Ciśnienie to ilość równy stosunkowi siła działająca prostopadle do powierzchni nazywana jest ciśnieniem. Za jednostkę ciśnienia uważa się ciśnienie wytwarzane przez siłę 1 N działającą na powierzchnię 1 m2 prostopadłą do tej powierzchni.
Dlatego, aby wyznaczyć ciśnienie, siłę działającą prostopadle do powierzchni należy podzielić przez pole powierzchni.
Wiadomo, że cząsteczki gazu poruszają się losowo. Poruszając się, zderzają się ze sobą, a także ze ściankami pojemnika zawierającego gaz. W gazie znajduje się wiele cząsteczek, dlatego liczba ich uderzeń jest bardzo duża. Chociaż siła uderzenia pojedynczej cząsteczki jest niewielka, wpływ wszystkich cząsteczek na ścianki naczynia jest znaczący i powoduje wytworzenie ciśnienia gazu. Zatem ciśnienie gazu na ścianki naczynia (i na ciało umieszczone w gazie) powstaje na skutek zderzeń cząsteczek gazu.
Gdy objętość gazu zmniejsza się, jego ciśnienie wzrasta, a gdy zwiększa się objętość, ciśnienie maleje, pod warunkiem, że masa i temperatura gazu pozostają niezmienione.
W żadnej cieczy cząsteczki nie są sztywno związane, dlatego ciecz przyjmuje kształt pojemnika, do którego się ją wlewa. Podobnie jak ciała stałe, ciecz wywiera nacisk na dno pojemnika. Ale w przeciwieństwie do ciał stałych, ciecz wywiera również nacisk na ścianki pojemnika.
Aby wyjaśnić to zjawisko, podzielmy w myślach kolumnę cieczy na trzy warstwy (a, b, c). Jednocześnie widać, że wewnątrz samej cieczy panuje ciśnienie: ciecz znajduje się pod ciśnieniem grawitacji, a ciężar jej górnych warstw oddziałuje na dolne warstwy cieczy. Siła ciężkości działająca na warstwę a dociska ją do drugiej warstwy b. Warstwa b przenosi wywierany na nią nacisk we wszystkich kierunkach. Ponadto na tę warstwę działa również grawitacja, dociskając ją do trzeciej warstwy c. W konsekwencji w trzecim etapie ciśnienie wzrasta i będzie największe na dnie naczynia.
Ciśnienie wewnątrz cieczy zależy od jej gęstości.
Ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz jest przenoszone bez zmiany na każdy punkt objętości cieczy lub gazu. To stwierdzenie nazywa się prawem Pascala.
Jednostka ciśnienia w układzie SI to ciśnienie wytwarzane przez siłę 1 N na prostopadłą do niej powierzchnię 1 m2. Jednostka ta nazywa się paskalem (Pa).
Nazwa jednostki ciśnienia została nadana na cześć francuskiego naukowca Blaise'a Pascala
Blaise Pascal
Blaise Pascal – francuski matematyk, fizyk i filozof, urodzony 19 czerwca 1623 r. Był trzecim dzieckiem w rodzinie. Jego matka zmarła, gdy miał zaledwie trzy lata. W 1632 roku rodzina Pascala opuściła Clermont i udała się do Paryża. Miał to ojciec Pascala Dobra edukacja i postanowił bezpośrednio przekazać to swojemu synowi. Jego ojciec zdecydował, że Blaise nie powinien uczyć się matematyki przed ukończeniem 15 lat i to wszystko. książki matematyczne zostali usunięci z domu. Jednak ciekawość Blaise'a popchnęła go w wieku 12 lat do studiowania geometrii. Kiedy jego ojciec się o tym dowiedział, ustąpił i pozwolił Blaise'owi studiować Euklidesa.
Blaise Pascal wniósł znaczący wkład w rozwój matematyki, geometrii, filozofii i literatury.
Z fizyki Pascal zajmował się ciśnieniem barometrycznym i hydrostatyką.
Opierając się na prawie Pascala, łatwo jest wyjaśnić następujące doświadczenie.
Bierzemy piłkę, która ma różne miejsca wąskie dziury. Do kuli przymocowana jest rurka, w którą wkładany jest tłok. Jeśli napełnisz kulkę wodą i wepchniesz tłok do rurki, woda wypłynie ze wszystkich otworów w kuli. W tym eksperymencie tłok naciska na powierzchnię wody w rurce.
Prawo Pascala
Cząsteczki wody znajdujące się pod tłokiem po zagęszczeniu przenoszą swoje ciśnienie na inne, położone głębiej warstwy. W ten sposób ciśnienie tłoka przenoszone jest na każdy punkt płynu wypełniającego kulę. W rezultacie część wody jest wypychana z kuli w postaci strumieni wypływających ze wszystkich otworów.
Jeśli kula jest wypełniona dymem, to po wepchnięciu tłoka do rurki ze wszystkich otworów w kuli zaczną wydobywać się strumienie dymu. Potwierdza to (że gazy równomiernie przenoszą wywierane na nie ciśnienie we wszystkich kierunkach). Doświadczenie pokazuje, że wewnątrz cieczy panuje ciśnienie i na tym samym poziomie jest ono równe we wszystkich kierunkach. Wraz z głębokością wzrasta ciśnienie. Gazy nie różnią się pod tym względem od cieczy.
Prawo Pascala obowiązuje dla cieczy i gazów. Nie bierze jednak pod uwagę jednej ważnej okoliczności - istnienia wagi.
W ziemskich warunkach nie można o tym zapomnieć. Woda też waży. Dlatego jasne jest, że w dwóch miejscach znajdujących się na różnych głębokościach pod wodą wystąpią różne ciśnienia.
Ciśnienie wody spowodowane jej grawitacją nazywa się hydrostatycznym.
W warunkach lądowych powietrze najczęściej naciska na swobodną powierzchnię cieczy. Ciśnienie powietrza nazywa się ciśnieniem atmosferycznym. Ciśnienie na głębokości składa się z ciśnienia atmosferycznego i hydrostatycznego.
Jeśli dwa naczynia o różnych kształtach, ale z tym samym poziomem wody, połączymy rurką, wówczas woda nie będzie przepływać z jednego naczynia do drugiego. Takie przejście mogłoby nastąpić, gdyby ciśnienia w naczyniach różniły się. Ale tak nie jest i w naczyniach połączonych, niezależnie od ich kształtu, ciecz będzie zawsze na tym samym poziomie.
Na przykład, jeśli poziomy wody w naczyniach połączonych są różne, wówczas woda zacznie się poruszać i poziomy się wyrównają.
Ciśnienie wody jest znacznie większe niż ciśnienie powietrza. Na głębokości 10 m woda naciska na powierzchnię 1 cm2 z dodatkową siłą 1 kg do ciśnienia atmosferycznego. Na głębokości kilometra - z siłą 100 kg na 1 cm2.
Głębokość oceanu w niektórych miejscach przekracza 10 km. Siły ciśnienia wody na takich głębokościach są niezwykle duże. Kawałki drewna spuszczone na głębokość 5 km pod wpływem tego ogromnego ciśnienia są tak zagęszczane, że po tym czasie opadają w beczce z wodą niczym cegły.
To ogromne ciśnienie stwarza ogromne przeszkody dla badaczy życia morskiego. Zejście głębinowe odbywa się w stalowych kulach – tzw. batysferach, czyli batyskafach, które muszą wytrzymać ciśnienie powyżej 1 tony na 1 cm2.
Okręty podwodne schodzą tylko na głębokość 100 - 200 m.
Ciśnienie cieczy na dnie naczynia zależy od gęstości i wysokości słupa cieczy.
Zmierzmy ciśnienie wody na dnie szklanki. Oczywiście spód szkła ulega odkształceniu pod wpływem sił nacisku, a znając wielkość odkształcenia, moglibyśmy określić wielkość siły, która je spowodowała i obliczyć ciśnienie; ale odkształcenie to jest tak małe, że praktycznie nie da się go zmierzyć bezpośrednio. Jak więc oceniać na podstawie deformacji dane ciało o ciśnieniu wywieranym na niego przez ciecz jest wygodne tylko w przypadku, gdy odkształcenia są dokładnie duże, to dla praktyczna definicja Do pomiaru ciśnienia płynu używają specjalnych przyrządów - manometrów, w których odkształcenie ma stosunkowo dużą, łatwo mierzalną wartość. Zaprojektowano najprostszy manometr membranowy w następujący sposób. Cienka elastyczna płyta membranowa hermetycznie zamyka puste pudełko. Wskaźnik jest przymocowany do membrany i obraca się wokół osi. Po zanurzeniu urządzenia w cieczy membrana pod wpływem sił nacisku ugina się, a jej ugięcie przekazywane jest w powiększeniu na wskazówkę poruszającą się po skali.
