Titẹ ninu awọn omi

Àpilẹ̀kọ nípa Ìfúnpọ̀ nínú omi

Nínú fisiksi, a túmọ̀ titẹ náà sí agbára fún agbègbè ẹyọ kan, níbi tí ìtọ́sọ́nà agbára náà wà ní ìdúróṣinṣin sí agbègbè ojú ilẹ̀. Ní ti ìṣirò, a ń fi ìfúnpá hàn nípasẹ̀ ìṣètò P = F / A, níbi tí P = titẹ, F = agbára àti A = agbègbè ojú ilẹ̀. Ẹ̀yà agbára (F) ni Newton (N), ẹ̀yà agbègbè náà ni mítà onígun mẹ́rin (m ² ). Nítorí pé titẹ ni agbára fún agbègbè ẹyọ kan, ẹ̀yà ìfúnpá náà jẹ́ N/m ^2. Orúkọ mìíràn fún N/m ² ni Pascal (Pascal). A lo Pascal gẹ́gẹ́ bí ẹ̀yà ìfúnpá láti bu ọlá fún Blaise Pascal.

Nígbà tí omi náà bá sinmi, omi náà máa ń fúnni ní agbára kan tí ó dúró sí gbogbo ojú ibi tí ó fara kan náà. Fún àpẹẹrẹ, a máa ń ṣe àtúnyẹ̀wò omi inú gíláàsì náà; apá kọ̀ọ̀kan omi náà máa ń fúnni ní agbára kan tí ó dúró sí ògiri gíláàsì náà. Nítorí náà, apá kọ̀ọ̀kan omi náà máa ń fúnni ní agbára kan sí agbègbè kọ̀ọ̀kan nínú àpótí tí ó wà. Èyí jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn ànímọ́ pàtàkì ti omi tí ó dúró sí i. Nígbà tí omi náà bá lo agbára kan lórí ojú ilẹ̀, níbi tí ìtọ́sọ́nà agbára náà kò bá dúró sí i, ojú ilẹ̀ náà yóò fúnni ní agbára ìhùwàsí tí ìtọ́sọ́nà rẹ̀ kò dúró sí i. Èyí yóò mú kí omi náà máa ṣàn. Ṣùgbọ́n ibà náà, id, dúró sí i. Nítorí náà, ìparí èrò ni pé, nínú omi tí ó dúró sí i, ìtọ́sọ́nà agbára náà máa ń dúró sí i lórí ojú àpótí náà nígbà gbogbo.

Ohun pàtàkì mìíràn tó wà nínú omi tó dúró ni pé omi náà máa ń fi ìfúnpá sí gbogbo ọ̀nà. Láti lóye àlàyé yìí dáadáa, fi ohun kan tó lè léfòó sínú omi sínú àpótí kan. Tí omi náà bá sinmi, ohun náà kò ní máa rìn nítorí pé ìfúnpá kan náà ló ń ṣiṣẹ́ lórí gbogbo ojú ohun náà. Tí ìfúnpá omi náà kò bá dọ́gba, agbára gbogbo rẹ̀ yóò wà, èyí tó máa mú kí ohun náà máa rìn.

[irp]

Ipa ti ijinle lori titẹ

Báwo ni jíjìn tàbí gíga ṣe ní ipa lórí ìfúnpọ̀ omi? Ṣé ìfúnpọ̀ omi òkun ní jíjìn mítà mẹ́wàá kan náà pẹ̀lú ìfúnpọ̀ omi òkun ní jíjìn mítà ọgọ́rùn-ún? Ẹ jẹ́ kí a ṣe àtúnyẹ̀wò ìfúnpọ̀ omi nínú àpótí gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán náà. Gíga ọ̀wọ̀n omi náà jẹ́ h àti agbègbè ìpín-ẹ̀yà A. Kí ni ìfúnpọ̀ omi ní ìsàlẹ̀ àpótí náà?

w = iwuwo omi, h = giga ti ọwọn omi ninu apo onirin, A = agbegbe oju ilẹ, ati P jẹ titẹ.

