Sztárhírek
Felső és alsó nyomás: mit jelent ez? Hogyan jelenik meg a nyomás?
FIZIKA. 1. A fizika tárgya és felépítése A fizika a legegyszerűbb és egyben legfontosabb tudományág. általános tulajdonságokés a minket körülvevő anyagi világ tárgyainak mozgástörvényei. Ennek a közösnek köszönhetően nincs olyan természeti jelenség, amelynek ne lennének fizikai tulajdonságai. tulajdonságok... Fizikai enciklopédia
A tudomány, amely a legegyszerűbben és egyben a legtöbbet vizsgálja általános minták természeti jelenségek, az anyag tulajdonságai és szerkezete, valamint mozgásának törvényei. Az élettan fogalmai és törvényei minden természettudomány alapját képezik. F. az egzakt tudományok közé tartozik és a mennyiségeket tanulmányozza ... Fizikai enciklopédia
FIZIKA- FIZIKA, a kémiával együtt tanulmányozó tudomány általános törvények az energia és az anyag átalakulásai. Mindkét tudomány a természettudomány két alaptörvényén alapul: a tömegmegmaradás törvényén (Lomonoszov törvénye, Lavoisier) és az energiamegmaradás törvényén (R. Mayer, Jaul... ... Nagy Orvosi Enciklopédia
A csillagfizika az asztrofizika egyik ága, amely a csillagok fizikai oldalát (tömeg, sűrűség, ...) vizsgálja. Tartalom 1 A csillagok méretei, tömegei, sűrűsége, fényessége 1.1 Csillagok tömege ... Wikipédia
I. A fizika tárgya és szerkezete A fizika a természeti jelenségek legegyszerűbb és egyben legáltalánosabb törvényeit, az anyag tulajdonságait és szerkezetét, valamint mozgásának törvényeit vizsgáló tudomány. Ezért az F. és a többi törvény fogalma mindennek az alapja... ...
Tág értelemben a légköri nyomásnál nagyobb nyomás; konkrét műszaki és tudományos feladatokban az egyes feladatokra jellemző értéket meghaladó nyomás. A szakirodalomban ugyanúgy konvencionálisan megtalálható D. v. felosztása. magasra és... Nagy Szovjet enciklopédia
- (az ógörög physis természetből). A régiek fizikának nevezték a környező világ és a természeti jelenségek bármely tanulmányozását. A fizika fogalmának ez a felfogása a 17. század végéig megmaradt. Később számos speciális tudományág jelent meg: a kémia, amely a tulajdonságokat vizsgálja... ... Collier enciklopédiája
A nagyon nagy nyomások anyagra gyakorolt hatásának tanulmányozása, valamint az ilyen nyomások meghatározására és mérésére szolgáló módszerek kidolgozása. A nagynyomású fizika fejlődésének története csodálatos példája a tudomány szokatlanul gyors fejlődésének,... ... Collier enciklopédiája
A szilárdtestfizika a kondenzált anyag fizika egyik ága, melynek feladata a szilárd testek fizikai tulajdonságainak atomi szerkezetük szempontjából történő leírása. Intenzíven fejlődött a 20. században a kvantummechanika felfedezése után.... ... Wikipédia
Tartalom 1 Elkészítési módszerek 1.1 Folyadékok elpárologtatása ... Wikipédia
Könyvek
- Fizika. 7. osztály. Didaktikai anyagok A. V. Peryskin tankönyvéhez. Függőleges. Szövetségi Állami Oktatási Standard, Maron Abram Evsevich, Maron Evgeniy Abramovics. Ez a kézikönyv képzési feladatokat, önkontroll teszteket tartalmaz, önálló munkavégzés, tesztpapírokés példák a megoldásokra tipikus feladatok. Összességében a javasolt didaktikai készlet…
- Fizika 7. évfolyam Munkafüzet az A V. tankönyvhöz Peryshkina, Khannanova T., Khannanov N.. A kézikönyv szerves része UMK A.V. Peryshkina „Fizika. 7-9. évfolyam”, amelyet az új Szövetségi Állami Oktatási Szabvány követelményeinek megfelelően módosítottak. BAN BEN…
Miért nem esik a síléceken álló ember a laza hóba? Miért jobb a széles gumiabroncsokkal szerelt autó terepjáró képessége, mint egy normál gumiabroncsos autó? Miért van szüksége egy traktornak lánctalpasra? Ezekre a kérdésekre úgy fogjuk meg a választ, hogy megismerkedünk a nyomásnak nevezett fizikai mennyiséggel.
Szilárd nyomás
Ha egy erő nem a test egy pontjára, hanem több pontra hat, akkor az a test felületére hat. Ebben az esetben arról a nyomásról beszélünk, amelyet ez az erő hoz létre a szilárd test felületén.
A fizikában a nyomás olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő a rá merőleges felületre ható erő és a felület területének arányával.
p = F/S ,
Ahol R - nyomás; F - a felületre ható erő; S - felszíni terület.
Tehát nyomás akkor keletkezik, amikor egy erő hat rá merőleges felületre. A nyomás mértéke ennek az erőnek a nagyságától függ, és egyenesen arányos vele. Minél nagyobb az erő, annál nagyobb nyomást hoz létre egységnyi területen. Az elefánt nehezebb, mint a tigris, ezért nagyobb nyomást gyakorol a felszínre. Egy autó nagyobb erővel nyomja az utat, mint egy gyalogos.
A szilárd test nyomása fordítottan arányos azzal a felülettel, amelyre az erő hat.
Mindenki tudja, hogy a mély hóban járni nehéz, mert a lábad folyamatosan megsüllyed. De sílécen elég könnyű megtenni. A lényeg az, hogy az ember mindkét esetben azonos erővel - gravitációval - hat a hóra. De ez az erő megoszlik a különböző területű felületeken. Mivel a sílécek felülete nagyobb, mint a bakancs talpfelülete, a személy súlya ebben az esetben nagyobb területen elosztva. És az egységnyi területre ható erő többszörösen kisebbnek bizonyul. Ezért a sílécen álló ember kisebb erőt fejt ki a hóra, és nem esik bele.
A felület megváltoztatásával növelheti vagy csökkentheti a nyomás mértékét.
Túrázáskor széles pántokkal ellátott hátizsákot válasszunk, hogy csökkentsük a vállra nehezedő nyomást.
Az épület talajra gyakorolt nyomásának csökkentése érdekében az alap területét megnövelik.
Gumiabroncsok teherautók Szélesebbre készülnek, mint a személygépkocsi abroncsok, így kisebb nyomást gyakorolnak a talajra. Ugyanezen okból a traktor vagy tartály hernyótalpakon készül, nem kerekeken.
A kések, pengék, ollók és tűk úgy vannak élezve, hogy a lehető legkisebb vágási vagy szúrási területük legyen. És ekkor még kis erővel is nagy nyomás keletkezik.
Ugyanezen okból a természet éles fogakat, agyarakat és karmokat adott az állatoknak.
A nyomás egy skaláris mennyiség. Szilárd testekben az erő irányába továbbítódik.
Az erő mértékegysége a newton. A terület mértékegysége m2. Ezért a nyomás mértékegysége N/m2. Ezt az értéket nemzetközi rendszer SI mértékegységeket hívnak pascal (Pa vagy Ra). Nevét Blaise Pascal francia fizikus tiszteletére kapta. 1 pascal nyomást az 1 m2-es felületre ható 1 newton erő okoz.
1 Pa = 1 N/m2 .
Más rendszerek olyan mértékegységeket használnak, mint a bár, légkör, Hgmm. Művészet. (higanymilliméter) stb.
Nyomás folyadékokban
Ha be szilárd test A nyomás az erő irányába, majd folyadékokban és gázokban, Pascal törvénye szerint, a folyadékra vagy gázra kifejtett nyomás minden irányban változás nélkül továbbítódik ».
Töltsünk meg egy henger alakú keskeny csőhöz kapcsolódó apró lyukakkal ellátott labdát folyadékkal. Töltsük meg a labdát folyadékkal, helyezzünk egy dugattyút a csőbe, és kezdjük el mozgatni. A dugattyú megnyomja a folyadék felületét. Ez a nyomás a folyadék minden pontjára továbbítódik. A folyadék elkezd ömleni a labda lyukaiból.
A labdát füsttel megtöltve ugyanazt az eredményt fogjuk látni. Ez azt jelenti, hogy a gázokban a nyomás is minden irányba továbbítódik.
A folyadékra, mint minden testre a Föld felszínén, hatással van a gravitáció. A tartályban lévő folyadék minden rétege nyomást kelt a súlyával.
Ezt igazolja a következő tapasztalat.
Ha az alja helyett gumifóliával ellátott üvegedénybe vizet öntünk, a fólia a víz súlya alatt meghajlik. És minél több víz van, annál jobban meghajlik a film. Ha ezt a vízzel ellátott edényt fokozatosan egy másik, szintén vízzel töltött edénybe merítjük, akkor lefelé haladva a film kiegyenesedik. És ha a vízszint az edényben és a tartályban egyenlő, a film teljesen kiegyenesedik.
Az egyik szinten a folyadék nyomása azonos. De a mélység növekedésével növekszik, mivel a felső rétegek molekulái nyomást gyakorolnak az alsó rétegek molekuláira. És viszont nyomást gyakorolnak a még alacsonyabban elhelyezkedő rétegek molekuláira. Ezért a tartály legalacsonyabb pontján lesz a legnagyobb a nyomás.
A mélységi nyomást a következő képlet határozza meg:
p = ρ g h ,
Ahol p - nyomás (Pa);
ρ - folyadék sűrűsége (kg/m3);
g - gyorsulás szabadesés(9,81 m/s);
h - a folyadékoszlop magassága (m).
A képletből jól látható, hogy a nyomás a mélység növekedésével nő. Minél lejjebb kerül egy merülőhajó az óceánba, annál nagyobb nyomást fog tapasztalni.
Légköri nyomás
Evangelista Torricelli
Ki tudja, hogy 1638-ban Toszkána hercege nem döntött-e úgy, hogy feldíszíti Firenze kertjét gyönyörű szökőkutak, a légköri nyomást nem a 17. században fedezték volna fel, hanem sokkal később. Elmondhatjuk, hogy ez a felfedezés véletlenül történt.
Akkoriban azt hitték, hogy a víz felszáll a szivattyú dugattyúja mögött, mert – ahogy Arisztotelész mondta – „a természet irtózik a vákuumtól”. A rendezvény azonban nem járt sikerrel. A szökőkutak vize valóban felemelkedett, kitöltve a keletkezett „ürt”, de 10,3 m magasságban megállt.
