Внутрішнє тертя у рідині.

1. Витрата рідини в трубці струму:

а) об'ємна витрата:

б) масова витрата:

де S– площа поперечного перерізутрубки струму;

v- Швидкість рідини;

ρ - Щільність рідини.

2. Рівняння нерозривності струменя:

де S 1і S 2– площі поперечного перерізу трубки струму у двох місцях;

v 1і v 2- Відповідні швидкості течій.

3. Рівняння Бернуллі:

4. Швидкість перебігу рідини з малого отвору у відкритому широкому посуді:

де h- Рівень рідини щодо отвору.

5. Поверхневий натяг:

де F– сила поверхневого натягу, що діє на контур l, що обмежує поверхню рідини.

6. Формула Лапласа, що виражає тиск Р, що створюється сферичною поверхнею рідини:

де R- Радіус сферичної поверхні.

7. Висота підйому рідини в капілярній трубці визначається за формулою Жюрена:

де Θ - Крайовий кут;

ρ - Щільність рідини;

r- Радіус капіляра.

8. Висота підйому рідини між двома близькими та паралельними площинами:

де d- Відстань між площинами.

9. Об'єм рідини (газу), що протікає за час tчерез довгу трубку:

де r- Радіус трубки;

l- Довжина трубки;

Δр- Різниця тисків на кінцях трубки,

η - Коефіцієнт внутрішнього опору.

10. Число Рейнольдса для потоку рідини у довгих трубках

де (v)- Середня за перерізом швидкість перебігу рідини;
d- Діаметр трубки.

11. Число Рейнольдса для руху кульки в рідині:

де v- Швидкість кульки;

d- Діаметр кульки.

12. Сила опору F, що діє з боку потоку рідини на кульку, що повільно рухається в ній (формула Стокса):

де r- Радіус кульки;

v- Швидкість кульки.

Завдання.

1. Знайти швидкість течії по трубі вуглекислого газуякщо відомо, що за півгодини через поперечний переріз труби протікає 0,51 кг газу. Щільність газу прийняти 7,5 кг/м 3 . Діаметр труби дорівнює 2 див.

2. У дні циліндричної судини є круглий отвір діаметром d=1 см. Діаметр судини D=0,5 м. Знайти залежність швидкості vзниження рівня води в посудині від висоти hцього рівня. Знайти чисельне значенняцієї швидкості для висоти h= 0,2 м.

Молоко тече молокопроводом діаметром 38 мм (установка УДС-1). На одній ділянці діаметр труби зменшився до 30 мм. На скільки зміниться тиск молока у цій ділянці труби порівняно з рештою труби? Швидкість течії молока в основній частині труби 2м/с.

4. Як заввишки h=1,5 м наповнений до країв водою. на відстані d=1 м від верхнього краю бака утворилося отвір малого діаметра. На якій відстані lвід бака падає на підлогу струмінь, що випливає з отвору.

5. Струмінь води з площею S 1поперечного перерізу, що дорівнює 4 см 2 , витікає у горизонтальному напрямку з брансбойда, розташованого на висоті Н=2 м над поверхнею Землі, і падає на цю поверхню на відстані l=8 м. Нехтуючи опором повітря руху води, знайти надлишковий тиск Рводи в рукаві, якщо площа S 2поперечним перерізом рукава дорівнює 50 см 2 .

6. Трубка має діаметр d=0,2 см. На нижньому кінці трубки повисла крапля води, що має в момент відриву вигляд кульки. Знайти діаметр d 2цієї краплі.

7. Маса m 100 крапель спирту, що з капіляра, дорівнює 0,71 р. Визначити поверхневий натяг α спирту, якщо діаметр dшийки краплі в момент відриву дорівнює 1 мм.

8. У воду опущена на дуже малу глибину скляна трубка з діаметром dвнутрішнього каналу, що дорівнює 1 мм. Знайти масу води m, що увійшла до слухавки.

9. Капілярна трубка діаметром d=0,5 мм наповнена водою. На нижньому кінці трубки вода нависла як краплі. Цю краплю можна прийняти за частину сфери радіусу r= 3 мм. Знайти висоту hстовпчик води в трубці.

10. Яку роботу Атреба зробити при видуванні міхура, щоб збільшити його обсяг від V 1=8 см 3 до V 2= 16 см 3? Вважати процес ізотермічним. ( α =4 · 10 -2 Н/м).

11. Яка енергія виділиться при злитті двох крапель ртуті діаметром d 1=0,8 мм та d 2=1,2 мм за одну краплю. ( α =0,5 Н/м, ρ =13,6 · 10 3 кг/м 3)

12. Знайти додатковий тиск усередині мильної бульбашкидіаметром d=5 см. Яку роботу потрібно здійснити, щоб видути цей міхур?

13. У посудині знаходиться сироватка крові, щільність якої 1026 кг/м 3 α =6 · 10 -2 Н/м. На глибині 25 см від поверхні рідини утворився пляшечку повітря діаметром 10 мкм. Визначити тиск повітря у бульбашці, якщо атмосферний тиск дорівнює 750 мм. рт. стовп.

14. Який об'єм крові протікає через кровоносну судину довжиною 50 мм і діаметром 3 см за 1 хвилину, якщо на його кінцях є різниця тисків 2 мм. рт. ст. ( η = 4 · 10 -3 Па · с)

Кулька спливає з постійною швидкістюу рідині, щільність якої у 4 рази більше щільностіматеріалу кульки. У скільки разів сила тертя, що діє на спливаючу кульку, більша за вагу цієї кульки.

16. У посудині з гліцерином падає свинцева кулька. Визначити максимальне значеннядіаметра кульки, коли рух шарів гліцерину, викликане падінням кульки, є ще ламінарним. Рух вважати таким, що встановився. R е кр=0,5, ρ гл=1,26 · 10 3 кг/м 3 ρ св=11,3 · 10 3 г/м 3 , η = 1,48 Па · с)

17. Вода тече по круглій гладкій трубі діаметром d=5 см із середньою за перерізом швидкістю = 10 см/с. Визначити число Рейнольдса R e, для потоку рідини в трубі та вказати характер течії рідини.

18. По трубі тече машинне масло. Максимальна швидкість v max, При якій рух олії в цій трубі залишається ще ламінарним, дорівнює 3,2 см/с. За якої швидкості vрух гліцерину в цій же трубі переходить з ламінарного в турбулентний? R e=2300, ρ мм=0,9 кг/м 3 ρ гл=1260 кг/м 3 η мм=0,1 Па·с, η гл= 1,48 Па · с)

19. Сталеву кульку діаметром 1 мм падаєте постійною швидкістю v=0,185 см/с у великій посудині, наповненій касторовою олією. Знайти динамічну в'язкість касторової олії. R ст=7870 кг/м 3 R км=960 кг/м 3)

20. Крижина площею поперечного перерізу S=1 м 2 та висотою Н= 0,4 м плаває у воді. Яку роботу Атреба зробити, щоб повністю занурити крижину у воду? Щільність води ρ в=1000 кг/м 3 щільність льоду ρ л=900 кг/м 3 .

21. Знайти додатковий тиск рвсередині мильної бульбашки діаметром d=10 см. Визначити роботу А, яку потрібно зробити, щоб видути цей міхур.

22. Визначити зміну вільної енергії ΔЕповерхні мильного міхура при ізотермічному збільшенні його обсягу від V 1=10 см 3 до V 2=2V 1.

23. Повітряна бульбашка діаметром d=2 мкм знаходиться у воді біля її поверхні. Визначити щільність ρ повітря у бульбашці, якщо повітря над поверхнею води знаходиться за нормальних умов.

24. Гліцерин піднявся в капілярній трубці на висоту h= 20 мм. Визначити поверхневий натяг σ гліцерину, якщо діаметр dканалу трубки дорівнює 1 мм.

25. Широке коліно U-подібного ртутного манометра має діаметр d 1=4 см, вузьке d 2=0,25 см. Різниця Δhрівнів ртуті обох колінах дорівнює 200 мм. Знайти тиск р, що показує манометр, взявши до уваги виправлення на капілярність.

26. У широкій частині горизонтально розташованої труби нафта тече зі швидкістю v 1= 2 м/с. Визначити швидкість v 2нафти у вузькій частині труби, якщо різниця Δртисків у широкій та вузькій частинах її дорівнює 6,65 кПа.

27. До поршня спринцівки, розташованої горизонтально, прикладена сила F=15 Н. Визначити швидкість vвитікання води з наконечника спринцівки, якщо площа Sпоршня дорівнює 12 см 2 .

28. Струмінь води діаметром d=2 см, що рухається зі швидкістю v=10 м/с, ударяється про нерухому плоску поверхню, поставлену перпендикулярно струменю. Знайти силу Fтиску струменя на поверхню, вважаючи, що після удару об поверхню швидкість частинок води дорівнює нулю.

