġieġ, li fih it-tubu jimtela bil-merkurju. Ukoll, it-tubu tal-ħġieġ li fih il-merkurju huwa maqlub f’dixx li jkun ukoll mimli bil-merkurju.
Meta pajp tal-ħġieġ li fih il-merkurju jiġi maqlub, it-tarf tat-tubu ma jimteliex bil-merkurju; il-kontenut huwa biss fwar tal-merkurju, il-pressjoni hija tant żgħira li tiġi injorata (p2 = 0). Fuq il-wiċċ tal-merkurju li jinsab ġewwa l-pjanċa, hemm pressjoni atmosferika li hija diretta 'l isfel (l-atmosfera tagħfas il-merkurju fuq il-pjanċa). Il-pressjoni atmosferika żżomm il-kolonna tal-merkurju fil-pajp tal-ħġieġ. Fil-figura, il-pressjoni atmosferika hija rappreżentata minn po. L-ammont ta' pressjoni atmosferika jista' jiġi kkalkulat bl-użu tal-ekwazzjoni:
p o = ρ gh
Abbażi tar-riżultati tal-kejl, il-medja tal-pressjoni atmosferika fil-livell tal-baħar hija 1.013 x 10 5 N/m 2 . L-ammont ta' pressjoni atmosferika fil-livell tal-baħar jintuża biex jiddefinixxi unitajiet oħra ta' pressjoni, jiġifieri atm (atmosfera). Għalhekk 1 atm = 1.013 x 10 5 N/m 2 = 101.3 kPa (kPa = kilo pascals). Unità oħra ta' pressjoni hija bar (spiss użata fil-meteoroloġija). 1 bar = 1.00 x 10 5 N / m 2 = 100 kPa.
[irp]
Kif tinkiseb il-pressjoni atmosferika ta' hawn fuq?
Il-kejl juża l-prinċipji murija minn Torricelli hawn fuq. L-għoli tal-kolonna tal-merkurju użat huwa ta' 76 ċm (il-pressjoni atmosferika tista' żżomm biss il-kolonna tal-merkurju li tilħaq biss 76.0 ċm fl-għoli), fejn it-temperatura tal-merkurju tintuża eżattament 0 ° C u l-kobor tal-aċċelerazzjoni tal-gravità huwa ta' 9.8 m/s² . Il-massa tal-merkurju f'din il-kundizzjoni hija ta' 13.6 x 10³ kg /m³ . Pressjoni atmosferika:
p o = ρ gh
p o = (13.6 x 10³ kg/m³ ) (9.8 m/s² ) (76 ċm)
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
Għodda tal-pressjoni
Hemm ħafna għodod użati biex titkejjel il-pressjoni, inklużi manometri b'tubi miftuħa.
F'manometru b'tubu miftuħ, fejn it-tubu għandu forma ta' U, xi wħud mit-tubi huma mimlija b'likwidu (merkurju jew ilma). Il-pressjoni mkejla hija assoċjata mad-differenza fiż-żewġ għoli tal-likwidu li jimtela fit-tubu. L-ammont ta' pressjoni huwa kkalkulat bl-użu tal-ekwazzjoni:
p = p a + ρ gh
p a = pressjoni atmosferika
ρ gh = pressjoni mkejla
ρ = densità tal-likwidu
Ġeneralment mhux il-prodott ρ gh jiġi kkalkulat iżda l-għoli tal-likwidu (h) għaliex il-pressjoni xi kultant tingħata f'millimetri ta' merkurju (mm Hg) jew millimetri ta' ilma (mm H 2 O). Isem ieħor mm hg huwa torr (fl-unur ta' Evangelista Torricelli).
Minbarra l-manometri, hemm ukoll gauges oħra jiġifieri barometri aneroidi, kemm mekkaniċi kif ukoll elettriċi, inklużi gauges tal-pressjoni tat-tajers, eċċ. L-għodda użata minn Torricelli biex tkejjel il-pressjoni atmosferika tissejjaħ ukoll barometru tal-merkurju, li fih tubu tal-ħġieġ mimli bil-merkurju.