Galileo Galileihez fordultak segítségért. Mivel nem talált logikus magyarázatot, utasította tanítványait: Evangelista TorricelliÉs Vincenzo Viviani kísérleteket végezni.
A meghibásodás okát keresve a Galileo diákjai rájöttek, hogy a szivattyú mögött különböző folyadékok emelkednek különböző magasságokba. Minél sűrűbb a folyadék, annál alacsonyabbra tud emelkedni. Mivel a higany sűrűsége 13-szoros nagyobb sűrűség víz, akkor 13-szor kisebb magasságba tud majd emelkedni. Ezért használtak higanyt a kísérletükben.
A kísérletet 1644-ben végezték el. Egy üvegcső tele volt higannyal. Aztán beledöntötték egy szintén higannyal töltött edénybe. Egy idő után a csőben lévő higanyoszlop felemelkedett. De nem töltötte meg az egész csövet. A higanyoszlop fölött maradt üres tér. Később „torricelli űrnek” nevezték el. De a higany sem ömlött ki a csőből a tartályba. Torricelli ezt azzal magyarázta, hogy a légköri levegő rányomja a higanyt, és a csőben tartja. A csőben lévő higanyoszlop magassága pedig ennek a nyomásnak a nagyságát mutatja. Ez volt az első alkalom, hogy légköri nyomást mértek.
A Föld légköre az övé légburok, amelyet a gravitációs vonzás tart a közelében. A héjat alkotó gázok molekulái folyamatosan és kaotikusan mozognak. A gravitáció hatására a légkör felső rétegei rányomnak az alsóbb rétegekre, összenyomják azokat. A Föld felszínén található legalsó réteg a leginkább összenyomott. Ezért a nyomás ott a legnagyobb. Pascal törvénye szerint ezt a nyomást minden irányba továbbítja. Minden megtapasztalja, ami a Föld felszínén van. Ezt a nyomást ún légköri nyomás .
Mivel a légköri nyomást a fedő levegőrétegek hozzák létre, a magasság növekedésével csökken. Köztudott, hogy magasan a hegyekben kevesebb, mint a hegyek lábánál. És mélyen a föld alatt sokkal magasabban van, mint a felszínen.
Normál légköri nyomásnak azt a nyomást tekintjük, amely megegyezik egy 760 mm magas higanyoszlop nyomásával 0 o C hőmérsékleten.
Légköri nyomásmérés
Mivel a légköri levegő különböző magasságokban eltérő sűrűségű, az érték légköri nyomás képlettel nem határozható megp = ρ · g · h . Ezért speciális, úgynevezett barométerek .
Vannak folyékony barométerek és aneroidok (folyadékmentes). A folyadékbarométerek működése a folyadékszint légköri nyomás alatti változásán alapul.
Az aneroid egy hullámos fémből készült lezárt tartály, amelynek belsejében vákuumot hoznak létre. A tartály összehúzódik, ha a légköri nyomás nő, és kitágul, ha csökken. Mindezeket a változásokat egy rugós fémlemez segítségével továbbítják a mutatóhoz. A nyíl vége a skála mentén mozog.
A barométer állásainak megváltoztatásával megjósolhatja, hogyan változik az időjárás a következő napokban. Ha emelkedik a légnyomás, akkor derült időre lehet számítani. És ha lemegy, felhős lesz.
Mindannyiunknak megmértük a vérnyomását. Szinte mindenki tudja, hogy a normál vérnyomás 120/80 Hgmm. De nem mindenki tudja megválaszolni, hogy ezek a számok valójában mit jelentenek.
Próbáljuk meg kitalálni, hogy valójában mit jelent a felső/alsó nyomás, és miben térnek el ezek az értékek egymástól. Először is határozzuk meg a fogalmakat.
A vérnyomás (BP) az egyik leginkább fontos mutatók, a keringési rendszer működését mutatja be. Ez a mutató a szív, az erek és a rajtuk áthaladó vér részvételével jön létre.
A vérnyomás a vér nyomása az artéria falára
Sőt, függ a vér ellenállásától, egy összehúzódás hatására „kidobott” térfogatától (ezt nevezik szisztolénak), valamint a szívösszehúzódások intenzitásától. A legmagasabb vérnyomás akkor figyelhető meg, amikor a szív összehúzódik, és a bal kamrából „kidobja” a vért, a legalacsonyabb pedig a jobb pitvarba jutáskor, amikor a főizom ellazul (diasztolé). Most elérkeztünk a legfontosabbhoz.
Felső nyomáson vagy tudományosan szisztolés alatt a vér nyomását értjük összehúzódás közben. Ez a mutató megmutatja, hogyan húzódik össze a szív. Az ilyen nyomás kialakulása nagy artériák (például az aorta) részvételével történik, és ez a mutató számos kulcsfontosságú tényezőtől függ.
Ezek tartalmazzák:
- bal kamrai lökettérfogat;
- az aorta tágulása;
- maximális kioldási sebesség.
Ami pedig azt illeti alacsonyabb nyomás(más szóval diasztolés), megmutatja, hogy a vér mekkora ellenállást tapasztal az ereken áthaladva. Alacsony nyomás akkor következik be, amikor az aortabillentyű bezárul, és a vér nem tud visszatérni a szívbe. Ugyanakkor maga a szív megtelik más vérrel, oxigénnel telítve, és felkészül a következő összehúzódásra. A vér mozgása úgy történik, mint a gravitáció, passzívan.
A diasztolés nyomást befolyásoló tényezők a következők:
- pulzus;
- perifériás vaszkuláris rezisztencia.
Jegyzet! Normál körülmények között a két mutató közötti különbség 30 és 40 Hgmm között mozog, bár sok múlik az ember jólétén. Annak ellenére, hogy vannak konkrét számok és tények, minden test egyedi, akárcsak a vérnyomása.
Következtetésünk: a cikk elején megadott példában (120/80) a 120 a felső, a 80 pedig az alsó vérnyomás mutatója.
Vérnyomás - norma és eltérések
A vérnyomás kialakulása jellemzően elsősorban az életmódtól, a táplálkozási étrendtől, a szokásoktól (beleértve a rosszakat is) és a stressz gyakoriságától függ. Például ennek vagy annak az ételnek az elfogyasztásával kifejezetten csökkentheti/növelheti a vérnyomását. Megbízhatóan ismert, hogy voltak olyan esetek, amikor az emberek teljesen kigyógyultak a magas vérnyomásból, miután megváltoztatták szokásaikat és életmódjukat.
Miért kell tudni a vérnyomást?
Minden 10 Hgmm-es emelkedésnél körülbelül 30 százalékkal nő a szívbetegség kockázata. Azokban az emberekben, akik magas vérnyomás hétszer gyakrabban alakul ki stroke, négyszer koszorúér-betegség, kétszer gyakrabban szívelégtelenség véredény Alsó végtagok.
Éppen ezért az olyan tünetek okának felderítését, mint a szédülés, a migrén vagy az általános gyengeség, a vérnyomás mérésével kell kezdeni. Sok esetben a vérnyomást folyamatosan ellenőrizni és néhány óránként ellenőrizni kell.
Hogyan mérik a vérnyomást?
A legtöbb esetben a vérnyomást egy speciális eszközzel mérik, amely a következő elemekből áll:
- pneumatikus mandzsetta a kar összenyomásához;
- nyomásmérő;
- levegő szivattyúzására tervezett vezérlőszelepes izzó.
A mandzsetta a vállra kerül. A mérési folyamat során bizonyos követelményeket be kell tartani, ellenkező esetben az eredmény hibás (alul- vagy túlbecsült) lehet, ami viszont befolyásolhatja a későbbi kezelési taktikát.
Vérnyomás - mérés
- A mandzsetta meg kell feleljen a kar térfogatának. Azoknak, akik túlsúlyés gyermekek számára speciális mandzsettát használnak.
- A környezet legyen kényelmes, a hőmérséklet szobahőmérsékletű legyen, és legalább ötperces pihenő után érdemes elkezdeni. Ha hideg van, érgörcsök lépnek fel, és megemelkedik a vérnyomás.
- Az eljárást csak evés, kávéivás vagy dohányzás után fél órával lehet elvégezni.
- A beavatkozás előtt a beteg leül, egy szék támlájára támaszkodik, ellazul, lábait ilyenkor nem szabad keresztbe tenni. A kezet is lazítani kell, és mozdulatlanul kell feküdni az asztalon az eljárás végéig (de nem a „súlyon”).
- Az asztal magassága nem kevésbé fontos: szükséges, hogy a rögzített mandzsetta körülbelül a negyedik bordaközi tér szintjén legyen. A mandzsetta szívhez viszonyított minden öt centiméteres mozgása esetén a mutató 4 Hgmm-rel csökken (ha a végtag fel van emelve) vagy nő (ha le van engedve).
- Az eljárás során a nyomásmérő skáláját szemmagasságban kell elhelyezni - így kisebb az esély a hibázásra az olvasás során.
- A mandzsettába annyi levegőt pumpálnak, hogy a benne lévő belső nyomás legalább 30 Hgmm-rel meghaladja a becsült szisztolés vérnyomást. Abban az esetben is magas nyomású Fájdalom léphet fel a mandzsettában, és ennek eredményeként a vérnyomás megváltozhat. A levegőt másodpercenként 3-4 Hgmm sebességgel kell kifújni, a hangokat tonométerrel vagy sztetoszkóppal hallgatjuk. Fontos, hogy a készülék feje ne gyakoroljon túl nagy nyomást a bőrre – ez is torzíthatja a mért értékeket.
- A visszaállítás során a hang megjelenése (ezt nevezik a Korotkoff hangok első fázisának) megfelel a felső nyomásnak. Amikor a következő hallgatás során a hangok teljesen eltűnnek (ötödik fázis), a kapott érték az alacsonyabb nyomásnak felel meg.
- Néhány perc múlva a mérés megismétlődik. Átlagos, amelyet több egymást követő mérésből kaptunk, pontosabban tükrözi a dolgok állását, mint egyetlen eljárás.
- Javasoljuk, hogy az első mérést egyszerre mindkét kezén végezze el. Ezután használhatja az egyik kezét - azt, amelyiken nagyobb a nyomás.
Jegyzet! Ha egy személynek rendellenes szívritmusa van, akkor a vérnyomásmérés nehezebb eljárás lesz. Ezért jobb, ha ezt orvos végzi.
Hogyan értékeljük a vérnyomást
Minél magasabb egy személy vérnyomása, annál nagyobb a valószínűsége olyan betegségek kialakulásának, mint a stroke, ischaemia, veseelégtelenség stb. A nyomásmutató önálló értékeléséhez használhat egy speciális osztályozást, amelyet 1999-ben fejlesztettek ki.