Ciśnieniomierz
Każdemu położeniu wskazówki odpowiada określone ugięcie membrany, a co za tym idzie, pewna siła nacisku na membranę. Znając powierzchnię membrany możemy przejść od sił nacisku do samych ciśnień. Możesz bezpośrednio zmierzyć ciśnienie, jeśli wcześniej skalibrujesz manometr, to znaczy określisz, jakiemu ciśnieniu odpowiada określone położenie wskazówki na skali. Aby to zrobić, należy wystawić manometr na działanie ciśnień, których wielkość jest znana i zwracając uwagę na położenie strzałki wskaźnika, umieścić odpowiednie liczby na skali instrumentu.
skorupa powietrzna, otaczających Ziemię, nazywa się atmosferą. Atmosfera, jak wykazały obserwacje lotnicze sztuczne satelity Ziemia rozciąga się na wysokość kilku tysięcy kilometrów. Żyjemy na dnie ogromnego ocean powietrzny. Powierzchnia Ziemi jest dnem tego oceanu.
Z powodu grawitacji górne warstwy powietrza, podobnie jak woda oceaniczna, ściskają dolne warstwy. Najbardziej ściśnięta jest warstwa powietrza przylegająca bezpośrednio do Ziemi, która zgodnie z prawem Pascala przenosi wywierane na nią ciśnienie we wszystkich kierunkach.
W rezultacie powierzchnia ziemi i znajdujące się na niej ciała doświadczają ciśnienia całej grubości powietrza lub, jak to zwykle się mówi, ciśnienia atmosferycznego.
Ciśnienie atmosferyczne nie jest aż tak niskie. Dla każdego centymetr kwadratowy na powierzchnię ciała działa siła około 1 kg.
Przyczyna ciśnienia atmosferycznego jest oczywista. Powietrze, podobnie jak woda, ma ciężar, co oznacza, że wywiera ciśnienie równe (jak w przypadku wody) ciężarowi słupa powietrza nad ciałem. Im wyżej wspinamy się w górę, tym mniej powietrza będzie nad nami, co oznacza, że ciśnienie atmosferyczne będzie niższe.
Do celów naukowych i codziennych musisz mieć możliwość pomiaru ciśnienia. Do tego istnieją specjalne urządzenia- barometry.
Barometr
Wykonanie barometru nie jest trudne. Rtęć wlewa się do rurki zamkniętej z jednego końca. Trzymając otwarty koniec palcem, przechyl rurkę i zanurz jej otwarty koniec w filiżance rtęci. W takim przypadku rtęć w rurze spada, ale nie wylewa się. Przestrzeń nad rtęcią w rurze jest niewątpliwie pozbawiona powietrza. Rtęć utrzymywana jest w rurze pod wpływem ciśnienia powietrza zewnętrznego.
Bez względu na to, jaki rozmiar weźmiemy kubek rtęci, bez względu na średnicę rurki, rtęć zawsze unosi się w przybliżeniu na tę samą wysokość - 76 cm.
Jeśli weźmiemy rurkę krótszą niż 76 cm, to będzie ona całkowicie wypełniona rtęcią i nie zobaczymy pustki. Słup rtęci o wysokości 76 cm naciska na stojak z taką samą siłą jak atmosfera.
Jeden kilogram na centymetr kwadratowy to wartość normalnego ciśnienia atmosferycznego.
Liczba 76 cm oznacza, że taki słupek rtęci równoważy słup powietrza całej atmosfery znajdującej się nad tym samym obszarem.
Rurce barometrycznej można nadać różne kształty, ważne jest tylko jedno: jeden koniec rurki musi być zamknięty, aby nad powierzchnią rtęci nie było powietrza. Na inny poziom rtęci wpływa ciśnienie atmosferyczne.
Barometr rtęciowy może mierzyć ciśnienie atmosferyczne z bardzo dużą dokładnością. Oczywiście nie jest konieczne przyjmowanie rtęci, wystarczy dowolny inny płyn. Ale rtęć jest najcięższą cieczą, a wysokość słupa rtęci przy normalnym ciśnieniu będzie najmniejsza.
Do pomiaru ciśnienia stosuje się różne jednostki. Często wysokość słupa rtęci jest po prostu wskazywana w milimetrach. Mówią na przykład, że dziś ciśnienie jest wyższe niż normalnie, wynosi 768 mm Hg. Sztuka.
Ciśnienie 760 mm Hg. Sztuka. Czasami nazywany atmosfera fizyczna. Ciśnienie 1 kg/cm2 nazywa się atmosferą techniczną.
Barometr rtęciowy nie jest szczególnie wygodnym przyrządem. Niepożądane jest pozostawianie odsłoniętej powierzchni rtęci (opary rtęci są trujące), ponadto urządzenie nie jest przenośne.
Barometry metalowe – aneroidy – nie mają tych wad.
Każdy widział taki barometr. Jest to małe, okrągłe, metalowe pudełko ze skalą i strzałką. Skala pokazuje wartości ciśnienia, zwykle w centymetrach słupa rtęci.
Powietrze zostało wypompowane z metalowej skrzynki. Pokrywa pudełka jest utrzymywana na miejscu za pomocą mocnej sprężyny, ponieważ w przeciwnym razie byłaby dociskana przez ciśnienie atmosferyczne. Kiedy zmienia się ciśnienie, pokrywa wygina się lub wybrzusza. Z wieczkiem połączona jest strzałka, która po wciśnięciu kieruje się w prawo.
Taki barometr kalibruje się poprzez porównanie jego odczytów z barometrem rtęciowym.
Jeśli chcesz poznać ciśnienie, nie zapomnij dotknąć barometru palcem. Wskazówka tarczy doświadcza dużego tarcia i zwykle zatrzymuje się na >.
NA ciśnienie atmosferyczne oparty na prostym urządzeniu - syfonie.
Kierowca chce pomóc koledze, któremu skończyło się paliwo. Jak spuścić benzynę ze zbiornika samochodu? Nie przechylaj go jak czajnika.
Na ratunek przychodzi gumowa rurka. Jeden koniec jest opuszczany do zbiornika gazu, a z drugiego końca zasysa się powietrze ustami. Następnie szybki ruch- otwarty koniec zaciska się palcem i instaluje na wysokości poniżej zbiornika gazu. Teraz możesz zdjąć palec - z węża wyleje się benzyna.
Zakrzywiona gumowa rurka to syfon. Ciecz w tym przypadku porusza się z tego samego powodu, co w prostej nachylonej rurze. W obu przypadkach ciecz ostatecznie spływa w dół.
Do działania syfonu niezbędne jest ciśnienie atmosferyczne: ono > ciecz i zapobiega rozerwaniu słupa cieczy w rurce. Gdyby nie było ciśnienia atmosferycznego, kolumna pękłaby w punkcie przejścia, a ciecz wtoczyłaby się do obu naczyń.
Syfon ciśnieniowy
Syfon zaczyna działać w momencie, gdy ciecz w prawym (że tak powiem >) kolanku opadnie poniżej poziomu pompowanej cieczy, do której zanurzony jest lewy koniec rurki. W W przeciwnym razie ciecz powróci.
W praktyce do pomiaru ciśnienia atmosferycznego wykorzystuje się barometr metalowy, zwany aneroidem (w tłumaczeniu z greckiego - bez cieczy. Barometr nazywa się tak, ponieważ nie zawiera rtęci).
Atmosfera utrzymywana jest na miejscu dzięki grawitacji działającej z Ziemi. Pod wpływem tej siły górne warstwy powietrza napierają na dolne, przez co warstwa powietrza przylegająca do Ziemi okazuje się najbardziej ściśnięta i najgęstsza. Ciśnienie to, zgodnie z prawem Pascala, rozchodzi się we wszystkich kierunkach i oddziałuje na wszystkie ciała znajdujące się na Ziemi i na jej powierzchni.
Grubość warstwy powietrza napierającego na Ziemię maleje wraz z wysokością, w związku z czym ciśnienie również maleje.
Na istnienie ciśnienia atmosferycznego wskazuje wiele zjawisk. Jeśli w naczyniu z wodą umieścimy szklaną rurkę z obniżonym tłokiem i płynnie ją podniesiemy, wówczas woda podąża za tłokiem. Atmosfera naciska na powierzchnię wody w naczyniu; zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to jest przenoszone na wodę pod szklaną rurką i wypycha wodę do góry, podążając za tłokiem.
Więcej starożytna cywilizacja znane były pompy ssące. Za ich pomocą udało się podnieść wodę na znaczną wysokość. Woda zaskakująco posłusznie podążała za tłokiem takiej pompy.
Starożytni filozofowie zastanawiali się nad przyczynami tego stanu i doszli do tak przemyślanego wniosku: woda podąża za tłokiem, ponieważ natura boi się pustki, dlatego między tłokiem a wodą nie ma już wolnej przestrzeni.
