Presyon ng likido

Materyal na may Presyon ng Fluid

Sa pisika, ang presyon ay binibigyang kahulugan bilang puwersa bawat yunit ng lawak, kung saan ang direksyon ng puwersa ay patayo sa lawak ng ibabaw. Sa matematika, ang presyon ay ipinapahayag ng equation na P = F/A, kung saan ang P = presyon, F = puwersa at A = lawak ng ibabaw. Ang yunit ng puwersa (F) ay Newton (N), ang yunit ng lawak ay metro kuwadrado (m² ⁾ . Dahil ang presyon ay puwersa bawat yunit ng lawak, ang yunit ng presyon ay N/m² ^. Ang isa pang pangalan para sa N/m² ^ay pascal (Pa). Ang Pascal ay ginagamit bilang yunit ng presyon bilang parangal kay Blaise Pascal.

Kapag ang isang pluido ay hindi gumagalaw, ito ay naglalabas ng puwersang patayo sa buong ibabaw na dinidiinan nito. Halimbawa, isaalang-alang ang tubig sa isang baso; ang bawat bahagi ng tubig ay naglalabas ng puwersang patayo sa dingding ng salamin. Samakatuwid, ang bawat bahagi ng tubig ay naglalabas ng puwersang patayo sa bawat unit area ng lalagyan na nasasakupan nito. Ito ay isang mahalagang katangian ng isang static fluid, isang pluido na hindi gumagalaw. Kapag ang isang pluido ay naglalabas ng puwersa sa isang ibabaw, kung saan ang puwersa ay hindi patayo, ang ibabaw ay maglalabas ng puwersa ng reaksyon, na hindi rin patayo. Ito ang magiging sanhi ng daloy ng pluido. Gayunpaman, sa katotohanan, ang pluido ay nananatiling hindi gumagalaw. Samakatuwid, sa isang pluido na hindi gumagalaw, ang puwersa ay palaging patayo sa ibabaw ng lalagyan na nasasakupan nito.

Ang isa pang mahalagang katangian ng isang likidong hindi gumagalaw ay ang palagi nitong paglalapat ng presyon sa lahat ng direksyon. Upang mas maunawaan ito, maglagay ng lumulutang na bagay sa isang lalagyan ng tubig. Kung ang tubig ay ganap na hindi gumagalaw, ang bagay ay mananatiling hindi gumagalaw dahil ang presyon na inilalapat sa buong ibabaw nito ay pantay. Kung ang presyon ng tubig ay hindi pantay, magkakaroon ng netong puwersa, na magiging sanhi ng paggalaw ng bagay.

Epekto ng lalim sa presyon

Paano nakakaapekto ang lalim o taas sa presyon ng pluido? Ang presyon ba ng tubig-dagat sa lalim na 10 metro ay pareho ng presyon ng tubig-dagat sa lalim na 100 metro? Isaalang-alang natin ang presyon ng tubig sa isang lalagyan gaya ng ipinapakita sa larawan. Ang taas ng likidong haligi ay h at ang cross-sectional area nito ay A. Ano ang presyon ng tubig sa ilalim ng lalagyan?

w = bigat ng tubig, h = taas ng haligi ng tubig sa isang silindrong lalagyan, A = lawak ng ibabaw at P ay presyon.

remarks:
w = grabidad
ρ = densidad
m = masa
g = akselerasyon dahil sa grabidad
V = hA = volume ng likidong haligi (h = taas, A = lawak ng ibabaw)

Kung isasama natin ito sa equation ng presyon, makukuha natin ang:

p = ρ gh → Ekwasyon 1 (saradong lalagyan)
p = pa + ρ gh → Ekwasyon 2 (bukas na lalagyan)

remarks:
pa = Presyon ng atmospera
ρ gh = Presyon ng hidrostatiko

Sa larawan sa itaas, ang presyon ng atmospera ay hindi inilalarawan, ngunit sa katotohanan, kung ang lalagyan na naglalaman ng tubig ay bukas, ang presyon ng atmospera ay kikilos din sa ibabaw ng tubig, na nakadirekta pababa.