1. sz. táblázat. Vérnyomásszintek felmérése. Norma
* - optimális az érrendszeri és szívbetegségek kialakulása, valamint a halálozás szempontjából.
Jegyzet! Ha a felső és alsó vérnyomás benn különböző kategóriák, akkor a magasabb kerül kiválasztásra.
táblázat 2. sz. Vérnyomásszintek felmérése. Magas vérnyomás
| Nyomás | Felső nyomás, Hgmm | Alacsonyabb nyomás, Hgmm |
|---|---|---|
| Első fokozat | 140-től 159-ig | 90-től 99-ig |
| Másodfokú | 160-tól 179-ig | 100-tól 109-ig |
| Harmadik fokozat | 180 felett | 110 felett |
| Borderline fokozat | 140-től 149-ig | 90-ig |
| Szisztolés magas vérnyomás | 140 felett | 90-ig |
Egy férfi síléccel és anélkül.
Az ember nagy nehezen sétál a laza havon, minden lépésnél mélyre süllyed. De miután sílécet vett fel, tud járni anélkül, hogy majdnem beleesne. Miért? Síléccel vagy anélkül az ember a súlyával megegyező erővel hat a havon. Ennek az erőnek a hatása azonban mindkét esetben eltérő, mert más a felület, amelyen az ember nyomja, sílécekkel és síléc nélkül. A sílécek felülete közel 20-szor nagyobb, mint a talpfelület. Ezért síléceken állva az ember a hófelület minden négyzetcentiméterére 20-szor kisebb erővel hat, mint ha síléc nélkül áll a havon.
Egy diák, aki gombokkal újságot tűz a táblára, mindegyik gombra egyenlő erővel hat. Viszont egy élesebb végű gomb könnyebben belemegy a fába.
Ez azt jelenti, hogy az erő eredménye nem csak a modulusától, irányától és alkalmazási pontjától függ, hanem annak a felületnek a területétől is, amelyre alkalmazzák (amelyre merőlegesen hat).
Ezt a következtetést fizikai kísérletek is megerősítik.
Tapasztalat: Egy adott erő hatásának eredménye attól függ, hogy milyen erő hat egységnyi felületre.
Egy kis tábla sarkaiba szögeket kell verni. Először a deszkába szúrt szögeket hegyükkel felfelé helyezzük a homokra, és helyezzünk egy súlyt a deszkára. Ebben az esetben a szögfejek csak kissé nyomódnak a homokba. Ezután megfordítjuk a deszkát, és a szélére helyezzük a szögeket. Ebben az esetben a támasztófelület kisebb, és ugyanolyan erő hatására a szögek lényegesen mélyebbre kerülnek a homokba.
Tapasztalat. Második illusztráció.
Ennek az erőnek az eredménye attól függ, hogy milyen erő hat az egyes felületegységekre.
A vizsgált példákban az erők a test felületére merőlegesen hatnak. A férfi súlya merőleges volt a hó felszínére; a gombra ható erő merőleges a tábla felületére.
Azt a mennyiséget, amely megegyezik a felületre merőlegesen ható erő és a felület területének arányával, nyomásnak nevezzük.
A nyomás meghatározásához a felületre merőleges erőt el kell osztani a felülettel:
nyomás = erő / terület.
Jelöljük a kifejezésben szereplő mennyiségeket: nyomás - p, a felületre ható erő az Fés felülete - S.
Ezután megkapjuk a képletet:
p = F/S
Nyilvánvaló, hogy az ugyanazon a területen ható nagyobb erő nagyobb nyomást eredményez.
Nyomásegységnek azt a nyomást kell érteni, amelyet egy 1 m2-es felületre merőleges felületre ható 1 N erő hoz létre..
Nyomás mértékegysége - newton négyzetméterenként(1 N/m2). A francia tudós tiszteletére Blaise Pascal Pascalnak hívják ( Pa). És így,
1 Pa = 1 N/m2.
Más nyomásegységeket is használnak: hektopaskális (hPa) És kilopascal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Írjuk fel a probléma feltételeit és oldjuk meg.
Adott : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?
SI mértékegységben: S = 0,03 m2
Megoldás:
p = F/S,
F = P,
P = g m,
P= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,
p= 450/0,03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa
"Válasz": p = 15000 Pa = 15 kPa
A nyomás csökkentésének és növelésének módjai.
Egy nehéz lánctalpas traktor 40-50 kPa nyomást fejt ki a talajra, azaz mindössze 2-3-szor nagyobb, mint egy 45 kg-os fiúé. Ez azzal magyarázható, hogy a traktor tömege a lánchajtás miatt nagyobb területen oszlik el. És ezt megállapítottuk hogyan nagyobb terület annál kisebb nyomást fejt ki ugyanaz az erő erre a támasztékra .
Attól függően, hogy alacsony vagy magas nyomásra van szükség, a támasztófelület növekszik vagy csökken. Például annak érdekében, hogy a talaj ellenálljon az építendő épület nyomásának, megnő az alapozás alsó részének területe.
A teherautó gumiabroncsok és a repülőgépek alváza sokkal szélesebb, mint az utasok gumiabroncsai. A sivatagi közlekedésre tervezett autók gumiabroncsai különösen szélesek.
Nehéz járművek, mint például traktor, harckocsi vagy mocsári jármű, amelyeknek nagy a síntartó felülete, mocsaras területeken haladnak át, amelyeket nem lehet áthaladni.
Másrészt kis felülettel kis erővel nagy nyomás generálható. Például, amikor egy gombot benyomunk egy táblába, körülbelül 50 N erővel hatunk rá. Mivel a gomb hegyének területe körülbelül 1 mm 2, az általa keltett nyomás egyenlő:
p = 50 N / 0,000 001 m 2 = 50 000 000 Pa = 50 000 kPa.
Összehasonlításképpen ez a nyomás 1000-szer nagyobb, mint a lánctalpas traktor által a talajra gyakorolt nyomás. Még sok ilyen példát találhatsz.
A vágóeszközök pengéi és a szúróeszközök (kés, olló, vágó, fűrész, tű stb.) hegye speciálisan élezett. Az éles penge kihegyezett éle kis területű, így kis erő is nagy nyomást hoz létre, ezzel a szerszámmal pedig könnyű dolgozni.
Vágó- és szúróeszközök az élő természetben is megtalálhatók: ezek a fogak, karmok, csőrök, tüskék stb. - mindegyik kemény anyagból készült, sima és nagyon éles.
Nyomás
Ismeretes, hogy a gázmolekulák véletlenszerűen mozognak.
Azt már tudjuk, hogy a szilárd anyagokkal és a folyadékokkal ellentétben a gázok kitöltik az egész tartályt, amelyben vannak. Például acél gáztároló palack, kamra autógumi vagy egy röplabda. Ebben az esetben a gáz nyomást gyakorol a henger falára, aljára és fedelére, a kamrára vagy bármely más testre, amelyben található. A gáznyomást nem egy szilárd test nyomása okozza a tartón.
Ismeretes, hogy a gázmolekulák véletlenszerűen mozognak. Mozgásuk során egymásnak, valamint a gázt tartalmazó tartály falának ütköznek. Egy gázban sok molekula van, ezért becsapódásuk száma igen nagy. Például a levegőmolekulák egy helyiségben 1 cm 2 területű felületre történő becsapódásának számát 1 másodperc alatt huszonhárom számjegyű számként fejezzük ki. Bár az egyes molekulák becsapódási ereje kicsi, az összes molekula hatása az edény falára jelentős - gáznyomást hoz létre.
Így, a gáz nyomását az edény falára (és a gázba helyezett testre) a gázmolekulák becsapódása okozza .
Tekintsük a következő kísérletet. Helyezzen egy gumilabdát a légszivattyú harangja alá. Kis mennyiségű levegőt tartalmaz, és van szabálytalan alakú. Ezután kiszivattyúzzuk a levegőt a csengő alól. A labda héja, amely körül a levegő egyre ritkább lesz, fokozatosan felfújódik, és szabályos golyó alakját veszi fel.
Hogyan magyarázható ez az élmény?
A sűrített gáz tárolására és szállítására speciális, tartós acélpalackokat használnak.
Kísérletünkben mozgó gázmolekulák folyamatosan ütik a labda falait belül és kívül. A levegő kiszivattyúzásakor a golyó héja körüli harangban lévő molekulák száma csökken. De a labdán belül a számuk nem változik. Ezért a molekuláknak a héj külső falaira gyakorolt hatásainak száma kisebb lesz, mint a belső falak. A golyó addig fújódik fel, amíg gumihéjának rugalmas ereje egyenlővé nem válik a gáznyomás erejével. A labda héja labda alakját veszi fel. Ez azt mutatja a gáz minden irányban egyformán nyomja a falait. Más szóval, a felület négyzetcentiméterére eső molekuláris hatások száma minden irányban azonos. Minden irányban azonos nyomás jellemző a gázra, és hatalmas számú molekula véletlenszerű mozgásának következménye.
Próbáljuk meg csökkenteni a gáz térfogatát, de úgy, hogy a tömege változatlan maradjon. Ez azt jelenti, hogy a gáz minden köbcentiméterében több molekula lesz, a gáz sűrűsége nő. Ekkor megnő a molekulák falakra gyakorolt hatásainak száma, azaz nő a gáznyomás. Ezt a tapasztalatok igazolhatják.
A képen Aüvegcső látható, amelynek egyik vége vékony gumifóliával van lezárva. A csőbe dugattyút helyeznek. Amikor a dugattyú bemozdul, a csőben lévő levegő térfogata csökken, azaz a gáz összenyomódik. A gumifólia kifelé hajlik, jelezve, hogy a légnyomás a csőben megnőtt.
Éppen ellenkezőleg, az azonos tömegű gáz térfogatának növekedésével minden köbcentiméterben csökken a molekulák száma. Ez csökkenti az edény falait érő ütések számát - a gáznyomás csökkenni fog. Valójában, amikor a dugattyút kihúzzák a csőből, a levegő mennyisége megnő, és a film meghajlik az edényben. Ez a légnyomás csökkenését jelzi a csőben. Ugyanez a jelenség figyelhető meg, ha levegő helyett más gáz lenne a csőben.
Így, ha a gáz térfogata csökken, a nyomása nő, a térfogat növekedésével a nyomás csökken, feltéve, hogy a gáz tömege és hőmérséklete változatlan marad.
Hogyan változik egy gáz nyomása, ha állandó térfogatra melegítjük? Ismeretes, hogy a gázmolekulák sebessége melegítés hatására nő. Ha gyorsabban mozognak, a molekulák gyakrabban ütköznek a tartály falaiba. Ezenkívül a molekula minden egyes falra gyakorolt hatása erősebb lesz. Ennek eredményeként az edény falai nagyobb nyomást szenvednek.