Mówią, że jeden mistrz zbudował pompę ssącą dla ogrodów księcia Toskanii we Florencji, której tłok miał pobierać wodę na wysokość ponad 10 m. Ale bez względu na to, jak bardzo próbowali zassać wodę za pomocą tej pompy, nic nie działało. Na głębokości 10 m woda podniosła się za tłokiem, po czym tłok odsunął się od wody i powstała ta właśnie pustka, której obawia się natura.
Kiedy Galileusz został poproszony o wyjaśnienie przyczyny niepowodzenia, odpowiedział, że natura naprawdę nie lubi pustki, ale do pewnego stopnia. Uczeń Galileusza, Torricelli, najwyraźniej wykorzystał to wydarzenie jako powód do zainscenizacji własnego słynne doświadczenie z rurką wypełnioną rtęcią. Właśnie opisaliśmy ten eksperyment – produkcja barometru rtęciowego to doświadczenie Torricellego.
Biorąc rurkę o wysokości ponad 76 mm, Torricelli stworzył próżnię nad rtęcią (często nazywaną od pustki Torricellego) i w ten sposób udowodnił istnienie ciśnienia atmosferycznego.
Dzięki temu doświadczeniu Torricelli rozwiał dezorientację mistrza Książę Toskanii. Rzeczywiście jest jasne, przez ile metrów woda będzie posłusznie podążać za tłokiem pompy ssącej. Ruch ten będzie kontynuowany, aż słup wody o powierzchni 1 cm2 osiągnie masę równą 1 kg. Taki słup wody będzie miał wysokość 10 m. Dlatego natura boi się pustki. , ale ponad 10m.
W 1654 roku, 11 lat po odkryciu Torricellego, wpływ ciśnienia atmosferycznego dobitnie wykazał magdeburski burmistrz Otto von Guericke. Tym, co przyniosło autorowi sławę, była nie tyle fizyczna istota przeżycia, co teatralność jego przedstawienia.
Dwie miedziane półkule zostały połączone uszczelką pierścieniową. Przez kran przymocowany do jednej z półkul powietrze zostało wypompowane ze złożonej kuli, po czym niemożliwe było rozdzielenie półkul. Zachowane szczegółowy opis Doświadczenie Guericke’a. Można teraz obliczyć ciśnienie atmosferyczne działające na półkule: przy średnicy kuli 37 cm siła wynosiła około jednej tony. Aby oddzielić półkule, Guericke nakazał zaprzężenie dwóch ośmiu koni. Uprząż składała się z lin przeciągniętych przez pierścień i przymocowanych do półkul. Konie nie były w stanie rozdzielić półkul.
Siła ośmiu koni (dokładnie ośmiu, a nie szesnastu, gdyż drugą ósemkę, zaprzężoną dla większego efektu, można było zastąpić hakiem wbitym w ścianę, zachowując tę samą siłę działającą na półkule) nie wystarczyła, aby rozerwać Magdeburg półkule.
Jeżeli pomiędzy dwoma stykającymi się ciałami znajduje się pusta wnęka, wówczas ciała te nie ulegną rozpadowi pod wpływem ciśnienia atmosferycznego.
Na poziomie morza wartość ciśnienia atmosferycznego jest zwykle równa ciśnieniu słupa rtęci o wysokości 760 mm.
Mierząc ciśnienie atmosferyczne za pomocą barometru, można stwierdzić, że zmniejsza się ono wraz ze wzrostem wysokości nad powierzchnią Ziemi (o około 1 mm Hg przy wzroście wysokości o 12 m). Ze zmianami pogody wiążą się także zmiany ciśnienia atmosferycznego. Na przykład wzrost ciśnienia atmosferycznego wiąże się z nadejściem bezchmurnej pogody.
Wartość ciśnienia atmosferycznego jest bardzo ważna dla przewidywania pogody na nadchodzące dni, gdyż zmiany ciśnienia atmosferycznego wiążą się ze zmianami pogody. Barometr jest niezbędnym przyrządem do obserwacji meteorologicznych.
Wahania ciśnienia spowodowane pogodą są bardzo nieregularne. Kiedyś sądzono, że o pogodzie decyduje samo ciśnienie. Dlatego barometry nadal są oznaczone: bezchmurnie, sucho, deszcz, burza. Jest nawet napis: >.
Zmiana ciśnienia naprawdę robi różnicę duża rola w zmianach pogody. Ale ta rola nie jest decydująca.
Kierunek i siła wiatru są powiązane z rozkładem ciśnienia atmosferycznego.
Ciśnienie w różne miejsca powierzchnia ziemi nierówne i większe ciśnienie > dopływ powietrza do miejsc o niższym ciśnieniu. Wydawać by się mogło, że wiatr powinien wiać w kierunku prostopadłym do izobar, czyli tam, gdzie ciśnienie spada najszybciej. Jednak mapy wiatru pokazują inaczej. Siła Coriolisa interweniuje w kwestie ciśnienia powietrza i dokonuje własnej korekty, bardzo znaczącej.
Jak wiemy, na każde ciało poruszające się na półkuli północnej działa siła Coriolisa skierowana w prawo. Dotyczy to również cząstek powietrza. Cząstka przeciśnięta z miejsc o większym ciśnieniu do miejsc o mniejszym ciśnieniu powinna przemieszczać się po izobarach, jednak siła Coriolisa odchyla ją w prawo, a kierunek wiatru tworzy z kierunkiem izobar kąt około 45 stopni.
Niesamowity świetny efekt za tak małą moc. Wyjaśnia to fakt, że tarcie zakłóca działanie siły Coriolisa. warstwy powietrza- również bardzo nieznaczne.
Jeszcze bardziej interesujący jest wpływ siły Coriolisa na kierunek wiatrów w ciśnieniu > i >. W wyniku działania siły Coriolisa powietrze oddalając się od ciśnienia nie przepływa we wszystkich kierunkach po promieniach, ale porusza się po zakrzywionych liniach - spiralach. Te spiralne strumienie powietrza skręcają się w tym samym kierunku i tworzą okrągły wir w obszarze ciśnienia, przesuwając masy powietrza w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara.
To samo dzieje się w obszarze niskiego ciśnienia. W przypadku braku siły Coriolisa powietrze przepływałoby w stronę tego obszaru równomiernie wzdłuż wszystkich promieni. Jednak po drodze masy powietrza odchylają się w prawo.
Wiatry w okolicy niskie ciśnienie nazywane są cyklonami, wiatry w obszarach wysokiego ciśnienia nazywane są antycyklonami.
Nie myśl, że każdy cyklon oznacza huragan lub burzę. Przechodzenie cyklonów lub antycyklonów przez miasto, w którym żyjemy, jest zjawiskiem powszechnym, związanym jednak przez większą część ze zmienną pogodą. W wielu przypadkach nadejście cyklonu oznacza nadejście złej pogody, a nadejście antycyklonu oznacza nadejście dobrej pogody.
Nie pójdziemy jednak drogą prognostów pogody.
Rozwiązując problemy na temat ciśnienia hydrostatycznego, należy rozróżnić i nie mylić pojęć ciśnienia bezwzględnego P A, nadciśnienia P, podciśnienia P VAC, znać związek między ciśnieniem (Pa) a odpowiednią wysokością piezometryczną (h), rozumieć pojęcie ciśnienia, znać prawo Pascala i właściwości ciśnienia hydrostatycznego.
Przy określaniu ciśnienia w punkcie objętości lub w punkcie lokalizacji stosuje się podstawowe równanie hydrostatyki (1.1.13).
Rozwiązując problemy z układem naczyniowym, konieczne jest utworzenie równania ciśnień bezwzględnych zapewniających bezruch układu, tj. równy zeru suma algebraiczna wszystkie istniejące naciski. Równanie oblicza się dla dowolnej powierzchni o równym ciśnieniu, wybranej jako powierzchnia odniesienia.
Wszystkie jednostki miary wielkości należy przyjmować w układzie SI: masa – kg; siła – N; ciśnienie – Pa; wymiary liniowe, powierzchnie, objętości - m, m2, m3.
PRZYKŁADY
Przykład 1.1.1. Określ zmianę gęstości wody po podgrzaniu od t 1 = 7 o C do t 2 = 97 o C, jeśli współczynnik rozszerzalności cieplnej b t = 0,0004 o C -1.
Rozwiązanie. Po podgrzaniu objętość właściwa wody wzrasta z V 1 do V 2.
Zgodnie ze wzorem (1.1.1) gęstość wody w temperaturze początkowej i końcowej wynosi:
r 1 = M / V 1, r 2 = M / V 2.