Iwọn ti ọwọn omi naa jẹ:

ρ = m / V

m = ρ V

m = ρ h A

Ìwọ̀n ọ̀wọ̀n omi ni:

w = mg = ρ h A g

w = iwuwo, ρ = iwuwo, m = ibi-iwọn, g = isare agbara walẹ, V = h A = iwọn didun omi (h = giga, A = agbegbe oju)

Tí a bá fi ìṣirò tí ó wà lókè yìí sínú ìṣirò ìfúnpá:

p = ρ gh → Ìbáramu 1 (àpótí tí a ti pa)

p = pa + ρ gh → Ìbáramu 2 (àpótí ṣíṣí)

pa = titẹ afẹfẹ, ρ gh = titẹ hydrostatic

Tí omi bá wà nínú àpótí tó ṣí sílẹ̀, a máa darí ìfúnpá afẹ́fẹ́ sí ìsàlẹ̀ lórí omi náà.

Ní ìbámu pẹ̀lú ìfojúsùn tó wà lókè yìí, ìfúnpá náà dọ́gba tààrà sí ìwọ̀n àti ìjìnlẹ̀ omi náà (ìfàsẹ́yìn wúwo kò yí padà).

Tí ìyàtọ̀ gíga bá tóbi (fún àpẹẹrẹ nínú omi òkun jíjìn gan-an), ìwọ̀n náà yàtọ̀ díẹ̀. Ṣùgbọ́n tí ìyàtọ̀ gíga kò bá ṣe pàtàkì jù, ní pàtàkì ìwọ̀n omi náà kan náà, tàbí ìyàtọ̀ náà kéré tó bẹ́ẹ̀ tí a kò fi fojú fo ó.

A tun le lo idogba ti o wa loke lati ṣe iṣiro iyatọ titẹ ni ijinle oriṣiriṣi kọọkan. A tun kọ idogba ti o wa loke yii:

Δp = ρ g Δh

Δp = ìyàtọ̀ nínú ìfúnpá, Δh = ìyàtọ̀ nínú gíga

[irp]

Agbara afẹfẹ

Nígbà tí a bá rì sínú omi, gbogbo ẹ̀yà ara wa ni a máa fi omi bò. Bí a ṣe rì sínú omi tó jinlẹ̀ tó, bẹ́ẹ̀ náà ni a ṣe máa ń nímọ̀lára ìfúnpá tó pọ̀ tó. Lójoojúmọ́, a máa ń fi afẹ́fẹ́ tó máa ń dẹ́kun gbogbo ẹ̀yà ara wa bo ara wa bí ìgbà tí a bá wà nínú omi. Gẹ́gẹ́ bí omi òkun, a lè fi ojú ilẹ̀ ayé wé afẹ́fẹ́ tó “dá lórí òkun”. Tí afẹ́fẹ́ bá ń dẹ́kun gbogbo ẹ̀yà ara wa nígbàkigbà, kí ló dé tí a kò fi nímọ̀lára rẹ̀, bíi pé a wà ní ìsàlẹ̀ òkun? Àwọn sẹ́ẹ̀lì ara wa máa ń dẹ́kun ìfúnpá inú tó fẹ́rẹ̀ẹ́ jọ ìfúnpá òde. Èyí máa ń jẹ́ kí a má nímọ̀lára àwọn ìyàtọ̀ ìfúnpá wọ̀nyí.

Ìfúnpá ojú ọ̀run ayé pẹ̀lú máa ń yípadà pẹ̀lú gíga. Ṣùgbọ́n ìfúnpá ojú ọ̀run ayé yàtọ̀ sí omi. Àwọn ìyípadà nínú ìwọ̀n omi kéré gan-an fún ìyàtọ̀ nínú jíjìn tí kò tóbi púpọ̀ débi pé a kà ìwọ̀n omi náà sí ọ̀kan náà. Èyí yàtọ̀ sí ìwọ̀n ojú ọ̀run ayé. Ìwọ̀n ojú ọ̀run ayé yàtọ̀ síra pẹ̀lú gíga. Ìwọ̀n ojú ọ̀run ní gbogbo gíga yàtọ̀ síra débi pé a kò lè ṣírò ìwọ̀n ojú ọ̀run nípa lílo àwọn ìdọ́gba tí a ti rí lókè yìí. Bákan náà, kò sí ààlà lórí ojú ọ̀run tí a ti lè wọn gíga rẹ̀. Ìfúnpá ojú ọ̀run náà yàtọ̀ sí ojú ọjọ́. Láti pinnu ìwọ̀n ojú ọ̀run, a máa ń ṣe àwọn ìwọ̀n.