[irp]
Pressjoni tal-Gauge u Pressjoni Assoluta
Pressjoni assoluta = pressjoni atmosferika + pressjoni mkejla. Għalhekk, biex niksbu pressjoni assoluta, inżidu l-pressjoni tal-kejl mal-pressjoni atmosferika. Fi kliem ieħor, pressjoni assoluta = pressjoni totali. Matematikament tista' tinkiteb:
p = pa + p g
Pereżempju jekk il-pressjoni tat-tajers li nkejlu = 100 kPa, allura l-pressjoni assoluta hija:
p = p a + p g
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
L-ammont ta' pressjoni assoluta = 201 kPa
Eżempju ta' problema 1:
Sottomarin jogħdos sa fond ta' 200 metru. X'inhi l-pressjoni li jesperjenza s-sottomarin? g = 10 m/ s²
Magħruf:
Fond (siegħa) = 200 m
Densità tal-ilma baħar (ρ) = 1.03 x 10³ kg /m³ = 1030 kg/ m³
Pressjoni atmosferika (pa) = 1 atm = 1 x 10 5 N/m² = 1 x 10 5 (Kg m/s² ) /m² = 1 x 10 5 Kg/ ms²
Aċċelerazzjoni tal-gravità (g) = 10 m/ s²
Meħtieġ:
Soluzzjoni:
p = pa + ρ gh
p = 1 x 105 kg/m² + (1030 kg/m³ ) (10 m/s² ) (200 m)
p = 1 x 105 kg /ms² + 2060000 kg/ ms²
p = 1 x 10⁻⁵ kg /m² + 20.6 x 10⁻⁵ kg/ m²
p = 21.6 x 105 kg / m²
p = 21.6 x 105 N / m²
p = 21.6 x 105 Pa
Il-kontenitur huwa miftuħ sabiex il-pressjoni atmosferika ma tiġix inkluża fil-kalkolu.
Eżempju ta' problema 2:
Riżervwar tal-ilma Mimli bl-ilma b'għoli ta' 10 metri. Jekk il-wiċċ tar-riżervwar tal-ilma jkun magħluq, x'inhi l-pressjoni tal-ilma fil-qiegħ tal-kontenitur? g = 10 m/ s²
Magħruf:
Għoli (h) = 10 m
Densità tal-ilma (ρ) = 1,00 x 10³ kg /m³ = 1000 kg/ m³
Pressjoni atmosferika (pa) = 1 atm = 1 x 10 5 N/m² = 1 x 10 5 (kg m/s² ) / m² = 1 x 10 5 Kg/ ms²
Aċċelerazzjoni tal-gravità (g) = 10 m/ s²
Meħtieġa: Pressjoni
Soluzzjoni:
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
Il-kontenitur huwa magħluq sabiex il-pressjoni atmosferika ma tiġix inkluża fil-kalkolu.
Eżempju ta' problema 3:
L-għoli tal-kolonna tal-ilma (lemin) = 50 ċm, filwaqt li l-għoli tal-kolonna l-oħra tal-likwidu (xellug) = 30 ċm. X'inhi d-densità ta' likwidi oħra?
Magħruf:
Aċċelerazzjoni tal-gravità (g) = 10 m/ s²
Għoli tal-ilma (h 1 ) = 50 ċm
Densità tal-ilma (ρ1 ) = 1 x 103 kg /m3 = 1000 kg/ m3
L-għoli ta' likwidu ieħor (h2 ) = 30 ċm
Meħtieġa: Densità ta' likwidu ieħor
Soluzzjoni:
pa + ρ 1 gh 1 = pa + ρ 2 gh 2
ρ1h1 = ρ2h2
ρ2 = ρ1h1 / h2
ρ2 = (50 ċm)(1000 kg/m3 ) / 30 ċm
ρ2 = 1666.7 kg / m3
[irp]