Ponieważ masa wody jest stała, zmianę gęstości wyraża się:
Ze wzoru (1.4) wynika wzrost objętości wody 
, Następnie
Uwaga: zmianę gęstości cieczy podczas sprężania wyznacza się analogicznie, korzystając ze współczynnika sprężania objętościowego według wzoru (1.1.2). W tym przypadku V 2 = V 1 - DV.
Przykład 1.1.2. Określ objętość zbiornika wyrównawczego układu chłodzenia wodą o pojemności 10 litrów po podgrzaniu od temperatury t 1 = 15 o C do t 2 = 95 o C przy ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego.
Rozwiązanie. Nie biorąc pod uwagę współczynnika bezpieczeństwa, objętość zbiornika jest równa dodatkowej objętości wody spowodowanej rozszerzalnością cieplną. Ze wzoru (1.1.4) zwiększyć objętość wody
.
Gęstość wody przyjmujemy zgodnie z tabelą 1: r 1 = 998,9 kg/m 3, r 2 = 961,8 kg/m 3. Współczynnik rozszerzalności cieplnej określa się wzorem (1.1.5):
Objętość początkowa V = 10 l = 10. 10 -3 m 3 = 0,01 m 3.
Dodatkowa objętość wody:
DV = 10. 10 -3 (95 -15) 0,46. 10-3 = 368. 10 -6 m 3 = 0,368 l
Przykład 1.1.3. W schłodzonym naczyniu znajduje się gaz o ciśnieniu początkowym P 1 = 10 5 Pa. i zajmujący objętość V 1 = 0,001 m 3, jest sprężany do ciśnienia P 2 = 0,5. 10 6 Pa. Wyznacz objętość gazu po sprężeniu.
Rozwiązanie. W przypadku naczynia chłodzonego zachodzi proces izotermiczny (t = const), w którym równanie stanu gazu (1.1.8) przyjmuje postać:
P V = const lub P 1 V 1 = P 2 V 2
Jak określić objętość gazu po sprężeniu?
V 2 = P 1 V 1 / P 2 = 1. 10 5. 0,001 / 0,5. 10 6 = 0,0002 m 3 = 0,2 l.
Przykład 1.1.4. Wyznaczyć objętość wody, którą należy dodatkowo doprowadzić do rurociągu o średnicy d = 500 mm i długości L = 1 km, napełnionego wodą przed próbami hydraulicznymi pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze t = 20 o C, w celu zwiększenia ciśnienia w to przez DP = 5. 10 6 Pa. Materiał rury jest uważany za absolutnie sztywny.
Rozwiązanie. Aby określić dodatkową objętość wody, którą należy dostarczyć, używamy stosunku (1.1.2):
= 
Początkowa objętość wody w rurociągu jest równa objętości rurociągu:
Biorąc moduł sprężystości objętościowej wody z danych referencyjnych
mi = 2. 10 9 Pa określamy objętościowy stopień sprężania:
b V = 1 / mi = 1 / 2 . 10 9 = 5. 10-10, Pa-1
Przekształcając relację (1.1.2) względem DV otrzymujemy:
b V DP V TP + b V DP DV = DV; b V DP V TP = (1 + b V DP) DV
Wyrażając DV, uzyskujemy wymaganą dodatkową objętość:
Przykład 1.1.5. Wyznaczyć średnią miąższość osadów d OTL w rurociągu o średnicy wewnętrznej d = 0,3 m i długości L = 2 km, jeżeli przy wypuszczeniu wody w ilości DV = 0,05 m 3 ciśnienie w nim spadnie o ilość DP = 1. 10 6 Pa.
Rozwiązanie. Zależność pomiędzy zmianami objętości i ciśnienia wody charakteryzuje się objętościowym modułem sprężystości.
Przyjmujemy: E = 2. 10 9 Pa.
Ze wzorów (1.1.2) i (1.1.3) znajdujemy objętość wody w rurociągu z osadami:
Ta sama objętość jest równa przepustowości rurociągu:
Jak określić średnią średnicę wewnętrzną rury z osadami?
Średnia grubość osadu wynosi:
Przykład 1.1.6. Lepkość oleju oznaczona wiskozymetrem Englera wynosi 8,5 o E. Oblicz lepkość dynamiczną oleju, jeśli jego gęstość wynosi r = 850 kg/m 3.
Rozwiązanie. Korzystając ze wzoru empirycznego Ubellode'a (1.1.9) wyznaczamy lepkość kinematyczną oleju:
n = (0,0731 o E – 0,0631 / o E) 10 -4 =
= (0,0731,8,5 – 0,0631/8,5) = 0,614. 10 -4 m 2 /s
Lepkość dynamiczną wyznaczamy z zależności (1.1.7):
m = nr = 0,614. 10 -4. 850 = 0,052 Pa. Z.
Przykład 1.1.7. Wyznaczyć wysokość podnoszenia się wody w rurce kapilarnej o średnicy d = 0,001 m w temperaturze t = 80 O C.
Rozwiązanie. Według danych referencyjnych znajdujemy:
gęstość wody w temperaturze 80 O C r = 971,8 kg/m 3 ;
napięcie powierzchniowe woda o temperaturze 20 O C s O = 0,0726 N/m;
współczynnik b = 0,00015 N/m O C.
Korzystając ze wzoru (1.1.11) wyznaczamy napięcie powierzchniowe wody w temperaturze 80°C:
s = s O - b Dt = 0,0726 – 0,00015. (80 -20) = 0,0636 N/m
Zgodnie ze wzorem (1.1.12) zmiana ciśnienia powierzchniowego, która określa wysokość wzniosu kapilarnego h CAP, wynosi:
R POV = 2s / r lub r g h KAP = 2s / r,
skąd obliczamy wysokość podniesienia się wody w rurze:
godz KAP = 2 s / r sol r = 2 . 0,0636 / 971,8. 9,81. 0,0005 =
0,1272 / 4,768 = 0,027 m = 2,7 cm.
Przykład 1.1.8. Wyznacz bezwzględne ciśnienie hydrostatyczne wody na dnie otwartego naczynia wypełnionego wodą. Głębokość wody w naczyniu wynosi h = 200 cm, ciśnienie atmosferyczne odpowiada 755 mm Hg. Sztuka. Temperatura wody 20 o C. Otrzymaną wartość ciśnienia wyraź jako wysokość słupa rtęci (r RT = 13600 kg/m 3) i słupa wody.
Rozwiązanie: Zgodnie z podstawowym równaniem hydrostatyki zbiornika otwartego ciśnienie bezwzględne w dowolnym punkcie objętości określa się wzorem (1.1.14):
R ZA = R za + r sol godz
Zgodnie z tabelą 1 przyjmujemy gęstość wody w temperaturze 20 o C:
r = 998,23 kg/m3.
Przeliczając jednostki miary ciśnienia atmosferycznego i głębokości wody w naczyniu na układ SI, wyznaczamy ciśnienie bezwzględne na dnie naczynia:
RA = 755. 133,322 + 998,23. 9,81. 2 =
100658 + 19585 = 120243 Pa =120,2 kPa
Znajdź odpowiednią wysokość słupa rtęci:
h A = P/ r RT g = 120243 /13600. 9,81 = 0,902 m.
Znajdź wysokość słupa wody odpowiadającą danemu ciśnieniu bezwzględnemu:
h ZA = R A / r g = 120243 / 998,23. 9,81 = 12,3 m.
Oznacza to, że jeśli zamknięty piezometr (rura, w której a absolutna próżnia), wówczas woda w nim podniesie się do wysokości 12,3 m. Ciśnienie tego słupa wody równoważy ciśnienie bezwzględne wywierane na dno naczynia przez ciśnienie cieczy i ciśnienie atmosferyczne.
Przykład 1.1.9. W zamkniętym zbiorniku z wodą ciśnienie na swobodnej powierzchni wynosi PO = 14,7. 10 4 Pa. Na jaką wysokość H podniesie się woda w otwartym piezometrze podłączonym na głębokości h = 5 m. Ciśnienie atmosferyczne odpowiada h a = 10 m wody. Sztuka.
Rozwiązanie. Aby rozwiązać ten problem, należy utworzyć równanie na równość ciśnień bezwzględnych po stronie zbiornika i po stronie piezometru względem wybranej płaszczyzny jednakowego ciśnienia. Wybierzmy płaszczyznę o równym ciśnieniu 0-0 na poziomie swobodnej powierzchni w zbiorniku.
