Където и да се намира газът: в балон, автомобилна гума или метален цилиндър, той изпълва целия обем на съда, в който се намира.
Налягането на газа възниква по напълно различна причина от налягането на твърдото вещество. Образува се в резултат на сблъсъци на молекули със стените на съда.
Налягане на газа върху стените на съда
Движейки се хаотично в пространството, газовите молекули се сблъскват една с друга и със стените на съда, в който се намират. Силата на удара на една молекула е малка. Но тъй като има много молекули и те се сблъскват с висока честота, тогава, действайки заедно върху стените на съда, те създават значително налягане. Ако твърдо тяло се постави в газ, то също е обект на удари от газови молекули.
Нека направим един прост експеримент. Поставете завързан балон, който не е напълно пълен с въздух, под звънеца на въздушната помпа. Тъй като в него има малко въздух, топката има неправилна форма. Когато започнем да изпомпваме въздуха изпод камбаната, топката ще започне да се надува. След известно време ще придобие формата на правилна топка.
Какво стана с нашата топка? В края на краищата той беше вързан, следователно количеството въздух в него остана същото.
Всичко се обяснява съвсем просто. По време на движение газовите молекули се сблъскват с обвивката на топката отвън и вътре в нея. Ако въздухът се изпомпва от камбаната, има по-малко молекули. Плътността намалява и следователно честотата на ударите на молекулите върху външната обвивка също намалява. Следователно налягането извън черупката пада. И тъй като броят на молекулите в обвивката остава същият, вътрешното налягане надвишава външното. Газът се притиска отвътре върху черупката. И поради тази причина постепенно се издува и придобива формата на топка.
Законът на Паскал за газовете
Газовите молекули са много подвижни. Благодарение на това те предават натиск не само по посока на силата, предизвикваща този натиск, но и равномерно във всички посоки. Законът за пренос на налягане е формулиран от френския учен Блез Паскал: „ Налягането, упражнено върху газ или течност, се предава непроменено до всяка точка във всички посоки" Този закон се нарича основен закон на хидростатиката - науката за течността и газа в състояние на равновесие.
Законът на Паскал се потвърждава от опит с устройство, наречено Топката на Паскал . Това устройство е топка от твърд материал с малки дупки, направени в нея, свързана с цилиндър, по който се движи бутало. Топката се изпълва с дим. Когато се компресира от буталото, димът се изтласква от дупките на топката на равни струи.
Налягането на газа се изчислява по формулата:
Къде д лин - средна кинетична енергия на транслационното движение на газовите молекули;
п - концентрация на молекули
Парциално налягане. Закон на Далтон
В практиката най-често срещаме не чисти газове, а техни смеси. Ние дишаме въздух, който е смес от газове. Автомобилните изгорели газове също са смес. Отдавна чистото заваряване не се използва при заваряването. въглероден диоксид. Вместо това се използват и газови смеси.
Газовата смес е смес от газове, които не влизат в химически реакциипомежду си.
Налягането на отделен компонент на газовата смес се нарича парциално налягане .
Ако приемем, че всички газове в сместа са идеални газове, тогава налягането на сместа се определя от закона на Далтон: „Налягането на сместа идеални газове, които не взаимодействат химически, е равно на сумата от парциалните налягания.”
Стойността му се определя по формулата:
Всеки газ в сместа създава парциално налягане. Температурата му е равна на температурата на сместа.
Налягането на газ може да се промени чрез промяна на неговата плътност. Колкото повече газ се изпомпва в метален контейнер, толкова повече молекули ще се удрят в стените му и толкова по-високо ще стане налягането му. Съответно, изпомпвайки газа, ние го разреждаме и налягането намалява.
Но налягането на газ може да се промени и чрез промяна на неговия обем или температура, тоест чрез компресиране на газа. Компресията се осъществява чрез прилагане на сила върху газообразно тяло. В резултат на това въздействие обемът, който заема, намалява, налягането и температурата се повишават.
Газът се компресира в цилиндъра на двигателя, докато буталото се движи. При производството високото налягане на газа се създава чрез компресирането му с помощта на сложни устройства - компресори, които могат да създават налягане до няколко хиляди атмосфери.
Струва си да изберете система, която разпределя газообразно вещество по критерий, който оценява налягането, нивото на намаляване и принципите на изграждане на системи, които разпределят газопроводи (те могат да бъдат пръстеновидни, задънени и смесени газопроводи), базирани относно икономически грешки и технически характеристики. Като се вземат предвид обемът, структурните нюанси и свойствата на плътността на нивото на потребление на газ, надеждността и безопасната работа на газоснабдителната система, в допълнение, местните сгради и експлоатационните характеристики.
Видове газопроводи
Газопроводните системи са свързани с нивата на налягане на газообразното вещество, което се движи през тях, и се разделят на следните типове:
1. Проектиране на газопровод с наличие на високо налягане от първи клас при условия на работно налягане на газовото вещество в рамките на 0,71,3 MPa за естествено вещество и газо-въздушна смес и до 1,7 MPa за LPG;
2. Газопровод с високо нивоналягане от втора категория при условия на налягане в рамките на 0,40,7 MPa;
3. Газопроводна конструкция с показатели за средно налягане има работно налягане в диапазона 0,0060,4 MPa;
4. Газов канал с ниско налягане, ниво на налягане до 0,006 MPa.
Видове газоснабдителни системи
Газоснабдителната система може да има следните видове:
1. Едно ниво, където газът се доставя на потребителите само чрез газопроводен продукт със същите показатели за налягане (ниско или средно);
2. Двустепенна, където газът се доставя до кръг от потребители чрез газопроводна конструкция с две различни видовеналягане (индикатори на средно-ниско или средно-високо ниво 1 или 2 или високи показатели от категория 2 ниско);
3. Три нива, където преминаването на газовото вещество се извършва през газопровод с три налягания ( първо високоили второ ниво, средно и ниско);
4. Многостепенна, при която газът се движи през газопроводи с четири вида налягане: високо ниво 1 и 2, средно и ниско.
Газопроводните системи с различно налягане, които са включени в газоснабдителната система, трябва да бъдат свързани чрез клапани за хидравлично разбиване и регулиране на налягането.
За отоплителни инсталации в промишления сектор и котелно оборудване, които са отделени от газопроводи, използването на газово вещество със съществуващо налягане в рамките на 1,3 MPa се счита за приемливо, при условие че такива индикатори за налягане са необходими за специфичните характеристики технически процес. Невъзможно е да се постави газопроводна система с индикатор за налягане, по-голям от 1,2 MPa за многоетажна жилищна сграда в населено място, в райони, където са разположени обществени сгради, на места, където голямо количествохора, например пазар, стадион, търговски център, сграда на театър.
Настоящите разпределителни системи за газоснабдяване се състоят от сложен набор от структури, които от своя страна са под формата на основни елементи като газов пръстен, задънени и смесени мрежи с ниско, средно и високо ниво на налягане. Полагат се в населени места, др населени места, в сърцето на квартали или сгради. Освен това те могат да бъдат поставени на трасета на газоразпределителна станция, газорегулаторна точка и инсталация, комуникационна система, система от автоматични инсталации и телемеханични съоръжения.
Цялата конструкция трябва да осигурява безпроблемно снабдяване с газ на потребителите. Проектът трябва да има устройство за изключване, което е насочено към неговите отделни елементи и участъци от газопровода за извършване на ремонти и отстраняване на аварийни ситуации. Освен всичко друго, той осигурява безпроблемно транспортиране на газови вещества до потребителите на газ, има прост механизъм, безопасна, надеждна и удобна работа.
Необходимо е да се проектира газоснабдяването на цял регион, град или село въз основа на схематични чертежи и разположение на района, общия план на града, като се вземе предвид дългосрочното развитие. Всички елементи, устройства, механизми и ключови части в газоснабдителната система трябва да се използват еднакво.
Струва си да изберете разпределителна система и принципи за изграждане на газопровод (пръстен, задънена улица, смесен) въз основа на технически и икономически изчислителни операции, като се вземат предвид обемът, структурата и плътността на потреблението на газ.
Избраната система трябва да има най-голяма ефективност от икономическа гледна точка и трябва да включва строителни процеси и да може частично да пусне в експлоатация газоснабдителната система.
Класификация на газопроводите
Основните части на системата за газоснабдяване са газопроводни конструкции, които имат видове в зависимост от налягането на газа и предназначението. В зависимост от най-високите стойности на налягането на газа, които се транспортират, газопроводните конструкции се разделят на следните:
1. Конструкция на газопровода с показатели за високо налягане от първо ниво в условия на показатели за налягане на газообразно вещество над 0,7 MPa, до 1,7 MPa за SGU;
2. Газопроводен продукт с високи нива на налягане от второ ниво при режим над 0,4 MPa и до 0,7 MPa;
3. Тел със средно ниво на налягане над 0,005 MPa и вариращо до 0,4 MPa;
4. Дизайн с ниска производителност, а именно до 0,004 MPa.
Газопроводна система с ниски нива на налягане се използва за пренос на газ до жилищни сгради и обществени сгради, заведения за обществено хранене, както и до котелни и битови предприятия. Допуска се присъединяване на малки потребителски инсталации и котелни към газопроводната система с ниско налягане. Но големите комунални услуги не могат да бъдат свързани към линии с индикатори за ниско налягане, тъй като няма смисъл да се движи голям обем газ през него, няма икономическа полза.
Проектът на газопровода с режими на средно и високо налягане е предназначен като източник на енергия за градската разпределителна мрежа с ниско и средно налягане в газопровода на промишлени цехове и общински институции.
Градският газопровод с високо налягане се счита за главната линия, която снабдява огромния град. Изработва се като огромен, полу-пръстен или има радиален вид. Според нея газообразно веществодоставя се чрез хидравлично разбиване в мрежи със средни и високи нива, освен това в големи промишлени предприятия, технологичният процес на които изисква наличието на газ с режим на работа над 0,8 MPa.
Градска газоснабдителна система
Индикатори за налягане на газа в тръбопровода до 0,003 MPa
Системата за газоснабдяване на града е сериозен механизъм, който включва структури, технически устройства и тръбопроводи, които осигуряват преминаването на газ до местоназначението му и го разпределят между предприятия, комунални услуги и потребители въз основа на търсенето.
Той включва следните структури:
1. Газова мрежа с нисък, среден и висок климат;
2. Газорегулаторна станция;
3. Газорегулаторен пункт;
4. Оборудване за газов контрол;
5. Устройство за управление и система за автоматично управление;
6. Диспечерски устройства;
7. Оперативна система.
Газообразното вещество се доставя по газопровод през газорегулаторни станции директно в градския газопровод. В газоразпределителната станция индикаторите за налягане спадат с помощта на автоматични клапани на регулатора и остават непроменени на необходимото ниво за градско потребление през цялото време. Техническите специалисти включват система в GDS веригата, която автоматично осигурява защита. В допълнение, той гарантира поддържането на индикаторите за налягане в градската линия, а също така гарантира, че те не надвишават допустимото ниво. От газорегулаторните станции газовото вещество достига до потребителите по газопровода.
Тъй като основният елемент на градските газоснабдителни системи са газопроводите, състоящи се от разлики в газопровода в индикаторите за налягане, те могат да бъдат представени в следните видове:
1. Линия с ниски нива на налягане до 4 kPa;
2. Линия със средни стойности на налягане до 0,4 MPa;
3. Мрежа с режим на високо налягане от второ ниво до 0,7 MPa;
4. Мрежи с високи показания на първо ниво до 1,3 MPa.
Чрез газопроводни конструкции с ниско ниво на налягане газът се движи и се разпределя в жилищни и обществени сгради и различни помещения, както и в цехове на битови предприятия.
В газопровод, разположен в жилищна сграда, са допустими стойности на налягане до 3 kPa, а в помещения на домашно предприятие и обществени сгради до 5 kPa. По правило налягането в тръбопровода се поддържа на ниски нива (до 3 kPa) и всички конструкции се опитват да бъдат свързани към газопровод, който няма регулатор на налягането на газа. В газопроводи със средно и високо налягане (0,6 MPa) газообразният продукт се доставя чрез хидравлично разбиване в линии с ниско и средно налягане. Вътре в хидравличното устройство за разбиване има защитно устройство, което работи автоматично. Елиминира вероятността от спад на налягането от ниско нивоповече от приемлива стойност.