29. Бак заввишки Н=2 м до країв заповнений рідиною. На якій висоті hмає бути пророблено отвір у стінці бака, щоб місце падіння струменя, що випливає з отвору, було на максимальній відстані від бака відстані?

30. З бака водонапірної башти, розташованого на висоті h=10 м, вода трубою надходить у кран, що знаходиться поблизу поверхні землі. За який час τ кран наповнить цебро об'ємом V=10 л? Діаметр вихідного отвору крана d=1 см. Опір перебігу рідини в трубі та крані знехтувати.

31. Вода, що протікає в широкій частині горизонтальної труби, має тиск р=2 · 10 5 Па, вдвічі більше атмосферного тиску р 0 і швидкість v 1= 1 м/с (рис.). При якому співвідношенні діаметрів D/dвеликої та малої труби вода не витікатиме з невеликого отвору, розташованого у верхній частині малої труби?

32. У підвалі будинку вода опалювальної системи надходить у трубу діаметром d 1=4 см зі швидкістю v 1=0,5 м/с під тиском р 1= 3 атм. Які швидкість течії v 2та тиск у трубці р 2діаметром d 2=2,6 см на другому поверсі, розташованому на 5 м вище?

33. Визначити швидкість польоту струменя зі шприца діаметром d=4 см, на поршень якого тисне сила F=30 Н. Площа отвору шприца багато менше площіпоршня, опором повітря знехтувати. Щільність рідини ρ в=1000 кг/м 3 .

34. Циліндр діаметром Dзаповнений водою та розташований горизонтально. З якою швидкістю vпереміщається в циліндрі поршень, якщо на нього діє сила F, а з отвору в дні циліндра витікає струмінь діаметром d? Силу важкості не враховувати. Щільність рідини ρ .

35. якою швидкістю vвитікає вода з маленького отвору в дні широкого циліндричного бака в момент часу, коли він заповнений до висоти h? Який обсяг води QЧи потрібно доливати в бак в одиницю часу, щоб рівень рідини в баку залишився незмінним? Площа отвору S.

36. Широка посудина з невеликим отвором у дні наповнена водою та гасом. Нехтуючи в'язкістю, знайти швидкість v витікаючої води, якщо товщина шару води h 1, а шару гасу h 2. Щільність води ρ 1, гасу – ρ 2(ρ 1> ρ 2).

37. На гладкій горизонтальній поверхні стоїть посуд з водою. У бічній стінці судини біля дна є малий отвір площею S. Яку силу Fпотрібно прикласти до посудини, щоб утримати її в рівновазі, якщо висота рівня води в посудині дорівнює h? Щільність води ρ .

37.1. Домашній експеримент.
1. Надуйте гумову кульку.
2. Пронумеруйте фрази в такому порядку, щоб вийшла зв'язкова розповідь про зроблений експеримент.

37.2. У посудині під поршнем укладено газ (рис. а), обсяг якого змінюється за постійної температури. На малюнку б представлений графік залежності відстані h, у якому щодо дна перебуває поршень, від часу t. Заповніть перепустки в тексті, використовуючи слова: збільшується; не змінюється; зменшується.

37.3.На малюнку показана установка для вивчення залежності тиску газу в закритій посудині від температури. Цифрами позначені: 1 – пробірка із повітрям; 2 – спиртування; 3 – гумова пробка; 4 – скляна трубка; 5 – циліндр; 6 – гумова мембрана. Поставте знак "+" біля вірних твердженьі знак «» у невірних.

37.4. Розгляньте графіки залежності тиску p від часу t, відповідні різним процесаму газах. Вставте відсутні слова в пропозицію.

38.1. Домашній експеримент.
Візьміть поліетиленовий пакет, зробіть у ньому чотири дірочки однакового розміру різних місцяхнижній частині пакета, використовуючи, наприклад, товсту голку. Над ванною налийте в пакет води, затисніть зверху рукою і видавлюйте воду через дірочки. Змінюйте положення руки з пакетом, спостерігаючи, які зміни відбуваються із струмками води. Замалюйте досвід та опишіть свої спостереження.

38.2. Позначте галочкою твердження, що відбивають суть закону Паскаля.

38.3. Допишіть текст.

38.4. На малюнку показана передача тиску твердим та рідким тілом, ув'язненим під диском у посудині.

а) Позначте правильне твердження.
Після встановлення гирі на диск зростає тиск … .

б) Дайте відповідь на запитання, записавши необхідні формули і проводячи відповідні розрахунки.
З якою силою тиснутиме на диск площею 100 см2 встановлена ​​на нього гиря масою 200 г?
Як зміниться при цьому і наскільки тиск:
на дно судини 1
на дно судини 2
на бічну стінку судини 1
на бічну стінку судини 2

39.1. Позначте правильне закінчення фрази.

Нижнє та бічне отвори трубки затягнуті однаковими гумовими мембранами. У трубку наливають воду і повільно опускають її в широку посудину з водою до тих пір, поки рівень води в трубці не співпаде з рівнем води в посудині. У цьому положенні мембрани ….

39.2. На малюнку показаний досвід із судиною, дно якої може відпадати.

У ході досвіду було зроблено три спостереження.
1. Дно порожньої пляшки притиснуте, якщо трубка занурена у воду на деяку глибину Н.
2. Дно, як і раніше, притиснуте до трубки, коли в неї починають наливати воду.
3. Дно починає відходити від трубки в той момент, коли рівень води в трубці збігатиметься з рівнем води в посудині.
а) У лівому стовпці таблиці запишіть номери спостережень, які дозволяють дійти висновків, зазначених у правому стовпці.

б) Запишіть свої гіпотези про те, що може змінитися в описаному вище досвіді, якщо:
у посудині буде знаходитися вода, а в трубку наливатимуть соняшникову олію дно трубки почне відходити коли рівень масла буде вищим за рівень води в посудині;
у посудині перебуватиме соняшникова олія, а в трубку наливатимуть воду дно трубки почне відходити раніше, ніж співпадуть рівні води та олії.

39.3. У закритому балоні з площею основи 0,03 м2 та висотою 1,2 м знаходиться повітря щільністю 1,3 кг/м3. Визначте "ваговий" тиск повітря на дно балона.

40.1. Запишіть, які з дослідів, які зображені на малюнку, підтверджують, що тиск у рідині з глибиною збільшується.

Поясніть, що демонструє кожен із дослідів.

40.2. Кубик поміщений у рідину щільністю p, налиту у відкриту посудину. Поставте відповідність зазначеним рівням рідини формули для обчислення тиску, створеного стовпом рідини на цих рівнях.

40.3. Позначте знаком "+" вірні твердження.

Посудини різної форми заповнили водою. У цьому … .
+ тиск води на дно всіх судин однаково, оскільки тиск рідини на дно визначається лише заввишки стовпа рідини.

40.4. Виберіть кілька слів, пропущених у тексті. "Дном судин 1, 2 і 3 служить гумова плівка, укріплена в стійці приладу".

40.5. Чому дорівнює тиск води на дно прямокутного акваріума довжиною 2 м, шириною 1 м і глибиною 50 см, заповненого доверху водою.

40.6. Використовуючи малюнок, визначте:

а) тиск, створений стовпом гасу на поверхню води:

б) тиск на дно судини, створений тільки стовпом води:

в) тиск на дно судини, створений двома рідинами:

41.1. В одну із трубок сполучених судин налита вода. Що станеться, якщо затиск із пластикової трубки прибрати?

41.2. В одну із трубок сполучених судин налита вода, а в іншу – бензин. Якщо затискач із пластикової трубки прибрати, то:

41.3. Впишіть у текст відповідні за змістом формули та зробіть висновок.
Сполучені судини заповнені однією і тією ж рідиною. Тиск стовпа рідини

41.4. Яка висота стовпа води в U-подібній посудині щодо рівня АВ, якщо висота стовпа гасу 50 см?

41.5. У сполучені судини налито машинне масло і вода. Розрахуйте, на скільки сантиметрів рівень води знаходиться нижче за рівень масла, якщо висота стовпа масла щодо межі розділу рідин Нм = 40 см.

42.1. На терезах врівноважили скляну кулю об'ємом 1 л. Куля закрита пробкою, в яку вставлена ​​гумова трубка. Коли з кулі за допомогою насоса відкачали повітря і затиснули трубку затискачем, рівновага ваги порушилася.
а) Вантаж якої маси доведеться покласти на ліву чашу терезів, щоб їх врівноважити? Щільність повітря 1,3 кг/м3.

б) Яка вага повітря, яке знаходилося в колбі до відкачування?

42.2. Опишіть, що станеться, якщо кінець гумової трубки кулі, з якої відкачали повітря (див. завдання 42.1), опустити в склянку з водою, а потім зняти затискач. Поясніть явище.

42.3. На асфальті накреслено квадрат зі стороною 0,5 м. Розрахуйте масу та вагу стовпа повітря заввишки 100 м, розташованого над квадратом, вважаючи, що густина повітря не змінюється з висотою і дорівнює 1,3 кг/м3.