Ennélfogva, Minél magasabb a gáz hőmérséklete, annál nagyobb a gáznyomás egy zárt edényben, feltéve, hogy a gáz tömege és térfogata nem változik.
Ezekből a kísérletekből általánosságban arra lehet következtetni A gáznyomás annál gyakrabban és erősebben növekszik az edény falához .
A gázok tárolására és szállítására erősen össze vannak sűrítve. Ugyanakkor nyomásuk nő, a gázokat speciális, nagyon tartós palackokba kell zárni. Az ilyen hengerek például tengeralattjárókban sűrített levegőt és fémhegesztéshez használt oxigént tartalmaznak. Természetesen erre mindig emlékeznünk kell gázpalackok nem fűthetők, különösen akkor, ha gázzal vannak feltöltve. Mert, mint már tudjuk, egy robbanás nagyon kellemetlen következményekkel járhat.
Pascal törvénye.
A nyomás a folyadék vagy gáz minden pontjára továbbítódik.
A dugattyú nyomása a golyót megtöltő folyadék minden pontjára továbbítja.
Most gáz.
A szilárd anyagokkal ellentétben az egyes rétegek és kis folyadék- és gázrészecskék minden irányban szabadon mozoghatnak egymáshoz képest. Elég például egy pohárban enyhén a víz felszínére fújni, hogy a víz megmozduljon. Folyón vagy tavon a legkisebb szellő is hullámzást okoz.
A gáz- és folyadékrészecskék mobilitása magyarázza ezt a rájuk kifejtett nyomás nemcsak az erő irányába, hanem minden pontba továbbítódik. Tekintsük ezt a jelenséget részletesebben.
A képen, A gázt (vagy folyadékot) tartalmazó edényt ábrázol. A részecskék egyenletesen oszlanak el az edényben. Az edényt egy dugattyú zárja le, amely fel-le mozoghat.
Némi erő kifejtésével a dugattyút enyhén befelé kényszerítjük, és összenyomjuk a közvetlenül alatta található gázt (folyadékot). Ekkor a részecskék (molekulák) a korábbinál sűrűbben helyezkednek el ezen a helyen (b. ábra). A mobilitás miatt a gázrészecskék minden irányba mozognak. Ennek eredményeként elrendezésük ismét egységes lesz, de a korábbinál sűrűbb lesz (c. ábra). Ezért a gáznyomás mindenhol növekedni fog. Ez azt jelenti, hogy további nyomást továbbít minden gáz- vagy folyadékrészecskére. Tehát, ha magának a dugattyúnak a közelében a gázra (folyadékra) ható nyomás 1 Pa-val nő, akkor minden ponton belül gáz vagy folyadék, a nyomás ugyanannyival lesz nagyobb, mint korábban. Az edény falára, fenekére és dugattyújára nehezedő nyomás 1 Pa-val nő.
A folyadékra vagy gázra kifejtett nyomás minden irányban egyformán terjed bármely pontra .
Ezt az állítást ún Pascal törvénye.
Pascal törvénye alapján könnyen megmagyarázható a következő kísérlet.
Az ábrán egy üreges golyó látható kis lyukak. A labdához egy cső van rögzítve, amelybe dugattyút helyeznek. Ha megtöltünk egy labdát vízzel, és egy dugattyút nyomunk a csőbe, a víz kifolyik a golyón lévő összes lyukból. Ebben a kísérletben egy dugattyú megnyomja a víz felszínét egy csőben. A dugattyú alatt elhelyezkedő vízrészecskék tömörödve átadják nyomását más, mélyebben fekvő rétegekre. Így a dugattyú nyomása a labdát kitöltő folyadék minden pontjára továbbítódik. Ennek eredményeként a víz egy része az összes lyukból kifolyó azonos patakok formájában kiszorul a labdából.
Ha a golyó megtelik füsttel, akkor amikor a dugattyút a csőbe tolják, egyenlő füstáramok kezdenek kijönni a labda összes lyukából. Ez megerősíti ezt a gázok minden irányban egyformán továbbítják a rájuk kifejtett nyomást.
Nyomás folyadékban és gázban.
A folyadék súlyának hatására a csőben lévő gumi fenék meghajlik.
A folyadékokra, mint minden testre a Földön, hatással van a gravitáció. Ezért minden edénybe öntött folyadékréteg a súlyával nyomást hoz létre, amely Pascal törvénye szerint minden irányban továbbítódik. Ezért a folyadék belsejében nyomás van. Ez tapasztalattal igazolható.
Öntsön vizet egy üvegcsőbe, amelynek alsó nyílása vékony gumifóliával van lezárva. A folyadék súlyának hatására a cső alja meghajlik.
A tapasztalat azt mutatja, hogy minél magasabban van a vízoszlop a gumifilm felett, annál jobban meghajlik. De minden alkalommal, amikor a gumifenék meghajlik, a csőben lévő víz egyensúlyba kerül (leáll), mivel a gravitációs erőn kívül a megfeszített gumifólia rugalmas ereje hat a vízre.
A gumifilmre ható erők az |
mindkét oldalon azonosak. |
Ábra.
Az alja a gravitációs nyomás hatására eltávolodik a hengertől.
A gumifenekű csövet, amibe vizet öntenek, engedjük le egy másik, szélesebb vízzel ellátott edénybe. Látni fogjuk, hogy ahogy a csövet leengedjük, a gumifólia fokozatosan kiegyenesedik. A film teljes kiegyenesítése azt mutatja, hogy a felülről és alulról rá ható erők egyenlőek. A film teljes kiegyenesítése akkor következik be, ha a csőben és az edényben a vízszint egybeesik.
Ugyanez a kísérlet elvégezhető egy csővel is, amelyben gumifólia fedi az oldalsó lyukat, amint az a ábrán látható. Merítsük ezt a vizes csövet egy másik vízzel ellátott edénybe, az ábrán látható módon, b. Észre fogjuk venni, hogy a fólia újra kiegyenesedik, amint a vízszint a csőben és az edényben egyenlő lesz. Ez azt jelenti, hogy a gumifilmre ható erők minden oldalon azonosak.
Vegyünk egy edényt, amelynek az alja leeshet. Tegyük egy üveg vízbe. Az alja szorosan az edény széléhez lesz nyomva, és nem esik le. Alulról felfelé irányuló víznyomás ereje nyomja.
Óvatosan vizet öntünk az edénybe, és figyeljük az alját. Amint az edényben lévő vízszint egybeesik az edényben lévő vízszinttel, a víz leesik az edényről.
Az elválasztás pillanatában az edényben lévő folyadékoszlop felülről lefelé nyomódik, és a nyomás egy azonos magasságú, de az edényben elhelyezkedő folyadékoszlopból alulról felfelé halad át az aljára. Mindkét nyomás azonos, de az alja eltávolodik a hengertől a rajta ható hatás miatt saját erő gravitáció.
A vízzel végzett kísérleteket fentebb leírtuk, de ha víz helyett más folyadékot veszünk, a kísérlet eredménye ugyanaz lesz.
Tehát a kísérletek ezt mutatják A folyadék belsejében nyomás van, és ugyanazon a szinten minden irányban egyenlő. A nyomás a mélységgel nő.
A gázok ebben a tekintetben nem különböznek a folyadékoktól, mert súlyuk is van. De emlékeznünk kell arra, hogy a gáz sűrűsége több százszor kisebb, mint a folyadék sűrűsége. Az edényben lévő gáz súlya kicsi, „súly” nyomása sok esetben figyelmen kívül hagyható.
Az edény fenekére és falaira gyakorolt folyadéknyomás kiszámítása.
Az edény fenekére és falaira gyakorolt folyadéknyomás kiszámítása.
Nézzük meg, hogyan számíthatja ki a folyadék nyomását az edény alján és falán. Először oldjuk meg a feladatot egy négyszögletes paralelepipedon alakú érre.
Kényszerítés F, amellyel az ebbe az edénybe öntött folyadék az alját nyomja, egyenlő a súllyal P folyadék a tartályban. A folyadék tömege a tömegének ismeretében határozható meg m. A tömeg, mint tudod, a következő képlettel számítható ki: m = ρ·V. Az általunk választott edénybe öntött folyadék térfogata könnyen kiszámítható. Ha egy edényben a folyadékoszlop magasságát betűvel jelöljük hés az edény aljának területe S, Azt V = S h.
Folyékony tömeg m = ρ·V, vagy m = ρ S h .
Ennek a folyadéknak a súlya P = g m, vagy P = g ρ S h.
Mivel egy folyadékoszlop tömege egyenlő azzal az erővel, amellyel a folyadék az edény alját nyomja, akkor a tömeg elosztásával P A térre S, megkapjuk a folyadéknyomást p:
p = P/S vagy p = g·ρ·S·h/S,
Kaptunk egy képletet az edény alján lévő folyadék nyomásának kiszámításához. Ebből a képletből egyértelmű, hogy a folyadék nyomása az edény alján csak a folyadékoszlop sűrűségétől és magasságától függ.
Ezért a kapott képlet segítségével kiszámíthatja az edénybe öntött folyadék nyomását bármilyen alakú(Szigorúan véve számításunk csak olyan edényekre alkalmas, amelyeknek egyenes prizma és henger alakúak. Az intézet fizika kurzusain bebizonyosodott, hogy a képlet tetszőleges alakú edényre is igaz). Ezenkívül az edény falára nehezedő nyomás kiszámítására is használható. A folyadékon belüli nyomást, beleértve a nyomást alulról felfelé, szintén ezzel a képlettel számítjuk ki, mivel a nyomás azonos mélységben minden irányban azonos.
A nyomás kiszámításakor a képlet segítségével p = gρh sűrűségre van szüksége ρ kifejezni kilogramm per köbméter(kg/m 3), valamint a folyadékoszlop magasságát h- méterben (m), g= 9,8 N/kg, akkor a nyomást pascalban (Pa) fejezzük ki.
Példa. Határozza meg az olajnyomást a tartály alján, ha az olajoszlop magassága 10 m és sűrűsége 800 kg/m3.
Írjuk fel a probléma állapotát, és írjuk le.
Adott :
ρ = 800 kg/m 3
Megoldás :
p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.
Válasz : p ≈ 80 kPa.
Kommunikációs erek.
Kommunikációs erek.
Az ábrán két edény látható, amelyek gumicsővel vannak összekötve egymással. Az ilyen hajókat hívják kommunikál. Egy öntözőkanna, egy teáskanna, egy kávéskanna példák a kommunikáló edényekre. Tapasztalatból tudjuk, hogy például egy öntözőkannába öntött víz mindig azonos szinten van a kifolyócsőben és a belsejében.