Ciśnienie bezwzględne ze zbiornika na wybranym poziomie jest równe ciśnieniu powierzchniowemu:
R ZA = R O. (1)
Ciśnienie bezwzględne na tym samym poziomie po stronie cieczy w piezometrze jest sumą ciśnienia atmosferycznego Pa i ciśnienia wody o wysokości h 1:
R ZA = R za + r sol godz 1 (2)
Ponieważ układ jest w równowadze (w spoczynku), ciśnienia bezwzględne od strony zbiornika i od strony piezometru równoważą się. Przyrównując prawe strony równości (1) i (2) otrzymujemy:
R O = R za + r sol godz 1,
Wartość ciśnienia atmosferycznego w układzie SI wynosi:
Ra = 9,806. 10 000 mm = 9,806. 10 4 Pa.
Znajdź wysokość poziomu wody w piezometrze nad wybraną płaszczyzną jednakowego ciśnienia:
h 1 = (P O - P a) / r g = (14,7. 10 4 - 9,806. 10 4) /1000. 9,81 = 5 m.
Nadmiar ten nie zależy od miejsca podłączenia piezometru, ponieważ ciśnienia słupów cieczy o wysokości h poniżej płaszczyzny porównawczej po lewej i prawej stronie są wzajemnie kompensowane.
Całkowita wysokość wody w piezometrze jest większa niż wysokość h 1 o głębokość zanurzenia punktu mocowania piezometru. Do tego zadania
H = godz. 1 + godz. = 5 + 5 = 10 m.
Uwaga: podobny wynik można uzyskać wybierając poziom podłączenia piezometru jako płaszczyznę jednakowego ciśnienia.
Przykład 1.1.10. Sporządź wykres ciśnienia bezwzględnego cieczy na pękniętej ścianie otwartego zbiornika.
Rozwiązanie. Ciśnienie bezwzględne w przypadku zbiornika otwartego określa się ze wzoru (1.1.14):
R A = R za + r sol h, tj. nadciśnienie w każdym punkcie wzrasta o wielkość ciśnienia powierzchniowego (prawo Pascala).
Nadciśnienie określa się:
w t. C: P = r g. 0 = 0
w t. B: P = r sol. H 2
w punkcie A: P = r g (H 2 + H 1)
Narysujmy wartość nadciśnienia w punkcie B wzdłuż normalnej do ściany SV i połączmy ją z punktem C. Otrzymujemy wykres trójkątny nadciśnienia na ścianie SV. Aby skonstruować wykres ciśnienia bezwzględnego w każdym punkcie, należy dodać wartość ciśnienia powierzchniowego (w tym przypadku ciśnienia atmosferycznego).
Schemat odcinka AB budujemy w podobny sposób: Narysujmy wartości nadciśnienia w punkcie B i w punkcie A w kierunku normalnej do prostej AB i połączmy powstałe punkty. Ciśnienie bezwzględne uzyskujemy zwiększając długość wektora o wielkość odpowiadającą ciśnieniu atmosferycznemu.
Przykład 1.1.11. Wyznacz bezwzględne ciśnienie powietrza w naczyniu z wodą, jeśli wskazanie manometru rtęciowego wynosi h = 368 mm, H = 1 m, a gęstość rtęci r RT = 13600 kg/m 3. Ciśnienie atmosferyczne odpowiada 736 mm Hg.
Rozwiązanie.
Wybierzmy powierzchnię swobodną rtęci jako powierzchnię o jednakowym ciśnieniu. Ciśnienie atmosferyczne na powierzchni rtęci równoważy ciśnienie bezwzględne powietrza w naczyniu P A, ciśnienie słupa wody o wysokości H i słupa rtęci o wysokości h.
Utwórzmy równanie równowagi i określmy z niego bezwzględne ciśnienie powietrza (przeliczając wszystkie jednostki na układ SI):
R za = R ZA + r B sol N + r PT sol godz., skąd
R ZA = R za - r b sol N - r RT sol godz =
736. 133,3 - 1000. 9,81. 1 - 13600. 9,81. 0,368 = 39202 Pa
Ponieważ ciśnienie bezwzględne powietrza w naczyniu jest mniejsze od ciśnienia atmosferycznego, w naczyniu panuje próżnia równa różnicy między ciśnieniem atmosferycznym i absolutnym:
R VAK = Ra – R A = 736. 133,3 - 39202 = 58907 Pa = 59 kPa.
Uwaga: ten sam wynik można uzyskać wybierając swobodną powierzchnię wody w naczyniu lub granicę między wodą a rtęcią jako powierzchnię o jednakowym ciśnieniu.
Przykład 1.1.12. Określ nadciśnienie P O powietrza w zbiorniku ciśnieniowym na podstawie odczytów manometru rtęciowego akumulatora. Rury łączące są wypełnione wodą. Oznaczenia poziomu podano w m. Jak wysoki powinien być piezometr, aby zmierzyć to ciśnienie?
Rozwiązanie. Nadciśnienie P O = P A – P a w zbiorniku równoważy ciśnienie słupków rtęci i wody na manometrze.
Nie uwzględniamy nacisków o wzajemnie zrównoważonych wysokościach w obszarach zgięcia manometru. Sumując (uwzględniając kierunek działania ciśnienia) wskazania manometru od otwartego końca do poziomu swobodnej powierzchni, tworzymy równanie równowagi:
R O = r RT g (1,8 – 0,8) - r B g (1,6 – 0,8) + r RT g (1,6 – 0,6) - r B g (2,6 – 0,6) =
R RT g (1,8 – 0,8 +1,6 – 0,6) - r V g (1,6 – 0,8 + 2,6 – 0,6) =
13600. 9,81. 2 – 1000. 9,81. 2,8 = 239364 Pa = 0,24 MPa
Ze wzoru (1.16) znajdujemy wysokość słupa wody odpowiadającą nadciśnieniu P O:
h ISP = P O / r B g = 0,24. 10 6 / 1000. 9,81 = 24,5 m
Wysokość piezometru jest większa o ilość nadmiaru wolnej powierzchni wody w zbiorniku nad płaszczyzną ze znakiem zerowym:
H = h ISP + 2,6 = 27,1 m.
Przykład 1.13. Wyznaczyć grubość s stalowej ściany zbiornika o średnicy D = 4 m do przechowywania oleju (r H = 900 kg/m 3 ) przy wysokości warstwy oleju H = 5 m. Nacisk na powierzchnię oleju wynosi PO = 24,5. 10 4 Pa. Dopuszczalne naprężenie rozciągające materiału ściany wynosi s = 140 MPa.
Rozwiązanie. Obliczoną grubość ścianki zbiornika okrągłego (bez współczynnika bezpieczeństwa) określa się na podstawie warunku wytrzymałości na maksymalne nadciśnienie. Ciśnienie atmosferyczne w zbiorniku nie jest brane pod uwagę, ponieważ jest kompensowane przez ciśnienie atmosferyczne poza czołg.
Ściana doświadcza maksymalnego nadciśnienia P na dole:
P = P. ZA – P. za = P. O + r N sol N - P. za =
24,5. 10 4 + 900 . 9,81. 5 – 10. 10 4 = 18,91. 10 4 Pa
Obliczoną grubość ściany określa się ze wzoru:
Przykład 1.1.14. Wyznacz spadek ciśnienia wody w pionowym pierścieniu rury, jeżeli w punkcie A zostanie ona nagrzana do temperatury t 1 = 95 o C, a w punkcie B ostygnie do t 2 = 70 o C. Odległość pomiędzy ogrzewaniem i chłodzeniem środki wynosi h 1 = 12 m.
Rozwiązanie. Spadek ciśnienia wynika z różnicy ciśnienie hydrostatyczne filar gorąca woda w lewej rurze i schłodzoną wodę w prawej rurze.
Naciski słupów wody o wysokości h 2 w lewej i prawej rurze są wzajemnie zrównoważone i nie są brane pod uwagę w obliczeniach, ponieważ temperatura wody w nich i odpowiednio gęstość są takie same. Podobnie wykluczamy z obliczeń ciśnienie w lewym i prawym pionie o wysokości h 3.
Następnie ciśnienie po lewej stronie P 1 = r Г g h 1, ciśnienie po prawej stronie P 2 = r О g h 1.
Spadek ciśnienia wynosi:
DP = P 2 – P 1 = r O sol godz 1 - r G sol godz 1 = sol godz 1 (r O - r G)
Przyjmujemy, zgodnie z danymi referencyjnymi (tab. 1), gęstość wody w temperaturach t 1 = 95 o C i t 2 = 70 o C: r G = 962 kg/m 3, r O = 978 kg/m 3
Znalezienie różnicy ciśnień
DP = sol godz. 1 (r 2 - r 1) = 9,81. 12 (978 –962) = 1882 Pa.
Przykład 1.1.15. a) Określ nadciśnienie wody w rurze, jeśli P MAN = 0,025 MPa, N 1 = 0,5 m, N 2 = 3 m.
b) Określ odczyty manometru przy tym samym ciśnieniu w rurze, jeśli cała rura jest wypełniona wodą, H 3 = 5 m.
rozwiązanie. Nadciśnienie w rurze jest zrównoważone nacisk powierzchniowy P O = P MAN w miejscu podłączenia manometru i układu słupów wody i powietrza w rurze. Ciśnienie słupów powietrza można pominąć ze względu na jego nieistotność.