42.4. При русі поршня вгору всередині скляної трубки вода піднімається за ним. Зауважте правильне пояснення цього явища. Вода піднімається за поршнем.

43.1. У гуртках А, В, С схематично зображено повітря різної щільності. Позначте малюнку місця, де слід розташувати кожен гурток, щоб у цілому вийшла картина, що ілюструє залежність щільності повітря від висоти над рівнем моря.

43.2. Виберіть правильну відповідь.
Для того щоб залишити Землю, будь-яка молекула повітряної оболонки Землі повинна володіти швидкістю, більшою за … .

43.3. На Місяці, маса якого приблизно в 80 разів менша від маси Землі, відсутня повітряна оболонка(Атмосфера). Чим це можна пояснити? Запишіть вашу гіпотезу.

44.1. Виберіть правильне затвердження.
У досвіді Торрічеллі у скляній трубці над поверхнею ртуті … .

44.2. У трьох відритих судинах знаходиться ртуть: у посудині А висота стовпа ртуті 1 м, у посудині В – 1 дм, у посудині С – 1 мм. Обчисліть, який тиск на дно судини чинить стовп ртуті у кожному випадку.

44.3. Запишіть значення тиску в зазначених одиницях за наведеним зразком, заокругливши результат до цілих.

44.4. Знайдіть тиск на дно циліндра, заповненого олією, якщо атмосферний тиск дорівнює 750 мм рт. ст.

44.5. Який тиск зазнає аквалангіст на глибині 12 м під водою, якщо атмосферний тиск 100 кПа? У скільки разів цей тиск більший за атмосферний?

45.1. На малюнку показано схему пристрою барометра-анероїда. Окремі деталі конструкції приладу позначені цифрами. Заповніть таблицю.

45.2. Заповніть перепустки в тексті.

На малюнках зображено прилад, який називається барометр-анероїд.
Цим приладом вимірюють ___ атмосферний тиск __.
Запишіть показ кожного приладу з урахуванням похибки вимірювання.

45.3. Заповніть перепустки в тексті. "Різниця атмосферного тиску в різних шарах атмосфери Землі викликає рух повітряних мас".

45.4. Запишіть значення тиску в зазначених одиницях, округляючи результат до цілих.

46.1. На малюнку а зображено трубку Торрічеллі, розташовану на рівні моря. На малюнках б і позначте рівень ртуті в трубці, поміщеній відповідно на горі та в шахті.

46.2. Заповніть пропуски в тексті, використовуючи слова, наведені у дужках.
Вимірювання показують, що тиск повітря швидко (зменшується, збільшується) із збільшенням висоти. Причиною тому є не тільки (зменшення, збільшення) щільності повітря, а й (зниження, підвищення) його температури при віддаленні від Землі на відстань до 10 км.

46.3. Висота Останкінської телевежі досягає 562 м. Чому дорівнює атмосферний тиск біля вершини телевежі, якщо у її основи атмосферний тиск дорівнює 750 мм рт. ст.? Тиск виразіть у мм рт. ст. і в одиницях СІ, округливши обидва значення до цілих.

46.4. Виберіть на малюнку та обведіть графік, який найбільше правильно відображає залежність атмосферного тиску p від висоти h над рівнем моря.

46.5. У кінескопа телевізора розміри екрану становлять l = 40 см і h = 30 см. З якою силою тисне атмосфера на екран із зовнішнього боку (чи сила тиску), якщо атмосферний тиск pатм = 100 кПа?

47.1. Побудуйте графік залежності тиску p, який вимірюється під водою, від глибини занурення h, заповнивши попередньо таблицю. Вважайте g = 10 Н/кг, pатм = 100 кПа.

47.2. На малюнку зображено відкритий рідинний манометр. Ціна поділу та шкали приладу 1 см.

а) Визначте, наскільки тиск повітря у лівому коліні манометра відрізняється від атмосферного.

б) Визначте тиск повітря у лівому коліні манометра з урахуванням того, що атмосферний тиск 100 кПа.

47.3. На малюнку показано U-подібну трубку, заповнену ртуттю, правий кінець якої закритий. Чому дорівнює атмосферний тиск, якщо різниця рівнів рідини в колінах U-подібної трубки дорівнює 765 мм, а мембрана занурена у воду на глибину 20 см?

47.4. а) Визначте ціну поділу та показання металевого манометра (рис. а).

б) Опишіть принцип дії приладу за допомогою цифрових позначень деталей (рис. б).

48.1. а) Закресліть непотрібні з виділених слів, щоб вийшло опис роботи поршневого насоса, зображений на малюнку.

б) Опишіть, що відбувається під час руху рукоятки насоса вгору.

48.2. Поршневим насосом, схема якого наведена у завданні 48.1, при нормальному атмосферному тиску можна підняти воду на висоту не більше 10 м. Поясніть, чому.

48.3. Вставте в текст пропущені слова, щоб отримати опис роботи поршневого насоса з повітряною камерою.

49.1. Допишіть формули, що показують правильні співвідношення між площами поршнів гідравлічної машини, що покояться, і масами вантажів.

49.2. Площа малого поршня гідравлічної машини дорівнює 0,04 м2, площа великого – 0,2 м2. З якою силою слід діяти на малий поршень, щоб рівномірно підняти вантаж масою 100 кг, що знаходиться на великому поршні?

49.3. Заповніть пропуски в тексті, що описує принцип дії гідравлічного преса, схема якого показана на малюнку.

49.4. Опишіть принцип дії відбійного молотка, схема якого показана на малюнку.

49.5. На малюнку показано схему пристрою пневматичного гальма залізничного вагона.

Тиск - величина, рівна відношеннюсили, що діє перпендикулярно до поверхні, називається тиском. За одиницю тиску приймається такий тиск, який виробляє сила в 1Н, що діє поверхню площею 1м2 перпендикулярно цієї поверхні.

Отже, щоб визначити тиск, треба силу, що діє перпендикулярно до поверхні, розділити на площу поверхні.

Відомо, що молекули газу рухаються безладно. При своєму русі вони стикаються одна з одною, а також зі стінками судини, в якій знаходиться газ. Молекул у газі багато, тому й кількість їх ударів дуже велика. Хоча сила удару окремої молекули мала, але дія всіх молекул об стінки судини значною, вона створює тиск газу. Отже, тиск газу на стінки судини (і на поміщене в газ тіло) викликається ударами молекул газу.

При зменшенні обсягу газу його тиск збільшується, а зі збільшенням обсягу тиск зменшується за умови, що маса і температура газу залишаються незмінними.

У будь-якій рідині молекули не пов'язані жорстко, і тому рідина набуває форми тієї судини, куди вона налита. Як і тверді тіла, рідина чинить тиск на дно судини. Але на відміну від твердих тіл, Рідина робить тиск також і на стінки судини.

Для пояснення цього явища поділимо стовп рідини на три шари (a, b, c). При цьому можна бачити, що і всередині самої рідини існує тиск: рідина знаходиться під тиском сили тяжіння, і нижні шари рідини діє вага верхніх її шарів. Сила тяжіння, що діє шар а, притискає його до другого шару b. Шар b передає тиск, що виробляється на нього, на всі боки. Крім того, на цей шар діє сила тяжіння, що притискає його до третього шару с. Отже, у третьому сдої тиск зростає, і він буде найбільшим біля дна судини.

Тиск усередині рідини залежить від її густини.

Тиск, що виробляється на рідину або газ, передається без зміни до кожної точки обсягу рідини або газу. Це твердження називають Законом Паскаля.

За одиницю тиску СІ прийнято тиск, який виробляє сила 1Н на перпендикулярну до неї поверхню площею 1м2. Ця одиниця називається паскалем (Па).

Найменування одиниці тиску дано на честь французького вченого Блеза Паскаля

Блез Паскаль

Блез Паскаль - французький математик, фізик та філософ, народився 19 червня 1623 року. Він був третьою дитиною у сім'ї. Його мати померла, коли йому було лише три роки. У 1632 році сімейство Паскаля залишило Клермонт і вирушило до Парижа. Батько Паскаля мав хороша освітаі вирішив безпосередньо передати його синові. Батько вирішив, що Блез не повинен вивчати математику до 15 років, і все математичні книгибули видалені з їхнього будинку. Однак цікавість Блеза штовхнула його на вивчення геометрії у віці 12 років. Коли це дізнався батько, він пом'якшав і дозволив Блезу вивчити Евкліда.

Блез Паскаль зробив значний внесок у розвиток математики, геометрії, філософії та літератури.

У фізиці Паскаль займався вивчення барометричного тиску та питаннями гідростатики.

На основі закону Паскаля легко пояснити такий досвід.

Беремо кулю, що має в різних місцяхвузькі отвори. До кулі приєднано трубку, в яку вставлений поршень. Якщо набрати води в кулю і всунути в трубку поршень, вода поллється з усіх отворів кулі. У цьому досвіді поршень давить на поверхню води в трубці.

