Materjal tal-Pressjoni tal-Fluwidu
Fil-fiżika, il-pressjoni hija definita bħala l-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 metri kwadri (m2). Minħabba li l-pressjoni hija forza għal kull unità ta' erja, l-unità tal-pressjoni hija N/m2Isem ieħor għal N/m2 huwa l-pascal (Pa). Il-Pascal jintuża bħala unità ta' pressjoni ad unur Blaise Pascal.
Meta fluwidu jkun mistrieħ, jeżerċita forza perpendikolari għall-wiċċ kollu li jkun f'kuntatt miegħu. Pereżempju, ikkunsidra l-ilma f'tazza; kull porzjon tal-ilma jeżerċita forza perpendikolari mal-ħajt tal-ħġieġ. Għalhekk, kull porzjon tal-ilma jeżerċita forza perpendikolari għal kull unità ta' erja tal-kontenitur li jokkupa. Din hija proprjetà importanti ta' fluwidu statiku, fluwidu mistrieħ. Meta fluwidu jeżerċita forza fuq wiċċ, fejn il-forza mhix perpendikolari, il-wiċċ se jeżerċita forza ta' reazzjoni, ukoll mhux perpendikolari. Dan se jikkawża li l-fluwidu jiċċirkola. Madankollu, fir-realtà, il-fluwidu jibqa' mistrieħ. Għalhekk, f'fluwidu mistrieħ, il-forza hija dejjem perpendikolari għall-wiċċ tal-kontenitur li jokkupa.
Proprjetà importanti oħra ta' fluwidu waqt il-mistrieħ hija li dejjem jeżerċita pressjoni fid-direzzjonijiet kollha. Biex tifhem dan aħjar, poġġi oġġett f'wiċċ l-ilma f'kontenitur tal-ilma. Jekk l-ilma jkun kompletament kwiet, l-oġġett jibqa' wieqaf għaliex il-pressjoni eżerċitata fuq il-wiċċ kollu tiegħu hija ugwali. Jekk il-pressjoni tal-ilma ma tkunx ugwali, ikun hemm forza netta, li tikkawża li l-oġġett jiċċaqlaq.
L-effett tal-fond fuq il-pressjoni
Kif il-fond jew l-għoli jaffettwa 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 nikkunsidraw il-pressjoni tal-ilma f'kontenitur kif muri fil-figura. L-għoli tal-kolonna tal-likwidu huwa h u l-erja trasversali tagħha 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.
Informazzjoni :
w = gravità
ρ = densità
m = massa
g = aċċelerazzjoni minħabba l-gravità
V = hA = volum tal-kolonna likwida (h = għoli, A = erja tal-wiċċ)
Jekk indaħħluha fl-ekwazzjoni tal-pressjoni, niksbu:
p = ρ gh → Ekwazzjoni 1 (kontenitur magħluq)
p = pa + ρ gh → Ekwazzjoni 2 (kontenitur miftuħ)
Informazzjoni :
pa = Pressjoni atmosferika
ρ gh = Pressjoni idrostatika
Fl-istampa ta’ hawn fuq, il-pressjoni atmosferika mhijiex murija, iżda fir-realtà, jekk il-kontenitur li fih l-ilma jkun miftuħ, il-pressjoni atmosferika taġixxi wkoll fuq il-wiċċ tal-ilma, li jkun dirett ’l isfel.
Abbażi tal-ekwazzjoni ta' hawn fuq, jidher li l-pressjoni hija direttament proporzjonali għad-densità u l-fond tal-likwidu (l-aċċelerazzjoni gravitazzjonali tibqa' kostanti). Hekk kif il-fond tal-likwidu jiżdied, il-pressjoni tiżdied ukoll. Il-likwidi huma kważi inkompressibbli minħabba l-piż tal-likwidu fuqhom, għalhekk id-densità tal-likwidu tibqa' kostanti. Jekk id-differenza fl-għoli hija kbira ħafna (pereżempju, f'ilma baħar fond ħafna), id-densità tvarja xi ftit. Madankollu, jekk id-differenza fl-għoli mhix kbira wisq, id-densità tal-likwidu hija essenzjalment l-istess jew id-differenza hija tant żgħira li tista' tiġi injorata.