Чрез подобни комуникации през ГРУ газообразното вещество се доставя в помещенията на промишлени предприятия и общински институции. Съгласно настоящите стандарти най-високото налягане за промишлени, общински и селскостопански предприятия, както и за отоплителни инсталации е разрешено в рамките на 0,6 MPa, а за битови предприятия и съседни сгради в рамките на 0,3 MPa. Инсталациите, разположени на фасадите на жилищна сграда или обществена сграда, имат право да подават газ с индикатор за налягане не повече от 0,3 MPa.
Газопроводните съоръжения със среден и висок режим са разпределителните мрежи на града. Газопроводните конструкции с високи нива на налягане се използват изключително в столичните градове. Промишлените помещения могат да бъдат свързани към мрежа със средно и високо налягане без използване на регулатори, разбира се, ако това се основава на технически и икономически изчисления. Градските системи са изградени според йерархия, която от своя страна е разделена в зависимост от налягането на газопровода.
Йерархията има няколко нива:
1. Тръбопроводите с високо и средно налягане са в основата на градските газопроводи. Резервирането става чрез прозвъняване и дублиране на отделни места. Безизходна мрежа може да съществува само в малки градове. Газообразното вещество постепенно се движи през ниски нива на налягане, произвежда се от трептения на регулаторния клапан на хидравличното разбиване и остава постоянно на нивото. Ако има няколко различни потребители на газ в една зона, е разрешено да се полагат газопроводи успоредно с различно налягане. Но дизайнът с високо и средно налягане създава една мрежа в града, която има хидравлични нюанси.
2. Мрежа за ниско налягане. Доставя газ на различни потребители. Дизайнът на мрежата е създаден със смесени характеристики, при които само главните канали на газопровода са зациклени, в други случаи се създават задънени канали. Газопровод с ниско налягане не може да отдели река, езеро или дере и ж.п, магистрала. Не може да се полага в индустриални зони, така че не може да бъде част от една хидравлична мрежа. Дизайнът на мрежа с ниска производителност е създаден като локална линия, която има множество източници на енергия, през които се доставя газ.
3. Газово строителство на жилищна сграда или обществена сграда, производствен цех или предприятие. Не са запазени. Налягането зависи от предназначението на мрежата и нивото, необходимо за монтаж.
В зависимост от броя на степените градските системи се разделят :
1. Двустепенната мрежа се състои от линии с ниско и средно налягане или с ниско и високо налягане.
2. Линията на три нива включва система за ниско, средно и високо налягане.
3. Етаповата мрежа се състои от газопроводни конструкции на всички нива.
Градски газопровод с високо и средно налягане е създаден като единична линия, която доставя газ на предприятието, котелната централа, комуналните организации и самата единица за хидравлично разбиване. Много по-изгодно е да се създаде единична линия, за разлика от разделителна линия за промишлени помещения и като цяло за битова газова секция.
Изберете градска система въз основа на такива нюанси:
1. Какъв е размерът на града?
2. Устройствен план.
3. Сгради в него.
4. Колко е населението на града?
5. Характеристика на всички предприятия в града.
6. Перспективи за развитие на метрополията.
Когато избирате необходимата система, трябва да вземете предвид, че тя трябва да отговаря на изискванията за ефективност, безопасност и надеждност при използване. Изразява простота и лекота на използване, като предполага изключване на отделните му секции за извършване на ремонтни дейности. Освен това всички части, устройства и устройства в избраната система трябва да имат същия тип части.
Газът се доставя в града чрез многостепенна линия през две главни линии през станцията, което от своя страна повишава нивото на надеждност. Станцията е свързана със зона с високо налягане, която се намира в покрайнините на градските линии. От тази секция газът се подава към пръстените с високо или средно налягане. Ако не е нито осъществимо, нито приемливо да се създаде газопроводна мрежа с високо налягане в центъра на метрополис, тогава те трябва да бъдат разделени на две части: мрежа със средно налягане в центъра и мрежа с високо налягане в покрайнините .
За да могат да се изключат части от газопровода с високо и средно налягане, отделни участъци с ниско налягане, сгради на жилищни сгради, промишлени цехове и помещения, се монтират устройства, които изключват или, просто казано, специални кранове (вж. ). Клапанът трябва да се монтира на входа и изхода, на клоновете на уличния газопровод, на пресечната точка на различни препятствия, железопътни съоръжения и пътища.
На външните линии в кладенеца е монтиран вентил, който показва стойностите на температурата и напрежението. В допълнение, той осигурява комфортен монтаж и демонтаж на заключващи елементи на клапана. Кладенецът трябва да бъде поставен, като се вземе предвид разстоянието от два метра от сгради или огради. Броят на бариерите трябва да бъде обоснован и възможно най-малко.
При влизане в стая вентилът е монтиран на стената и е необходимо да се поддържа определена дистанция от вратите и прозорците. Ако арматурата е разположена над 2 метра, е необходимо да се предвиди място със стълба, за да може да се обслужва. В повечето случаи газът се доставя до вили чрез мрежи със средно налягане, но не и с ниско налягане. Първо, това осигурява допълнително регулиращо устройство, тъй като индикаторите за налягане са по-високи. На второ място, газови котли внапоследък
Чрез газифициране при условия на ниско налягане, производителността на крайното устройство ще спадне. Например, ако през зимата налягане от около 300 се счита за приемливо, тогава ако се отдалечите от станцията за хидравлично разбиване, показанията за потребителите ще паднат до 120. Налягането на газа е достатъчно до замръзване. Но ако дойде силна слана и всички започнат да се отопляват с газови котли, като включат пълна мощност, натискът на собствениците на вили в периферията ще спадне значително. И когато налягането е под 120, собствениците на котли започват да изпитват проблеми, например котелната инсталация изгасва или показва, че подаването на газ е спряно. При условия на захранване със средно налягане газът се движи през тръбопровода в компресирано състояние. Освен това чрез регулатора налягането се намалява до ниски нива и котелът работи без проблеми.
Човек със и без ски.
Човек ходи по рохкав сняг много трудно, потъвайки дълбоко с всяка стъпка. Но след като е сложил ски, той може да ходи, без почти да падне в тях. защо Със или без ски, човек действа върху снега с еднаква сила, равна на теглото му. Ефектът от тази сила обаче е различен и в двата случая, тъй като повърхността, върху която човек натиска, е различна, със ски и без ски. Повърхността на ските е почти 20 пъти по-голяма от площта на подметката. Следователно, когато стои на ски, човек действа върху всеки квадратен сантиметър снежна повърхност със сила, която е 20 пъти по-малка, отколкото когато стои на снега без ски.
Ученик, закрепил вестник към дъската с бутони, действа върху всеки бутон с еднаква сила. Копче с по-остър край обаче ще влезе по-лесно в дървото.
Това означава, че резултатът от силата зависи не само от нейния модул, посока и точка на приложение, но и от площта на повърхността, към която се прилага (перпендикулярно на която действа).
Това заключение се потвърждава от физически експерименти.
Опитът от действието на дадена сила зависи от това каква сила действа върху единица повърхност.
Трябва да забиете пирони в ъглите на малка дъска. Първо поставете гвоздеите, забити в дъската, върху пясъка с върховете им нагоре и поставете тежест върху дъската. В този случай главите на ноктите са само леко притиснати в пясъка. След това обръщаме дъската и поставяме ноктите на ръба. В този случай опорната площ е по-малка и при същата сила гвоздеите влизат значително по-дълбоко в пясъка.
опит. Втора илюстрация.
Резултатът от действието на тази сила зависи от това каква сила действа върху всяка единица повърхност.
В разгледаните примери силите са действали перпендикулярно на повърхността на тялото. Тежестта на мъжа беше перпендикулярна на повърхността на снега; силата, действаща върху бутона, е перпендикулярна на повърхността на дъската.
Количеството, равно на съотношението на силата, действаща перпендикулярно на повърхността, към площта на тази повърхност, се нарича налягане.
За да се определи налягането, силата, действаща перпендикулярно на повърхността, трябва да бъде разделена на площта на повърхността:
налягане = сила / площ.
Нека обозначим количествата, включени в този израз: налягане - стр, силата, действаща върху повърхността, е Еи повърхност - С.
Тогава получаваме формулата:
p = F/S
Ясно е, че по-голяма сила, действаща върху същата площ, ще произведе по-голям натиск.
За единица налягане се приема налягането, създадено от сила от 1 N, действаща върху повърхност с площ от 1 m2, перпендикулярна на тази повърхност.
Единица за налягане - нютон на квадратен метър (1 N/m2). В чест на френския учен Блез Паскал нарича се паскал ( татко). по този начин
1 Pa = 1 N/m2.
Използват се и други единици за налягане: хектопаскал (hPa) И килопаскал (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Нека запишем условията на задачата и да я решим.
дадени : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p =?
В единици SI: S = 0,03 m2
Решение:
стр = Е/С,
Е = П,
П = g m,
П= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,
стр= 450/0,03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa
"Отговор": p = 15000 Pa = 15 kPa
Начини за намаляване и увеличаване на налягането.
Тежък верижен трактор създава натиск върху почвата, равен на 40 - 50 kPa, т.е. само 2 - 3 пъти повече от натиска на момче с тегло 45 kg. Това се обяснява с факта, че теглото на трактора се разпределя върху по-голяма площ поради задвижването на веригата. И това сме го установили колкото по-голяма е опорната площ, толкова по-малък е натискът, произведен от същата сила върху тази опора .
В зависимост от това дали е необходимо ниско или високо налягане, опорната площ се увеличава или намалява. Например, за да може почвата да издържи натиска на строящата се сграда, площта на долната част на основата се увеличава.
Гумите за камиони и шаситата на самолетите са направени много по-широки от гумите за пътници. Гумите на автомобили, предназначени за шофиране в пустини, са направени особено широки.
Тежки превозни средства, като трактор, танк или превозно средство за блато, имащи голяма опорна площ на пистите, преминават през блатисти райони, където никой не може да премине.
От друга страна, с малка повърхност може да се генерира голямо налягане с малка сила. Например, когато натискаме бутон в дъска, ние действаме върху него със сила от около 50 N. Тъй като площта на върха на бутона е приблизително 1 mm 2, налягането, произведено от него, е равно на:
p = 50 N / 0,000 001 m 2 = 50 000 000 Pa = 50 000 kPa.
За сравнение, това налягане е 1000 пъти по-голямо от налягането, упражнявано от верижен трактор върху почвата. Можете да намерите още много такива примери.
Остриетата на режещи и пробиващи инструменти (ножове, ножици, резачки, триони, игли и др.) са специално заточени. Заостреният ръб на острото острие има малка площ, така че дори малка сила създава голям натиск и този инструмент е лесен за работа.
Режещи и пробождащи устройства се срещат и в живата природа: това са зъби, нокти, човки, шипове и др. - всички те са направени от твърд материал, гладки и много остри.
налягане
Известно е, че молекулите на газа се движат произволно.
Вече знаем, че газовете, за разлика от твърдите вещества и течностите, изпълват целия съд, в който се намират. Например стоманен цилиндър за съхранение на газове, вътрешна гума на автомобилна гума или волейболна топка. В този случай газът оказва натиск върху стените, дъното и капака на цилиндъра, камерата или всяко друго тяло, в което се намира. Налягането на газа се причинява от фактори, различни от налягането твърдовърху опората.
Известно е, че молекулите на газа се движат произволно. Докато се движат, те се сблъскват помежду си, както и със стените на контейнера, съдържащ газа. В един газ има много молекули и следователно броят на техните удари е много голям. Например, броят на ударите на молекулите на въздуха в помещението върху повърхност с площ от 1 cm 2 за 1 s се изразява като двадесет и трицифрено число. Въпреки че силата на удара на отделна молекула е малка, въздействието на всички молекули върху стените на съда е значително - създава се газово налягане.
така че налягането на газа върху стените на контейнера (и върху тялото, поставено в газа) се причинява от удари на газови молекули .
Помислете за следния експеримент. Поставете гумена топка под звънеца на въздушната помпа. Съдържа малко количество въздух и има неправилна форма. След това изпомпваме въздуха изпод камбаната. Обвивката на топката, около която въздухът става все по-разреден, постепенно се надува и придобива формата на правилна топка.
Как да си обясня това преживяване?
За съхранение и транспортиране на сгъстен газ се използват специални издръжливи стоманени бутилки.