Закон Паскаля

Частинки води, що знаходяться під поршнем, ущільнюючись, передається його тиск іншим шарам, що лежать глибше. Таким чином, тиск поршня передається в кожну точку рідини, що заповнює кулю. В результаті частина води виштовхується з кулі у вигляді струмків, що випливають із усіх отворів.

Якщо шар заповнити димом, то при всуненні поршня в трубку з усіх отворів кулі почнуть виходити струмка диму. Це підтверджує, (що і гази передають тиск, що на них виробляється, на всі боки однаково). Отже, досвід показує, що всередині рідини існує тиск і на тому самому рівні воно однаково по всіх напрямках. З глибиною тиск зростає. Гази щодо цього не відрізняються від рідин.

Закон Паскаля справедливий для рідин та газів. Однак він не враховує однієї важливої ​​обставини – існування ваги.

У земних умовах цього не можна забувати. Важить і вода. Тому зрозуміло, що два майданчики, що знаходяться на різній глибині під водою, зазнають різних тисків.

Тиск води, обумовлений її тяжкістю, називають гідростатичним.

У земних умовах на вільну поверхню рідини найчастіше тисне повітря. Тиск повітря називають атмосферним. Тиск на глибині складається з атмосферного та гідростатичного.

Якщо дві судини різної форми, але з однаковими рівнями води в них з'єднати трубкою, вода не буде переходити з однієї судини в іншу. Такий перехід міг би статися в тому випадку, якби тиск у судинах відрізнявся. Але цього немає, і в судинах, що сповідаються, незалежно від їх форми рідина завжди буде знаходитися на одному рівні.

Наприклад, якщо рівні води в судинах різні, то вода почне переміщатися, і рівні зрівняються.

Тиск води набагато більший за тиск повітря. На глибині 10м вода тисне на 1см2 із додатковою до атмосферного тиску силою в 1кГ. На глибині кілометр - з силою в 100кГ на 1см2.

Океан у деяких місцях має глибину понад 10 км. Сили тиску води на таких глибинах винятково великі. Шматки дерева, опущені на глибину 5км, ущільнюються цим величезним тиском настільки, що після такого тонуть у бочці з водою, як цегла.

Цей величезний тиск створює великі перешкоди дослідникам життя моря. Глибоководні спуски виробляються у сталевих кулях - так званих батисферах, або батискафах, яким доводиться витримувати тиск вище 1 тонни на 1см2.

Підводні човни опускаються лише на глибину 100 - 200м.

Тиск рідини на дно судини залежить від густини та висоти стовпа рідини.

Виміряємо тиск води на дно склянки. Звичайно, дно склянки деформується під дією сил тиску, і знаючи величину деформації, ми могли б визначити величину сили, що викликала її, і розрахувати тиск; але це деформація настільки мала, що виміряти її безпосередньо практично неможливо. Оскільки судити з деформації даного тіла про тиск, що надається на нього рідиною, зручно лише в тому випадку, коли деформації точно великі, то для практичного визначеннятиску рідини користуються спеціальними приладами - манометрами, де деформація має порівняно велику, легко вимірну величину. Найпростіший мембранний манометр влаштований в такий спосіб. Тонка пружна пластина мембрана – герметично закриває порожню коробку. До мембрани приєднано покажчик, що обертається біля осі. При зануренні приладу в рідину мембрана прогинається під дією сил тиску, і її прогин передається у збільшеному вигляді покажчику, що пересувається за шкалою.

Манометр

Кожному положенню покажчика відповідає певний прогин мембрани, отже, і певна сила тиску мембрану. Знаючи площу мембрани, можна від сил тиску перейти до самих тисків. Можна безпосередньо виміряти тиск, якщо заздалегідь проградуювати манометр, тобто визначити, якому тиску відповідає те чи інше положення покажчика на шкалі. Для цього потрібно піддати манометр впливу тисків, величина яких відома і, помічаючи положення стрілки покажчика, проставити відповідні цифри на шкалі приладу.

Повітряну оболонку, навколишню Землюназивають атмосферою. Атмосфера, як показали спостереження за польотом штучних супутниківЗемлі простягається на висоту кілька тисяч кілометрів. Ми живемо на дні величезного повітряного океану. Поверхня Землі – дно цього океану.

Внаслідок дії сили тяжіння верхні шари повітря, подібно до води океану, стискають нижні шари. Повітряний шар, прилеглий безпосередньо до Землі, стиснутий найбільше і відповідно до закону Паскаля передає чинний нею тиск у всіх напрямах.

В результаті цього земна поверхня і тіла, що знаходяться на ній, зазнають тиску всієї товщі повітря, або, як зазвичай кажуть, зазнають атмосферного тиску.

Атмосферний тиск не такий маленький. на кожен квадратний сантиметрПоверхні тіла діє сила близько 1кГ.

Причина атмосферного тиску є очевидною. Як і вода, повітря має вагу, а отже, чинить тиск, рівний (як і для води) вазі стовпа повітря, що знаходиться над тілом. Чим вище ми підніматимемося в гору, тим менше повітря буде над нами, а значить, тим меншим стане і атмосферний тиск.

Для наукових та життєвих цілей потрібно вміти вимірювати тиск. Для цього існують спеціальні прилади- Барометри.

Барометр

Виготовити барометр неважко. У трубку, закриту з кінця, наливають ртуть. Затиснувши пальцем відкритий кінець, перекидають трубку і занурюють її відкритим кінцем чашку з ртуттю. При цьому ртуть у трубці опускається, але не виливається. Простір над ртуттю в трубці безперечно безповітряний. Ртуть підтримується у трубці тиском зовнішнього повітря.

Яких би розмірів ми не брали філіжанку з ртуттю, якого б діаметра не була трубка, ртуть завжди піднімається приблизно на одну і ту ж висоту - 76см.

Якщо взяти трубку коротше 76см, вона повністю заповнитися ртуттю, і ми побачимо порожнечі. Стовп ртуті заввишки 76см тисне на підставку з тією самою силою, що й атмосфера.

Один кілограм на один квадратний сантиметр – це і є величина нормального атмосферного тиску.

Цифра 76см означає, що таким стовпчиком ртуті врівноважується стовп повітря всієї атмосфери, розташованої над таким же майданчиком.

Барометричній трубці можна надати різні формиВажливо лише одне: один кінець трубки повинен бути закритий так, щоб над поверхнею ртуті не було повітря. На інший рівень ртуті діє тиск атмосфери.

Ртутним барометром можна виміряти атмосферний тиск із дуже великою точністю. Зрозуміло, не обов'язково брати ртуть, годиться будь-яка інша рідина. Але ртуть - найбільш важка рідина, і висота стовпа ртуті за нормального тиску буде найменшою.

Для вимірювання тиску користуються різними одиницями. Часто просто вказують висоту стовпа ртуті у міліметрах. Наприклад, кажуть, що сьогодні тиск вищий за норму, він дорівнює 768мм рт. ст.

Тиск у 760мм рт. ст. називають іноді фізичною атмосферою. Тиск 1кГ/см2 називають технічною атмосферою.

Ртутний барометр – не особливо зручний прилад. Небажано поверхню ртуті залишати відкритою (ртутні пари отруйні), крім того, прилад не портативний.

Цих недоліків немає у металевих барометрів – анероїдів.

Такий барометр усі бачили. Це невелика кругла металева коробка зі шкалою та стрілкою. На шкалу нанесені величини тиску, зазвичай, у сантиметрах ртутного стовпа.

З металевої коробки викачано повітря. Кришка коробки утримується сильною пружиною, тому що інакше вона була б втиснута атмосферним тиском. При зміні тиску кришка або прогинається або випинається. З кришкою з'єднана стрілка, причому так, що при втисканні стрілка йде праворуч.

Такий барометр градує порівнянням його показань з ртутним.

Якщо ви хочете дізнатися тиск, не забудьте постукати пальцем барометром. Стрілка циферблата зазнає великого тертя і зазвичай застряє на >.

На атмосферному тиску заснований простий пристрій - сифон.

Шофер хоче допомогти своєму товаришеві, у якого скінчився бензин. Як же відлити бензин із бака своєї автомашини? Не нахиляти її, як чайник.

На допомогу приходить гумова трубка. Один кінець її опускають у бензобак, та якщо з іншого кінця ротом відсмоктують повітря. Потім швидкий рух- відкритий кінець затискають пальцем і встановлюють на висоті нижче за бензобак. Тепер палець можна відібрати - бензин виливатиметься зі шланга.

Вигнута гумова трубка і є сифон. Рідина у разі рухається з тієї ж причини, як у прямий похилій трубці. В обох випадках рідина в кінцевому рахунку тече вниз.

Для дії сифона необхідний атмосферний тиск: воно > рідина і дає стовпу рідини в трубці розірватися. Якби атмосферного тиску не було, стовп розірвався б у точці перевалу, і рідина скотилася б в обидві судини.