Nistgħu nużaw ukoll l-ekwazzjoni ta' hawn fuq biex nikkalkulaw id-differenza fil-pressjoni f'fond differenti. L-ekwazzjoni ta' hawn fuq tista' terġa' tinkiteb bħala:
Pressjoni Atmosferika
Meta ngħoddsu taħt l-ilma, ġisimna kollu jkun imdawwar bl-ilma. Iktar ma ngħoddsu fil-fond, iktar tkun kbira l-pressjoni li nħossu. Fil-fatt, kuljum inkunu wkoll imdawrin mill-atmosfera, li kontinwament tagħfas fuq il-partijiet kollha ta’ ġisimna, l-istess bħal meta nkunu taħt l-ilma. L-istess bħal fl-ilma baħar, il-wiċċ tad-Dinja jista’ jitqabbel mal-“qiegħ tal-baħar” tal-atmosfera. Jekk huwa minnu li l-atmosfera tagħfas ukoll fuq il-partijiet kollha ta’ ġisimna l-ħin kollu, għaliex ma nħossuxha, bħallikieku konna fil-qiegħ tal-baħar? Iċ-ċelloli ta’ ġisimna jżommu pressjoni interna li hija kważi l-istess bħall-pressjoni esterna. Huwa għalhekk li ma nħossux l-effetti ta’ din id-differenza fil-pressjoni.
Il-pressjoni atmosferika tad-Dinja tinbidel ukoll bl-altitudni. Madankollu, il-pressjoni atmosferika tvarja xi ftit minn dik tal-likwidi. Il-bidla fid-densità tal-likwidi hija żgħira ħafna għal differenzi żgħar fil-fond, għalhekk id-densità tal-likwidi hija preżunta li hija l-istess. Dan huwa differenti mid-densità tal-atmosfera tad-Dinja. Id-densità tal-atmosfera tad-Dinja tvarja b'mod sinifikanti bl-altitudni. Id-densità tal-arja f'altitudnijiet differenti hija differenti, għalhekk ma nistgħux nikkalkulaw il-pressjoni atmosferika bl-użu tal-ekwazzjoni derivata hawn fuq. Barra minn hekk, m'hemm l-ebda fruntiera atmosferika ċara minn fejn tista' titkejjel l-altitudni. Il-pressjoni atmosferika tvarja wkoll bit-temp. Biex niddeterminaw il-pressjoni atmosferika, nieħdu kejl.
Kejl tal-Pressjoni
Evangelista Torricelli (1608–1647), student ta’ Galileo, żviluppa metodu għall-kejl tal-pressjoni atmosferika fl-1643 bl-użu tal-barometru tal-merkurju tiegħu. Il-barometru kien jikkonsisti f’tubu twil tal-ħġieġ mimli bil-merkurju. It-tubu tal-ħġieġ mimli bil-merkurju kien maqlub f’dixx mimli wkoll bil-merkurju.
Meta tubu tal-ħġieġ li fih il-merkurju jinqaleb ta’ taħt fuq, it-tarf tat-tubu ma jimteliex bil-merkurju, fih biss fwar tal-merkurju li l-pressjoni tiegħu hija tant żgħira li tiġi injorata (p2 = 0). Fuq il-wiċċ tal-merkurju fil-pjanċa, hemm pressjoni atmosferika li hija diretta 'l isfel (l-atmosfera tagħfas fuq il-merkurju fil-pjanċa). Din il-pressjoni atmosferika ssostni l-kolonna tal-merkurju fit-tubu tal-ħġieġ. Fl-istampa, il-pressjoni atmosferika hija simbolizzata minn po Il-kobor tal-pressjoni atmosferika jista' jiġi kkalkulat bl-użu tal-ekwazzjoni:
po = ρ gh
Abbażi tar-riżultati tal-kejl, il-pressjoni atmosferika medja fil-livell tal-baħar hija 1,013 x 105 N / m2Il-kobor tal-pressjoni atmosferika fil-livell tal-baħar jintuża biex jiddefinixxi unità oħra ta' pressjoni, jiġifieri l-atm (atmosfera). Għalhekk 1 atm = 1,013 x 105 N / m2 = 101,3 kPa (kPa = kilo pascal). Unità oħra ta' pressjoni hija l-bar (li spiss jintuża fil-meteoroloġija). 1 bar = 1,00 x 105 N / m2 = 100 kPa.
Kif jinkiseb il-valur tal-pressjoni atmosferika ta' hawn fuq?