Gyakran találkozunk kommunikáló erekkel. Például lehet teáskanna, öntözőkanna vagy kávéskanna. |
A homogén folyadék felületei azonos szinten vannak beépítve bármilyen alakú, egymással érintkező edénybe. |
Különböző sűrűségű folyadékok. |
A következő egyszerű kísérlet végezhető kommunikáló erekkel. A kísérlet elején a gumicsövet a közepébe szorítjuk, és az egyik csőbe vizet öntünk. Ezután kinyitjuk a bilincset, és a víz azonnal befolyik a másik csőbe, amíg a vízfelület mindkét csőben egy szintre nem kerül. Az egyik kézibeszélőt felszerelheti állványra, a másikat pedig felemelheti, leengedheti vagy megdöntheti különböző oldalak. És ebben az esetben, amint a folyadék megnyugszik, szintje mindkét csőben kiegyenlítődik.
Bármilyen alakú és keresztmetszetű összekötő edényekben a homogén folyadék felületei azonos szintre vannak állítva(feltéve, hogy a folyadék feletti légnyomás azonos) (109. ábra).
Ez a következőképpen igazolható. A folyadék nyugalomban van anélkül, hogy egyik edényből a másikba mozogna. Ez azt jelenti, hogy a nyomás mindkét edényben bármely szinten azonos. A folyadék mindkét edényben azonos, azaz azonos a sűrűsége. Ezért a magasságának azonosnak kell lennie. Amikor felemelünk egy edényt vagy folyadékot töltünk bele, a nyomás megnő, és a folyadék egy másik edénybe kerül, amíg a nyomások ki nem egyensúlyoznak.
Ha egy sűrűségű folyadékot öntünk az egyik összekötő edénybe, és egy másik sűrűségű folyadékot öntünk a másodikba, akkor egyensúlyi állapotban ezeknek a folyadékoknak a szintje nem lesz azonos. És ez érthető. Tudjuk, hogy a folyadék nyomása az edény alján egyenesen arányos az oszlop magasságával és a folyadék sűrűségével. És ebben az esetben a folyadékok sűrűsége eltérő lesz.
Ha a nyomások egyenlőek, akkor a nagyobb sűrűségű folyadékoszlop magassága kisebb lesz, mint egy kisebb sűrűségű folyadékoszlop magassága (ábra).
Tapasztalat. Hogyan határozzuk meg a levegő tömegét.
Levegősúly. Légköri nyomás.
A légköri nyomás létezése.
A légköri nyomás nagyobb, mint a ritkított levegő nyomása az edényben.
A levegőre, mint minden testre a Földön, hatással van a gravitáció, ezért a levegőnek súlya van. A levegő tömege könnyen kiszámítható, ha ismeri a tömegét.
Kísérletileg megmutatjuk, hogyan kell kiszámítani a levegő tömegét. Ehhez egy tartós, dugós üveggolyót és egy bilinccsel ellátott gumicsövet kell venni. Kiszivattyúzzuk belőle a levegőt, bilinccsel befogjuk a csövet és egyensúlyozzuk a mérlegen. Ezután a gumicsövön lévő bilincset kinyitva engedjen bele levegőt. Ez felborítja a mérleg egyensúlyát. A helyreállításhoz súlyokat kell helyeznie a mérleg másik serpenyőjére, amelyek tömege megegyezik a labda térfogatában lévő levegő tömegével.
A kísérletek kimutatták, hogy 0 °C hőmérsékleten és normál légköri nyomáson az 1 m 3 térfogatú levegő tömege 1,29 kg. Ennek a levegőnek a tömege könnyen kiszámítható:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
A Földet körülvevő levegőhéjat ún légkör (görögből légkör- gőz, levegő, és gömb- labda).
A légkör, amint azt a mesterséges földi műholdak repülésének megfigyelései mutatják, több ezer kilométeres magasságig terjed.
A gravitáció hatására a légkör felső rétegei az óceánvízhez hasonlóan összenyomják az alsóbb rétegeket. A közvetlenül a Földdel szomszédos levegőréteg sűrített össze leginkább, és Pascal törvénye szerint minden irányba továbbítja a rá nehezedő nyomást.
Ennek következtében a földfelszín és a rajta elhelyezkedő testek a levegő teljes vastagságából nyomást, vagy ahogy ilyenkor mondani szokás, tapasztalnak. Légköri nyomás .
A légköri nyomás megléte sok olyan jelenséget magyarázhat, amellyel az életben találkozunk. Nézzünk meg néhányat közülük.
Az ábrán egy üvegcső látható, amelynek belsejében egy dugattyú található, amely szorosan illeszkedik a cső falaihoz. A cső végét vízbe engedjük. Ha felemeli a dugattyút, a víz felemelkedik mögötte.
Ezt a jelenséget vízszivattyúkban és néhány más készülékben használják.
Az ábrán egy hengeres edény látható. Dugóval van lezárva, amelybe egy csapot tartalmazó csövet helyeznek. A levegőt egy szivattyú segítségével pumpálják ki az edényből. Ezután a cső végét vízbe helyezzük. Ha most kinyitja a csapot, a víz szökőkútként fog permetezni az edény belsejébe. A víz azért kerül az edénybe, mert a légköri nyomás nagyobb, mint a ritkított levegő nyomása az edényben.
Miért létezik a Föld légburoka?
Mint minden test, a Föld légburokát alkotó gázmolekulák is vonzódnak a Földhöz.
De akkor miért nem zuhan mindegyik a Föld felszínére? Hogyan őrzi meg a Föld légkörét és légkörét? Ennek megértéséhez figyelembe kell vennünk, hogy a gázmolekulák folyamatos és véletlenszerű mozgásban vannak. De akkor felmerül egy másik kérdés: miért nem repülnek el ezek a molekulák a világűrbe, vagyis az űrbe.
Ahhoz, hogy teljesen elhagyja a Földet, egy molekulának, például egy űrhajónak vagy rakétának nagyon nagy sebességgel (legalább 11,2 km/s) kell lennie. Ez az ún második menekülési sebesség. A legtöbb molekula sebessége a Föld léghéjában lényegesen kisebb, mint ez a szökési sebesség. Ezért legtöbbjüket a gravitáció köti a Földhöz, csak elenyésző számú molekula repül a Földön túl az űrbe.
A molekulák véletlenszerű mozgása és a gravitáció rájuk gyakorolt hatása azt eredményezi, hogy a Föld közelében lévő űrben gázmolekulák „lebegnek”, légburkot, vagy az általunk ismert légkört alkotva.
A mérések azt mutatják, hogy a levegő sűrűsége gyorsan csökken a magassággal. Tehát a Föld felett 5,5 km-es magasságban a levegő sűrűsége kétszer kisebb, mint a Föld felszínén, 11 km-es magasságban - 4-szer kisebb stb. Minél magasabb, annál ritkább a levegő. És végül a legfelső rétegekben (a Föld felett több száz és ezer kilométerrel) a légkör fokozatosan levegőtlen térré változik. A Föld levegőburkának nincs egyértelmű határa.
Szigorúan véve a gravitáció hatására a gázsűrűség egyetlen zárt edényben sem azonos az edény teljes térfogatában. Az edény alján a gáz sűrűsége nagyobb, mint a felső részein, ezért a nyomás az edényben nem azonos. Az edény alján nagyobb, mint a tetején. Egy edényben lévő gáznál azonban ez a sűrűség- és nyomáskülönbség olyan kicsi, hogy sok esetben teljesen figyelmen kívül hagyható, csak tudni kell róla. De egy több ezer kilométeres légkör esetében ez a különbség jelentős.
Légköri nyomás mérése. Torricelli tapasztalata.
Lehetetlen a légköri nyomás kiszámítása a folyadékoszlop nyomásának kiszámítására szolgáló képlet segítségével (38. §). Egy ilyen számításhoz ismernie kell a légkör magasságát és a levegő sűrűségét. De a légkörnek nincs határozott határa, és a levegő sűrűsége különböző magasságokban eltérő. A légköri nyomást azonban meg lehet mérni egy olasz tudós 17. századi kísérletével Evangelista Torricelli , Galilei tanítványa.
Torricelli kísérlete a következőkből áll: egy körülbelül 1 m hosszú, egyik végén lezárt üvegcsövet megtöltenek higannyal. Ezután a cső második végét szorosan lezárva megfordítják és leengedik egy higanypohárba, ahol a csőnek ezt a végét a higanyszint alatt kinyitják. Mint minden folyadékkal végzett kísérletnél, a higany egy részét a csészébe öntik, egy része pedig a csőben marad. A csőben maradó higanyoszlop magassága körülbelül 760 mm. A cső belsejében a higany felett nincs levegő, levegőtlen tér van, így a cső belsejében lévő higanyoszlopra felülről gáz nem gyakorol nyomást, és nem befolyásolja a méréseket.
Torricelli, aki a fentebb leírt kísérletet javasolta, magyarázatot is adott. A légkör megnyomja a csészében lévő higany felületét. A higany egyensúlyban van. Ez azt jelenti, hogy a nyomás a csőben a szinten van ahh 1 (lásd az ábrát) egyenlő a légköri nyomással. A légköri nyomás változásával a csőben lévő higanyoszlop magassága is megváltozik. A nyomás növekedésével az oszlop meghosszabbodik. A nyomás csökkenésével a higanyoszlop magassága csökken.
A csőben az aa1 szinten lévő nyomást a csőben lévő higanyoszlop súlya hozza létre, mivel a cső felső részében nincs levegő a higany felett. Ebből következik, hogy légköri nyomás megegyezik a csőben lévő higanyoszlop nyomásával , azaz
p atm = p higany
Minél magasabb a légköri nyomás, annál magasabb a higanyoszlop Torricelli kísérletében. Ezért a gyakorlatban a légköri nyomás a higanyoszlop magasságával mérhető (milliméterben vagy centiméterben). Ha például a légköri nyomás 780 Hgmm. Művészet. (higanymilliméternek mondják), ez azt jelenti, hogy a levegő ugyanolyan nyomást termel, mint egy 780 mm magas függőleges higanyoszlop.
Ezért ebben az esetben a légköri nyomás mértékegysége 1 higanymilliméter (1 Hgmm). Keressük meg az egység és az általunk ismert egység közötti kapcsolatot - pascal(Pa).
Az 1 mm magas ρ higanyoszlop nyomása egyenlő:
p = g·ρ·h, p= 9,8 N/kg · 13 600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Tehát 1 Hgmm. Művészet. = 133,3 Pa.
Jelenleg a légköri nyomást általában hektopascalban mérik (1 hPa = 100 Pa). Például az időjárás-jelentések bejelenthetik, hogy a nyomás 1013 hPa, ami megegyezik 760 Hgmm-rel. Művészet.