В нашия експеримент движещи се газови молекули непрекъснато удрят стените на топката отвътре и отвън. Когато въздухът се изпомпва, броят на молекулите в камбаната около черупката на топката намалява. Но вътре в топката броят им не се променя. Следователно броят на ударите на молекулите върху външните стени на обвивката става по-малък от броя на ударите върху вътрешните стени. Топката се надува, докато еластичната сила на нейната гумена обвивка стане равна на силата на налягането на газа. Обвивката на топката приема формата на топка. Това показва, че газът притиска стените му във всички посоки еднакво. С други думи, броят на молекулярните удари на квадратен сантиметър от повърхността е еднакъв във всички посоки. Еднаквото налягане във всички посоки е характерно за газа и е следствие от произволното движение на огромен брой молекули.
Нека се опитаме да намалим обема на газа, но така че масата му да остане непроменена. Това означава, че във всеки кубичен сантиметър газ ще има повече молекули и плътността на газа ще се увеличи. Тогава броят на ударите на молекулите върху стените ще се увеличи, т.е. налягането на газа ще се увеличи. Това може да се потвърди от опита.
На снимката Апоказва стъклена тръба, единият край на която е затворен с тънък гумен филм. В тръбата се вкарва бутало. Когато буталото се движи навътре, обемът на въздуха в тръбата намалява, т.е. газът се компресира. Гуменият филм се огъва навън, което показва, че налягането на въздуха в тръбата се е увеличило.
Напротив, с увеличаване на обема на същата маса газ, броят на молекулите във всеки кубичен сантиметър намалява. Това ще намали броя на ударите върху стените на съда - налягането на газа ще стане по-малко. Наистина, когато буталото се извади от тръбата, обемът на въздуха се увеличава и филмът се огъва вътре в съда. Това показва намаляване на налягането на въздуха в тръбата. Същите явления биха се наблюдавали, ако вместо въздух в тръбата имаше друг газ.
така че когато обемът на газа намалява, неговото налягане се увеличава, а когато обемът се увеличава, налягането намалява, при условие че масата и температурата на газа остават непроменени.
Как ще се промени налягането на газ, ако се нагрява при постоянен обем? Известно е, че скоростта на газовите молекули се увеличава при нагряване. Движейки се по-бързо, молекулите ще удрят по-често стените на контейнера. Освен това всеки удар на молекулата върху стената ще бъде по-силен. В резултат на това стените на съда ще изпитват по-голям натиск.
следователно Колкото по-висока е температурата на газа, толкова по-голямо е налягането на газа в затворен съд, при условие че масата и обемът на газа не се променят.
От тези експерименти може да се заключи общо заключение, Какво Налягането на газа нараства толкова по-често и по-силно, колкото молекулите се удрят в стените на съда .
За да съхраняват и транспортират газове, те са силно компресирани. В същото време тяхното налягане се увеличава, газовете трябва да бъдат затворени в специални, много издръжливи цилиндри. Такива цилиндри, например, съдържат сгъстен въздух в подводниците и кислород, използван при заваряване на метали. Разбира се, винаги трябва да помним, че газовите бутилки не могат да се нагряват, особено когато са пълни с газ. Защото, както вече разбираме, експлозия може да се случи с много неприятни последици.
Закон на Паскал.
Налягането се предава до всяка точка в течността или газа.
Налягането на буталото се предава към всяка точка от течността, запълваща топката.
Сега газ.
За разлика от твърдите тела, отделните слоеве и малки частици течност и газ могат да се движат свободно един спрямо друг във всички посоки. Достатъчно е например леко да се духне върху повърхността на водата в чаша, за да се раздвижи водата. На река или езеро най-слабият ветрец предизвиква появата на вълнички.
Подвижността на частиците газ и течност обяснява това натискът, упражняван върху тях, се предава не само по посока на силата, но и до всяка точка. Нека разгледаме това явление по-подробно.
на снимката Аизобразява съд, съдържащ газ (или течност). Частиците се разпределят равномерно в съда. Съдът е затворен от бутало, което може да се движи нагоре и надолу.
Прилагайки някаква сила, ние ще принудим буталото да се движи леко навътре и ще компресира газа (течността), разположен точно под него. Тогава частиците (молекулите) ще бъдат разположени на това място по-плътно от преди (Фиг., b). Благодарение на подвижността, газовите частици ще се движат във всички посоки. В резултат подреждането им отново ще стане равномерно, но по-плътно от преди (фиг. в). Следователно налягането на газа ще се увеличи навсякъде. Това означава, че допълнително налягане се предава на всички частици газ или течност. Така че, ако налягането върху газа (течността) близо до самото бутало се увеличи с 1 Pa, тогава във всички точки вътрегаз или течност, налягането ще стане по-голямо от преди със същото количество. Натискът върху стените на съда, дъното и буталото ще се увеличи с 1 Ра.
Налягането, упражнявано върху течност или газ, се предава във всяка точка еднакво във всички посоки .
Това твърдение се нарича Закон на Паскал.
Въз основа на закона на Паскал е лесно да се обяснят следните експерименти.
Картината показва куха топка с малки дупки на различни места. Към топката е прикрепена тръба, в която е поставено бутало. Ако напълните топка с вода и натиснете бутало в тръбата, водата ще изтече от всички дупки в топката. В този експеримент бутало притиска повърхността на водата в тръба. Водните частици, разположени под буталото, кондензират, пренасят налягането си върху други слоеве, които лежат по-дълбоко. По този начин налягането на буталото се предава на всяка точка от течността, запълваща топката. В резултат на това част от водата се изтласква от топката под формата на еднакви потоци, изтичащи от всички дупки.
Ако топката се напълни с дим, тогава, когато буталото се натисне в тръбата, еднакви потоци дим ще започнат да излизат от всички дупки в топката. Това го потвърждава газовете предават упражняваното върху тях налягане във всички посоки еднакво.
Налягане в течност и газ.
Под въздействието на теглото на течността гуменото дъно в тръбата ще се огъне.
Течностите, както всички тела на Земята, се влияят от гравитацията. Следователно всеки слой течност, излят в съд, създава налягане с теглото си, което според закона на Паскал се предава във всички посоки. Следователно вътре в течността има налягане. Това може да се провери от опит.
Налейте вода в стъклена тръба, чийто отвор на дъното е затворен с тънък гумен филм. Под въздействието на теглото на течността дъното на тръбата ще се огъне.
Опитът показва, че колкото по-висок е водният стълб над гуменото фолио, толкова повече се огъва. Но всеки път, когато гуменото дъно се огъва, водата в тръбата достига равновесие (спира), тъй като освен силата на гравитацията върху водата действа еластичната сила на опънатия гумен филм.
Силите, действащи върху гуменото фолио, са |
са еднакви от двете страни. |
Илюстрация.
Дъното се отдалечава от цилиндъра поради натиска на гравитацията върху него.
Нека спуснем тръбата с гумено дъно, в която се налива вода, в друг, по-широк съд с вода. Ще видим, че докато тръбата се спуска, гуменият филм постепенно се изправя. Пълното изправяне на филма показва, че силите, действащи върху него отгоре и отдолу, са равни. Пълното изправяне на филма става, когато нивата на водата в тръбата и съда съвпадат.
Същият експеримент може да се проведе с тръба, в която гумен филм покрива страничния отвор, както е показано на фигура a. Нека потопим тази тръба с вода в друг съд с вода, както е показано на фигурата, b. Ще забележим, че филмът ще се изправи отново, веднага щом нивата на водата в тръбата и съда се изравнят. Това означава, че силите, действащи върху гуменото фолио, са еднакви от всички страни.
Да вземем съд, чието дъно може да падне. Нека го сложим в буркан с вода. Дъното ще бъде плътно притиснато към ръба на съда и няма да падне. Притиска се от силата на водното налягане, насочена отдолу нагоре.
Внимателно ще налеем вода в съда и ще наблюдаваме дъното му. Щом нивото на водата в съда съвпадне с нивото на водата в буркана, тя ще падне от съда.
В момента на отделяне колона течност в съда се притиска отгоре надолу, а налягането от колона течност със същата височина, но разположена в буркана, се предава отдолу нагоре към дъното. И двете налягания са еднакви, но дъното се отдалечава от цилиндъра поради действието върху него собствена силагравитация.
Експериментите с вода бяха описани по-горе, но ако вземете друга течност вместо вода, резултатите от експеримента ще бъдат същите.
Така че експериментите показват това Вътре в течността има налягане и на същото ниво то е еднакво във всички посоки. Налягането се увеличава с дълбочината.
В това отношение газовете не се различават от течностите, тъй като те също имат тегло. Но трябва да помним, че плътността на газа е стотици пъти по-малка от плътността на течността. Теглото на газа в съда е малко и неговото „тегловно“ налягане в много случаи може да бъде пренебрегнато.
Изчисляване на налягането на течността върху дъното и стените на съд.
Изчисляване на налягането на течността върху дъното и стените на съд.
Нека да разгледаме как можете да изчислите налягането на течност върху дъното и стените на съд. Нека първо решим задачата за съд с форма на правоъгълен паралелепипед.
Сила Е, с която налятата в този съд течност притиска дъното му, е равно на теглото Птечност в контейнера. Теглото на течност може да се определи, като се знае нейната маса м. Масата, както знаете, може да се изчисли по формулата: m = ρ·V. Обемът на течността, излята в избрания от нас съд, се изчислява лесно. Ако височината на стълба течност в съд се обозначава с буквата ч, и площта на дъното на съда С, Това V = S h.
Течна маса m = ρ·V, или m = ρ S h .
Теглото на тази течност P = g m, или P = g ρ S h.
Тъй като теглото на колона течност е равно на силата, с която течността притиска дъното на съда, тогава чрез разделяне на теглото Пна площ С, получаваме налягането на течността стр:
p = P/S, или p = g·ρ·S·h/S,
Получихме формула за изчисляване на налягането на течността на дъното на съда. От тази формула става ясно, че налягането на течността на дъното на съда зависи само от плътността и височината на колоната течност.
Следователно, използвайки получената формула, можете да изчислите налягането на течността, излята в съда всякаква форма(строго погледнато, нашето изчисление е подходящо само за съдове, които имат формата на права призма и цилиндър. В курсовете по физика към института беше доказано, че формулата е вярна и за съд свободна форма). Освен това може да се използва за изчисляване на налягането върху стените на съда. Налягането вътре в течността, включително налягането отдолу нагоре, също се изчислява по тази формула, тъй като налягането на една и съща дълбочина е еднакво във всички посоки.
При изчисляване на налягането по формулата p = gρhимате нужда от плътност ρ изразено в килограми на кубичен метър (kg/m3), и височината на колоната течност ч- в метри (m), ж= 9,8 N/kg, тогава налягането ще бъде изразено в паскали (Pa).
Пример. Определете налягането на маслото на дъното на резервоара, ако височината на масления стълб е 10 m и неговата плътност е 800 kg / m 3.
Нека запишем условието на задачата и го запишем.
дадени :
ρ = 800 kg/m3
Решение :
p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.
отговор : p ≈ 80 kPa.
Съобщителни съдове.
Съобщителни съдове.
Фигурата показва два съда, свързани един с друг с гумена тръба. Такива съдове се наричат общуване. Лейка, чайник, кана за кафе са примери за свързващи се съдове. От опит знаем, че водата, налята например в лейка, винаги е на едно и също ниво в чучура и вътре.
Често срещаме комуникиращи съдове. Например, това може да е чайник, лейка или кана за кафе. |
Повърхностите на хомогенна течност са монтирани на едно и също ниво в комуникиращи съдове с всякаква форма. |
Течности с различна плътност. |
Следният прост експеримент може да се направи със свързани съдове. В началото на експеримента затягаме гумената тръба в средата и наливаме вода в една от тръбите. След това отваряме скобата и водата незабавно се влива в другата тръба, докато водните повърхности в двете тръби са на едно и също ниво. Можете да прикрепите една от тръбите към статив и да повдигнете, спуснете или наклоните другата в различни посоки. И в този случай, веднага щом течността се успокои, нейните нива в двете тръби ще се изравнят.
В комуникиращи съдове с всякаква форма и напречно сечение, повърхностите на хомогенна течност са разположени на едно и също ниво(при условие, че налягането на въздуха над течността е същото) (фиг. 109).
Това може да се оправдае по следния начин. Течността е в покой, без да се движи от един съд в друг. Това означава, че налягането в двата съда на всяко ниво е еднакво. Течността и в двата съда е една и съща, т.е. има еднаква плътност. Следователно височините му трябва да са еднакви. Когато повдигнем един съд или добавим течност към него, налягането в него се увеличава и течността се премества в друг съд, докато наляганията се балансират.
Ако течност с една плътност се излее в един от свързващите се съдове, а течност с друга плътност се излее във втория, тогава при равновесие нивата на тези течности няма да бъдат еднакви. И това е разбираемо. Знаем, че налягането на течността на дъното на съда е право пропорционално на височината на колоната и плътността на течността. И в този случай плътностите на течностите ще бъдат различни.
