Suyuqliklardagi bosim

Suyuqliklardagi bosim haqida maqola

Fizikada bosim birlik maydonga to'g'ri keladigan kuch sifatida belgilanadi, bu yerda kuch yo'nalishi sirt maydoniga perpendikulyar. Matematik jihatdan bosim P = F / A tenglama bilan ifodalanadi, bu yerda P = bosim, F = kuch va A = sirt maydoni. Kuch birligi (F) Nyuton (N), maydon birligi kvadrat metr (m2 ⁾ . Bosim birlik maydonga to'g'ri keladigan kuch bo'lgani uchun bosim birligi N/m2 dir ^{. N/ m2} ning yana bir nomi Paskal (Pa). Paskal Blez Paskalni sharaflash uchun bosim birligi sifatida ishlatilgan.

Suyuqlik tinch holatda bo'lganda, suyuqlik kontaktning butun yuzasiga perpendikulyar kuch hosil qiladi. Masalan, biz stakandagi suvni ko'rib chiqamiz; suvning har bir qismi shisha devoriga perpendikulyar yo'nalishga ega kuch hosil qiladi. Shunday qilib, suvning har bir qismi o'zi egallagan idishning har bir birlik maydoniga perpendikulyar kuch hosil qiladi. Bu statik suyuqlikning muhim xususiyatlaridan biridir. Suyuqlik kuch yo'nalishi perpendikulyar bo'lmagan sirtga ta'sir kuchini qo'llaganida, sirt yo'nalishi perpendikulyar bo'lmagan reaksiya kuchini hosil qiladi. Bu suyuqlikning oqishiga olib keladi. Ammo suyuqlik tinch holatda bo'ladi. Shunday qilib, xulosa shuki, harakatsiz suyuqlikda kuch yo'nalishi har doim idish yuzasiga perpendikulyar bo'ladi.

Statik suyuqlikning yana bir muhim xususiyati shundaki, suyuqlik har doim barcha yo'nalishlarda bosim o'tkazadi. Bu tushuntirishni yaxshiroq tushunish uchun idishdagi suvga suzib yura oladigan jismni kiriting. Agar suv tinch holatda bo'lsa, demak, jism harakatlanmayapti, chunki bir xil bosim jismning butun yuzasida ishlaydi. Agar suv bosimi bir xil bo'lmasa, unda umumiy kuch bo'ladi, bu esa jismning harakatlanishiga olib keladi.

[irp]

Chuqurlikning bosimga ta'siri

Chuqurlik yoki balandlik suyuqlik bosimiga qanday ta'sir qiladi? 10 metr chuqurlikdagi dengiz suvi bosimi 100 metr chuqurlikdagi dengiz suvi bosimi bilan bir xilmi? Keling, rasmda ko'rsatilgandek idishdagi suv bosimini ko'rib chiqaylik. Suyuq ustunning balandligi h va ko'ndalang kesim maydoni A. Idishning pastki qismidagi suv bosimi qancha?

w = suvning og'irligi, h = silindrsimon idishdagi suv ustunining balandligi, A = sirt maydoni va P bosimdir.

Suyuq ustunning massasi quyidagicha:

ρ = m / V

m = ρ V

m = ρ h A

Suyuq ustunning og'irligi quyidagicha:

w = mg = ρ h A g

w = og'irlik, ρ = zichlik, m = massa, g = tortishish kuchining tezlanishi, V = h A = suyuqlik hajmi (h = balandlik, A = sirt maydoni)

Agar yuqoridagi tenglama bosim tenglamasiga kiritilsa:

p = ρ gh → 1-tenglama (yopiq idish)

p = pa + ρ gh → 2-tenglama (ochiq idish)

pa = atmosfera bosimi, ρ gh = gidrostatik bosim

Agar ochiq idishda suv bo'lsa, atmosfera bosimi suv yuzasiga pastga yo'naltiriladi.

Yuqoridagi tenglamaga asoslanib, bosim suyuqlikning zichligi va chuqurligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (tortishish tezlanishi doimiy).

Agar balandlik farqi juda katta bo'lsa (masalan, juda chuqur dengiz suvida), zichlik biroz farq qiladi. Ammo agar balandlikdagi farq juda katta bo'lmasa, asosan suyuqlikning zichligi bir xil bo'ladi yoki farq shunchalik kichikki, u e'tiborga olinmaydi.

Yuqoridagi tenglamadan har bir turli chuqurlikdagi bosim farqini hisoblash uchun ham foydalanishimiz mumkin. Yuqoridagi tenglama yana quyidagicha yoziladi:

Δp = ρ g Δh

Δp = bosim farqi, Δh = balandlik farqi

[irp]

Atmosfera bosimi

Suvga sho'ng'iganimizda, tanamizning barcha qismlari suv bilan qoplangan bo'ladi. Qanchalik chuqurroq sho'ng'isak, bosim shunchalik kuchli bo'ladi. Har kuni bizni atmosfera qoplaydi, bu esa suvda bo'lganimiz kabi tanamizning barcha qismlarini doimo bostiradi. Dengiz suvida bo'lgani kabi, yer yuzasini ham "dengiz asosidagi" atmosfera bilan taqqoslash mumkin. Agar atmosfera istalgan vaqtda tanamizning barcha qismlarini bostiradigan bo'lsa, nega biz uni dengiz tubida bo'lgandek his qilmaymiz? Tana hujayralarimiz tashqi bosim bilan deyarli bir xil bo'lgan ichki bosimni ushlab turadi. Bu bizga bu bosim farqlarining ta'sirini sezmaslikka majbur qiladi.