Il-kejl juża l-prinċipju muri minn Torricelli hawn fuq. L-għoli tal-kolonna tal-merkurju użata huwa ta' 76 ċm (il-pressjoni atmosferika tista' ssostni biss kolonna tal-merkurju li hija għolja biss 76,0 ċm), fejn it-temperatura tal-merkurju użat hija eżattament 0 oC u l-kobor tal-aċċelerazzjoni gravitazzjonali huwa 9,8 m/s2Id-densità tal-merkurju f'din il-kundizzjoni hija 13,6 x 103 kg / m3Pressjoni atmosferika:
Gauge tal-pressjoni
Hemm ħafna għodod użati biex titkejjel il-pressjoni, inkluż il-manometru b'tubu miftuħ.
F'manometru b'tubu miftuħ, fejn it-tubu għandu forma ta' U, it-tubu huwa parzjalment mimli b'likwidu (merkurju jew ilma). Il-pressjoni mkejla hija relatata mad-differenza fiż-żewġ għoli tal-likwidi mdaħħla fit-tubu. Il-pressjoni hija kkalkulata bl-użu tal-ekwazzjoni:
B'mod ġenerali, mhux il-prodott ta' ρ gh li jiġi kkalkulat iżda l-għoli tal-likwidu (h) għaliex il-pressjoni xi kultant tiġi espressa f'millimetri ta' merkurju (mm Hg) jew millimetri ta' ilma (mm H2O). Isem ieħor għal mm hg huwa torr (f'memorja ta' Evangelista Torricelli).
Minbarra l-manometri, hemm ukoll strumenti oħra tal-kejl, jiġifieri barometri aneroidi, kemm mekkaniċi kif ukoll elettriċi, inklużi gauges tal-pressjoni tat-tajers, eċċ. L-istrument użat minn Torricelli biex ikejjel il-pressjoni atmosferika jissejjaħ ukoll barometru tal-merkurju, fejn tubu tal-ħġieġ jimtela bil-merkurju u mbagħad jinqaleb fi pjanċa li fiha wkoll il-merkurju.
Pressjoni Nominali, Pressjoni tal-Gauge u Pressjoni Assoluta
Meta timla t-tajers tal-vettura bl-arja, tipikament jintuża gauge tal-pressjoni tal-arja. Dan jiżgura li l-pressjoni tat-tajers la tkun baxxa wisq u lanqas għolja wisq. Meta timla t-tajers bl-arja, titkejjel biss il-pressjoni tal-arja ġewwa t-tajer. Il-pressjoni atmosferika ma titqiesx. Mhux biss meta titkejjel il-pressjoni tat-tajers, iżda wkoll fil-biċċa l-kbira tal-kejl tal-pressjoni l-oħra, il-pressjoni atmosferika ma titkejjilx. Din il-pressjoni mkejla tissejjaħ pressjoni mkejla. Allura, x'inhi d-differenza bejn din u l-pressjoni assoluta?
Pressjoni assoluta = pressjoni atmosferika + pressjoni mkejla. Għalhekk, biex niksbu pressjoni assoluta, inżidu l-pressjoni mkejla mal-pressjoni atmosferika. Fi kliem ieħor, pressjoni assoluta = pressjoni totali. Matematikament, dan jista' jinkiteb bħala:
p = pa + kejl p
Pereżempju, jekk il-pressjoni tat-tajers li nkejlu = 100 kPa, allura l-pressjoni assoluta hija:
p = pa + kejl p
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
Il-pressjoni assoluta = 201 kPa.
Hemm terminu ieħor: pressjoni tal-kejl, magħrufa wkoll bħala pressjoni tal-kejl. Il-pressjoni tal-kejl hija l-pressjoni żejda 'l fuq mill-pressjoni atmosferika. Pereżempju, ikkunsidra l-pressjoni tat-tajer tal-mutur. Meta tajer tal-mutur ikun imċaqlaq, il-pressjoni ġewwa t-tajer hija ugwali għall-pressjoni atmosferika (Pressjoni atmosferika = 1,01 x 105 Pa = 101 kPa). Meta t-tajer jimtela bl-arja, il-pressjoni tat-tajer tiżdied b'mod naturali. Meta l-pressjoni tat-tajer taqbeż l-101 kPa, il-pressjoni żejda tissejjaħ ukoll pressjoni tal-kejl.