Utwórzmy równanie równowagi biorąc pod uwagę kierunek ciśnienia słupów wody w rurze:
P = P CZŁOWIEK + r WOD sol N 2 - r WOD sol N 1 =
0,025 + 1000 . 9,81. 10 -6 (3 – 0,5) = 0,025 + 0,025 = 0,05 MPa
b) Rozwiązanie. Równanie równowagi dla ta sprawa
P = P CZŁOWIEK + r WOD g H 3,
skąd P MAN = P - r WOD g H. 3 = 0,05 - 1000. 9,81. 10 -6. 5 = 0,05 – 0,05 = 0 MPa.
Rozwiązane zadania z podręcznika FIZYKA. Instrukcje metodyczne i zadania kontrolne. Pod redakcją A. G. Chertova
Poniżej znajdują się warunki zadań oraz zeskanowane arkusze z rozwiązaniami. Ładowanie strony może zająć trochę czasu.
209. Określ krewnego waga molekularna Pan 1) woda; 2) dwutlenek węgla; 3) sól kuchenna.
219. W naczyniu o pojemności V = 40 l znajduje się tlen o temperaturze T = 300 K. Po zużyciu części tlenu ciśnienie w butli spadło o Δp = 100 kPa.Wyznacz masę Δm zużytego tlenu tlen. Proces uważa się za izotermiczny.
229. Drobne cząsteczki pyłu zawieszone są w azocie i poruszają się tak, jakby były bardzo dużymi cząsteczkami. Masa każdej cząstki pyłu wynosi 6×10-10g. Gaz ma temperaturę T = 400 K. Wyznacz średnią kwadratową prędkości oraz średnią energie kinetyczne ruch do przodu cząsteczki azotu i cząstki pyłu.
239. Gaz trójatomowy pod ciśnieniem P = 240 kPa i temperaturze T = 20°C zajmuje objętość V = 10 litrów. Wyznacz pojemność cieplną Cp tego gazu przy stałym ciśnieniu.
249. Średnia długość droga swobodna cząsteczki wodoru w pewnych warunkach wynosi 2 mm. Znajdź gęstość ρ wodoru w tych warunkach.
259. Jaka część ω1 ciepła Q dostarczonego do idealnego gazu dwuatomowego w procesie izobarycznym jest zużywana na zwiększenie ΔU energia wewnętrzna gazu i jaki jest udział ω2 w pracy rozszerzającej A? Rozważmy trzy przypadki, jeśli gaz jest: 1) jednoatomowy; 2) dwuatomowy; 3) trójatomowy.
269. Gaz przechodzący cykl Carnota otrzymuje ciepło Q1 = 84 kJ. Wyznacz pracę A gazu, jeżeli temperatura T1 przekaznika ciepła jest trzykrotnie wyższa od temperatury T2 odbiornika ciepła.
279. Pęcherzyk powietrza o średnicy d = 2,2 µm znajduje się w wodzie w pobliżu jej powierzchni. Wyznacz gęstość ρ powietrza w pęcherzyku, jeśli powietrze nad powierzchnią wody znajduje się w normalnych warunkach.
Tkaninę można przekłuć igłą, ale nie ołówkiem (jeśli zastosujesz tę samą siłę). Ołówek i igła mają różne kształty i w związku z tym wywierają nierówny nacisk na tkankę. Presja jest wszechobecna. Aktywuje mechanizmy (patrz artykuł „”). To wpływa. wywierać nacisk na powierzchnie, z którymi się stykają. Ciśnienie atmosferyczne wpływa na pogodę.Urządzenie do pomiaru ciśnienia atmosferycznego -.
Co to jest ciśnienie
Kiedy na ciało działamy prostopadle do jego powierzchni, ciało znajduje się pod ciśnieniem. Ciśnienie zależy od wielkości siły i powierzchni, na którą siła jest przyłożona. Na przykład, jeśli wyjdziesz na śnieg w zwykłych butach, możesz przewrócić się; Ale tak się nie stanie, jeśli założymy narty. Masa ciała jest taka sama, ale w drugim przypadku nacisk zostanie rozłożony na większą powierzchnię. Im większa powierzchnia, tym mniejsze ciśnienie. U renifer szerokie kopyta - w końcu chodzi po śniegu, a nacisk kopyt na śnieg powinien być jak najmniejszy. Jeśli nóż jest ostry, siła jest przykładana do małej powierzchni. Tępy nóż rozkłada siłę na większą powierzchnię, przez co tnie gorzej. Jednostka ciśnienia - pascal(Pa) - nazwany na cześć francuskiego naukowca Blaise'a Pascala (1623 - 1662), który dokonał wielu odkryć w dziedzinie ciśnienia atmosferycznego.
Ciśnienie cieczy i gazów
Ciecze i gazy przyjmują kształt pojemnika, w którym się znajdują. w odróżnieniu ciała stałe, ciecze i gazy naciskają na wszystkie ścianki naczynia. Ciśnienie cieczy i gazów skierowane jest we wszystkich kierunkach. wywiera nacisk nie tylko na dno, ale także na ściany akwarium. Samo akwarium naciska jedynie w dół. naciska na wnętrze piłki we wszystkich kierunkach, dzięki czemu piłka jest okrągła.
Mechanizmy hydrauliczne
Działanie mechanizmów hydraulicznych opiera się na ciśnieniu płynu. Ciecz nie ulega kompresji, więc jeśli zostanie przyłożona do niej siła, będzie zmuszona się poruszyć. Hamulce działają na zasadzie hydraulicznej. Zmniejszenie prędkości koła odbywa się za pomocą ciśnienia płynu hamulcowego. Kierowca naciska pedał, tłok pompuje płyn hamulcowy przez cylinder, następnie przepływa on rurką do pozostałych dwóch cylindrów i naciska na tłoki. Tłoki dociskają klocki hamulcowe do koła. W rezultacie spowalnia obrót koła.
Mechanizmy pneumatyczne
Mechanizmy pneumatyczne działają pod wpływem ciśnienia gazów – najczęściej powietrza. W przeciwieństwie do cieczy powietrze można sprężyć, a następnie jego ciśnienie wzrasta. Działanie młota pneumatycznego polega na tym, że tłok spręża znajdujące się w nim powietrze do bardzo wysokiego ciśnienia. W młotze pneumatycznym sprężone powietrze naciska na nóż z taką siłą, że można przewiercić nawet kamień.
Gaśnica pianowa to urządzenie pneumatyczne zasilane sprężonym dwutlenkiem węgla. Ściskając uchwyt uwalniasz sprasowany materiał zawarty w kanistrze. dwutlenek węgla. Gaz z ogromną siłą naciska na specjalny roztwór, wypychając go do rury i węża. Z węża wydobywa się strumień wody i piany.
Ciśnienie atmosferyczne
Ciśnienie atmosferyczne wytwarzane jest przez ciężar powietrza nad powierzchnią. Dla każdego metr kwadratowy naciski powietrza z siłą większą niż ciężar słonia. Ciśnienie jest wyższe w pobliżu powierzchni Ziemi niż wysoko na niebie. Na wysokości 10 000 metrów, gdzie latają samoloty odrzutowe, ciśnienie jest małe, ponieważ z góry wywierany jest niewielki nacisk masa powietrza. 
W kabinie samolotu utrzymywane jest normalne ciśnienie atmosferyczne, dzięki czemu ludzie mogą swobodnie oddychać wysoki pułap. Jednak nawet w ciśnieniowej kabinie samolotu uszy ludzi zatykają się, gdy ciśnienie spada poniżej ciśnienia wewnątrz małżowiny usznej.
Ciśnienie atmosferyczne mierzy się w milimetrach słupa rtęci. Kiedy zmienia się ciśnienie, zmienia się to samo. Niskie ciśnienie oznacza, że nadchodzi gorsza pogoda. Wysokie ciśnienie przynosi pogodną pogodę. Normalne ciśnienie na poziomie morza wynosi 760 mm (101 300 Pa). W dni huraganowe może spaść do 683 mm (910 Pa).
37.1. Domowy eksperyment.
1. Napompuj gumowy balon.
2. Ponumeruj wyrażenia w takiej kolejności, aby uzyskać spójną opowieść o przeprowadzonym eksperymencie.
37.2. Naczynie pod tłokiem zawiera gaz (ryc. a), którego objętość zmienia się w stałej temperaturze. Rysunek b przedstawia wykres odległości h, w jakiej znajduje się tłok względem dna, w funkcji czasu t. Uzupełnij luki w tekście, używając słów: zwiększa; nie zmienia; maleje.