Yerning atmosfera bosimi ham balandlik bilan o'zgaradi. Ammo Yerning atmosfera bosimi suyuqlikdan farq qiladi. Suyuqliklar zichligidagi o'zgarishlar chuqurlikdagi farqlar uchun juda kichik, shuning uchun suyuqlik zichligi bir xil deb hisoblanadi. Bu Yer atmosferasining massasidan farq qiladi. Yer atmosferasining massasi balandlik bilan sezilarli darajada o'zgaradi. Har bir balandlikdagi havo zichligi shunchalik o'zgaradiki, biz yuqorida olingan tenglamalar yordamida atmosfera bosimini hisoblay olmaymiz. Shuningdek, balandliklarni o'lchash mumkin bo'lgan atmosferada chegara yo'q. Atmosfera bosimi ham ob-havoga qarab o'zgaradi. Atmosfera bosimini aniqlash uchun biz o'lchovlarni amalga oshiramiz.

Bosimni o'lchash

Galileyning shogirdi Evangelista Torricelli (1608-1647) 1643-yilda o'z ishining simob barometridan foydalanib atmosfera bosimini o'lchash usulini topdi. Barometr uzun shisha naycha bo'lib, unda naycha simob bilan to'ldirilgan. Xo'sh, simob solingan shisha naycha simob bilan to'ldirilgan idishda teskari yo'naltirilgan.

Simob solingan shisha quvur teskari yo'naltirilganda, naychaning uchi simob bilan to'ldirilmaydi; tarkibi faqat simob bug'idan iborat bo'ladi, bosim shunchalik kichikki, u e'tiborga olinmaydi (p2 = 0). Plastinka ichidagi simob yuzasida pastga yo'naltirilgan atmosfera bosimi mavjud (atmosfera simobni plitaga bosadi). Atmosfera bosimi shisha quvurdagi simob ustunini ushlab turadi. Rasmda atmosfera bosimi po bilan ifodalangan. Atmosfera bosimi miqdorini quyidagi tenglama yordamida hisoblash mumkin:

p _o = ρ gh

O'lchov natijalariga ko'ra, dengiz sathidagi atmosfera bosimining o'rtacha qiymati 1.013 x 10 ⁵ N/m ² ni tashkil qiladi . Dengiz sathidagi atmosfera bosimi miqdori boshqa bosim birliklarini, ya'ni atm (atmosfera) ni aniqlash uchun ishlatiladi. Shunday qilib, 1 atm = 1.013 x 10 ⁵ N/m ² = 101.3 kPa (kPa = kilopaskal). Yana bir bosim birligi bar (ko'pincha meteorologiyada ishlatiladi). 1 bar = 1.00 x 10 ⁵ N / m ² = 100 kPa.

[irp]

Yuqoridagi atmosfera bosimi qanday olinadi?

O'lchov Torricelli tomonidan yuqorida ko'rsatilgan tamoyillardan foydalanadi. Simob ustunining balandligi 76 sm ni tashkil qiladi (atmosfera bosimi faqat balandligi atigi 76.0 sm ga yetadigan simob ustunini ushlab tura oladi), bu yerda simob harorati aniq 0 ^o C va tortishish tezlanishining kattaligi 9.8 m/s2 ni tashkil qiladi ^. Bu holatda simobning massasi 13.6 x 103 kg/m3 ni tashkil qiladi ^. Atmosfera ^bosimi :

p _o = ρ gh

p _o = (13.6 x 10 ³ kg/m ³ )(9.8 m/s ² )(76 sm)

p _o = (13.6 x 103 ^kg /m3 ⁾ (9.8 m/s2 ⁾ (76 x 10 ^-2 m)

p _o = 101.3 x 10 ³ N/m ²

p _o = 1.013 x 10 ⁵ N/m ²

p _o = 1 atm

Bosim asboblari

Bosimni o'lchash uchun ko'plab vositalar, jumladan, ochiq naychali manometrlar qo'llaniladi.

Ochiq naychali manometrda, naycha U shaklida bo'lganida, ba'zi naychalar suyuqlik (simob yoki suv) bilan to'ldirilgan. O'lchangan bosim naychaga quyilgan suyuqlikning ikki balandligidagi farq bilan bog'liq. Bosim miqdori quyidagi tenglama yordamida hisoblanadi:

p = p _a + ρ gh

p _a = atmosfera bosimi

ρ gh = o'lchangan bosim

ρ = suyuqlik zichligi

Odatda ρ gh ko'paytma emas, balki suyuqlikning balandligi (h) hisoblanadi, chunki bosim ba'zan simob millimetrlarida (mm Hg) yoki suv millimetrlarida (mm H₂O) beriladi _. Boshqa nomi mm hg torr (Evangelista Torricelli sharafiga).