Ако наляганията са еднакви, височината на колона течност с по-висока плътност ще бъде по-малка от височината на колона течност с по-ниска плътност (фиг.).
опит. Как да се определи масата на въздуха.
Въздушно тегло. Атмосферно налягане.
Наличието на атмосферно налягане.
Атмосферното налягане е по-голямо от налягането на разредения въздух в съда.
Въздухът, като всяко тяло на Земята, се влияе от гравитацията и следователно въздухът има тегло. Теглото на въздуха е лесно да се изчисли, ако знаете неговата маса.
Ще ви покажем експериментално как да изчислите масата на въздуха. За да направите това, трябва да вземете здрава стъклена топка със запушалка и гумена тръба със скоба. Нека изпомпаме въздуха от него, затегнем тръбата със скоба и я балансираме на везните. След това, отваряйки скобата на гумената тръба, пуснете въздух в нея. Това ще наруши баланса на везните. За да го възстановите, ще трябва да поставите тежести върху другата част на везната, чиято маса ще бъде равна на масата на въздуха в обема на топката.
Експериментално е установено, че при температура 0 ° C и нормално атмосферно налягане масата на въздуха с обем 1 m 3 е равна на 1,29 kg. Теглото на този въздух е лесно за изчисляване:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Въздушната обвивка около Земята се нарича атмосфера (от гръцки атмосфера- пара, въздух и сфера- топка).
Атмосфера, показана от наблюденията на полета изкуствени спътнициЗемята се простира на височина от няколко хиляди километра.
Поради гравитацията горните слоеве на атмосферата, подобно на океанската вода, компресират долните слоеве. Въздушният слой, който е в непосредствена близост до Земята, е най-компресиран и съгласно закона на Паскал предава натиска, упражняван върху него във всички посоки.
В резултат на това земната повърхност и разположените върху нея тела изпитват натиск от цялата дебелина на въздуха или, както обикновено се казва в такива случаи, изпитват атмосферно налягане .
Съществуването на атмосферно налягане може да обясни много явления, които срещаме в живота. Нека разгледаме някои от тях.
Фигурата показва стъклена тръба, вътре в която има бутало, което приляга плътно към стените на тръбата. Краят на тръбата се спуска във вода. Ако повдигнете буталото, водата ще се издигне зад него.
Това явление се използва във водни помпи и някои други устройства.
Фигурата показва цилиндричен съд. Затваря се със запушалка, в която е поставена тръбичка с кран. Въздухът се изпомпва от съда с помпа. След това краят на тръбата се поставя във вода. Ако сега отворите крана, водата ще пръска като фонтан във вътрешността на съда. Водата влиза в съда, защото атмосферното налягане е по-голямо от налягането на разредения въздух в съда.
Защо съществува въздушната обвивка на Земята?
Както всички тела, газовите молекули, които изграждат въздушната обвивка на Земята, се привличат към Земята.
Но защо тогава всички те не падат на повърхността на Земята? Как се запазва въздушната обвивка на Земята и нейната атмосфера? За да разберем това, трябва да вземем предвид, че молекулите на газа са в непрекъснато и произволно движение. Но тогава възниква друг въпрос: защо тези молекули не отлитат в космоса, тоест в космоса.
За да напусне напълно Земята, една молекула, като космически корабили ракета, трябва да има много висока скорост (не по-малко от 11,2 km/s). Това е т.нар втора евакуационна скорост. Скоростта на повечето молекули във въздушната обвивка на Земята е значително по-малка от тази евакуационна скорост. Следователно повечето от тях са свързани със Земята чрез гравитация, само незначителен брой молекули летят отвъд Земята в космоса.
Случайното движение на молекулите и ефектът на гравитацията върху тях води до това, че газовите молекули „плават“ в пространството близо до Земята, образувайки въздушна обвивка или познатата ни атмосфера.
Измерванията показват, че плътността на въздуха намалява бързо с надморската височина. И така, на височина 5,5 km над Земята плътността на въздуха е 2 пъти по-малка от плътността му на повърхността на Земята, на височина 11 km - 4 пъти по-малко и т.н. Колкото по-висока е, толкова по-рядко въздухът. И накрая, в най-горните слоеве (стотици и хиляди километри над Земята) атмосферата постепенно се превръща в безвъздушно пространство. Въздушната обвивка на Земята няма ясна граница.
Строго погледнато, поради действието на гравитацията, плътността на газа във всеки затворен съд не е еднаква в целия обем на съда. На дъното на съда плътността на газа е по-голяма, отколкото в горните му части, следователно налягането в съда не е същото. Тя е по-голяма в долната част на съда, отколкото в горната. Въпреки това, за газ, съдържащ се в съд, тази разлика в плътността и налягането е толкова малка, че в много случаи може да бъде напълно игнорирана, просто се знае за нея. Но за атмосфера, простираща се на няколко хиляди километра, тази разлика е значителна.
Измерване на атмосферното налягане. Опитът на Торичели.
Невъзможно е да се изчисли атмосферното налягане, като се използва формулата за изчисляване на налягането на течен стълб (§ 38). За такова изчисление трябва да знаете височината на атмосферата и плътността на въздуха. Но атмосферата няма определена граница и плътността на въздуха на различни височини е различна. Атмосферното налягане обаче може да бъде измерено чрез експеримент, предложен през 17 век от италиански учен Еванджелиста Торичели , ученик на Галилей.
Опитът на Торичели се състои в следното: стъклена тръба с дължина около 1 м, затворена в единия край, се напълва с живак. След това, плътно затваряйки втория край на тръбата, тя се обръща и се спуска в чаша с живак, където този край на тръбата се отваря под нивото на живак. Както при всеки експеримент с течност, част от живака се излива в чашата, а част остава в тръбата. Височината на стълба живак, оставащ в тръбата, е приблизително 760 mm. Няма въздух над живака вътре в тръбата, има безвъздушно пространство, така че никакъв газ не упражнява натиск отгоре върху стълба живак вътре в тази тръба и не влияе на измерванията.
Торичели, който предложи описания по-горе експеримент, също даде своето обяснение. Атмосферата притиска повърхността на живака в чашата. Меркурий е в равновесие. Това означава, че налягането в тръбата е на ниво ааа 1 (виж фигурата) е равно на атмосферното налягане. Когато атмосферното налягане се промени, височината на живачния стълб в тръбата също се променя. С увеличаване на налягането колоната се удължава. С намаляването на налягането живачният стълб намалява височината си.
Налягането в тръбата на ниво aa1 се създава от теглото на живачния стълб в тръбата, тъй като над живака в горната част на тръбата няма въздух. От това следва, че атмосферното налягане е равно на налягането на живачен стълб в тръбата , т.е.
стрбанкомат = стрживак
Колкото по-високо е атмосферното налягане, толкова по-висок е живачният стълб в експеримента на Торичели. Следователно на практика атмосферното налягане може да се измери с височината на живачния стълб (в милиметри или сантиметри). Ако например атмосферното налягане е 780 mm Hg. Чл. (те казват „милиметри живачен стълб“), това означава, че въздухът произвежда същото налягане като вертикален живачен стълб с височина 780 mm.
Следователно в този случай мерната единица за атмосферно налягане е 1 милиметър живачен стълб (1 mm Hg). Нека намерим връзката между тази единица и известната ни единица - паскал(Pa).
Налягането на живачен стълб ρ от живак с височина 1 mm е равно на:
стр = g·ρ·h, стр= 9,8 N/kg · 13 600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
И така, 1 mmHg. Чл. = 133,3 Pa.
Понастоящем атмосферното налягане обикновено се измерва в хектопаскали (1 hPa = 100 Pa). Например метеорологичните доклади могат да обявят, че налягането е 1013 hPa, което е същото като 760 mmHg. Чл.
Наблюдавайки всеки ден височината на живачната колона в тръбата, Торичели открива, че тази височина се променя, тоест атмосферното налягане не е постоянно, то може да се увеличава и намалява. Торичели също отбеляза, че атмосферното налягане е свързано с промените във времето.
Ако прикрепите вертикална скала към тръбата с живак, използвана в експеримента на Торичели, ще получите най-простото устройство - живачен барометър (от гръцки барос- тежест, metreo- измервам). Използва се за измерване на атмосферното налягане.
Барометър - анероид.
На практика за измерване на атмосферното налягане се използва метален барометър, наречен метален барометър. анероид (превод от гръцки - анероид). Така се нарича барометър, защото не съдържа живак.
Външният вид на анероида е показан на фигурата. Основната му част е метална кутия 1 с вълнообразна (гофрирана) повърхност (виж другата фигура). Въздухът се изпомпва от тази кутия и за да се предотврати смачкването на кутията от атмосферното налягане, нейният капак 2 се издърпва нагоре от пружина. С увеличаване на атмосферното налягане капакът се огъва и затяга пружината. Когато налягането намалява, пружината изправя капачката. Индикаторна стрелка 4 е прикрепена към пружината с помощта на предавателен механизъм 3, който се движи надясно или наляво при промяна на налягането. Под стрелката има скала, чиито деления са маркирани според показанията на живачния барометър. Така числото 750, срещу което стои стрелката на анероида (виж фигурата), показва, че в момента в живачния барометър височината на живачния стълб е 750 mm.
Следователно атмосферното налягане е 750 mmHg. Чл. или ≈ 1000 hPa.
Стойността на атмосферното налягане е много важна за прогнозиране на времето за следващите дни, тъй като промените в атмосферното налягане са свързани с промените във времето. Барометърът е необходим инструмент за метеорологични наблюдения.
Атмосферно налягане на различни височини.
В течност налягането, както знаем, зависи от плътността на течността и височината на нейния стълб. Поради ниската свиваемост, плътността на течността на различни дълбочини е почти еднаква. Следователно, когато изчисляваме налягането, ние считаме неговата плътност за постоянна и вземаме предвид само промяната във височината.
Ситуацията с газовете е по-сложна. Газовете са силно компресируеми. И колкото повече се компресира един газ, толкова по-голяма е неговата плътност и толкова по-голямо налягане създава. В крайна сметка налягането на газа се създава от ударите на неговите молекули върху повърхността на тялото.
Слоевете въздух на повърхността на Земята се компресират от всички лежащи над тях слоеве въздух. Но колкото по-високо е слоят въздух от повърхността, толкова по-слабо е компресиран, толкова по-ниска е плътността му. Следователно, толкова по-малко налягане произвежда. Ако, например, балон се издигне над повърхността на Земята, тогава налягането на въздуха върху балона става по-малко. Това се случва не само защото височината на въздушния стълб над него намалява, но и защото плътността на въздуха намалява. В горната част е по-малка, отколкото в долната. Следователно зависимостта на налягането на въздуха от надморската височина е по-сложна от тази на течностите.
Наблюденията показват, че атмосферното налягане в районите на морското равнище е средно 760 mm Hg. Чл.
Атмосферното налягане, равно на налягането на живачен стълб с височина 760 mm при температура 0 ° C, се нарича нормално атмосферно налягане.
Нормално атмосферно наляганее равно на 101 300 Pa = 1013 hPa.
Колкото по-висока е надморската височина, толкова по-ниско е налягането.
При малки изкачвания, средно на всеки 12 m изкачване, налягането намалява с 1 mmHg. Чл. (или с 1,33 hPa).
Познавайки зависимостта на налягането от надморската височина, можете да определите надморската височина, като промените показанията на барометъра. Наричат се анероиди, които имат скала, чрез която може директно да се измери височината над морското равнище висотомери . Използват се в авиацията и планинското катерене.
Манометри.
Вече знаем, че барометрите се използват за измерване на атмосферното налягане. За измерване на налягания, по-големи или по-ниски от атмосферното, се използва манометри (от гръцки манос- рядък, насипен, metreo- измервам). Има манометри течности метал.
|
|
Нека първо да разгледаме устройството и действието. отворен манометър за течност. Състои се от двукрака стъклена тръба, в която се налива течност. Течността се монтира в двете колена на едно и също ниво, тъй като върху повърхността й в колената на съда действа само атмосферно налягане.
За да разберете как работи такъв манометър, той може да бъде свързан с гумена тръба към кръгла плоска кутия, едната страна на която е покрита с гумен филм. Ако натиснете пръста си върху филма, нивото на течността в коляното на манометъра, свързано с кутията, ще намалее, а в другото коляно ще се увеличи. Какво обяснява това?