Batay sa ekwasyon sa itaas, lumalabas na ang presyon ay direktang proporsyonal sa densidad at lalim ng likido (nananatiling pare-pareho ang akselerasyon ng grabidad). Habang tumataas ang lalim ng likido, tumataas din ang presyon. Ang mga likido ay halos hindi napipiga dahil sa bigat ng likido sa ibabaw ng mga ito, kaya ang densidad ng likido ay nananatiling pare-pareho. Kung ang pagkakaiba sa taas ay napakalaki (halimbawa, sa napakalalim na tubig dagat), ang densidad ay bahagyang nag-iiba. Gayunpaman, kung ang pagkakaiba sa taas ay hindi masyadong malaki, ang densidad ng likido ay halos pareho o ang pagkakaiba ay napakaliit na maaari itong balewalain.

Maaari rin nating gamitin ang ekwasyon sa itaas upang kalkulahin ang pagkakaiba ng presyon sa iba't ibang lalim. Ang ekwasyon sa itaas ay maaaring isulat muli bilang:

Presyon ng Atmospera

Kapag sumisid tayo sa ilalim ng tubig, ang ating buong katawan ay nababalot ng tubig. Habang lumalalim ang ating pagsisid, mas tumataas ang presyur na ating nararamdaman. Sa katunayan, araw-araw ay nababalot din tayo ng atmospera, na patuloy na pumipindot sa lahat ng bahagi ng ating katawan, tulad ng kapag tayo ay nasa ilalim ng tubig. Tulad ng sa tubig-dagat, ang ibabaw ng Daigdig ay maihahalintulad sa "seabed" ng atmospera. Kung totoo na ang atmospera ay pumipindot din sa lahat ng bahagi ng ating katawan sa lahat ng oras, bakit hindi natin ito nararamdaman, na parang nasa ilalim tayo ng dagat? Ang mga selula ng ating katawan ay nagpapanatili ng panloob na presyon na halos kapareho ng panlabas na presyon. Ito ang dahilan kung bakit hindi natin nararamdaman ang mga epekto ng pagkakaiba ng presyon na ito.

Nagbabago rin ang presyon ng atmospera ng Daigdig kasabay ng altitude. Gayunpaman, bahagyang nag-iiba ang presyon ng atmospera mula sa mga likido. Napakaliit ng pagbabago sa densidad ng mga likido para sa maliliit na pagkakaiba sa lalim, kaya ipinapalagay na pareho ang densidad ng mga likido. Iba ito sa densidad ng atmospera ng Daigdig. Ang densidad ng atmospera ng Daigdig ay nag-iiba nang malaki kasabay ng altitude. Magkakaiba ang densidad ng hangin sa iba't ibang altitude, kaya hindi natin makakalkula ang presyon ng atmospera gamit ang equation na hinango sa itaas. Bukod pa rito, walang malinaw na hangganan ng atmospera kung saan maaaring masukat ang altitude. Nag-iiba rin ang presyon ng atmospera kasabay ng panahon. Upang matukoy ang presyon ng atmospera, kumukuha tayo ng mga sukat.

Pagsukat ng Presyon

Si Evangelista Torricelli (1608–1647), isang estudyante ni Galileo, ay nakabuo ng isang paraan para sa pagsukat ng presyon ng atmospera noong 1643 gamit ang kanyang mercury barometer. Ang barometer ay binubuo ng isang mahabang tubo ng salamin na puno ng mercury. Ang tubo ng salamin na puno ng mercury ay nakabaligtad sa isang pinggan na puno rin ng mercury.

Kapag ang isang tubo na gawa sa salamin na naglalaman ng mercury ay binaligtad, ang dulo ng tubo ay hindi napupuno ng mercury, naglalaman lamang ito ng singaw ng mercury na ang presyon ay napakaliit kaya't hindi ito pinapansin (p₂ = 0). Sa ibabaw ng mercury sa plato, mayroong presyon ng atmospera na nakadirekta pababa (ang atmospera ay dumidiin sa mercury sa plato). Ang presyon ng atmospera na ito ay sumusuporta sa haligi ng mercury sa tubo ng salamin. Sa larawan, ang presyon ng atmospera ay sinisimbolo ng p_o Ang magnitude ng presyon ng atmospera ay maaaring kalkulahin gamit ang equation:

p _o = ρ gh

Batay sa mga resulta ng pagsukat, ang karaniwang presyon ng atmospera sa antas ng dagat ay 1,013 x 105 ^N /m2 ^. Ang magnitude ng presyon ng atmospera sa antas ng dagat ay ginagamit upang tukuyin ang isa pang yunit ng presyon, katulad ng atm (atmospera). Kaya 1 atm = 1,013 x 105 ^N /m2 ⁼ 101,3 kPa (kPa = kilo pascal). Ang isa pang yunit ng presyon ay ang bar (madalas ginagamit sa meteorolohiya). 1 bar = 1,00 x 105 ^N /m2 ⁼ 100 kPa.