Сифон тиску

Сифон починає працювати, коли рідина в правому (так би мовити, >) коліні опуститься нижче рівня рідини, що перекачується, в яку опущений лівий кінець трубки. У в іншому випадкурідина піде назад.

У практиці для вимірювання атмосферного тиску використовують металевий барометр, званий анероїдом (у перекладі з грецької - без рідинний. Так барометр називають тому, що він не містить ртуті).

Атмосфера утримується силою тяжіння, що діє із боку Землі. Під дією цієї сили верхні шари повітря тиснуть на нижні, тому шар повітря, що прилягає до Землі, виявляється найбільш стислим і щільним. Цей тиск відповідно до закону Паскаля передається на всі боки і діє на всі тіла, що знаходяться на Землі, і на її поверхню.

Товщина шару повітря, що давить на Землю, з висотою зменшується, отже, зменшується і тиск.

На існування атмосферного тиску вказує безліч явищ. Якщо скляну трубку з опущеним поршнем помістити в посудину з водою і плавно піднімати, вода слідує за поршнем. Атмосфера тисне на поверхню води у посудині; за законом Паскаля цей тиск передається воді під скляною трубкою і жене воду вгору, за поршнем.

Ще давньої цивілізації були відомі всмоктувальні насоси. З їхньою допомогою можна було підняти воду на значну висоту. Вода напрочуд слухняно йшла за поршнем такого насоса.

Стародавні філософи задумалися про причини цього і дійшли такого глибокодумного висновку: вода йде за поршнем тому, що природа боїться порожнечі, тому між поршнем і водою не залишається вільного простору.

Розповідають, що один майстер збудував для садів герцога Тосканського у Флоренції всмоктувальний насос, поршень якого мав затягувати воду на висоту понад 10м. Але як не намагалися засмоктати цим насосом воду, нічого не виходило. На 10-му вода піднімалася за поршнем, далі поршень відходив від води, і утворювалася та сама порожнеча, якої природа боїться.

Коли з проханням пояснити причину невдачі звернулися до Галілея, він відповів, що природа справді не любить порожнечі, але до певної межі. Учень Галілея Торрічеллі, очевидно, використав цей випадок як привід для того, щоб поставити у 1643 році свій знаменитий досвідз трубкою, наповнений ртуттю. Цей досвід ми щойно описали – виготовлення ртутного барометра і є досвід Торрічеллі.

Взявши трубку висотою понад 76мм, Торрічеллі створив порожнечу над ртуттю (її часто називають на честь торрічеллієвої порожнечі) і таким чином довів існування атмосферного тиску.

Цим досвідом Торрічеллі дозволив подив майстра. Тосканського герцога. Дійсно, ясно протягом кількох метрів вода покірно слідуватиме за поршнем насоса, що всмоктує. Цей рух продовжуватиметься доти, доки стовп води площею 1см2 не стане рівним за вагою 1кГ. Такий стовп води матиме висоту 10м. Ось чому природа боїться порожнечі. , але більш як до 10м.

У 1654 році, через 11 років після відкриття Торрічеллі, дія атмосферного тиску була наочно показана магдебурзьким бургомістром Отто фон Геріке. Популярність принесла автору не так фізична сутність досвіду, як театральність його постановки.

Дві мідні півкулі були з'єднані кільцевою прокладкою. Через кран, прироблений до однієї з півкуль, зі складеної кулі було викачано повітря, після чого півкулі неможливо було розняти. Збереглося докладний описдосвіду Геріке. Тиск атмосфери на півкулі можна розрахувати: при діаметрі кулі 37см сила дорівнювала приблизно однієї тонні. Щоб роз'єднати півкулі, Геріке наказав запрягти дві вісімки коней. До упряжі йшли канати, протягнуті через кільце, прикріплені до півкуль. Коні виявилися не в змозі роз'єднати півкулі.

Сили восьми коней (саме восьми, а не шістнадцяти, оскільки друга вісімка, запряжена для кращого ефекту, могла бути замінена гаком, вбитим у стіну, із збереженням тієї ж сили, що діє на півкулі) було недостатньо для розриву магдебурзьких півкуль.

Якщо між двома дотичними тілами є порожня порожнина, ці тіла не будуть розпадатися завдяки атмосферному тиску.

На рівні моря значення атмосферного тиску зазвичай дорівнює тиску стовпчика ртуті заввишки 760мм.

Вимірюючи атмосферний тиск барометром, можна виявити, що він зменшується зі збільшенням висоти над поверхнею Землі (приблизно на 1мм рт. ст. при підйомі у висоту на 12м). Також зміни атмосферного тиску пов'язані зі змінами погоди. Наприклад, підвищення атмосферного тиску пов'язують із настанням ясної погоди.

Значення атмосферного тиску дуже важливе для передбачення погоди найближчими днями, оскільки зміна атмосферного тиску пов'язані з змінами погоди. Барометр – необхідний прилад при метеорологічних спостереженнях.

Коливання тиску від погоди мають дуже нерегулярний характер. Колись думали, що лише один тиск і визначає погоду. Тому на барометрах ще й досі ставляться написи: ясно, сухо, дощ, буря. Зустрічається навіть напис: >.

Зміна тиску справді відіграє велику роль у змінах погоди. Але це роль не вирішальна.

З розподілом атмосферного тиску пов'язані напрямок і сила вітру.

Тиск у різних місцях земної поверхні неоднаковий, і сильніший тиск > повітря місця з нижчим тиском. Здавалося б, вітер повинен дмухати у напрямку, перпендикулярному до ізобарів, тобто туди, де тиск падає найшвидше. Проте карти вітрів демонструють інше. У справі повітряного тискувтручається коріолісова сила та вносить свою поправку, дуже значну.

Як нам відомо, на будь-яке тіло, що рухається в північній півкулі, діє коріолісова сила, спрямована праворуч по руху. Це стосується і частинок повітря. Частина, що вичавлюється з місць більшого тиску до місць, де менший тиск, повинна рухатися поперек ізобар, але коріолісова сила відхиляє її вправо, і напрям вітру утворює кут приблизно в 45 градусів з напрямком ізобар.

Вражаюче великий ефектдля такої маленької сили. Це тим, що перешкоди дії сили Коріоліса - тертя повітряних шарів - також дуже незначні.

Ще цікавіший вплив сили Коріоліса на напрям вітрів у > і > тиску. Через дію коріолісової сили повітря, відходячи від тиску, не стікає на всі боки по радіусах, а рухається по кривих лініях - спіралям. Ці спіральні повітряні потоки закручуються в той самий бік і створюють в області тиску круговий вихор, що переміщає повітряні масиза годинниковою стрілкою.

Те саме відбувається і в області зниженого тиску. За відсутності сили Коріоліса повітря стікалося б до цієї області поступово по всіх радіусах. Однак дорогою повітряні маси відхиляються вправо.

Вітри у сфері низького тиску називаються циклонами, вітри у сфері високого тиску називаються антициклонами.

Не треба думати, що будь-який циклон означає ураган чи бурю. Проходження циклонів або антициклонів через місто, де ми живемо, - звичайне явище, пов'язане, щоправда, здебільшогозі змінною погодою. У багатьох випадках наближення циклону означає настання негоди, а наближення антициклону - настання гарної погоди.

Втім, ми не ставатимемо на шлях віщунів погоди.

1. Атмосферний тиск. Як бачимо з попереднього викладу матеріалу, шар повітря над земною поверхнею поширюється до висоти близько 1000 км. Це повітря утримується біля поверхні землі силою земного тяжіння, тобто. має певну вагу. На поверхню землі і на всі предмети, що знаходяться біля її поверхні, це повітря створює тиск 1033 г/см. Отже, на всю поверхню тіла людини, яка має площу 1,6-1,8 м, це повітря, відповідно, чинить тиск близько 16-18 тонн. Зазвичай ми цього не відчуваємо, оскільки під таким же тиском гази розчинені у рідинах та тканинах організму та зсередини врівноважують зовнішній тиск на поверхню тіла. Однак за зміни зовнішнього атмосферного тиску в силу погодних умовдля врівноваження його зсередини потрібен деякий час, необхідний збільшення або зниження кількості газів, розчинених в організмі. Протягом цього часу людина може відчувати деяке відчуття дискомфорту, оскільки при зміні атмосферного тиску лише на кілька мм. рт. стовпа загальний тиск на поверхню тіла змінюється на десятки кілограмів. Особливо чітко відчувають ці зміни люди, які страждають на хронічні захворювання кістково-м'язового апарату, серцево-судинної системи та ін.

Крім того, зі зміною барометричного тиску людина може зустрітися в процесі своєї діяльності: під час підйому на висоту, при водолазних, кесонних роботах і т.д. Тому лікарям потрібно знати який вплив на організм як зниження, і підвищення атмосферного тиску.