A csőben lévő higanyoszlop magasságát naponta megfigyelve Torricelli felfedezte, hogy ez a magasság változik, vagyis a légköri nyomás nem állandó, növekedhet és csökkenhet. Torricelli azt is megjegyezte, hogy a légköri nyomás az időjárás változásaihoz kapcsolódik.
Ha függőleges skálát rögzít a Torricelli kísérletében használt higanycsőhöz, akkor a legegyszerűbb eszközt kapja - higany barométer (görögből baros- nehézkedés, metreo- Mérek). A légköri nyomás mérésére szolgál.
Barométer - aneroid.
A gyakorlatban a légköri nyomás mérésére egy fém barométert használnak, amelyet fémbarométernek neveznek. aneroid (görögről fordítva - aneroid). Ezt nevezik barométernek, mert nem tartalmaz higanyt.
Az aneroid megjelenése az ábrán látható. Fő része egy hullámos (hullámos) felületű fémdoboz 1 (lásd a másik ábrát). Ebből a dobozból kiszivattyúzzák a levegőt, és annak megakadályozására, hogy a légköri nyomás összenyomja a dobozt, a fedelét 2 egy rugó felfelé húzza. A légköri nyomás növekedésével a fedél lehajlik és megfeszíti a rugót. A nyomás csökkenésével a rugó kiegyenesíti a kupakot. A rugóra egy 4 jelzőnyíl van rögzítve egy 3 erőátviteli mechanizmus segítségével, amely a nyomás változása esetén jobbra vagy balra mozog. A nyíl alatt egy skála található, melynek osztásait a higanybarométer leolvasása szerint jelöljük. Így a 750-es szám, amellyel szemben az aneroid nyíl áll (lásd az ábrát), azt mutatja, hogy in Ebben a pillanatban higanybarométerben a higanyoszlop magassága 750 mm.
Ezért a légköri nyomás 750 Hgmm. Művészet. vagy ≈ 1000 hPa.
A légköri nyomás értéke nagyon fontos az elkövetkező napok időjárásának előrejelzéséhez, mivel a légköri nyomás változása az időjárás változásaival függ össze. A barométer a meteorológiai megfigyelések elengedhetetlen eszköze.
Légköri nyomás különböző magasságokban.
A folyadékban a nyomás, mint tudjuk, a folyadék sűrűségétől és oszlopának magasságától függ. Az alacsony összenyomhatóság miatt a folyadék sűrűsége különböző mélységekben közel azonos. Ezért a nyomás kiszámításakor a sűrűségét állandónak tekintjük, és csak a magasság változását vesszük figyelembe.
A gázokkal bonyolultabb a helyzet. A gázok erősen összenyomhatóak. És minél jobban összenyomnak egy gázt, annál nagyobb a sűrűsége, és annál nagyobb a nyomása is. Végül is a gáznyomást molekuláinak a test felületére gyakorolt hatása hozza létre.
A Föld felszínén lévő levegőrétegeket a felettük elhelyezkedő összes levegőréteg összenyomja. De minél magasabb a levegőréteg a felszíntől, annál gyengébb az összenyomás, annál kisebb a sűrűsége. Ezért annál kisebb nyomást termel. Ha pl. ballon a Föld felszíne fölé emelkedik, a labdára nehezedő légnyomás csökken. Ez nem csak azért történik, mert a felette lévő légoszlop magassága csökken, hanem azért is, mert a levegő sűrűsége csökken. Felül kisebb, mint alul. Ezért a légnyomás magasságtól való függése összetettebb, mint a folyadékoké.
A megfigyelések azt mutatják, hogy a tengerszinti területeken a légköri nyomás átlagosan 760 Hgmm. Művészet.
A 760 mm magas higanyoszlop nyomásával megegyező légköri nyomást 0 °C hőmérsékleten normál légköri nyomásnak nevezzük..
Normál légköri nyomás egyenlő 101 300 Pa = 1013 hPa.
Minél magasabb a tengerszint feletti magasság, annál alacsonyabb a nyomás.
Kis emelkedéseknél átlagosan minden 12 m emelkedésnél a nyomás 1 Hgmm-rel csökken. Művészet. (vagy 1,33 hPa-val).
A nyomás magasságtól való függésének ismeretében a barométer leolvasásának megváltoztatásával meghatározhatja a tengerszint feletti magasságot. Olyan aneroidokat nevezünk, amelyeknek van egy skálája, amellyel közvetlenül mérhető a tengerszint feletti magasság magasságmérők . Repülésben és hegymászásban használják.
Nyomásmérő.
Azt már tudjuk, hogy barométereket használnak a légköri nyomás mérésére. A légköri nyomásnál nagyobb vagy kisebb nyomás mérésére használják nyomásmérő (görögből manos- ritka, laza, metreo- Mérek). Vannak nyomásmérők folyékonyÉs fém.
|
|
Nézzük először az eszközt és a műveletet. Nyissa ki a folyadék nyomásmérőjét. Kétlábú üvegcsőből áll, amelybe némi folyadékot öntenek. A folyadék mindkét könyökbe azonos szinten van beépítve, mivel az edény könyökeiben csak a légköri nyomás hat a felületére.
Az ilyen nyomásmérő működésének megértéséhez gumicsővel csatlakoztatható egy kerek lapos dobozhoz, amelynek egyik oldala gumifóliával van borítva. Ha megnyomja az ujját a fólián, a folyadékszint a dobozhoz csatlakoztatott nyomásmérő könyökében csökken, a másik könyökben pedig nő. Mi magyarázza ezt?
A fólia megnyomásakor a dobozban megnő a légnyomás. A Pascal-törvény szerint ez a nyomásnövekedés a dobozhoz csatlakoztatott nyomásmérő könyökében lévő folyadékra is átkerül. Ezért ebben a könyökben a folyadékra nehezedő nyomás nagyobb lesz, mint a másikban, ahol csak a légköri nyomás hat a folyadékra. A túlnyomás hatására a folyadék elkezd mozogni. A sűrített levegővel ellátott könyökben a folyadék leesik, a másikban felemelkedik. A folyadék egyensúlyba kerül (leáll), amikor a sűrített levegő túlnyomását kiegyenlíti a nyomásmérő másik lábában lévő felesleges folyadékoszlop nyomása.
Minél erősebben nyomja meg a filmet, annál nagyobb a felesleges folyadékoszlop, annál nagyobb a nyomása. Ennélfogva, a nyomás változása ennek a többletoszlopnak a magasságából ítélhető meg.
Az ábra azt mutatja, hogy egy ilyen nyomásmérő hogyan tudja mérni a nyomást egy folyadékban. Minél mélyebbre merül a cső a folyadékba, annál nagyobb lesz a folyadékoszlopok magasságkülönbsége a nyomásmérő könyökeiben., ezért és nagyobb nyomást generál a folyadék.
Ha a készülékdobozt bizonyos mélységben a folyadék belsejébe helyezi, és a fóliával felfelé, oldalra és lefelé fordítja, a nyomásmérő állása nem változik. Ennek így kell lennie, mert a folyadék belsejében azonos szinten a nyomás minden irányban egyenlő.
A képen látható fém nyomásmérő . Az ilyen nyomásmérő fő része egy csőbe hajlított fémcső 1 , melynek egyik vége zárva van. A cső másik végét egy csap segítségével 4 kommunikál azzal az edénnyel, amelyben a nyomást mérik. A nyomás növekedésével a cső kihajlik. Zárt végének mozgatása kar segítségével 5 és fogazatok 3 továbbított a nyílra 2 , a műszermérleg közelében mozog. A nyomás csökkenésekor a cső rugalmasságának köszönhetően visszatér korábbi helyzetébe, a nyíl pedig a skála nulla osztásába.
Dugattyús folyadékszivattyú.
A korábban vizsgált kísérletben (40. §) azt találták, hogy a víz a üveg cső légköri nyomás hatására a dugattyú mögé emelkedett. Ezen alapul az akció. dugattyú szivattyúk
A szivattyú sematikusan látható az ábrán. Egy hengerből áll, amelynek belsejében egy dugattyú fel-le mozog, szorosan az edény falai mellett. 1 . A szelepek a henger aljára és magában a dugattyúban vannak felszerelve 2 , csak felfelé nyílik. Amikor a dugattyú felfelé mozog, a légköri nyomás hatására víz belép a csőbe, felemeli az alsó szelepet, és a dugattyú mögé mozog.
Ahogy a dugattyú lefelé mozog, a dugattyú alatti víz megnyomja az alsó szelepet, és az bezáródik. Ugyanakkor víznyomás alatt a dugattyú belsejében lévő szelep kinyílik, és a víz a dugattyú feletti térbe áramlik. Amikor a dugattyú legközelebb felfelé mozdul, a felette lévő víz is felemelkedik, és a kimeneti csőbe ömlik. Ugyanakkor a dugattyú mögé emelkedik egy új vízrész, amely a dugattyú későbbi leengedésekor megjelenik felette, és ez az egész eljárás újra és újra megismétlődik, miközben a szivattyú működik.
Hidraulikus nyomás.
Pascal törvénye megmagyarázza a cselekvést hidraulikus gép (görögből hidraulika- víz). Ezek olyan gépek, amelyek működése a folyadékok mozgásának és egyensúlyának törvényein alapul.
A hidraulikus gép fő része két hengeres különböző átmérők, dugattyúkkal és összekötő csővel felszerelve. A dugattyúk és a cső alatti tér folyadékkal (általában ásványolajjal) van feltöltve. A folyadékoszlopok magassága mindkét hengerben azonos mindaddig, amíg a dugattyúkra nem hat erő.
Tegyük fel most, hogy az erők F 1 és F 2 - a dugattyúkra ható erők, S 1 és S 2 - dugattyús területek. Az első (kis) dugattyú alatti nyomás egyenlő p 1 = F 1 / S 1, és a második alatt (nagy) p 2 = F 2 / S 2. Pascal törvénye szerint a nyomást minden irányban egyformán továbbítja a nyugalmi folyadék, azaz. p 1 = p 2 vagy F 1 / S 1 = F 2 / S 2, innen:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Ezért az erő F 2 annyiszor nagyobb erő F 1 , Hányszor nagyobb a nagy dugattyú területe, mint a kis dugattyúé?. Például, ha a nagy dugattyú területe 500 cm2, a kicsié pedig 5 cm2, és a kis dugattyúra 100 N erő hat, akkor 100-szor nagyobb, azaz 10 000 N erő hat. hat a nagyobb dugattyúra.
Így egy hidraulikus gép segítségével kisebb erővel nagyobb erőt lehet kiegyenlíteni.
Hozzáállás F 1 / F A 2 az erőnövekedést mutatja. Például a megadott példában az erőnövekedés 10 000 N / 100 N = 100.