Paano nakukuha ang halaga ng presyon ng atmospera sa itaas?
Ang pagsukat ay gumagamit ng prinsipyong ipinakita ni Torricelli sa itaas. Ang taas ng mercury column na ginamit ay 76 cm (ang presyon ng atmospera ay kaya lamang suportahan ang mercury column na 76,0 cm lamang ang taas), kung saan ang temperatura ng mercury na ginamit ay eksaktong 0. ^oC at ang magnitude ng gravitational acceleration ay 9,8 m/s²Ang densidad ng mercury sa kondisyong ito ay 13,6 x 10³ kg / m³Presyon ng atmospera:

Panukat ng presyon

Maraming kagamitang ginagamit upang sukatin ang presyon, kabilang ang open tube manometer.

Sa isang open-tube manometer, kung saan ang tubo ay hugis-U, ang tubo ay bahagyang napupuno ng likido (mercury o tubig). Ang nasukat na presyon ay nauugnay sa pagkakaiba sa dalawang taas ng mga likidong ipinasok sa tubo. Ang presyon ay kinakalkula gamit ang equation:

Sa pangkalahatan, hindi ang produkto ng ρ gh ang kinakalkula kundi ang taas ng likido (h) dahil ang presyon ay minsang ipinapahayag sa milimetro ng mercury (mm hg) o milimetro ng tubig (mm H ₂ O). Ang isa pang pangalan para sa mm hg ay torr (bilang pag-alaala kay Evangelista Torricelli).

Bukod sa mga manometer, mayroon ding iba pang mga instrumentong panukat, katulad ng mga aneroid barometer, parehong mekanikal at elektrikal, kabilang ang mga panukat ng presyon ng gulong, atbp. Ang instrumentong ginamit ni Torricelli upang sukatin ang presyon ng atmospera ay tinatawag ding mercury barometer, kung saan ang isang tubo na gawa sa salamin ay pinupuno ng mercury at pagkatapos ay binabaligtad sa isang plato na naglalaman din ng mercury.

Rated Pressure, Gauge Pressure at Absolute Pressure

Kapag pinupuno ng hangin ang mga gulong ng sasakyan, karaniwang ginagamit ang isang panukat ng presyon ng hangin. Tinitiyak nito na ang presyon ng gulong ay hindi masyadong mababa o masyadong mataas. Kapag pinupuno ng hangin ang mga gulong, tanging ang presyon ng hangin sa loob ng gulong ang sinusukat. Hindi isinasaalang-alang ang presyon ng atmospera. Hindi lamang sinusukat ang presyon ng gulong, kundi pati na rin sa karamihan ng iba pang mga sukat ng presyon, hindi sinusukat ang presyon ng atmospera. Ang sinusukat na presyon na ito ay tinatawag na sinusukat na presyon. Kaya, ano ang pagkakaiba nito at ng ganap na presyon?

Absolute pressure = atmospheric pressure + measured pressure. Kaya para makuha ang absolute pressure, idinaragdag natin ang measured pressure sa atmospheric pressure. Sa madaling salita, absolute pressure = total pressure. Sa matematika, maaari itong isulat bilang:

p = pa + p sukat

Halimbawa, kung ang presyon ng gulong na sinusukat natin ay = 100 kPa, ang ganap na presyon ay:
p = pa + p sukat
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
Ang ganap na presyon = 201 kPa.

May isa pang termino: gauge pressure, na kilala rin bilang gauge pressure. Ang gauge pressure ay ang labis na presyon na mas mataas sa atmospheric pressure. Halimbawa, isaalang-alang ang pressure ng gulong ng motorsiklo. Kapag ang gulong ng motorsiklo ay nabawasan ng hangin, ang presyon sa loob ng gulong ay katumbas ng atmospheric pressure (Atmospheric pressure = 1,01 x 105 Pa = 101 kPa). Kapag ang gulong ay puno ng hangin, natural na tumataas ang pressure ng gulong. Kapag ang pressure ng gulong ay lumampas sa 101 kPa, ang labis na presyon ay tinatawag ding gauge pressure.