При натискане върху филма налягането на въздуха в кутията се увеличава. Съгласно закона на Паскал това увеличение на налягането се предава на течността в коляното на манометъра, който е свързан към кутията. Следователно налягането върху течността в това коляно ще бъде по-голямо, отколкото в другото, където върху течността действа само атмосферно налягане. Под силата на това свръхналягане течността ще започне да се движи. В лакътя със сгъстен въздух течността ще падне, в другата ще се издигне. Течността ще достигне равновесие (спиране), когато свръхналягането на сгъстения въздух се балансира от налягането, произведено от излишния стълб течност в другия крак на манометъра.
Колкото по-силно натискате върху филма, толкова по-висок е излишният течен стълб, толкова по-голям е неговият натиск. следователно промяната в налягането може да се прецени по височината на този излишен стълб.
Фигурата показва как такъв манометър може да измерва налягането вътре в течност. Колкото по-дълбоко е потопена тръбата в течността, толкова по-голяма става разликата във височините на колоните течност в колената на манометъра., следователно, и течността генерира повече налягане.
Ако инсталирате кутията на устройството на известна дълбочина в течността и я обърнете с филма нагоре, настрани и надолу, показанията на манометъра няма да се променят. Така и трябва да бъде, т.к на едно и също ниво вътре в течност налягането е еднакво във всички посоки.
На снимката се вижда метален манометър . Основната част от такъв манометър е метална тръба, огъната в тръба 1 , чийто един край е затворен. Другият край на тръбата с помощта на кран 4 комуникира със съда, в който се измерва налягането. С увеличаване на налягането тръбата се разгъва. Движение на затворения му край с помощта на лост 5 и назъбвания 3 предавани на стрелката 2 , движейки се близо до скалата на инструмента. Когато налягането намалява, тръбата, поради своята еластичност, се връща в предишното си положение, а стрелката се връща към нулевото деление на скалата.
Бутална течна помпа.
В експеримента, който разгледахме по-рано (§ 40), беше установено, че водата в стъклената тръба под въздействието на атмосферното налягане се издига нагоре зад буталото. На това се основава действието. буталопомпи
Помпата е показана схематично на фигурата. Състои се от цилиндър, вътре в който бутало се движи нагоре и надолу, плътно прилепнало към стените на съда. 1 . В долната част на цилиндъра и в самото бутало са монтирани клапани 2 , като се отваря само нагоре. Когато буталото се движи нагоре, водата под въздействието на атмосферното налягане навлиза в тръбата, повдига долния клапан и се движи зад буталото.
Докато буталото се движи надолу, водата под буталото притиска долния клапан и той се затваря. В същото време под налягане на водата се отваря клапан вътре в буталото и водата изтича в пространството над буталото. Следващият път, когато буталото се движи нагоре, водата над него също се издига и се излива в изходната тръба. В същото време зад буталото се издига нова порция вода, която при последващо спускане на буталото ще се появи над него и цялата тази процедура се повтаря отново и отново, докато помпата работи.
Хидравлична преса.
Законът на Паскал обяснява действието хидравлична машина (от гръцки хидравлика- вода). Това са машини, чиято работа се основава на законите за движение и равновесие на течностите.
Основната част на хидравличната машина е два цилиндъра с различни диаметри, оборудвани с бутала и свързваща тръба. Пространството под буталата и тръбата са пълни с течност (обикновено минерално масло). Височините на колоните течност в двата цилиндъра са еднакви, докато върху буталата не действат сили.
Нека сега приемем, че силите Е 1 и Е 2 - сили, действащи върху буталата, С 1 и С 2 - бутални зони. Налягането под първото (малко) бутало е равно на стр 1 = Е 1 / С 1, а под втората (голяма) стр 2 = Е 2 / С 2. Според закона на Паскал налягането се предава еднакво във всички посоки от течност в покой, т.е. стр 1 = стр 2 или Е 1 / С 1 = Е 2 / С 2, от:
Е 2 / Е 1 = С 2 / С 1 .
Следователно силата Е 2 толкова пъти повече мощност Е 1 , Колко пъти площта на голямото бутало е по-голяма от площта на малкото бутало?. Например, ако площта на голямото бутало е 500 cm2, а малкото е 5 cm2 и върху малкото бутало действа сила от 100 N, тогава сила 100 пъти по-голяма, тоест 10 000 N, ще действа върху по-голямото бутало.
Така с помощта на хидравлична машина е възможно да се балансира по-голяма сила с малка сила.
Отношение Е 1 / Е 2 показва увеличението на силата. Например в дадения пример печалбата в сила е 10 000 N / 100 N = 100.
Хидравлична машина, използвана за пресоване (изстискване), се нарича хидравлична преса .
Хидравличните преси се използват там, където се изисква по-голяма сила. Например за изстискване на масло от семена в маслобойни, за пресоване на шперплат, картон, сено. включено металургични заводиХидравличните преси се използват за производство на стоманени машинни валове, железопътни колела и много други продукти. Съвременните хидравлични преси могат да развият сили от десетки и стотици милиони нютони.
устройство хидравлична пресапоказани схематично на фигурата. Пресованото тяло 1 (A) е поставено върху платформа, свързана с голямото бутало 2 (B). С помощта на малко бутало 3 (D) се създава високо налягане върху течността. Това налягане се предава до всяка точка на течността, пълнеща цилиндрите. Следователно същото налягане действа върху второто, по-голямо бутало. Но тъй като площта на второто (голямо) бутало е по-голяма от площта на малкото, силата, действаща върху него, ще бъде по-голяма от силата, действаща върху бутало 3 (D). Под въздействието на тази сила буталото 2 (B) ще се повдигне. Когато бутало 2 (B) се повдигне, тялото (A) се опира на неподвижната горна платформа и се компресира. Манометърът 4 (M) измерва налягането на течността. Предпазен клапан 5 (P) се отваря автоматично, когато налягането на течността надвиши допустимата стойност.
От малкия цилиндър към големия течността се изпомпва чрез многократни движения на малкото бутало 3 (D). Това става по следния начин. Когато малкото бутало (D) се повдигне, клапан 6 (K) се отваря и течността се изтегля в пространството под буталото. Когато малкото бутало се спусне под въздействието на налягането на течността, клапан 6 (K) се затваря и клапан 7 (K") се отваря и течността се влива в големия съд.
Въздействието на водата и газа върху тяло, потопено в тях.
Под вода можем лесно да вдигнем камък, който трудно се вдига във въздуха. Ако поставите тапа под вода и я освободите от ръцете си, тя ще изплува. Как могат да се обяснят тези явления?
Знаем (§ 38), че течността притиска дъното и стените на съда. И ако някакво твърдо тяло се постави вътре в течността, то също ще бъде подложено на натиск, точно както стените на съда.
Нека разгледаме силите, които действат от течността върху тяло, потопено в нея. За по-лесно разсъждение нека изберем тяло с формата на паралелепипед с основи, успоредни на повърхността на течността (фиг.). Силите, действащи върху страничните стени на тялото, са равни по двойки и се балансират взаимно. Под въздействието на тези сили тялото се свива. Но силите, действащи върху горния и долния ръб на тялото, не са еднакви. Горният ръб се притиска със сила отгоре Е 1 колона течност високо ч 1. На нивото на долния ръб налягането произвежда стълб от течност с височина ч 2. Това налягане, както знаем (§ 37), се предава вътре в течността във всички посоки. Следователно, върху долната част на тялото отдолу нагоре със сила Е 2 натиска колона от течност високо ч 2. Но чоще 2 ч 1, следователно, модулът на силата ЕОще 2 захранващи модула Е 1. Следователно тялото се изтласква от течността със сила Е Vt, равно на разликата в силите Е 2 - Е 1, т.е.
|
|
Но S·h = V, където V е обемът на паралелепипеда, а ρ f ·V = m f е масата на течността в обема на паралелепипеда. следователно F out = g m w = P w, т.е. подемната сила е равна на теглото на течността в обема на потопеното в нея тяло(плаващата сила е равна на теглото на течността със същия обем като обема на тялото, потопено в нея). Съществуването на сила, която изтласква тяло от течност, е лесно да се установи експериментално. На снимката Апоказва тяло, окачено на пружина със стрелка в края. Стрелката отбелязва напрежението на пружината на статива. Когато тялото се пусне във водата, пружината се свива (фиг. b). Същото свиване на пружината ще се получи, ако действате върху тялото отдолу нагоре с някаква сила, например натиснете с ръка (повдигнете). Следователно опитът го потвърждава върху тяло в течност действа сила, която избутва тялото извън течността. Както знаем, законът на Паскал важи и за газовете. Ето защо телата в газ са подложени на сила, която ги изтласква извън газа. Под въздействието на тази сила балоните се издигат нагоре. Съществуването на сила, която изтласква тяло от газ, може да се наблюдава и експериментално. Закачаме стъклена топка или голяма колба, затворена със запушалка, на скъсения тиган на везната. Везните са балансирани. След това под колбата (или топката) се поставя широк съд, така че да обгръща цялата колба. Съдът е пълен с въглероден диоксид, чиято плътност е по-голяма от плътността на въздуха (следователно въглеродният диоксид потъва надолу и изпълва съда, измествайки въздуха от него). В този случай балансът на везните е нарушен. Чашата с окачената колба се издига нагоре (фиг.). Колба, потопена във въглероден диоксид, изпитва по-голяма плавателна сила от силата, която действа върху нея във въздуха. Силата, която изтласква тялото от течност или газ, е насочена противоположно на силата на гравитацията, приложена към това тяло. Следователно, prolkosmos). Точно затова във вода понякога лесно повдигаме тела, които ни е трудно да задържим във въздуха. Малка кофа и цилиндрично тяло са окачени на пружината (фиг. а). Стрелка на триножника маркира участъка на пружината. Показва теглото на тялото във въздуха. След повдигане на тялото под него се поставя леярски съд, напълнен с течност до нивото на леярската тръба. След което тялото е напълно потопено в течността (фиг., b). В същото време част от течността, чийто обем е равен на обема на тялото, се изливаот съда за наливане в чашата. Пружината се свива и показалецът на пружината се издига, което показва намаляване на телесното тегло в течността. В този случай, освен гравитацията, върху тялото действа друга сила, която го изтласква от течността. Ако течността от чаша се излее в горната кофа (т.е. течността, която е била изместена от тялото), тогава стрелката на пружината ще се върне на мястото си начална позиция(Фиг., c).