37.3 Rysunek przedstawia układ do badania zależności ciśnienia gazu w zamkniętym naczyniu od temperatury. Liczby oznaczają: 1 – probówka z powietrzem; 2 – lampa alkoholowa; 3 – zatyczka gumowa; 4 – rurka szklana; 5 – cylinder; 6 – membrana gumowa. Umieść znak „+” obok prawdziwe stwierdzenia oraz znak „” obok niewiernych.
37,4. Rozważ odpowiednie wykresy ciśnienia p w funkcji czasu t różne procesy w gazach. Uzupełnij brakujące słowa w zdaniu.
Z biegiem czasu presja
w toku 1 wzrasta;
w toku 2 stały;
w toku 3 maleje.
38.1. Domowy eksperyment.
Weź plastikową torebkę, wykonaj w niej cztery otwory tej samej wielkości w różnych miejscach na dnie torby, używając na przykład grubej igły. Nad wanną wlej wodę do worka, zaciśnij go dłonią na górze i wyciśnij wodę przez otwory. Zmieniaj położenie dłoni z torbą, obserwując, jakie zmiany zachodzą w strumieniach wody. Naszkicuj przeżycie i opisz swoje obserwacje.
38.2. Proszę zaznaczyć stwierdzenia, które odzwierciedlają istotę prawa Pascala.
✓ Ciśnienie wywierane na gaz lub ciecz jest przenoszone do dowolnego punktu jednakowo we wszystkich kierunkach.
38.3. Dodaj tekst.
Nadmuchując gumową kulkę nadajemy jej kształt kuli. Przy dalszym nadmuchaniu piłka, zwiększając swoją objętość, nadal zachowuje kształt kuli, co ilustruje ważność prawa Pascal, a mianowicie: gazy przenoszą wywierane na nie ciśnienie we wszystkich kierunkach bez zmian.
38,4. Rysunek pokazuje przeniesienie ciśnienia przez ciało stałe i ciało płynne, zamknięty pod dyskiem w naczyniu.
a) Zaznacz poprawne stwierdzenie.
Po umieszczeniu ciężarka na dysku ciśnienie wzrasta....
✓ do dna w obu naczyniach, do bocznej ściany – tylko w naczyniu 2
b) Odpowiedz na pytania, zapisując niezbędne formuły i przeprowadzenie odpowiednich obliczeń.
Z jaką siłą umieszczony na nim ciężarek o masie 200 g będzie naciskał na krążek o powierzchni 100 cm2? F = m*g/S = 0,2*10/0,01 = 200 H
Jak zmieni się ciśnienie i o ile:
na dno naczynia 1 200 N;
na dno naczynia 2 200 N;
na bocznej ścianie naczynia 1 0 N;
na bocznej ścianie naczynia 2 200 N?
39.1. Sprawdzać prawidłowe zakończenie zwroty.
Dolny i boczne otwory tubusu zakryte są identycznymi gumowymi membranami. Do rurki wlewa się wodę i powoli opuszcza się ją do szerokiego naczynia z wodą, aż poziom wody w rurce zrówna się z poziomem wody w naczyniu. W tym położeniu membrany...
✓ oba są płaskie
39.2. Rysunek przedstawia eksperyment z naczyniem, którego dno może spaść.
Podczas eksperymentu poczyniono trzy obserwacje.
1. Dno pustej butelki zostaje wciśnięte, jeśli rurkę zanurzymy w wodzie na określoną głębokość H.
2. Dno nadal dociska się do rurki, gdy wlewa się do niej wodę.
3. Dno zaczyna się oddalać od rurki w momencie, gdy poziom wody w rurce zrówna się z poziomem wody w naczyniu.
a) W lewej kolumnie tabeli zapisz liczbę obserwacji, które pozwalają Ci dojść do wniosków wskazanych w prawej kolumnie.
b) Zapisz swoje hipotezy dotyczące tego, co może się zmienić w opisanym powyżej eksperymencie, jeśli:
w naczyniu będzie woda, do rurki wleje się olej słonecznikowy, dno rurki zacznie się oddalać, gdy poziom oleju będzie wyższy niż poziom wody w naczyniu;
w naczyniu będzie olej słonecznikowy i do rurki wleje się wodę, a dno rurki zacznie się odsuwać, zanim zrównają się poziomy wody i oleju.
39.3. Zamknięty cylinder o powierzchni podstawy 0,03 m2 i wysokości 1,2 m zawiera powietrze o gęstości 1,3 kg/m3. Określ „masowe” ciśnienie powietrza na dnie cylindra.
40.1. Zapisz, które z doświadczeń pokazanych na rysunku potwierdzają, że ciśnienie w cieczy rośnie wraz z głębokością.
Wyjaśnij, co demonstruje każdy eksperyment.
40.2. Sześcian umieszcza się w cieczy o gęstości p wlewanej do otwartego naczynia. Dopasuj wskazane poziomy cieczy do wzorów, aby obliczyć ciśnienie wytwarzane przez słup cieczy na tych poziomach.
40.3. Właściwe stwierdzenia zaznacz znakiem „+”.
Statki różne kształty wypełniony wodą. W której … .
+ ciśnienie wody na dnie wszystkich naczyń jest takie samo, ponieważ ciśnienie cieczy na dnie zależy tylko od wysokości słupa cieczy.
40,4. Wybierz kilka słów, których brakuje w tekście. „Dno naczyń 1, 2 i 3 to gumowa folia przymocowana do stojaka urządzenia.”
40,5. Jakie jest ciśnienie wody na dnie prostokątnego akwarium o długości 2 m, szerokości 1 m i głębokości 50 cm, wypełnionego od góry wodą.
40,6. Korzystając z rysunku określ:
a) ciśnienie wytworzone przez słup nafty na powierzchnię wody:
pk = p*g*h = 800*10*0,5 = 4000 Pa;
b) ciśnienie na dno naczynia wytworzone jedynie przez słup wody:
pв = 1000*10*0,3 = 3000 Pa;
c) ciśnienie wywierane na dno naczynia przez dwie ciecze:
p = 4000 + 3000 = 7000 Pa.
41.1. Wodę wlewa się do jednej z rur łączących się naczyń. Co się stanie, jeśli zacisk zostanie usunięty z plastikowej rurki?
Poziom wody w rurkach stanie się taki sam.
41.2. Do jednej z rur łączących się naczyń wlewa się wodę, do drugiej benzynę. Jeśli zacisk zostanie usunięty z plastikowej rurki, wówczas:
41,3. Wpisz w tekście formuły, które mają sens i wyciągnij wnioski.
Połączone naczynia są wypełnione tym samym płynem. Ciśnienie kolumny cieczy
41,4. Jaka jest wysokość słupa wody w naczyniu w kształcie litery U względem poziomu AB, jeśli wysokość słupa nafty wynosi 50 cm?
41,5. Olej maszynowy i wodę wlewa się do naczyń połączonych. Oblicz, o ile centymetrów poziom wody znajduje się poniżej poziomu oleju, jeśli wysokość słupa oleju względem granicy faz wynosi Nm = 40 cm.
42.1. Szklaną kulkę o pojemności 1 litra zważono na wadze. Kula zamknięta jest korkiem, w który włożona jest gumowa rurka. Kiedy z kuli wypompowano powietrze za pomocą pompki i zaciśnięto rurkę zaciskiem, równowaga łusek została zachwiana.
a) Jaką masę należy umieścić na lewej szalce wagi, aby ją zrównoważyć? Gęstość powietrza 1,3 kg/m3.
b) Jaka jest masa powietrza w kolbie przed wypompowaniem?
Para = m*g = 0,0013*10 = 0,013 H
42.2. Opisz, co się stanie, jeśli koniec gumowej rurki piłki, z której zostało wypompowane powietrze (patrz Zadanie 42.1), zostanie zanurzony w szklance wody, a następnie zdemontowany zacisk. Wyjaśnij zjawisko.
Piłka napełni się wodą, ponieważ ciśnienie wewnątrz kuli jest niższe niż ciśnienie atmosferyczne.
42.3. Na asfalcie narysowano kwadrat o boku 0,5 m. Oblicz masę i ciężar słupa powietrza o wysokości 100 m znajdującego się nad kwadratem, zakładając, że gęstość powietrza nie zmienia się wraz z wysokością i wynosi 1,3 kg/m3.
42,4. Gdy tłok porusza się w górę wewnątrz szklanej rurki, woda unosi się za nim. Sprawdź prawidłowe wyjaśnienie tego zjawiska.
Woda podnosi się za tłokiem...
✓ pod ciśnieniem powietrza zewnętrznego, wypełniającego pozbawioną powietrza przestrzeń utworzoną pomiędzy tłokiem a wodą.