Вплив зниженого тиску

Зі зниженим тиском людина зустрічається головним чином при підйомі на висоту (при екскурсіях в гори або при використанні літальних апаратів). При цьому основним фактором, що впливає на людину, є киснева недостатність.

Зі збільшенням висоти атмосферний тиск поступово знижується (приблизно на 1 мм. рт. ст. на кожні 10 м висоти). На висоті 6 км атмосферний тиск вже вдвічі нижчий, ніж на рівні моря, а на висоті 16 км – у 10 разів.

Хоча процентний змісткисню в атмосферному повітрі, як ми зазначили раніше, із підняттям на висоту майже не змінюється, проте у зв'язку зі зниженням загального тиску знижується і парціальний тиск кисню у ньому, тобто. частка тиску, що забезпечується за рахунок кисню в загальному тиску.

Виявляється, що саме парціальний тиск кисню забезпечує перехід (дифузію) кисню з альвеолярного повітря у венозну кров. Точніше цей перехід відбувається за рахунок різниці парціального тиску кисню у венозній крові та в альвеолярному повітрі. Ця різниця і називається дифузним тиском. При малому дифузному тиску артеріалізація крові в легенях не може, настає гіпоксемія, яка є основним фактором розвитку висотної та гірничої хвороб. Симптоматика цих хвороб дуже подібна до загальної симптоматики. кисневої недостатності, описаної нами раніше: задишка, серцебиття, збліднення шкірних покривів та акроціаноз, запаморочення, слабкість, швидка стомлюваність, сонливість, нудота, блювання, втрата свідомості. Початкові ознаки висотної чи гірської хвороб починають виявлятися з висоти 3-4 км.

Залежно від парціального тиску кисню в повітрі на різних висотахрозрізняють такі зони (за ступенем впливу організм людини):

1. Індиферентна зона до 2 км

2. Зона повної компенсації 2-4 км

3. Зона неповної компенсації 4-6 км

4. Критична зона 6-8 км

5. Смертельна зона понад 8 км

Природно, що розподіл такі зони є умовним, оскільки різні людипо-різному переносять кисневу недостатність. Велику роль у своїй грає ступінь тренованості організму. У тренованих людей покращено діяльність компенсаторних механізмів, збільшено кількість циркулюючої крові, гемоглобіну та еритроцитів, покращено тканинну адаптацію.

Крім кисневої недостатності, зниження барометричного тиску при підйомі на висоту призводить і до інших порушень стану організму. Насамперед це декомпресійні розлади, що виражаються в розширенні газів, що знаходяться в природних порожнинах організму (додаткові пазухи носа, середнє вухо, погано запломбовані зуби, гази в кишечнику і т.д.). При цьому можуть виникнути болі, що іноді досягають значної сили. Особливо небезпечні ці явища при різкому зниженні тиску (наприклад, розгерметизація кабін літаків). У таких випадках можуть відбутися ушкодження легень, кишківника, носові кровотечі тощо. Зниження тиску до 47 мм рт. ст. і нижче (на висоті 19 км) призводить до того, що рідини в організмі закипають при температурі тіла, так як тиск стає нижче тиску водяної пари при цій температурі. Це виявляється у виникненні так званої підшкірної емфіземи.

Вплив підвищеного тиску

Водолазні та кесонні роботи людина змушена виконувати при підвищеному тиску. Перехід до підвищеного тиску здорові люди переносять досить безболісно. Лише іноді відзначаються короткочасні неприємні відчуття. При цьому відбувається врівноваження тиску у всіх внутрішніх порожнинах організму із зовнішнім тиском, а також розчинення азоту в рідинах і тканинах організму відповідно до парціального тиску його у повітрі, що вдихається. На кожну додаткову атмосферу тиску в організмі розчиняється додатково приблизно по 1 л азоту.

Значно серйозніша справа при переході з атмосфери з підвищеним тискомдо нормального (при декомпресії). При цьому азот, що розчинився в крові та тканинних рідинах організму, прагне виділитися у зовнішню атмосферу. Якщо декомпресія відбувається повільно, азот поступово дифундує через легені і десатурація відбувається нормально. Однак у разі прискорення декомпресії азот не встигає дифундувати через легеневі альвеоли і виділяється в тканинних рідинах і в крові в газоподібному вигляді (у вигляді бульбашок), При цьому виникають хворобливі явища, що звуться кесонною хворобою. Виділення азоту відбувається спочатку з тканинних рідин, оскільки вони мають найменший коефіцієнтперенасичення азоту, а потім може статися і в кров'яному руслі (з крові). Кесонна хвороба виражається насамперед у виникненні різких болів, що ломлять, в м'язах, кістках і суглобах. У народі це захворювання дуже влучно назвали "заламай". Надалі симптоматика розвивається залежно від локалізації судинних емболів (мармуровість шкіри, парестезії, парези, паралічі тощо).

Декомпресія є відповідальним моментом при таких роботах і на неї йде значна кількість часу. Графік роботи в кесоні при тиску, що дорівнює трьом додатковим атмосферам (3 АТМ), наступний:

Тривалість усієї напівзміни - 5 год 20 хв.

Період компресії – 20 хв.

Робота в кесоні – 2 год 48 хв.

Період декомпресії – 2 год 12 хв.

Природно, що під час роботи в кесонах з вищим тиском значно подовжується період декомпресії і, відповідно, скорочується

Період роботи у робочій камері.

2. Рух повітря. В результаті нерівномірного нагрівання земної поверхні створюються місця з підвищеним та зниженим атмосферним тиском, що, у свою чергу, призводить до переміщення повітряних мас.

Рух повітря сприяє збереженню сталості та відносної рівномірності повітряного середовища(врівноваження температур, перемішування газів, розведення забруднень), а також сприяє віддачі тепла організмом. Особливе значення при плануванні населених місць має так звана "троянда вітрів", що є графічне зображенняповторюваності напряму вітрів у цій місцевості за певний проміжок часу. При плануванні території населених місць промислову зону слід розташовувати з підвітряної сторони щодо житлової зони. Швидкість руху повітря в атмосфері може коливатися від повного штилю до ураганів (понад 29 м/с). У житлових та громадських приміщеннях швидкість руху повітря нормується в межах 0,2-0,4 м/с. Занадто маленька швидкість руху повітря свідчить про погану вентиляцію приміщення, більша (більше 0,5 м/с) - створює неприємне відчуттяпротягу.

3. Вологість повітря. Повітря тропосфери містить значну кількість водяної пари, яка утворюється в результаті випаровування з поверхні води, ґрунту, рослинності і т.д. Ці пари переходять з одного агрегатного станув інше, впливаючи на загальну вологу динаміку атмосфери. Кількість вологи повітря з підйомом на висоту швидко зменшується. Так, на висоті 8 км вологість повітря складає всього близько 1% від кількості вологи, яка визначається на рівні землі.

Для людини найбільш важливе значеннямає відносну вологість повітря, яка показує ступінь насичення повітря водяними парами. Вона відіграє велику роль під час здійснення терморегуляції організму. Оптимальною величиною відносної вологості повітря вважається 40-60%, допустимою – 30-70%. При низькій вологості повітря (15-10%) відбувається інтенсивніше зневоднення організму. У цьому суб'єктивно відчувається підвищена спрага, сухість слизових оболонок дихальних шляхів, поява тріщин ними з наступними запальними явищами тощо. Особливо тяжкі ці відчуття у хворих, що температурять. Тому на мікрокліматичні умови у палатах у таких хворих слід звертати особливу увагу. Висока вологість повітря несприятливо позначається на терморегуляції організму, ускладнюючи чи посилюючи тепловіддачу залежно від температури повітря (див. далі питання терморегуляції).

4. Температура повітря. Людина пристосувалася до існування в межах певних значеньтемператури. У поверхні землі температура повітря в залежності від широти місцевості та сезону року коливається в межах близько 100 ° С, З підйомом на висоту температура повітря поступово знижується (приблизно на 0,56 ° С на кожен 100 м підйому). Ця величина називається нормальним температурним градієнтом. Проте в силу особливих метеорологічних умов (низька хмарність, туман) цей температурний градієнт іноді порушується і настає так звана температурна інверсія, коли верхні шари повітря стають теплішими, ніж нижні. Це має особливе значенняу вирішенні проблем, пов'язаних із забрудненням атмосферного повітря.

Виникнення температурної інверсії знижує можливості для розведення забруднень, що викидаються у повітря, та сприяє створенню високих їх концентрацій.

Для розгляду питань впливу температури повітря на організм людини слід згадати основні механізми терморегуляції.