Въз основа на този опит може да се заключи, че силата, изтласкваща тяло, напълно потопено в течност, е равна на теглото на течността в обема на това тяло . Получихме същото заключение в § 48. Ако се направи подобен експеримент с тяло, потопено в някакъв газ, това ще се покаже силата, изтласкваща тялото от газ, също е равна на теглото на газа, взет в обема на тялото . Силата, която изтласква тяло от течност или газ, се нарича Архимедова сила, в чест на учения Архимед , който пръв посочи съществуването му и изчисли стойността му. И така, опитът потвърди, че Архимедовата (или плаващата) сила е равна на теглото на течността в обема на тялото, т.е. ЕА = П f = g mи. Масата на течността mf, изместена от тялото, може да се изрази чрез нейната плътност ρf и обема на тялото Vt, потопено в течността (тъй като Vf - обемът на течността, изместен от тялото, е равен на Vt - обемът на тялото, потопено в течността), т.е. m f = ρ f ·V t. Тогава получаваме: ЕА= g·ρи · VТ Следователно архимедовата сила зависи от плътността на течността, в която е потопено тялото, и от обема на това тяло. Но това не зависи, например, от плътността на веществото на тялото, потопено в течността, тъй като това количество не е включено в получената формула. Нека сега определим теглото на тяло, потопено в течност (или газ). Тъй като двете сили, действащи върху тялото в този случай, са насочени в противоположни посоки (силата на гравитацията е надолу, а Архимедовата сила е нагоре), тогава теглото на тялото в течността P 1 ще бъде по-малко от теглото на тялото във вакуум P = g mна архимедова сила ЕА = g m w (където м g - маса на течност или газ, изместени от тялото). по този начин ако едно тяло е потопено в течност или газ, тогава то губи толкова тегло, колкото тежи течността или газът, които е изместил. Пример. Определете плаващата сила, действаща върху камък с обем 1,6 m 3 в морска вода. Нека запишем условията на задачата и да я решим. Когато плаващото тяло достигне повърхността на течността, тогава с по-нататъшното му движение нагоре Архимедовата сила ще намалее. защо Но тъй като обемът на частта от тялото, потопена в течността, ще намалее и архимедовата сила е равна на теглото на течността в обема на частта от тялото, потопена в нея. Когато архимедовата сила стане равна на силата на гравитацията, тялото ще спре и ще изплува на повърхността на течността, частично потопено в нея. Полученото заключение може лесно да се провери експериментално. Налейте вода в дренажния съд до нивото на дренажната тръба. След това ще потопим плаващото тяло в съда, като преди това сме го претеглили във въздуха. Слизайки във вода, тялото измества обем вода, равен на обема на частта от тялото, потопена в него. След като претеглихме тази вода, откриваме, че нейното тегло (Архимедова сила) е равно на силата на гравитацията, действаща върху плаващо тяло, или теглото на това тяло във въздуха. След като сте направили същите експерименти с всякакви други тела, плаващи в различни течности - вода, алкохол, солен разтвор, можете да сте сигурни, че ако тяло плава в течност, тогава теглото на изместената от него течност е равно на теглото на това тяло във въздуха. Лесно е да се докаже това ако плътността на твърдото тяло е по-голяма от плътността на течността, тогава тялото потъва в такава течност. В тази течност плува тяло с по-малка плътност. Парче желязо, например, потъва във вода, но плува в живак. Тяло, чиято плътност е равна на плътността на течността, остава в равновесие вътре в течността. Ледът плува по повърхността на водата, защото плътността му е по-малка от плътността на водата. Колкото по-ниска е плътността на тялото в сравнение с плътността на течността, толкова по-малка част от тялото е потопена в течността . При равни плътности на тялото и течността, тялото плува в течността на произволна дълбочина. Две несмесващи се течности, например вода и керосин, са разположени в съд в съответствие с тяхната плътност: в долната част на съда - по-плътна вода (ρ = 1000 kg/m3), отгоре - по-лек керосин (ρ = 800 kg /m3). Средната плътност на живите организми, обитаващи водната среда, се различава малко от плътността на водата, така че теглото им е почти напълно балансирано от Архимедовата сила. Благодарение на това водните животни не се нуждаят от толкова здрави и масивни скелети като сухоземните. По същата причина стволовете на водните растения са еластични. Плавният мехур на рибата лесно променя обема си. Когато рибата с помощта на мускули се спусне на по-голяма дълбочина и налягането на водата върху нея се увеличи, мехурът се свива, обемът на тялото на рибата намалява и тя не се избутва нагоре, а плува в дълбините. Така рибата може да регулира дълбочината на гмуркането си в определени граници. Китовете регулират дълбочината на своето гмуркане, като намаляват и увеличават капацитета на белите си дробове. Плаване на кораби.Корабите, плаващи по реки, езера, морета и океани, са изградени от различни материали с различни плътности. Корпусът на корабите обикновено се изработва от стоманени листове. Всички вътрешни закрепвания, които придават здравина на корабите, също са изработени от метал. За изграждането на кораби се използват различни материали, които имат както по-висока, така и по-ниска плътност в сравнение с водата. Как плават корабите, качват се на борда и превозват големи товари? Експеримент с плаващо тяло (§ 50) показа, че тялото измества толкова вода с подводната си част, че теглото на тази вода е равно на теглото на тялото във въздуха. Това важи и за всеки плавателен съд. Теглото на водата, изместена от подводната част на кораба, е равно на теглото на кораба с товара във въздуха или на силата на гравитацията, действаща върху кораба с товара. Дълбочината, до която корабът е потопен във вода, се нарича чернова . Максимално допустимото газене е отбелязано върху корпуса на кораба с червена линия т.нар водолиния (от холандски. вода- вода). Теглото на водата, изместена от кораб, когато е потопен до водолинията, равно на силата на гравитацията, действаща върху натоварения кораб, се нарича водоизместимост на кораба. Понастоящем се строят кораби с водоизместимост от 5 000 000 kN (5 × 10 6 kN) или повече за транспортиране на нефт, т.е. с маса от 500 000 тона (5 × 10 5 t) или повече заедно с товара. Ако извадим теглото на самия съд от водоизместимостта, получаваме товароносимостта на този съд. Товароносимостта показва теглото на товара, превозван от кораба. Корабостроенето е съществувало още през Древен Египет, във Финикия (смята се, че финикийците са едни от най-добрите корабостроители), Древен Китай. В Русия корабостроенето се заражда в началото на 17-ти и 18-ти век. Построени са предимно военни кораби, но именно в Русия са построени първият ледоразбивач, кораби с двигател с вътрешно горене и атомният ледоразбивач Арктика. Аеронавтика.
Чертеж, описващ балона на братя Монголфие от 1783 г.: „Изглед и точни размери на „Balloon Terrestrial“, който беше първият.“ 1786 г От древни времена хората са мечтали за възможността да летят над облаците, да плуват в океана от въздух, както са плували в морето. За аеронавтиката Първоначално те използваха балони, които бяха пълни с горещ въздух, водород или хелий. За да може един балон да се издигне във въздуха, е необходимо Архимедовата сила (плаваемост) ЕДействието върху топката е по-голямо от силата на гравитацията Етежък, т.е. Е A > Етежък Когато топката се издига нагоре, архимедовата сила, действаща върху нея, намалява ( ЕА = gρV), тъй като плътността на горните слоеве на атмосферата е по-малка от тази на земната повърхност. За да се издигне по-високо, от топката се пуска специален баласт (тежест) и това олекотява топката. В крайна сметка топката достига максималната си височина на повдигане. За да се освободи топката от черупката й, част от газа се освобождава с помощта на специален клапан. В хоризонтална посока балонът се движи само под въздействието на вятъра, поради което се нарича балон (от гръцки аер- въздух, състояние- изправен). Не толкова отдавна огромни балони бяха използвани за изследване на горните слоеве на атмосферата и стратосферата - стратосферни балони . Преди да се научат как да строят големи самолети за превоз на пътници и товари по въздуха, са използвани контролирани балони - дирижабли. Те имат удължена форма, под тялото е окачена гондола с двигател, който задвижва витлото. Балонът не само се издига сам, но може да повдигне и някои товари: кабината, хората, инструментите. Следователно, за да разберете какъв товар може да вдигне балонът, е необходимо да го определите асансьор. Нека, например, да изстреляме във въздуха балон с обем 40 m 3, напълнен с хелий. Масата на хелия, запълваща обвивката на топката, ще бъде равна на: Това означава, че тази топка може да повдигне товар с тегло 520 N - 71 N = 449 N. Това е нейната повдигаща сила. Балон със същия обем, но пълен с водород, може да вдигне товар от 479 N. Това означава, че неговата повдигаща сила е по-голяма от тази на балон, пълен с хелий. Но хелият все още се използва по-често, тъй като не гори и следователно е по-безопасен. Водородът е запалим газ. Много по-лесно е да повдигате и спускате топка, пълна с горещ въздух. За да направите това, горелка е разположена под отвора, разположен в долната част на топката. С помощта на газова горелка можете да регулирате температурата на въздуха вътре в топката и следователно нейната плътност и плаваща сила. За да накарате топката да се издигне по-високо, достатъчно е да загреете по-силно въздуха в нея, като увеличите пламъка на горелката. Тъй като пламъкът на горелката намалява, температурата на въздуха в топката намалява и топката пада надолу. Можете да изберете температура на топката, при която теглото на топката и кабината ще бъде равно на плаващата сила. Тогава топката ще виси във въздуха и ще бъде лесно да се правят наблюдения от нея. С развитието на науката настъпиха значителни промени в аеронавигационните технологии. Стана възможно да се използват нови черупки за балони, които станаха издръжливи, устойчиви на замръзване и леки. Напредъкът в областта на радиотехниката, електрониката и автоматизацията направи възможно проектирането на безпилотни балони. Тези балони се използват за изследване на въздушните течения, за географски и биомедицински изследвания в ниските слоеве на атмосферата. Човек със и без ски. Човек ходи по рохкав сняг много трудно, потъвайки дълбоко с всяка стъпка. Но след като е сложил ски, той може да ходи, без почти да падне в тях. защо Със или без ски, човек действа върху снега с еднаква сила, равна на теглото му. Ефектът от тази сила обаче е различен и в двата случая, тъй като повърхността, върху която човек натиска, е различна, със ски и без ски. Повърхността на ските е почти 20 пъти по-голяма от площта на подметката. Следователно, когато стои на ски, човек действа върху всеки квадратен сантиметър снежна повърхност със сила, която е 20 пъти по-малка, отколкото когато стои на снега без ски. Ученик, закрепил вестник към дъската с бутони, действа върху всеки бутон с еднаква сила. Копче с по-остър край обаче ще влезе по-лесно в дървото. Това означава, че резултатът от силата зависи не само от нейния модул, посока и точка на приложение, но и от площта на повърхността, към която се прилага (перпендикулярно на която действа). Това заключение се потвърждава от физически експерименти.
Опитът от действието на дадена сила зависи от това каква сила действа върху единица повърхност. Трябва да забиете пирони в ъглите на малка дъска. Първо поставете гвоздеите, забити в дъската, върху пясъка с върховете им нагоре и поставете тежест върху дъската. В този случай главите на ноктите са само леко притиснати в пясъка. След това обръщаме дъската и поставяме ноктите на ръба. В този случай опорната площ е по-малка и при същата сила гвоздеите влизат значително по-дълбоко в пясъка.
опит. Втора илюстрация. Резултатът от действието на тази сила зависи от това каква сила действа върху всяка единица повърхност. В разгледаните примери силите са действали перпендикулярно на повърхността на тялото. Тежестта на мъжа беше перпендикулярна на повърхността на снега; силата, действаща върху бутона, е перпендикулярна на повърхността на дъската. Количеството, равно на съотношението на силата, действаща перпендикулярно на повърхността, към площта на тази повърхност, се нарича налягане. За да се определи налягането, силата, действаща перпендикулярно на повърхността, трябва да бъде разделена на площта на повърхността: налягане = сила / площ. Нека обозначим количествата, включени в този израз: налягане - стр, силата, действаща върху повърхността, е Еи повърхност - С. Тогава получаваме формулата: p = F/S Ясно е, че по-голяма сила, действаща върху същата площ, ще произведе по-голям натиск. За единица налягане се приема налягането, създадено от сила от 1 N, действаща върху повърхност с площ от 1 m2, перпендикулярна на тази повърхност. Единица за налягане - нютон на квадратен метър(1 N/m2). В чест на френския учен Блез Паскал нарича се паскал ( татко). по този начин 1 Pa = 1 N/m2. Използват се и други единици за налягане: хектопаскал (hPa) И килопаскал (kPa). 1 kPa = 1000 Pa; 1 hPa = 100 Pa; 1 Pa = 0,001 kPa; 1 Pa = 0,01 hPa. Нека запишем условията на задачата и да я решим. дадени : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p =? В единици SI: S = 0,03 m2 Решение: стр = Е/С, Е = П, П = g m, П= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N, стр= 450/0,03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa "Отговор": p = 15000 Pa = 15 kPa Начини за намаляване и увеличаване на налягането.Тежък верижен трактор създава натиск върху почвата, равен на 40 - 50 kPa, т.е. само 2 - 3 пъти повече от натиска на момче с тегло 45 kg. Това се обяснява с факта, че теглото на трактора се разпределя върху по-голяма площ поради задвижването на веригата. И това сме го установили колкото по-голяма е опорната площ, толкова по-малък е натискът, произведен от същата сила върху тази опора . В зависимост от това дали е необходимо ниско или високо налягане, опорната площ се увеличава или намалява. Например, за да може почвата да издържи натиска на строящата се сграда, площта на долната част на основата се увеличава. Гумите за камиони и шаситата на самолетите са направени много по-широки от гумите за пътници. Гумите на автомобили, предназначени за шофиране в пустини, са направени особено широки. Тежки превозни средства, като трактор, танк или превозно средство за блато, имащи голяма опорна площ на пистите, преминават през блатисти райони, където никой не може да премине. От друга страна, с малка повърхност може да се генерира голямо налягане с малка сила. Например, когато натискаме бутон в дъска, ние действаме върху него със сила от около 50 N. Тъй като площта на върха на бутона е приблизително 1 mm 2, налягането, произведено от него, е равно на: p = 50 N / 0,000 001 m 2 = 50 000 000 Pa = 50 000 kPa. За сравнение, това налягане е 1000 пъти по-голямо от налягането, упражнявано от верижен трактор върху почвата. Можете да намерите още много такива примери. Остриетата на режещи и пробиващи инструменти (ножове, ножици, резачки, триони, игли и др.) са специално заточени. Заостреният ръб на острото острие има малка площ, така че дори малка сила създава голям натиск и този инструмент е лесен за работа. Режещи и пробождащи устройства се срещат и в живата природа: това са зъби, нокти, човки, шипове и др. - всички те са направени от твърд материал, гладки и много остри. налягане
Известно е, че молекулите на газа се движат произволно. Вече знаем, че газовете, за разлика от твърдите вещества и течностите, изпълват целия съд, в който се намират. Например стоманен цилиндър за съхранение на газове, вътрешна гума на автомобилна гума или волейболна топка. В този случай газът оказва натиск върху стените, дъното и капака на цилиндъра, камерата или всяко друго тяло, в което се намира. Налягането на газа се причинява от фактори, различни от натиска на твърдо тяло върху опората. Известно е, че молекулите на газа се движат произволно. Докато се движат, те се сблъскват помежду си, както и със стените на контейнера, съдържащ газа. В един газ има много молекули и следователно броят на техните удари е много голям. Например, броят на ударите на молекулите на въздуха в помещението върху повърхност с площ от 1 cm 2 за 1 s се изразява като двадесет и трицифрено число. Въпреки че силата на удара на отделна молекула е малка, въздействието на всички молекули върху стените на съда е значително - създава се газово налягане. така че налягането на газа върху стените на контейнера (и върху тялото, поставено в газа) се причинява от удари на газови молекули . Помислете за следния експеримент. Поставете гумена топка под звънеца на въздушната помпа. Съдържа малко количество въздух и има неправилна форма. След това изпомпваме въздуха изпод камбаната. Обвивката на топката, около която въздухът става все по-разреден, постепенно се надува и придобива формата на правилна топка. Как да си обясня това преживяване?