43.1. Powietrze pokazano schematycznie w okręgach A, B, C różne gęstości. Zaznacz na rysunku miejsca, w których należy umieścić poszczególne okręgi, tak aby jako całość otrzymać obraz ilustrujący zależność gęstości powietrza od wysokości nad poziomem morza.
43.2. Wybierz poprawną odpowiedź.
Aby opuścić Ziemię, jakakolwiek cząsteczka otoczki powietrznej Ziemi musi mieć prędkość większą niż ....
✓ 11,2 km/s
43.3. Na Księżycu, którego masa jest około 80 razy mniejsza od masy Ziemi, nie ma koperta powietrzna(atmosfera). Jak można to wyjaśnić? Zapisz swoją hipotezę.
W przeciwieństwie do Ziemi, cząsteczki powietrza są słabo utrzymywane przez Księżyc. Dlatego Księżyc nie ma atmosfery.
44.1. Wybierz prawidłowe stwierdzenie.
W eksperymencie Torricellego w szklanej rurce nad powierzchnią rtęci...
✓ Powstaje przestrzeń pozbawiona powietrza
44.2. Rtęć znajduje się w trzech otwartych naczyniach: w naczyniu A wysokość słupa rtęci wynosi 1 m, w naczyniu B – 1 dm, w naczyniu C – 1 mm. Oblicz, jakie ciśnienie wywiera słup rtęci na dno naczynia w każdym przypadku.
44,3. Zapisz wartości ciśnienia we wskazanych jednostkach zgodnie z podanym przykładem, zaokrąglając wynik do liczb całkowitych.
44,4. Znajdź ciśnienie na dnie cylindra wypełnionego olejem słonecznikowym, jeśli ciśnienie atmosferyczne wynosi 750 mm Hg. Sztuka.
44,5. Jakie ciśnienie odczuwa płetwonurek na głębokości 12 m pod wodą, jeśli ciśnienie atmosferyczne wynosi 100 kPa? Ile razy to ciśnienie jest większe od ciśnienia atmosferycznego?
45.1. Rysunek przedstawia schemat barometru aneroidowego. Poszczególne szczegóły konstrukcyjne urządzenia są oznaczone numerami. Wypełnij tabelę.
45.2. Wypełnij puste miejsca w tekście.
Zdjęcia przedstawiają urządzenie zwane barometrem aneroidowym.
To urządzenie mierzy ___ Ciśnienie atmosferyczne __.
Zanotuj odczyt każdego urządzenia, biorąc pod uwagę błąd pomiaru.
45.3. Wypełnij puste miejsca w tekście. „Różnica ciśnienia atmosferycznego w różnych warstwach atmosfery ziemskiej powoduje ruch mas powietrza”.
45,4. Zapisz wartości ciśnienia we wskazanych jednostkach, zaokrąglając wynik do najbliższej liczby całkowitej.
46.1. Rysunek a przedstawia rurkę Torricellego umieszczoną na poziomie morza. Na rysunkach b i c zaznacz poziom rtęci odpowiednio w rurze umieszczonej na górze i w kopalni.
46.2. Uzupełnij luki w tekście wyrazami podanymi w nawiasach.
Pomiary pokazują, że ciśnienie powietrza jest szybkie maleje(maleje, rośnie) wraz ze wzrostem wysokości. Powodem tego jest nie tylko zmniejszenie(zmniejszać, zwiększać) gęstość powietrza, ale także degradacja(spadek, wzrost) swojej temperatury w przypadku oddalenia się od powierzchni Ziemi na odległość do 10 km.
46.3. Wysokość wieży telewizyjnej Ostankino sięga 562 m. Jakie jest ciśnienie atmosferyczne w pobliżu szczytu wieży telewizyjnej, jeśli ciśnienie atmosferyczne u jej podstawy wynosi 750 mm Hg? Sztuka.? Wyraź ciśnienie w mmHg. Sztuka. oraz w jednostkach SI, zaokrąglając obie wartości do liczb całkowitych.
46,4. Wybierz na rysunku i zakreśl wykres, który najdokładniej odzwierciedla zależność ciśnienia atmosferycznego p od wysokości h nad poziomem morza.
46,5. Dla kineskopu telewizyjnego wymiary ekranu wynoszą l = 40 cm i h = 30 cm Z jaką siłą atmosfera naciska na ekran od zewnątrz (lub jaka jest siła ciśnienia), jeśli ciśnienie atmosferyczne patm = 100 kPa?
47.1. Wykreśl zależność ciśnienia p zmierzonego pod wodą od głębokości zanurzenia h, po uprzednim wypełnieniu tabeli. Rozważmy g = 10 N/kg, patm = 100 kPa.
47.2. Ilustracja przedstawia otwarty manometr cieczy. Wartość podziału i skala urządzenia wynoszą 1 cm.
a) Określ, o ile ciśnienie powietrza w lewym ramieniu manometru różni się od ciśnienia atmosferycznego. 10 mm
b) Określ ciśnienie powietrza w lewym ramieniu manometru, biorąc pod uwagę, że ciśnienie atmosferyczne wynosi 100 kPa.
p (lew) + p*g*h = p(atm) + p*g*h
47,3. Rysunek przedstawia rurkę w kształcie litery U wypełnioną rtęcią, której prawy koniec jest zamknięty. Jakie jest ciśnienie atmosferyczne, jeśli różnica poziomów cieczy w kolankach rurki w kształcie litery U wynosi 765 mm, a membrana jest zanurzona w wodzie na głębokość 20 cm?
47,4. a) Określ wartość podziału i odczyt metalowego manometru (ryc. a).
b) Opisać zasadę działania urządzenia, posługując się numerycznymi oznaczeniami części (rys. b).
Główną częścią jest metal wygięty w łuk. rurka 1 za pomocą zaworu 4 łączy się z naczyniem, w którym mierzone jest ciśnienie. Ruch zamknięty koniec Rura jest przenoszona do strzałki 2 za pomocą dźwigni 5 i kół zębatych 3.
48.1. a) Skreśl niepotrzebne słowa z wyróżnionych słów, aby utworzyć opis stanowiska pracy pompa tłokowa pokazany na rysunku.
Kiedy uchwyt pompy porusza się w dół, tłok w naczyniu A porusza się w górę i w dół, zawór górny jest otwarty, zamknięty, zawór dolny jest otwarty, zamknięty, woda z naczynia B nie przedostaje się do przestrzeni pod tłokiem, woda nie wylać z rury wylotowej.
b) Opisz, co się stanie, gdy uchwyt pompy przesunie się w górę.
Tłok porusza się do góry, woda unosi się wraz z nim z naczynia B, otwiera się dolny zawór i woda przemieszcza się za tłokiem. Woda wylewa się z rury spustowej.
48.2. Za pomocą pompy tłokowej, której schemat podano w zadaniu 48.1, przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym można podnieść wodę na wysokość nie większą niż 10 m. Wyjaśnij dlaczego.
48.3. Wstaw brakujące wyrazy do tekstu tak, aby utworzyć opis działania pompy tłokowej z komorą powietrzną.
49.1. Uzupełnij wzory pokazujące prawidłowe zależności pomiędzy polami tłoków spoczynkowych maszyny hydraulicznej a masami obciążeń.
49.2. Powierzchnia małego tłoka maszyny hydraulicznej wynosi 0,04 m2, powierzchnia dużego wynosi 0,2 m2. Jaką siłę należy przyłożyć do małego tłoka, aby równomiernie podnieść ciężar o masie 100 kg umieszczony na dużym tłoku?
49.3. Wpisz puste miejsca w tekście opisującym zasadę działania prasy hydraulicznej, której schemat urządzenia pokazano na rysunku.
49,4. Opisz zasadę działania młota pneumatycznego, którego schemat urządzenia pokazano na rysunku.
Sprężone powietrze jest dostarczane przez wąż 3. Urządzenie 2, zwane szpulą, kieruje ją naprzemiennie do góry i następnie do Dolna część cylinder. Pod wpływem tego powietrza napastnik 4 zaczyna szybko poruszać się w jedną lub drugą stronę, okresowo (z częstotliwością 1000–1500 uderzeń na minutę), oddziałując na lancę 1.
49,5. Rysunek przedstawia schemat pneumatycznego urządzenia hamulcowego wagonu kolejowego.
a) Wstaw do tekstu brakujące cyfry wskazujące odpowiadające im części na rysunku. „Gdy przewód ____ i zbiornik 3 są napełnione sprężonym powietrzem, jego ciśnienie na tłoku ___ cylindra hamulcowego jest równe po obu stronach, a klocki hamulcowe nie dotykają kół.”
b) Wybierz prawidłowa kolejność brakujące cyfry wskazujące szczegóły w tekście.
✓ 1 – 4 – 7 – 4 – 5 – 6