Терморегуляція. Одним з найважливіших умовДля нормальної життєдіяльності організму людини є збереження сталості температури тіла. При звичайних умовахлюдина в середньому втрачає за добу близько 2400-2700 ккал. Близько 90% цього тепла віддається у зовнішнє середовище через шкірні покриви, решта 10-15 % витрачаються на нагрівання їжі, пиття і повітря, що вдихається, а також на випаровування з поверхні слизових оболонок дихальних шляхів і т.д. Отже, найважливішим шляхом тепловіддачі є поверхня тіла. З поверхні тіла тепло віддається у вигляді випромінювання (інфрачервона радіація), проведення (шляхом безпосереднього контакту з навколишніми предметами і шаром повітря, що прилягає до поверхні тіла) і випаровування (у вигляді поту або інших рідин).

У звичайних комфортних умовах (при кімнатній температуріу легкому одязі) співвідношення ступеня тепловіддачі цими способами наступне:

1. Випромінювання - 45%

2. Проведення – 30 %

3. Випаровування - 25 %

Використовуючи ці механізми тепловіддачі, організм може значно захистити себе від впливу високих температур і запобігти перегріванню. Ці механізми терморегуляції називаються фізичними. Крім них, існують ще хімічні механізми, які у тому, що з впливу низьких чи високих температур змінюються процеси обміну речовин, у результаті відбувається збільшення чи зниження вироблення тепла.

Комплексна дія метеорологічних факторів на організм. Перегрівання відбувається зазвичай за високої температури навколишнього середовищау поєднанні з високою вологістю. При сухому повітрі висока температурапереноситься значно легше, тому що при цьому значна частина тепла надається способом випаровування. При випаровуванні 1 г поту витрачається близько 0,6 ккал. Особливо добре тепловіддача відбувається, якщо супроводжується рухом повітря. Тоді випаровування відбувається найінтенсивніше. Однак якщо висока температура повітря супроводжується високою вологістю, то випаровування з поверхні тіла відбуватиметься недостатньо інтенсивно або зовсім припиниться (повітря насичене вологою). У цьому випадку тепловіддача не відбуватиметься, і тепло почне накопичуватися в організмі - відбудеться перегрівання. Розрізняють два прояви перегрівання: гіпертермія та судомна хвороба. При гіпертермії розрізняють три ступені: а) легка; б) помірна; в) важка (тепловий удар). Судомна хвороба виникає через різке зниження в крові та тканинах організму хлоридів, які губляться при інтенсивному потіння.

Переохолодження. Низька температура у поєднанні з низькою відносною вологістю та малою швидкістю руху повітря переноситься людиною досить добре. Однак низька температура у поєднанні з високою вологістю та швидкістю руху повітря створюють можливості для виникнення переохолодження. В силу великої теплопровідності води (у 28 разів більше повітря) та великої її теплоємності в умовах сирого повітрярізко підвищується віддача тепла способом теплопроведення. Цьому сприяє підвищена швидкість руху повітря. Переохолодження може бути загальним та місцевим. Загальне переохолодження сприяє виникненню простудних та інфекційних захворювань унаслідок зниження загальної резистентності організму. Місцеве переохолодження може призвести до ознобу та відмороження, причому головним чином при цьому страждають кінцівки (траншейна стопа). При місцевому охолодженні можуть мати місце і рефлекторно виникають реакції в інших органах та системах.

Таким чином, стає зрозумілим, що висока вологість повітря відіграє негативну роль у питаннях терморегуляції як при високих, так і при низьких температурах, А збільшення швидкості руху повітря, як правило, сприяє тепловіддачі. Виняток становлять випадки, коли температура повітря вища за температуру тіла, а відносна вологість досягає 100 %.

У цьому випадку підвищення швидкості руху повітря не призведе до збільшення тепловіддачі ні способом випаровування (повітря насичене вологою), ні способом проведення (температура повітря вище температури поверхні тіла).

Метеотропні реакції. Погодні умови істотно впливають протягом багатьох захворювань. В умовах Підмосков'я, наприклад, майже у 70% серцево-судинних хворих погіршення стану часу збігається з періодами значної зміни метеорологічних умов. Подібний зв'язок відзначений і багатьма дослідженнями, проведеними практично у всіх клімато-географічних регіонах як у нашій країні, так і за кордоном. Підвищеною чутливістю до несприятливої ​​погоди відрізняються також люди, які страждають на хронічні неспецифічні захворювання легень. Такі хворі погано переносять погоду з високою вологістю, різкими перепадами температури, сильним вітром. Дуже виражений зв'язок з погодою перебігу захворювання бронхіальною астмою. Це знаходить свій відбиток навіть у нерівномірності географічного поширення даного захворювання, яке частіше зустрічається в районах з вологим кліматомта контрастною зміною погоди. Так, наприклад, у Північних районах, у гірській місцевості та на півдні Середньої Азіїзахворюваність на бронхіальну астму в 2-3 рази нижче, ніж у Прибалтійських країнах. Добре відома також підвищена чутливістьдо погодних умов та їх зміни у хворих на ревматичні захворювання. Виникнення ревматичних болів у суглобах, що передує або супутнє зміні погоди, стало одним з класичних прикладівметеопатичної реакції. Невипадково багатьох хворих ревматизмом образно називають " живими барометрами " . На зміну погодних умов часто реагують хворі на діабет, нервово-психічні та інші захворювання. Є дані щодо впливу погодних умов на хірургічну практику. Зазначено, зокрема, що за несприятливої ​​погоди погіршується перебіг та результат післяопераційного періоду у серцево-судинних та інших хворих.

Вихідним в обґрунтуванні та проведенні профілактичних заходівпри метеотропних реакціях є оцінка погоди. Існує кілька видів класифікації типів погоди, найпростіший із яких є класифікація за Г.П. Федорову. Відповідно до цієї класифікації розрізняють три типи погоди:

1) Оптимальна-міждобові коливання температури до 2 ° С, швидкість

Рух повітря до 3 м/сек, зміна атмосферного тиску до 4 мбар.

2) Дратівлива - коливання температури до 4 ° С, швидкість руху повітря до 9 м / сек, зміна атмосферного тиску до 8 мбар.

3) Гостра - коливання температури понад 4°С, швидкість руху повітря понад 9 м/сек, зміна атмосферного тиску понад 8 мбар.

У медичної практикибажано проводити медичний прогноз погоди на підставі цієї класифікації та вживати відповідних профілактичних заходів.

Гідростатичний тиск.

Основним поняттям гідростатики є гідростатичний тиск - тиск в даній точці рідини, що спокою.З курсу фізики відомо, що тиск є величина, що дорівнює відношенню сили тиску (спрямованої перпендикулярно до майданчика) до площі поверхні, на яку вона діє.

Р = F / S (2-1)

У формулі (2-1) визначається середній тиск, оскільки сила може діяти поверхню майданчики нерівномірно. Всередині рідини кожна частка піддається всебічному стиску з боку сусідніх частинок. Якщо подумки оточити частинку рідини, що розглядається, дуже маленькою сферою, площа якої має значення ∆S– (знак ∆ вказує на її мале значення), то середній тиск на сферу можна визначити як

Р = ∆F / ∆S (2-2)

Якщо площу поверхні сфери (дуже маленьку) продовжувати зменшувати до нуля, то межі вона перетворитися на точку. При цьому середній тиск стане справжнім тискомв точці, що розглядається всередині рідини ( гідростатичним). Математично це можна записати так:

Р= lim (∆F/∆S) = δF/δS(2-3)

∆S →0

limозначає межу; у межі мала величина ∆ перетворюється на нескінченно малу δ (Диференціал).

Гідростатичний тиск має два важливі властивості:

-воно завжди спрямоване перпендикулярно до майданчика;

-його дія залежить від орієнтації майданчика у просторі, тобто. з усіх боків воно однаково.

2.2. Основне рівняння гідростатики.

У загальному випадкурівноваги деякого об'єму рідини під дією прикладених до нього сил знаменитим вченим Російської Академіїнаук Леонардом Ейлером було отримано диференціальне рівняннярішення якого дозволяє отримати розрахункові формулидля знаходження гідростатичного тискуу різних конкретних випадках. Так, якщо на частинки рідини діє лише сила тяжіння, то диференціальне рівняння рівноваги частинок усередині рідини має наступний вигляд:

δ Р = - ρ gdz (2-4)

Тут вісьZ – вертикальна вісь; прискорення вільного падіннямає напрямок, протилежний осі Z (на це вказує знак мінус "-" у рівнянні). Щільність рідини ρ, як і прискорення g, постійні величини, що не залежать від тиску та температури

Рішення (інтегрування) рівняння має такий вигляд:

Р = - ρ gz + с (2-5)

Постійну інтегрування знаходимо в такий спосіб. Нехай точка рідини m, що розглядається, знаходиться на відстані Н від поверхні рідини. При z = z 0 P = P 0

Отже, P 0 = - ρ gz + сЗвідси: з = P 0 + ρ gz 0Підставляємо значення зу формулу (2-5) і остаточно отримуємо формулу для розрахунку гідростатичного тиску в точці, що знаходиться під шаром рідини заввишки Н:

Р = P 0 + ρ g Н (2-6)

Тиск Р називають абсолютним тиском у точці, P 0 - зовнішнє поверхневий тиск(у відкритій посудині воно дорівнює атмосферному тиску),

Р - P 0 =P = ρ g Н – тиск стовпа рідини висотою Н (його також називають ваговим або надлишковим тиском). У техніці приладами зазвичай вимірюється надлишковий тиск.