За съхранение и транспортиране на сгъстен газ се използват специални издръжливи стоманени бутилки. В нашия експеримент движещи се газови молекули непрекъснато удрят стените на топката отвътре и отвън. Когато въздухът се изпомпва, броят на молекулите в камбаната около черупката на топката намалява. Но вътре в топката броят им не се променя. Следователно броят на ударите на молекулите върху външните стени на обвивката става по-малък от броя на ударите върху вътрешните стени. Топката се надува, докато еластичната сила на нейната гумена обвивка стане равна на силата на налягането на газа. Обвивката на топката приема формата на топка. Това показва, че газът притиска стените му във всички посоки еднакво. С други думи, броят на молекулярните удари на квадратен сантиметър от повърхността е еднакъв във всички посоки. Еднаквото налягане във всички посоки е характерно за газа и е следствие от произволното движение на огромен брой молекули. Нека се опитаме да намалим обема на газа, но така че масата му да остане непроменена. Това означава, че във всеки кубичен сантиметър газ ще има повече молекули и плътността на газа ще се увеличи. Тогава броят на ударите на молекулите върху стените ще се увеличи, т.е. налягането на газа ще се увеличи. Това може да се потвърди от опита. На снимката Апоказва стъклена тръба, единият край на която е затворен с тънък гумен филм. В тръбата се вкарва бутало. Когато буталото се движи навътре, обемът на въздуха в тръбата намалява, т.е. газът се компресира. Гуменият филм се огъва навън, което показва, че налягането на въздуха в тръбата се е увеличило. Напротив, с увеличаване на обема на същата маса газ, броят на молекулите във всеки кубичен сантиметър намалява. Това ще намали броя на ударите върху стените на съда - налягането на газа ще стане по-малко. Наистина, когато буталото се извади от тръбата, обемът на въздуха се увеличава и филмът се огъва вътре в съда. Това показва намаляване на налягането на въздуха в тръбата. Същите явления биха се наблюдавали, ако вместо въздух в тръбата имаше друг газ. така че когато обемът на газа намалява, неговото налягане се увеличава, а когато обемът се увеличава, налягането намалява, при условие че масата и температурата на газа остават непроменени. Как ще се промени налягането на газ, ако се нагрява при постоянен обем? Известно е, че скоростта на газовите молекули се увеличава при нагряване. Движейки се по-бързо, молекулите ще удрят по-често стените на контейнера. Освен това всеки удар на молекулата върху стената ще бъде по-силен. В резултат на това стените на съда ще изпитват по-голям натиск. следователно Колкото по-висока е температурата на газа, толкова по-голямо е налягането на газа в затворен съд, при условие че масата и обемът на газа не се променят. От тези експерименти може да се заключи най-общо, че Налягането на газа нараства толкова по-често и по-силно, колкото молекулите се удрят в стените на съда . За да съхраняват и транспортират газове, те са силно компресирани. В същото време тяхното налягане се увеличава, газовете трябва да бъдат затворени в специални, много издръжливи цилиндри. Такива цилиндри, например, съдържат сгъстен въздух в подводниците и кислород, използван при заваряване на метали. Разбира се, винаги трябва да помним, че газовите бутилки не могат да се нагряват, особено когато са пълни с газ. Защото, както вече разбираме, експлозия може да се случи с много неприятни последици. Закон на Паскал.
Налягането се предава до всяка точка в течността или газа.
Налягането на буталото се предава към всяка точка от течността, запълваща топката.
Сега газ. За разлика от твърдите тела, отделните слоеве и малки частици течност и газ могат да се движат свободно един спрямо друг във всички посоки. Достатъчно е например леко да се духне върху повърхността на водата в чаша, за да се раздвижи водата. На река или езеро най-слабият ветрец предизвиква появата на вълнички. Подвижността на частиците газ и течност обяснява това натискът, упражняван върху тях, се предава не само по посока на силата, но и до всяка точка. Нека разгледаме това явление по-подробно. на снимката Аизобразява съд, съдържащ газ (или течност). Частиците се разпределят равномерно в съда. Съдът е затворен от бутало, което може да се движи нагоре и надолу. Прилагайки някаква сила, ние ще принудим буталото да се движи леко навътре и ще компресира газа (течността), разположен точно под него. Тогава частиците (молекулите) ще бъдат разположени на това място по-плътно от преди (Фиг., b). Благодарение на подвижността, газовите частици ще се движат във всички посоки. В резултат подреждането им отново ще стане равномерно, но по-плътно от преди (фиг. в). Следователно налягането на газа ще се увеличи навсякъде. Това означава, че допълнително налягане се предава на всички частици газ или течност. Така че, ако налягането върху газа (течността) близо до самото бутало се увеличи с 1 Pa, тогава във всички точки вътрегаз или течност, налягането ще стане по-голямо от преди със същото количество. Натискът върху стените на съда, дъното и буталото ще се увеличи с 1 Ра. Налягането, упражнявано върху течност или газ, се предава във всяка точка еднакво във всички посоки . Това твърдение се нарича Закон на Паскал. Въз основа на закона на Паскал е лесно да се обяснят следните експерименти. Картината показва куха топка с малки дупки на различни места. Към топката е прикрепена тръба, в която е поставено бутало. Ако напълните топка с вода и натиснете бутало в тръбата, водата ще изтече от всички дупки в топката. В този експеримент бутало притиска повърхността на водата в тръба. Водните частици, разположени под буталото, кондензират, пренасят налягането си върху други слоеве, които лежат по-дълбоко. По този начин налягането на буталото се предава на всяка точка от течността, запълваща топката. В резултат на това част от водата се изтласква от топката под формата на еднакви потоци, изтичащи от всички дупки. Ако топката се напълни с дим, тогава, когато буталото се натисне в тръбата, еднакви потоци дим ще започнат да излизат от всички дупки в топката. Това го потвърждава газовете предават упражняваното върху тях налягане във всички посоки еднакво. Налягане в течност и газ.
Под въздействието на теглото на течността гуменото дъно в тръбата ще се огъне. Течностите, както всички тела на Земята, се влияят от гравитацията. Следователно всеки слой течност, излят в съд, създава налягане с теглото си, което според закона на Паскал се предава във всички посоки. Следователно вътре в течността има налягане. Това може да се провери от опит. Налейте вода в стъклена тръба, чийто отвор на дъното е затворен с тънък гумен филм. Под въздействието на теглото на течността дъното на тръбата ще се огъне. Опитът показва, че колкото по-висок е водният стълб над гуменото фолио, толкова повече се огъва. Но всеки път, когато гуменото дъно се огъва, водата в тръбата достига равновесие (спира), тъй като освен силата на гравитацията върху водата действа еластичната сила на опънатия гумен филм.
Илюстрация. Дъното се отдалечава от цилиндъра поради натиска на гравитацията върху него. Нека спуснем тръбата с гумено дъно, в която се налива вода, в друг, по-широк съд с вода. Ще видим, че докато тръбата се спуска, гуменият филм постепенно се изправя. Пълното изправяне на филма показва, че силите, действащи върху него отгоре и отдолу, са равни. Пълното изправяне на филма става, когато нивата на водата в тръбата и съда съвпадат. Същият експеримент може да се проведе с тръба, в която гумен филм покрива страничния отвор, както е показано на фигура a. Нека потопим тази тръба с вода в друг съд с вода, както е показано на фигурата, b. Ще забележим, че филмът ще се изправи отново, веднага щом нивата на водата в тръбата и съда се изравнят. Това означава, че силите, действащи върху гуменото фолио, са еднакви от всички страни. Да вземем съд, чието дъно може да падне. Нека го сложим в буркан с вода. Дъното ще бъде плътно притиснато към ръба на съда и няма да падне. Притиска се от силата на водното налягане, насочена отдолу нагоре. Внимателно ще налеем вода в съда и ще наблюдаваме дъното му. Щом нивото на водата в съда съвпадне с нивото на водата в буркана, тя ще падне от съда. В момента на отделяне колона течност в съда се притиска отгоре надолу, а налягането от колона течност със същата височина, но разположена в буркана, се предава отдолу нагоре към дъното. И двете налягания са еднакви, но дъното се отдалечава от цилиндъра поради действието на собствената си гравитация върху него. Експериментите с вода бяха описани по-горе, но ако вземете друга течност вместо вода, резултатите от експеримента ще бъдат същите. Така че експериментите показват това Вътре в течността има налягане и на същото ниво то е еднакво във всички посоки. Налягането се увеличава с дълбочината. В това отношение газовете не се различават от течностите, тъй като те също имат тегло. Но трябва да помним, че плътността на газа е стотици пъти по-малка от плътността на течността. Теглото на газа в съда е малко и неговото „тегловно“ налягане в много случаи може да бъде пренебрегнато. Изчисляване на налягането на течността върху дъното и стените на съд.
Изчисляване на налягането на течността върху дъното и стените на съд. Нека да разгледаме как можете да изчислите налягането на течност върху дъното и стените на съд. Нека първо решим задачата за съд с форма на правоъгълен паралелепипед. Сила Е, с която налятата в този съд течност притиска дъното му, е равно на теглото Птечност в контейнера. Теглото на течност може да се определи, като се знае нейната маса м. Масата, както знаете, може да се изчисли по формулата: m = ρ·V. Обемът на течността, излята в избрания от нас съд, се изчислява лесно. Ако височината на стълба течност в съд се обозначава с буквата ч, и площта на дъното на съда С, Това V = S h. Течна маса m = ρ·V, или m = ρ S h . Теглото на тази течност P = g m, или P = g ρ S h. Тъй като теглото на колона течност е равно на силата, с която течността притиска дъното на съда, тогава чрез разделяне на теглото Пна площ С, получаваме налягането на течността стр: p = P/S, или p = g·ρ·S·h/S, Получихме формула за изчисляване на налягането на течността на дъното на съда. От тази формула става ясно, че налягането на течността на дъното на съда зависи само от плътността и височината на колоната течност. Следователно, използвайки получената формула, можете да изчислите налягането на течността, излята в съда всякаква форма(строго погледнато, нашето изчисление е подходящо само за съдове, които имат формата на права призма и цилиндър. В курсовете по физика за института беше доказано, че формулата е вярна и за съд с произволна форма). Освен това може да се използва за изчисляване на налягането върху стените на съда. Налягането вътре в течността, включително налягането отдолу нагоре, също се изчислява по тази формула, тъй като налягането на една и съща дълбочина е еднакво във всички посоки. При изчисляване на налягането по формулата p = gρhимате нужда от плътност ρ изразено в килограми на кубичен метър (kg/m3), и височината на колоната течност ч- в метри (m), ж= 9,8 N/kg, тогава налягането ще бъде изразено в паскали (Pa). Пример. Определете налягането на маслото на дъното на резервоара, ако височината на масления стълб е 10 m и неговата плътност е 800 kg / m 3. Нека запишем условието на задачата и го запишем. дадени : ρ = 800 kg/m3 Решение : p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa. отговор : p ≈ 80 kPa. Съобщителни съдове.