Eżempji ta' Mistoqsijiet dwar il-Pressjoni tal-Fluwidu
Eżempju ta' mistoqsija 1:
Sottomarin jinżel f'fond ta' 200 metru. X'inhi l-pressjoni li jesperjenza s-sottomarin?
l-għadsa? g = 10 m/s2
Diskussjoni
Huwa magħruf li:
Fond (siegħa) = 200 m
Densità tal-ilma baħar (ρ) = 1,03 x 103 kg / m3 = 1030 kg/m3 (ara t-tabella tad-densità)
Pressjoni atmosferika (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1x105 (Kg m/s2)/m2 = 1x105 Kg/ms2
Aċċelerazzjoni minħabba l-gravità (g) = 10 m/s2
Mistoqsi: Pressjoni
Tweġiba:
Il-kontenitur huwa miftuħ u għalhekk il-pressjoni atmosferika mhijiex inkluża fil-kalkoli.
Eżempju ta' mistoqsija 2:
Riserva tal-ilma għolja 10 metri hija mimlija bl-ilma. Jekk il-wiċċ tar-riserva tal-ilma huwa
magħluq, x'inhi l-pressjoni tal-ilma fil-qiegħ tal-kontenitur? g = 10 m/s2
Diskussjoni
Huwa magħruf li:
Għoli (h) = 10 m
Densità tal-ilma (ρ) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg/m3
Pressjoni atmosferika (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1x105 (kg m/s2) / m2 = 1x105 Kg/ms2
Aċċelerazzjoni minħabba l-gravità (g) = 10 m/s2
Mistoqsi: Pressjoni
Tweġiba:
Il-kontenitur huwa magħluq u għalhekk il-pressjoni atmosferika mhijiex inkluża fil-kalkoli.
Eżempju ta' mistoqsija 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 tal-likwidu l-ieħor?
Diskussjoni
Huwa magħruf li:
Aċċelerazzjoni minħabba l-gravità (g) = 10 m/s2
Livell tal-ilma (h1) = 50 ċm
Id-densità tal-ilma (ρ1) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg/m3
Għoli ieħor ta' fluwidu (h2) = 30 ċm
Densità ta' likwidi oħra (ρ2) =?
pa + ρ1 gh1 = pa + ρ2 gh2
Il-pressjoni atmosferika (Pa) u l-aċċelerazzjoni gravitazzjonali (g) huma l-istess, għalhekk jikkanċellaw lil xulxin.
Eżempju ta' mistoqsija 4:
Ġewwa tubu tal-ħġieġ hemm likwidu għoli 10 ċm. Il-pressjoni tal-ilma fil-qiegħ tat-tubu hija ta' 1200 N/m.2Jekk g = 10 m/s2Injora l-pressjoni tal-arja. X'inhi d-densità tal-likwidu?
A. 800 kg/m²3
B. 900 kg/m²3
Ċ. 1000 kg/m²3
D. 1200 kg/m²3
E. 1300 kg/m3
Diskussjoni:
Huwa magħruf :
Ketinggian likwidu (h) = 10 ċm = 0,1 metri
Pressjoni tal-ilma (P) fil-bażi tat-tubu = 1200 N/m2
Aċċelerazzjoni tal-Gravità (g) = 10 m/s2
Mistoqsi :
Densità likwidu?
Jawab :
Densità il-likwidu huwa 1200 kg/m3.
It-tweġiba korretta hija D.
Eżempju ta' mistoqsija 5:
Il-merkurju f'kontenituri konnessi għandu differenza fil-wiċċ ta' 3 ċm. Id-densità tal-merkurju = 13,6 gr/cm3L-għoli tal-likwidu fit-tubu fuq ix-xellug huwa 10 ċm. X'inhi d-densità tal-likwidu?
A. 800 kg/m²3
B. 1030 kg/m²3
Ċ. 1080 kg/m²3
D. 1300 kg/m²3
E. 1360 kg/m3
Diskussjoni:
Huwa magħruf :
Għoli (h) ta' Merkurju = 3 ċm = 0,03 m
Densità tal-merkurju = 13,6 gr/cm3 = 13600 kg/m3
Għoli (h) tal-likwidu = 10 ċm = 0,1 m
Mistoqsi :
Densità likwidu?
Tweġiba:
Is-sistema tinsab fi stat ta' ekwilibriju statiku għalhekk pressjoni tal-likwidu (tubu tax-xellug) = pressjoni tal-merkurju (tubu tal-lemin)
Parja +Plikwidu = Parja +Pmerkurju
Il-pressjoni tal-arja hija l-istess u għalhekk hija eliminata mill-ekwazzjoni
Plikwidu = Parja
It-tweġiba korretta hija Ċ.