Manometrlardan tashqari, boshqa o'lchagichlar, ya'ni mexanik va elektr aneroid barometrlar, jumladan, shinalar bosimi o'lchagichlari va boshqalar mavjud. Torricelli tomonidan atmosfera bosimini o'lchash uchun ishlatiladigan asbob simob barometri deb ham ataladi, unda simob bilan to'ldirilgan shisha naycha mavjud.

[irp]

O'lchov bosimi va mutlaq bosim

Absolyut bosim = atmosfera bosimi + o'lchangan bosim. Shunday qilib, absolyut bosimni olish uchun biz o'lchov bosimini atmosfera bosimi bilan qo'shamiz . Boshqacha qilib aytganda, absolyut bosim = umumiy bosim. Matematik tarzda quyidagicha yozilishi mumkin:

p = pa + p g

Masalan, agar biz o'lchagan shinalar bosimi = 100 kPa bo'lsa, unda absolyut bosim quyidagicha bo'ladi:

p = p a + p g

p = 101 kPa + 100 kPa

p = 201 kPa

Mutlaq bosim miqdori = 201 kPa

1-misol muammosi:

Suv osti kemasi 200 metr chuqurlikka sho'ng'iydi. Suv osti kemasi qanday bosim ostida qoladi? g = 10 m/ ^s2

Ma'lum:

Chuqurlik (soat) = 200 m

Dengiz suvining zichligi (ρ) = 1.03 x 103 ^kg /m3 ⁼ 1030 kg/ ^m3

Atmosfera bosimi (pa) = 1 atm = 1 x 10 ⁵ N/m ² = 1 x 10 ⁵ (Kg m/s ² )/m ² = 1 x 10 ⁵ Kg/ms ²

Og'irlik tezlanishi (g) = 10 m/ ^s2

Qidirilgan:

yechim:

p = pa + ρ gh

p = 1 x 10 ⁵ kg/ms2 ⁺ (1030 kg/m3 ⁾ (10 m/s2 ⁾ (200 m)

p = 1 x 10 ⁵ kg/ms ² + 2060000 kg/ms ²

p = 1 x 10 ⁵ kg/ms ² + 20.6 x 10 ⁵ kg/ms ²

p = 21.6 x 10 ⁵ kg/ms ²

p = 21.6 x 10 ⁵ N/ ^m2

p = 21.6 x 10 ⁵ Pa

Atmosfera bosimi hisoblashda hisobga olinmasligi uchun idish ochiq.

2-misol muammosi:

Suv ombori Balandligi 10 metr bo'lgan suv bilan to'ldirilgan. Agar suv omborining yuzasi yopiq bo'lsa, idishning pastki qismidagi suv bosimi qanday? g = 10 m/s ²

Ma'lum:

Balandligi (h) = 10 m

Suv zichligi (ρ) = 1,00 x 103 ^kg /m3 ⁼ 1000 kg/ ^m3

Atmosfera bosimi (pa) = 1 atm = 1 x 10 ⁵ N/m ² = 1 x 10 ⁵ (kg m/s ² ) / m ² = 1 x 10 ⁵ Kg/ms ²

Og'irlik tezlanishi (g) = 10 m/ ^s2

Qidiruv: Bosim

yechim:

p = ρ gh

p = (1000 kg/m³ ⁾ (10 m/s³ ⁾ (200 m)

p = 2000 000 kg/ms ²

p = 20 x 10 ⁵ kg/ms ²

p = 20 x 10 ⁵ N/ ^m2

p = 20 x 10 ⁵ Pa

Atmosfera bosimi hisoblashga kiritilmasligi uchun idish yopiq.

3-misol muammosi:

Suv ustunining balandligi (o'ngda) = 50 sm, boshqa suyuqlik ustunining balandligi esa (chapda) = 30 sm. Boshqa suyuqliklarning zichligi qancha?

Ma'lum:

Og'irlik tezlanishi (g) = 10 m/ ^s2

Suv balandligi (h1 ₎ = 50 sm

Suv zichligi (ρ1 ₎ = 1 x 103 ^kg /m3 ⁼ 1000 kg/ ^m3

Boshqa suyuqlikning balandligi (h2 ₎ = 30 sm

Kerakli: Boshqa suyuqlikning zichligi

yechim:

pa + r ₁ gh ₁ = pa + r ₂ gh ₂

ρ ₁ soat ₁ = ρ ₂ soat ₂

ρ ₂ = ρ ₁ soat ₁ / soat ₂

ρ ₂ = (50 sm)(1000 kg/m³ ⁾ / 30 sm

ρ ₂ = 1666.7 kg/m ³

[irp]