Надалі атмосферний тиск умовимося позначатиР атм, абсолютне - Р А, а надлишкове - Р хат.

Вираз (2-6) називається основним рівнянням гідростатики. Відповідно до цього рівняння, тиск на поверхні рідини P 0 передається всім точкам об'єму рідини та за всіма напрямками однаково (закон Паскаля –гіперпосилання.

З формули (2-1) слід, що у системі СІ одиницею вимірювання тиску служить паскаль: Па = н/ м 2 . Це невелика величина і практично часто використовують більші одиниці КПа=10 3 Па і МПа=10 6 Па.

2.3. Види тиску: атмосферне, надлишкове, вагове, абсолютне, вакуумметричне.

Атмосферний тиск було відкрито ще 16 в. відомим італійським ученим Торічеллі. У земній атмосферіна будь-яке тіло, що знаходиться на поверхні землі, тисне повітряний стовп. Його середній тиск Р = ρg Нвизначається середньою щільністюповітря ρ та висотою повітряного стовпа н.Відповідно до вимірювань Торічеллі цей тиск відповідає тиску стовпа ртуті заввишки 733 мм. Більше пізні дослідженняпоказали, що цей тиск (його назвали нормальним атмосферним тиском) становить 760 мм рт.ст. або у системі СІ -0,1013 МПа=101,3 КПа. Округлено у розрахунках його беруть рівним 100 КПа = 0,1 МПа.

У закритому посудині над поверхні рідини за допомогою, наприклад, компресора, можна створити надлишковий тиск Р хат. У цьому випадку абсолютний тиск у точці під шаром рідини на глибині Н дорівнюватиме :

Р А = P 0 + ρ g Н = Р атм + (Р хат + ρ g Н)(2-7)

У подібних випадках тиск стовпа рідини прийнято називати ваговим тиском. З визначення надлишкового тиску випливає, що в закритій посудині на глибині Н воно складається з Р хат повітря і вагового P = ρ g Н (тиску стовпа рідини висотою Н).

Малюнок 2.1

Надлишковий тиск Р хат у повітрі над поверхнею рідини можна визначити за допомогою простого приладу, званого п'єзометром. Це скляна трубка малого діаметра, приєднана до посудини з рідиною (рис. 1-2). З формули (1-12) випливає, що зміна величини P 0 однакова всім крапок всередині рідини. Якщо тиск над поверхнею рідини дорівнює атмосферному (P 0 =Р атм), то, згідно з формулою (2-4), рідина в трубці встановиться на тій же висоті, що і в посудині (рівень 0-0). При збільшенні тиску

P 0 = P атм + Р хатцей надлишковий тиск Р хат передається всім точкам рідини, в тому числі і тим, які лежать на межі рідина-повітря в трубці

(Рівень 0-0; абсолютні тиску в точках 1 і 2 однакові).

Р 0 =Ратм + Р Р атм

Мал. 2.2. Схема вимірювання надлишкового тиску

Так як тиск з боку рідини на них перевищить тиск повітря P атм, рідина в трубці почне підніматися до положення рівноваги (на висоту h). Отже, Р хат = ρ gh.

За нульовий рівень можна прийняти будь-який інший рівень, наприклад, що проходить на глибині Н(Рівень 0 1 -0 1). Абсолютні тиски в точках 3 та 4 однакові.

Але P 3 = P 0 + ρ g Н = P атм + Р + ρ g Н;

В даному випадку тиск Рє надлишковим тиском Р = Р хат.P 4 = P атм + ρ gh + ρ g Н. Порівнюючи праві частини, знову отримуємо Р=Р хат = ρ gh.

П'єзометри розраховані на вимірювання малих тисків (надлишковий тиск 0,1 ат піднімає воду в п'єзометрі на висоту 1 м).

Розглянемо випадок, коли абсолютний тиск над поверхнею рідини P А стає меншим за атмосферний (при відкачуванні повітря з простору над рідиною), Тиск у точці 1 за умови Р А<Р атм можно измерить с помощью, так называемого обратного пьезометра или вакуумметра (см. рис. 1-3). Очевидно, что горизонт жидкости в изогнутой трубке опустится ниже уровня точки 1 на высоту h вак. Эта высота по отношению к уровню, проходящему через точку 1, будет отрицательной, если высоту Н считать положительной.

Тиск у точці 1 зверху дорівнюватиме:

Р А = Р 0 + ρ g Н.

Тиск у точці 1 з боку трубки одно:

Р атм - ρ gh вак.

З рівності цих формул випливає, що тиск Р А = Р атм - ρ gh вак. Звідси

h вак = (Р атм - Р А) / ρ g.(2-8) Цю величину називають вакуумметричною висотою,

Малюнок 2.3. Схема виміру вакуумметричної висоти за допомогою вакуумметра.

Вона характеризує різницю двох тисків Р атм - Р Ау точці 1. Саме цю різницю і називають вакуумом.

Надлишковий тиск у рідині можна створити за допомогою насос, надаючи на неї силову дію (робочим органом насоса). При русі робочого органу (поршень, ротор і т.п.) на вході в насос утворюється вакуум (розрядження), а нв виході насоса - надлишковий тиск. Вимірюються вони за допомогою приладів (манометрів, мановакуумметрів).

2.4. Тиск рідини на плоску та циліндричну стінки.

Мал. 2.4. Схема до визначення рівнодіючого гідростатичного тиску на плоску поверхню. Епюра сил тиску. Праворуч-розгорнута поверхня стінки.

На плоску стінку в посудині з рідиною діють сили тиску, спрямовані перпендикулярно до неї.

Зі зростанням глибини занурення Н зростає і величина надлишкового тиску Р = ρ g Н, отже, і сила тиску стінку. Можна показати, що середня сила тиску на вертикальну стінку дорівнює твору тиску в центрі стінки на площу стінки:

F = P c S де P c = ρ gН с = ρ g Н/2 (2-9)

Тиск на горизонтальну поверхню дна судини у всіх точках однаковий, тому сила тиску на дно судини дорівнює

Рис.2.5.Епюра сил тиску для похилої стінки.

F = P ∙ S де P= ρ g Н (2-10)

У разі криволінійних стін найчастіше необхідно визначити силу, що діє на циліндричну поверхню, що має вертикальну вісь симетрії. Можливі два варіанти. Перший варіант -рідина впливає на стінку зсередини.

У другому варіанті рідина діє стінку зовні. Розглянемо перший варіант.

Виділимо об'єм рідини, обмежений ділянкою циліндричної поверхні, що розглядається. AB, ділянкою вільної поверхні CD, розташованої над ділянкою AB,та двома вертикальними поверхнями BCі CD, що проходять через точки Aі B. Ці поверхні обмежують обсяг ABCD, що знаходиться в рівновазі. Розглянемо умови рівноваги цього обсягу у вертикальному та горизонтальному напрямках. Зауважимо, що, якщо рідина діє на поверхню AB , з якоюсь силою F, то з такою ж силою, але у зворотному напрямку, і поверхня діє на об'єм рідини, що розглядається. Цю силу, перпендикулярну до поверхні AB, можна уявити у вигляді горизонтальної F гта вертикальною F вскладових.

Умова рівноваги об'єму ABCD у вертикальному напрямку виглядає так: F в = P 0 S г + G (2-10)

де P 0 - Зовнішній тиск, S г - площа горизонтальної проекції поверхні AB, G - вага виділеного об'єму рідини.

P 0

h c

G

C

E

D

A

F x

D

F R

F R

δ

P

Знаючи F г і F визначимо повну силу F, що діє на циліндричну поверхню

Розглянемо трубу завдовжки l з внутрішнім діаметром D та товщиною стінок δ , що під дією гідростатичного тиску P . Цей тиск породжує сили, що розривають. F x . Через симетричність труби такі сили, що розривають, діятимуть однаково в усіх напрямках. Для вертикальної площини ця сила дорівнюватиме

F х = πDl(2-12) ,

де твір Dl- Є вертикальна проекція площі стінки труби.

Рис.2.7. До визначення сили, що розриває, в трубі.

Розривній силі протидіятимуть сили реакції F R, що виникають у стінках труби. Площа стінок труби S c у будь-якому осьовому перерізі складе:

S c =2 lδ (2-13)

Під дією розривних сил у стінках труби виникатиме сумарна сила реакція F R, рівна за величиною розривною силою, але спрямована в протилежний бік:

Звідси знаходиться напруга σ у стінках труби, що викликається тиском усередині труби. Воно дорівнює

σ = FR / S c = ( PDl)/(2lδ) =PD/2 δ (2-14)