Wiwọn Titẹ

Evangelista Torricelli (1608-1647), akẹ́kọ̀ọ́ Galileo, ṣe ọ̀nà láti wọn ìfúnpá afẹ́fẹ́ ní ọdún 1643 nípa lílo barometer mercury ti iṣẹ́ rẹ̀. Barometer jẹ́ tube gilasi gígùn kan, nínú èyí tí a ti fi mercury kún inú tube náà. Ó dára, tube gilasi tí ó ní mercury ni a yí padà sínú àwo kan tí a ti fi mercury kún pẹ̀lú.

Nígbà tí páìpù dígí tí ó ní mercury bá yí padà, òpin páìpù náà kò ní kún pẹ̀lú mercury; àwọn ohun tí ó wà nínú rẹ̀ jẹ́ mercury vapor nìkan, ìfúnpọ̀ náà kéré tó bẹ́ẹ̀ tí a kò fi fojú fo (p2 = 0). Lórí ojú mercury tí ó wà nínú páìpù náà, ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́ kan wà tí a darí sí ìsàlẹ̀ (afẹ́fẹ́ náà ń tẹ mercury lórí àwo náà). Ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́ náà di ọ̀wọ̀n mercury nínú páìpù dígí náà mú. Nínú àwòrán náà, ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́ ni a fi pò ní po. A lè ṣírò iye ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́ nípa lílo ìṣirò:

p _o = ρ gh

Ní ìbámu pẹ̀lú àwọn àbájáde ìwọ̀n, àròpín ìwọ̀n ìfúnpọ̀ ojú ọ̀run ní ìpele òkun jẹ́ 1.013 x 10 ⁵ N/m2 ^. A lo iye ìwọ̀n ìfúnpọ̀ ojú ọ̀run ní ìpele òkun láti ṣàlàyé àwọn ìwọ̀n ìfúnpọ̀ ojú ọ̀run mìíràn, èyí ni atm (atmosphere). Nítorí náà, 1 atm = 1.013 x 10 ⁵ N/m2 ⁼ 101.3 kPa (kPa = kilo pascals). Ẹ̀yà ìfúnpọ̀ mìíràn ni ọ̀pá (tí a sábà máa ń lò nínú ìmọ̀ ojú ọjọ́). 1 bar = 1.00 x 10 ⁵ N / m ² = 100 kPa.

[irp]

Báwo ni a ṣe lè rí ìfúnpá afẹ́fẹ́ tí ó wà lókè yìí?

Ìwọ̀n náà lo àwọn ìlànà tí Torricelli fi hàn lókè yìí. Gíga ọ̀wọ́n mercury tí a lò jẹ́ 76 cm (títẹ̀ afẹ́fẹ́ lè di ọ̀wọ́n mercury mú tí ó dé 76.0 cm ní gíga), níbi tí a ti lo ìwọ̀n otútù mercury ní 0 ^o C ní pàtó àti bí agbára ìwalẹ̀ ṣe yára tó jẹ́ 9.8 m/s ^2. Ìwọ̀n mercury ní ipò yìí jẹ́ 13.6 x 10 ³ kg/m3 ^. Títẹ̀ afẹ́fẹ́:

p _o = ρ gh

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

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

Àwọn irinṣẹ́ ìfúnpá

Ọ̀pọ̀lọpọ̀ irinṣẹ́ ló wà tí a ń lò láti wọn ìfúnpá, títí kan àwọn manometers tí ó ṣí sílẹ̀ nínú tube.

Nínú manometer tube tí ó ṣí sílẹ̀, níbi tí tube náà ti ní àwòrán U, a fi omi kún àwọn tube kan (mercury tàbí omi). Ìfúnpọ̀ tí a wọ̀n ní í ṣe pẹ̀lú ìyàtọ̀ nínú gíga méjì ti omi tí a kún sínú tube náà. A ṣírò iye ìfúnpọ̀ nípa lílo ìṣirò:

p = p _a + ρ gh

p _a = titẹ oju-aye

ρ gh = titẹ ti a wọn

ρ = iwuwo omi

Ni gbogbogbo, kìí ṣe pé a ṣírò ọjà ρ gh bí kò ṣe gíga omi náà (h) nítorí pé a máa ń fúnni ní ìwọ̀n mílímítà mercury (mm Hg) tàbí mílímítà omi (mm H ₂ O). Orúkọ mìíràn mm hg ni torr (ní ọlá Evangelista Torricelli).