A préselésre (préselésre) használt hidraulikus gépet ún hidraulikus nyomás .
A hidraulikus préseket ott használják, ahol nagyobb erőre van szükség. Például olajpréseléshez magvakból olajmalmokban, rétegelt lemez, karton, széna sajtolására. A kohászati üzemekben hidraulikus préseket használnak acélgép tengelyek, vasúti kerekek és sok más termék előállításához. A modern hidraulikus prések több tíz- és százmillió newtonos erőt képesek kifejteni.
A hidraulikus prés felépítése vázlatosan látható az ábrán. Az 1 (A) préselt testet a 2 nagy dugattyúhoz (B) csatlakoztatott platformra helyezzük. Egy kis dugattyú 3 (D) segítségével nagy nyomás jön létre a folyadékon. Ez a nyomás a hengereket töltő folyadék minden pontjára továbbítja. Ezért ugyanaz a nyomás hat a második, nagyobb dugattyúra. De mivel a 2. (nagy) dugattyú területe nagyobb, mint a kicsi, a rá ható erő nagyobb lesz, mint a 3 (D) dugattyúra ható erő. Ennek az erőnek a hatására a 2 (B) dugattyú felemelkedik. Amikor a 2 (B) dugattyú felemelkedik, az (A) test nekitámaszkodik egy állónak felső platformés összezsugorodik. A 4 (M) nyomásmérő a folyadéknyomást méri. Biztonsági szelep 5 (P) automatikusan kinyílik, ha a folyadéknyomás meghaladja a megengedett értéket.
A kis hengerből a nagy hengerbe a folyadékot a kis 3 dugattyú (D) ismételt mozgása szivattyúzza. Ez a következőképpen történik. Amikor a kis dugattyú (D) felemelkedik, a 6 (K) szelep kinyílik, és folyadék szívódik be a dugattyú alatti térbe. Ha a kis dugattyút a folyadéknyomás hatására leengedik, a 6 (K) szelep bezárul, a 7 (K") szelep kinyílik, és a folyadék a nagy edénybe áramlik.
A víz és a gáz hatása a bennük elmerült testre.
A víz alatt könnyen felemelhetünk egy nehezen felemelhető követ a levegőben. Ha víz alá teszel egy parafát, és kiengeded a kezedből, fel fog úszni. Hogyan magyarázhatók ezek a jelenségek?
Tudjuk (38. §), hogy a folyadék megnyomja az edény fenekét és falait. És ha valamilyen szilárd testet helyezünk a folyadékba, az is nyomás alá kerül, akárcsak az edény falai.
Tekintsük azokat az erőket, amelyek a folyadékból a belemerült testre hatnak. Az érvelés megkönnyítése érdekében válasszunk olyan testet, amely paralelepipedon alakú, amelynek alapjai párhuzamosak a folyadék felszínével (ábra). A test oldalfelületeire ható erők páronként egyenlőek és kiegyenlítik egymást. Ezen erők hatására a test összehúzódik. De a test felső és alsó szélére ható erők nem azonosak. A felső élt felülről erővel nyomják F 1 oszlop folyadék magas h 1 . Az alsó szél szintjén a nyomás magas folyadékoszlopot hoz létre h 2. Ez a nyomás, mint tudjuk (37. §), a folyadék belsejében minden irányban továbbítódik. Következésképpen a test alsó oldalán alulról felfelé erővel F 2 magasra nyom egy folyadékoszlopot h 2. De h még 2 h 1, tehát az erőmodulus F 2 további tápmodul F 1 . Ezért a testet erővel kiszorítják a folyadékból F Vt, egyenlő az erők különbségével F 2 - F 1, azaz
|
|
De S·h = V, ahol V a paralelepipedon térfogata, és ρ f ·V = m f a folyadék tömege a paralelepipedon térfogatában. Ennélfogva, F out = g m w = P w, azaz felhajtóerő egyenlő a folyadék tömegével a belemerült test térfogatában(a felhajtóerő egyenlő a benne elmerült test térfogatával azonos térfogatú folyadék tömegével). A testet folyadékból kiszorító erő létezése kísérletileg könnyen kimutatható. A képen A rugóra felfüggesztett testet mutat be nyílmutatóval a végén. A nyíl az állványon lévő rugó feszességét jelöli. Amikor a testet a vízbe engedik, a forrás összehúzódik (ábra. b). A rugó ugyanolyan összehúzódása érhető el, ha bizonyos erővel alulról felfelé hat a testre, például megnyomja a kezével (emelje). Ezért a tapasztalatok ezt igazolják a folyadékban lévő testre olyan erő hat, amely kiszorítja a testet a folyadékból. Mint tudjuk, Pascal törvénye a gázokra is vonatkozik. Ezért A gázban lévő testekre olyan erő hat, amely kiszorítja őket a gázból. Ennek az erőnek a hatására a léggömbök felfelé emelkednek. Kísérletileg is megfigyelhető a testet gázból kiszorító erő létezése. A lerövidített pikkelyes serpenyőről egy üveggolyót vagy egy dugóval lezárt nagy lombikot akasztunk. A mérleg kiegyensúlyozott. Ezután egy széles edényt helyezünk a lombik (vagy golyó) alá úgy, hogy az az egész lombikot körülvegye. Az edény meg van töltve szén-dioxiddal, amelynek sűrűsége nagyobb, mint a levegő sűrűsége (ezért szén-dioxid leesik és kitölti az edényt, kiszorítva belőle a levegőt). Ilyenkor a mérleg egyensúlya megbomlik. A csésze a felfüggesztett lombikkal felfelé emelkedik (ábra). A szén-dioxidba merített lombik nagyobb felhajtóerőt fejt ki, mint a levegőben rá ható erő. Az az erő, amely egy testet kiszorít egy folyadékból vagy gázból, ellentétes a testre ható gravitációs erővel. Ezért prolkozmosz). Éppen ezért a vízben néha könnyen felemelünk olyan testeket, amelyeket nehezen tartunk a levegőben. Egy kis vödör és egy hengeres test van felfüggesztve a rugóra (ábra, a). Az állványon lévő nyíl jelzi a rugó nyúlását. Megmutatja a test súlyát a levegőben. A test felemelése után az öntőcső szintjéig folyadékkal töltött öntőedényt helyeznek alá. Ezután a test teljesen elmerül a folyadékban (b. ábra). Ahol a folyadék egy részét, amelynek térfogata megegyezik a test térfogatával, kiöntik a kiöntőedényből a pohárba. A rugó összehúzódik, a rugómutató pedig felemelkedik, jelezve a testtömeg csökkenését a folyadékban. Ilyenkor a gravitáció mellett egy másik erő is hat a testre, kiszorítva azt a folyadékból. Ha egy pohárból folyadékot öntünk a felső vödörbe (azaz azt a folyadékot, amelyet a test kiszorított), akkor a rugómutató visszatér a kiindulási helyzetébe (c ábra).
A tapasztalatok alapján arra lehet következtetni a folyadékba teljesen elmerült testet kinyomó erő egyenlő a folyadék tömegével a test térfogatában . Ugyanezt a következtetést kaptuk a 48. §-ban is. Ha egy hasonló kísérletet végeznének valamilyen gázba merített testtel, az azt mutatná a testet a gázból kinyomó erő is egyenlő a test térfogatában vett gáz tömegével . Azt az erőt, amely a testet folyadékból vagy gázból kilöki, ún Arkhimédeszi erő, a tudós tiszteletére Archimedes , aki először mutatott rá a létezésére és kiszámolta az értékét. Tehát a tapasztalat megerősítette, hogy az arkhimédeszi (vagy felhajtó) erő egyenlő a folyadék tömegével a test térfogatában, azaz. F A = P f = g més. A test által kiszorított mf folyadék tömege kifejezhető a ρf sűrűségével és a folyadékba merült Vt test térfogatával (mivel Vf - a test által kiszorított folyadék térfogata egyenlő Vt - a bemerült test térfogatával folyadékban), azaz m f = ρ f ·V t. Ekkor kapjuk: F A= g·ρés · V T Következésképpen az arkhimédeszi erő a folyadék sűrűségétől, amelybe a test elmerül, és a test térfogatától függ. De ez nem függ például a folyadékba merített test anyagának sűrűségétől, mivel ez a mennyiség nem szerepel a kapott képletben. Határozzuk meg most egy folyadékba (vagy gázba) merített test súlyát. Mivel a testre ható két erő ebben az esetben befelé irányul ellentétes oldalak(a gravitáció csökken, az arkhimédeszi erő pedig felfelé), akkor a P 1 folyadékban lévő test tömege kisebb lesz, mint a vákuumban lévő test tömege P = g m az arkhimédeszi erőről F A = g m w (hol m g - a test által kiszorított folyadék vagy gáz tömege). És így, ha egy testet folyadékba vagy gázba merítünk, akkor annyi súlyt veszít, amennyit kiszorított folyadék vagy gáz. Példa. Határozza meg a tengervízben 1,6 m 3 térfogatú kőre ható felhajtóerőt! Írjuk fel a probléma feltételeit és oldjuk meg. Amikor a lebegő test eléri a folyadék felszínét, akkor további felfelé mozgásával az arkhimédeszi erő csökken. Miért? Hanem azért, mert a folyadékba merült testrész térfogata csökkenni fog, és az arkhimédeszi erő megegyezik a folyadék súlyával a belemerült testrész térfogatában. Amikor az arkhimédészi erő egyenlővé válik a gravitációs erővel, a test megáll és a folyadék felszínén lebeg, részben belemerülve. Az így kapott következtetés kísérletileg könnyen ellenőrizhető. Öntsön vizet a vízelvezető edénybe a vízelvezető cső szintjéig. Ezt követően az úszótestet az edénybe merítjük, miután előzőleg lemértük a levegőben. A vízbe ereszkedés után a test a benne elmerült testrész térfogatával megegyező mennyiségű vizet szorít ki. A víz lemérése után azt találjuk, hogy a súlya (Archimédesi erő) megegyezik a lebegő testre ható gravitációs erővel, vagy ennek a testnek a tömegével a levegőben. Miután elvégezte ugyanazokat a kísérleteket bármely más, különböző folyadékokban – vízben, alkoholban, sóoldatban – lebegő testtel, biztos lehet benne, hogy ha egy test folyadékban lebeg, akkor az általa kiszorított folyadék tömege megegyezik a test tömegével a levegőben. Ezt könnyű bizonyítani ha a szilárd anyag sűrűsége nagyobb, mint a folyadék sűrűsége, akkor a test elsüllyed egy ilyen folyadékban. Ebben a folyadékban egy kisebb sűrűségű test úszik. Egy vasdarab például elsüllyed a vízben, de lebeg a higanyban. Az a test, amelynek