Mga Halimbawang Tanong sa Presyon ng Fluid

Halimbawang tanong 1:

Isang submarino ang sumisid sa lalim na 200 metro. Ano ang presyur na nararanasan ng submarino?
ang pagsisid? g = 10 m/s²
Pagtalakay
Alam na:
Lalim (h) = 200 m
Densidad ng tubig dagat (ρ) = 1,03 x 10³ kg / m³ = 1030 kg / m³ (tingnan ang talahanayan ng densidad)
Presyon ng atmospera (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ N / m² = 1x10⁵ (Kg m/s²)/m² = 1x10⁵ Kg/ms²
Akselerasyon dahil sa grabidad (g) = 10 m/s²
Tinanong: Presyon
Sagot:

Bukas ang lalagyan kaya hindi kasama sa mga kalkulasyon ang presyon ng atmospera.

Halimbawang tanong 2:

Ang isang imbakan ng tubig na may taas na 10 metro ay puno ng tubig. Kung ang ibabaw ng imbakan ng tubig ay
Kung sarado, ano ang presyon ng tubig sa ilalim ng lalagyan? g = 10 m/s²
Pagtalakay
Alam na:
Taas (h) = 10 m
Densidad ng tubig (ρ) = 1,00 x 10³ kg / m³ = 1000 kg / m³
Presyon ng atmospera (pa) = 1 atm = 1 x 10⁵ N / m² = 1x10⁵ (kg m/s²) / m² = 1x10⁵ Kg/ms²
Akselerasyon dahil sa grabidad (g) = 10 m/s²
Tinanong: Presyon
Sagot:

Sarado ang lalagyan kaya hindi kasama sa mga kalkulasyon ang presyon ng atmospera.

Halimbawang tanong 3:

Ang taas ng haligi ng tubig (kanan) = 50 cm, habang ang taas ng kabilang haligi ng likido (kaliwa) = 30 cm. Ano ang densidad ng kabilang likido?

Pagtalakay
Alam na:
Akselerasyon dahil sa grabidad (g) = 10 m/s²
Antas ng tubig (h₁) = 50 cm
Densidad ng tubig (ρ₁) = 1,00 x 10³ kg / m³ = 1000 kg / m³
Iba pang taas ng likido (h₂) = 30 cm
Densidad ng iba pang mga likido (ρ₂) =?

pa + ρ ₁ gh ₁ = pa + ρ ₂ gh ₂

Ang presyon ng atmospera (Pa) at ang akselerasyon ng grabidad (g) ay pareho, kaya't ang mga ito ay nagkansela.

Halimbawang tanong 4:

Sa loob ng isang tubo na salamin ay may likidong 10 cm ang taas. Ang presyon ng tubig sa ilalim ng tubo ay 1200 N/m²Kung ang g = 10 m/s². Balewalain ang presyon ng hangin. Ano ang densidad ng likido?
A. 800 kg/m³
B. 900 kg/m²³
C. 1000 kg/m³
D. 1200 kg/m²³
E. 1300 kg/m³
Talakayan:
Ay kilala :
Taas likido (h) = 10 cm = 0,1 metro
Presyon ng tubig (P) sa base ng tubo = 1200 N/m²
Pagpapabilis ng Grabidad (g) = 10 m/s²
Nagtanong :
Densidad likido?
Sagot :

Densidad ang likido ay 1200 kg/m³.
Ang tamang sagot ay D.

Halimbawang tanong 5:

Ang mercury sa magkakaugnay na mga sisidlan ay may pagkakaiba sa ibabaw na 3 cm. Ang densidad ng mercury = 13,6 gr/cm³Ang taas ng likido sa tubo sa kaliwa ay 10 cm. Ano ang densidad ng likido?
A. 800 kg/m³
B. 1030 kg/m²³
C. 1080 kg/m³
D. 1300 kg/m²³
E. 1360 kg/m³

Talakayan:
Ay kilala :
Taas (h) ng Mercury = 3 cm = 0,03 m
Densidad ng mercury = 13,6 gr/cm³ = 13600 kg / m³
Taas (h) ng likido = 10 cm = 0,1 m
Nagtanong :
Densidad likido?
Sagot:
Ang sistema ay nasa estado ng static equilibrium kaya ang presyon ng likido (kaliwang tubo) = presyon ng mercury (kanang tubo)
P_hangin + p_likido = P_hangin + p_mercury
Ang presyon ng hangin ay pareho kaya ito ay inalis sa equation

P _likido = P _hangin

Ang tamang sagot ay C.