Yàtọ̀ sí àwọn manometers, àwọn gauges mìíràn tún wà tí í ṣe aneroid barometers, àwọn mechanical àti electrical, títí kan àwọn taya pressure gauges, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ. Ohun èlò tí Torricelli ń lò láti wọn pressure afẹ́fẹ́ ni a tún ń pè ní mercury barometer, nínú èyí tí a ti fi glass tube kún mercury.

[irp]

Ìfúnpá Gíga àti Ìfúnpá Pàtàkì

Ìtẹ̀sí pípé = ìtẹ̀sí afẹ́fẹ́ + ìtẹ̀sí tí a wọ̀n. Nítorí náà, láti gba ìtẹ̀sí pípé, a fi ìwọ̀n ìwọ̀n kún un pẹ̀lú ìtẹ̀sí afẹ́fẹ́. Ní ọ̀rọ̀ mìíràn, ìtẹ̀sí pípé = ìtẹ̀sí gbogbo. A lè kọ nípa ìṣirò:

p = pa + p g

Fún àpẹẹrẹ, tí ìfúnpá taya tí a wọ̀n bá jẹ́ 100 kPa, nígbà náà ìfúnpá tí ó péye ni:

p = p a + p g

p = 101 kPa + 100 kPa

p = 201 kPa

Iye titẹ pipe = 201 kPa

Àpẹẹrẹ ìṣòro 1:

Omi abẹ́ omi kan ń rì sí ìjìnlẹ̀ tó 200 mítà. Kí ni ìfúnpá tí omi abẹ́ omi náà ń ní? g = 10 m/s ²

A mọ̀:

Ijinle (h) = 200 m

Ìwọ̀n omi òkun (ρ) = 1.03 x 10 ³ kg/m ³ = 1030 kg/m ³

Ìfúnpá ojú ọ̀run (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

Ìyára òòfà (g) = 10 m/s ²

A fẹ́:

Ojutu:

p = pa + ρ gh

p = 1 x 10 ⁵ kg/ms ² + (1030 kg/m ³ )(10 m/s ² )(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/m ²

p = 21.6 x 10 ⁵ Pa

Àpótí náà ṣí sílẹ̀ kí a má baà fi agbára afẹ́fẹ́ sínú ìṣirò náà.

Àpẹẹrẹ ìṣòro 2:

Ibùdó omi kan O kún pẹlu giga mita 10 ti o kún fun omi. Ti oju ibi ìpamọ́ omi ba ti di, kini titẹ omi ni isalẹ apoti naa? g = 10 m/s ²

A mọ̀:

Gíga (h) = 10 m

Ìwọ̀n omi (ρ) = 1,00 x 10 ³ kg/m ³ = 1000 kg/m ³

Ìfúnpá ojú ọ̀run (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

Ìyára òòfà (g) = 10 m/s ²

A nfẹ: Titẹ

Ojutu:

p = ρ gh

p = (1000 kg/m ³ )(10 m/s ² )(200 m)

p = 2000,000 kg/ms ²

p = 20 x 10 ⁵ kg/ms ²

p = 20 x 10 ⁵ N/m ²

p = 20 x 10 ⁵ Pa

A ti pa àpótí náà kí a má baà fi agbára afẹ́fẹ́ sínú ìṣirò náà.

Àpẹẹrẹ ìṣòro 3:

Gíga ọ̀wọ̀n omi (ọ̀tún) = 50 cm, nígbà tí gíga ọ̀wọ̀n omi kejì (òsì) = 30 cm. Kí ni ìwọ̀n àwọn omi mìíràn?

A mọ̀:

Ìyára òòfà (g) = 10 m/s ²

Gíga omi (h ₁ ) = 50 cm

Ìwọ̀n omi (ρ ₁ ) = 1 x 10 ³ kg/m ³ = 1000 kg/m ³

Gíga omi mìíràn (h ₂ ) = 30 cm

A nfẹ: Iwọn omi miiran

Ojutu:

pa + ρ ₁ gh ₁ = pa + ρ ₂ gh ₂

ρ ₁ h ₁ = ρ ₂ h ₂

ρ ₂ = ρ ₁ h ₁ / h ₂

ρ ₂ = (50 cm)(1000 kg/m ³ ) / 30 cm

ρ ₂ = 1666.7 kg/m ³

[irp]