sűrűsége megegyezik a folyadék sűrűségével, egyensúlyban marad a folyadék belsejében. A jég lebeg a víz felszínén, mert sűrűsége kisebb, mint a víz sűrűsége. Minél kisebb a test sűrűsége a folyadék sűrűségéhez képest, annál kevésbé merül el a test egy része a folyadékban . A test és a folyadék azonos sűrűsége esetén a test bármilyen mélységben lebeg a folyadék belsejében. Két egymással nem elegyedő folyadék, például víz és kerozin található egy edényben sűrűségüknek megfelelően: az edény alsó részében - sűrűbb víz (ρ = 1000 kg/m3), felül - könnyebb kerozin (ρ = 800 kg). /m3) . A vízi környezetben élő élőlények átlagos sűrűsége alig tér el a víz sűrűségétől, így súlyukat szinte teljesen kiegyenlíti az arkhimédeszi erő. Ennek köszönhetően a vízi állatoknak nincs szükségük olyan erős és masszív csontvázakra, mint a szárazföldieknek. Ugyanezen okból a vízinövények törzse rugalmas. A hal úszóhólyagja könnyen változtatja a térfogatát. Amikor egy hal az izmok segítségével nagyobb mélységbe ereszkedik, és megnő a rá nehezedő víznyomás, a buborék összehúzódik, a hal testének térfogata csökken, és nem lökdösik felfelé, hanem lebeg a mélyben. Így a hal bizonyos határok között szabályozhatja merülésének mélységét. A bálnák tüdejük kapacitásának csökkentésével és növelésével szabályozzák merülésük mélységét. Hajók vitorlázása.A folyókon, tavakon, tengereken és óceánokon hajózó hajókat építik különböző anyagok Val vel különböző sűrűségűek. A hajók törzse általában abból készül acéllemezek. Minden belső rögzítés, amely a hajók szilárdságát adja, szintén fémből készül. Hajók építésére használták különféle anyagok, amelynek sűrűsége nagyobb és kisebb a vízhez képest. Hogyan úsznak, szállnak fel és szállítanak nagy rakományt a hajók? Egy úszó testtel végzett kísérlet (50. §) kimutatta, hogy a test víz alatti részével annyi vizet szorít ki, hogy ennek a víznek a súlya megegyezik a levegőben lévő test tömegével. Ez minden hajóra igaz. A hajó víz alatti része által kiszorított víz tömege megegyezik a hajó tömegével a levegőben lévő rakományral vagy a rakományra ható gravitációs erővel. Azt a mélységet, ameddig a hajó vízbe merül, ún tervezet . A legnagyobb megengedett merülést a hajótesten egy piros vonallal jelölik víz vonal (hollandból. víz- víz). Az a víz tömege, amelyet egy edény kiszorít, amikor a vízvonalhoz merül egyenlő az erővel a rakományos hajóra ható gravitációt a hajó elmozdulásának nevezzük. Jelenleg 5 000 000 kN (5 × 10 6 kN) vagy annál nagyobb vízkiszorítású hajókat építenek olaj szállítására, azaz a rakommal együtt 500 000 tonna (5 × 10 5 t) vagy annál nagyobb tömegű hajókat. Ha az elmozdulásból kivonjuk magának az edénynek a súlyát, akkor megkapjuk ennek az edénynek a teherbírását. A teherbírás a hajó által szállított rakomány tömegét mutatja. Hajóépítés már régen létezett Az ókori Egyiptom, Föníciában (úgy tartják, hogy a föníciaiak voltak az egyik legjobb hajóépítők), az ókori Kínában. Oroszországban a hajóépítés a 17. és 18. század fordulóján kezdődött. Többnyire hadihajókat építettek, de Oroszországban jelent meg az első jégtörő, belső égésű motorral szerelt hajó, atomjégtörő"Sarkvidéki". Repülés.
A Montgolfier fivérek léggömbjét leíró rajz 1783-ból: "Az első léggömb nézete és pontos méretei." 1786 Ősidők óta az emberek arról álmodoztak, hogy a tengeren úszva a felhők felett repülhetnek, úszhatnak a levegő óceánjában. A repüléshez Eleinte olyan léggömböket használtak, amelyeket felmelegített levegővel, hidrogénnel vagy héliummal töltöttek meg. Ahhoz, hogy egy léggömb a levegőbe emelkedjen, szükséges, hogy az arkhimédeszi erő (felhajtóerő) F A labdára ható hatás nagyobb volt, mint a gravitációs erő F nehéz, azaz. F A > F nehéz Ahogy a golyó felfelé emelkedik, a rá ható arkhimédészi erő csökken ( F A = gρV), mivel a légkör felső rétegeinek sűrűsége kisebb, mint a Föld felszínének sűrűsége. Ahhoz, hogy magasabbra emelkedjen, egy speciális ballasztot (súlyt) ejtenek le a labdáról, és ez megkönnyíti a labdát. Végül a labda eléri a maximális emelési magasságát. Egy labda kiszabadítása a héjából a segítségével speciális szelep a gáz egy része felszabadul. Vízszintes irányban a léggömb csak a szél hatására mozog, ezért nevezik ballon (görögből aer- levegő, stato- állva). Nem is olyan régen hatalmas léggömböket használtak a légkör és a sztratoszféra felső rétegeinek tanulmányozására - sztratoszférikus léggömbök . Mielőtt megtanulták, hogyan kell nagy repülőgépeket építeni az utasok és a rakomány légi szállítására, irányított léggömböket használtak. léghajók. Hosszúkás alakúak, a karosszéria alatt egy motoros gondola van felfüggesztve, amely meghajtja a légcsavart. A ballon nem csak magától emelkedik fel, hanem néhány rakományt is fel tud emelni: a kabint, embereket, műszereket. Ezért annak megállapításához, hogy egy léggömb milyen terhelést képes felemelni, meg kell határozni emel. Legyen például egy 40 m 3 térfogatú héliummal töltött ballon a levegőbe. A golyó héját kitöltő hélium tömege egyenlő lesz: Ez azt jelenti, hogy ez a labda 520 N – 71 N = 449 N súlyú terhet képes felemelni. emel. Egy azonos térfogatú, de hidrogénnel töltött ballon 479 N terhelést képes felemelni. Ez azt jelenti, hogy az emelőereje nagyobb, mint a héliummal töltött balloné. De a héliumot még mindig gyakrabban használják, mivel nem ég, ezért biztonságosabb. A hidrogén gyúlékony gáz. A forró levegővel töltött labdát sokkal könnyebb felemelni és leengedni. Ehhez egy égő található a golyó alsó részén található lyuk alatt. Segítséggel gázégő szabályozhatja a labda belsejében lévő levegő hőmérsékletét, így annak sűrűségét és felhajtóerejét. Ahhoz, hogy a labda magasabbra emelkedjen, elegendő a benne lévő levegőt erősebben felmelegíteni az égő lángjának növelésével. Ahogy az égő lángja csökken, a golyóban lévő levegő hőmérséklete csökken, és a labda lefelé esik. Kiválaszthat olyan labdahőmérsékletet, amelynél a labda és a fülke súlya megegyezik a felhajtóerővel. Ekkor a labda a levegőben fog lógni, és könnyű lesz megfigyelni belőle. A tudomány fejlődésével jelentős változások következtek be a repüléstechnikában. Lehetővé vált új héjak használata léggömbökhöz, amelyek tartósak, fagyállóak és könnyűek lettek. A rádiótechnika, az elektronika és az automatizálás terén elért előrelépések lehetővé tették a pilóta nélküli léggömbök tervezését. Ezeket a ballonokat légáramlatok tanulmányozására, földrajzi és orvosbiológiai kutatásokra használják a légkör alsóbb rétegeiben. Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk egy kis deszkát, amelynek sarkaiba négy szög van beütve, és tegyük felfelé, hegyekkel a homokra. Helyezzen rá egy súlyt (81. ábra). Látni fogjuk, hogy a szögfejek csak enyhén nyomódnak a homokba. Ha újra és újra megfordítjuk a deszkát (a súllyal együtt) a homokra helyezzük, akkor a szögek most sokkal mélyebben fognak belemenni (82. ábra). Mindkét esetben a deszka súlya azonos volt, de a hatás más. Miért? A teljes különbség a vizsgált esetekben az volt, hogy az egyik esetben nagyobb, a másikban kisebb volt a felület, amelyen a körmök feküdtek. Hiszen először a szögek feje érte a homokot, majd a hegyük. Látjuk, hogy az ütközés eredménye nem csak attól függ, hogy a test milyen erővel nyomja a felületet, hanem a felület területétől is. Emiatt a laza havon csúszni tudó síléceken azonnal beleesik, amint leveszi a sílécet (83. ábra). A felületre merőleges erőt ún nyomóerő erre a felületre. A nyomáserőt nem szabad összetéveszteni a nyomással. Nyomás- Ezt fizikai mennyiség, egyenlő az adott felületre kifejtett nyomóerő és a felület területének arányával: p - nyomás, F - nyomáserő, S - terület. Tehát a nyomás meghatározásához el kell osztani a nyomáserőt azzal a felülettel, amelyre a nyomást alkalmazzák. Ugyanazon erő mellett a nyomás nagyobb, ha a támasztófelület kisebb, és fordítva, minél nagyobb a támasztófelület, annál kisebb a nyomás. Azokban az esetekben, amikor a nyomóerő a felszínen elhelyezkedő test súlya (F = P = mg), a test által kifejtett nyomás a képlet segítségével határozható meg. Ha a p nyomás és az S terület ismert, akkor az F nyomóerő meghatározható; Ehhez meg kell szoroznia a nyomást a területtel: F = pS (32,2) A nyomáserőt (mint minden más erőt) newtonban mérünk. A nyomást pascalban mérik. Pascal(1 Pa) az a nyomás, amelyet 1 N nyomóerő hoz létre, ha 1 m2 felületre alkalmazzuk: 1 Pa = 1 N/m2. Más nyomásegységeket is használnak - hektopascal (hPa) és kilopascal (kPa): 1 hPa = 100 Pa, 1 kPa = 1000 Pa. 1. Mondjon példákat, amelyek megmutatják, hogy egy erő eredménye attól a támasztól függ, amelyre ez az erő hat. 2. Miért nem esik a hóba egy síelő ember? 3. Miért illeszkedik könnyebben egy éles gomb a fába, mint egy tompa? 4. Mit nevezünk nyomásnak? 5. Milyen nyomásmértékegységeket ismer? 6. Mi a különbség a nyomás és a nyomóerő között? 7. Hogyan találhatja meg a nyomóerőt, ismerve a nyomást és azt a felületet, amelyre az erő hat? |
De ez nem csak a területről szól. 