Съобщителни съдове. Фигурата показва два съда, свързани един с друг с гумена тръба. Такива съдове се наричат общуване. Лейка, чайник, кана за кафе са примери за свързващи се съдове. От опит знаем, че водата, налята например в лейка, винаги е на едно и също ниво в чучура и вътре.
Следният прост експеримент може да се направи със свързани съдове. В началото на експеримента затягаме гумената тръба в средата и наливаме вода в една от тръбите. След това отваряме скобата и водата незабавно се влива в другата тръба, докато водните повърхности в двете тръби са на едно и също ниво. Можете да прикрепите една от тръбите към статив и да повдигнете, спуснете или наклоните другата в различни посоки. И в този случай, веднага щом течността се успокои, нейните нива в двете тръби ще се изравнят. В комуникиращи съдове с всякаква форма и напречно сечение, повърхностите на хомогенна течност са разположени на едно и също ниво(при условие, че налягането на въздуха над течността е същото) (фиг. 109). Това може да се оправдае по следния начин. Течността е в покой, без да се движи от един съд в друг. Това означава, че налягането в двата съда на всяко ниво е еднакво. Течността и в двата съда е една и съща, т.е. има еднаква плътност. Следователно височините му трябва да са еднакви. Когато повдигнем един съд или добавим течност към него, налягането в него се увеличава и течността се премества в друг съд, докато наляганията се балансират. Ако течност с една плътност се излее в един от свързващите се съдове, а течност с друга плътност се излее във втория, тогава при равновесие нивата на тези течности няма да бъдат еднакви. И това е разбираемо. Знаем, че налягането на течността на дъното на съда е право пропорционално на височината на колоната и плътността на течността. И в този случай плътностите на течностите ще бъдат различни. Ако наляганията са еднакви, височината на колона течност с по-висока плътност ще бъде по-малка от височината на колона течност с по-ниска плътност (фиг.).
опит. Как да се определи масата на въздуха. Въздушно тегло. Атмосферно налягане.
Наличието на атмосферно налягане.
Атмосферното налягане е по-голямо от налягането на разредения въздух в съда. Въздухът, като всяко тяло на Земята, се влияе от гравитацията и следователно въздухът има тегло. Теглото на въздуха е лесно да се изчисли, ако знаете неговата маса. Ще ви покажем експериментално как да изчислите масата на въздуха. За да направите това, трябва да вземете здрава стъклена топка със запушалка и гумена тръба със скоба. Нека изпомпаме въздуха от него, затегнем тръбата със скоба и я балансираме на везните. След това, отваряйки скобата на гумената тръба, пуснете въздух в нея. Това ще наруши баланса на везните. За да го възстановите, ще трябва да поставите тежести върху другата част на везната, чиято маса ще бъде равна на масата на въздуха в обема на топката. Експериментално е установено, че при температура 0 ° C и нормално атмосферно налягане масата на въздуха с обем 1 m 3 е равна на 1,29 kg. Теглото на този въздух е лесно за изчисляване: P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N. Въздушната обвивка около Земята се нарича атмосфера (от гръцки атмосфера- пара, въздух и сфера- топка). Атмосферата, както показват наблюденията на полета на изкуствени спътници на Земята, се простира на височина от няколко хиляди километра. Поради гравитацията горните слоеве на атмосферата, подобно на океанската вода, компресират долните слоеве. Въздушният слой, който е в непосредствена близост до Земята, е най-компресиран и съгласно закона на Паскал предава натиска, упражняван върху него във всички посоки. В резултат на това земната повърхност и разположените върху нея тела изпитват натиск от цялата дебелина на въздуха или, както обикновено се казва в такива случаи, изпитват атмосферно налягане . Съществуването на атмосферно налягане може да обясни много явления, които срещаме в живота. Нека разгледаме някои от тях. Фигурата показва стъклена тръба, вътре в която има бутало, което приляга плътно към стените на тръбата. Краят на тръбата се спуска във вода. Ако повдигнете буталото, водата ще се издигне зад него. Това явление се използва във водни помпи и някои други устройства. Фигурата показва цилиндричен съд. Затваря се със запушалка, в която е поставена тръбичка с кран. Въздухът се изпомпва от съда с помпа. След това краят на тръбата се поставя във вода. Ако сега отворите крана, водата ще пръска като фонтан във вътрешността на съда. Водата влиза в съда, защото атмосферното налягане е по-голямо от налягането на разредения въздух в съда. Защо съществува въздушната обвивка на Земята?Както всички тела, газовите молекули, които изграждат въздушната обвивка на Земята, се привличат към Земята. Но защо тогава всички те не падат на повърхността на Земята? Как се запазва въздушната обвивка на Земята и нейната атмосфера? За да разберем това, трябва да вземем предвид, че молекулите на газа са в непрекъснато и произволно движение. Но тогава възниква друг въпрос: защо тези молекули не отлитат в космоса, тоест в космоса. За да напусне напълно Земята, една молекула, подобно на космически кораб или ракета, трябва да има много висока скорост (поне 11,2 km/s). Това е т.нар втора евакуационна скорост. Скоростта на повечето молекули във въздушната обвивка на Земята е значително по-малка от тази скорост на бягство. Следователно повечето от тях са свързани със Земята чрез гравитация, само незначителен брой молекули летят отвъд Земята в космоса. Случайното движение на молекулите и ефектът на гравитацията върху тях води до това, че газовите молекули „плават“ в пространството близо до Земята, образувайки въздушна обвивка или познатата ни атмосфера. Измерванията показват, че плътността на въздуха намалява бързо с надморската височина. И така, на височина 5,5 km над Земята плътността на въздуха е 2 пъти по-малка от плътността му на повърхността на Земята, на височина 11 km - 4 пъти по-малко и т.н. Колкото по-висока е, толкова по-рядко въздухът. И накрая, в най-горните слоеве (стотици и хиляди километри над Земята) атмосферата постепенно се превръща в безвъздушно пространство. Въздушната обвивка на Земята няма ясна граница. Строго погледнато, поради действието на гравитацията, плътността на газа във всеки затворен съд не е еднаква в целия обем на съда. На дъното на съда плътността на газа е по-голяма, отколкото в горните му части, следователно налягането в съда не е същото. Тя е по-голяма в долната част на съда, отколкото в горната. Въпреки това, за газ, съдържащ се в съд, тази разлика в плътността и налягането е толкова малка, че в много случаи може да бъде напълно игнорирана, просто се знае за нея. Но за атмосфера, простираща се на няколко хиляди километра, тази разлика е значителна. Измерване на атмосферното налягане. Опитът на Торичели.Невъзможно е да се изчисли атмосферното налягане, като се използва формулата за изчисляване на налягането на течен стълб (§ 38). За такова изчисление трябва да знаете височината на атмосферата и плътността на въздуха. Но атмосферата няма определена граница и плътността на въздуха на различни височини е различна. Атмосферното налягане обаче може да бъде измерено чрез експеримент, предложен през 17 век от италиански учен Еванджелиста Торичели , ученик на Галилей. Опитът на Торичели се състои в следното: стъклена тръба с дължина около 1 м, затворена в единия край, се напълва с живак. След това, плътно затваряйки втория край на тръбата, тя се обръща и се спуска в чаша с живак, където този край на тръбата се отваря под нивото на живак. Както при всеки експеримент с течност, част от живака се излива в чашата, а част остава в тръбата. Височината на стълба живак, оставащ в тръбата, е приблизително 760 mm. Няма въздух над живака вътре в тръбата, има безвъздушно пространство, така че никакъв газ не упражнява натиск отгоре върху стълба живак вътре в тази тръба и не влияе на измерванията. Торичели, който предложи описания по-горе експеримент, също даде своето обяснение. Атмосферата притиска повърхността на живака в чашата. Меркурий е в равновесие. Това означава, че налягането в тръбата е на ниво ааа 1 (виж фигурата) е равно на атмосферното налягане. Когато атмосферното налягане се промени, височината на живачния стълб в тръбата също се променя. С увеличаване на налягането колоната се удължава. С намаляването на налягането живачният стълб намалява височината си. Налягането в тръбата на ниво aa1 се създава от теглото на живачния стълб в тръбата, тъй като над живака в горната част на тръбата няма въздух. От това следва, че атмосферното налягане е равно на налягането на живачен стълб в тръбата , т.е. стрбанкомат = стрживак Колкото по-високо е атмосферното налягане, толкова по-висок е живачният стълб в експеримента на Торичели. Следователно на практика атмосферното налягане може да се измери с височината на живачния стълб (в милиметри или сантиметри). Ако например атмосферното налягане е 780 mm Hg. Чл. (те казват „милиметри живачен стълб“), това означава, че въздухът произвежда същото налягане като вертикален живачен стълб с височина 780 mm. Следователно в този случай мерната единица за атмосферно налягане е 1 милиметър живачен стълб (1 mm Hg). Нека намерим връзката между тази единица и известната ни единица - паскал(Pa). Налягането на живачен стълб ρ от живак с височина 1 mm е равно на: стр = g·ρ·h, стр= 9,8 N/kg · 13 600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa. И така, 1 mmHg. Чл. = 133,3 Pa. Понастоящем атмосферното налягане обикновено се измерва в хектопаскали (1 hPa = 100 Pa). Например метеорологичните доклади могат да обявят, че налягането е 1013 hPa, което е същото като 760 mmHg. Чл. Наблюдавайки всеки ден височината на живачната колона в тръбата, Торичели открива, че тази височина се променя, тоест атмосферното налягане не е постоянно, то може да се увеличава и намалява. Торичели също отбеляза, че атмосферното налягане е свързано с промените във времето. Ако прикрепите вертикална скала към тръбата с живак, използвана в експеримента на Торичели, ще получите най-простото устройство - живачен барометър (от гръцки барос- тежест, metreo- измервам). Използва се за измерване на атмосферното налягане. Барометър - анероид.
На практика за измерване на атмосферното налягане се използва метален барометър, наречен метален барометър. анероид (превод от гръцки - анероид). Така се нарича барометър, защото не съдържа живак. Външният вид на анероида е показан на фигурата. Основната му част е метална кутия 1 с вълнообразна (гофрирана) повърхност (виж другата фигура). Въздухът се изпомпва от тази кутия и за да се предотврати смачкването на кутията от атмосферното налягане, нейният капак 2 се издърпва нагоре от пружина. С увеличаване на атмосферното налягане капакът се огъва и затяга пружината. Когато налягането намалява, пружината изправя капачката. Индикаторна стрелка 4 е прикрепена към пружината с помощта на предавателен механизъм 3, който се движи надясно или наляво при промяна на налягането. Под стрелката има скала, чиито деления са маркирани според показанията на живачния барометър. Така числото 750, срещу което стои стрелката на анероида (виж фигурата), показва, че в момента в живачния барометър височината на живачния стълб е 750 mm. Следователно атмосферното налягане е 750 mmHg. Чл. или ≈ 1000 hPa. Стойността на атмосферното налягане е много важна за прогнозиране на времето за следващите дни, тъй като промените в атмосферното налягане са свързани с промените във времето. Барометърът е необходим инструмент за метеорологични наблюдения. Атмосферно налягане на различни височини.В течност налягането, както знаем, зависи от плътността на течността и височината на нейния стълб. Поради ниската свиваемост, плътността на течността на различни дълбочини е почти еднаква. Следователно, когато изчисляваме налягането, ние считаме неговата плътност за постоянна и вземаме предвид само промяната във височината. Ситуацията с газовете е по-сложна. Газовете са силно компресируеми. И колкото повече се компресира един газ, толкова по-голяма е неговата плътност и толкова по-голямо налягане създава. В крайна сметка налягането на газа се създава от ударите на неговите молекули върху повърхността на тялото. Слоевете въздух на повърхността на Земята се компресират от всички лежащи над тях слоеве въздух. Но колкото по-високо е слоят въздух от повърхността, толкова по-слабо е компресиран, толкова по-ниска е плътността му. Следователно, толкова по-малко налягане произвежда. Ако, например, балон се издигне над повърхността на Земята, тогава налягането на въздуха върху балона става по-малко. Това се случва не само защото височината на въздушния стълб над него намалява, но и защото плътността на въздуха намалява. В горната част е по-малка, отколкото в долната. Следователно зависимостта на налягането на въздуха от надморската височина е по-сложна от тази на течностите. Наблюденията показват, че атмосферното налягане в районите на морското равнище е средно 760 mm Hg. Чл. Атмосферното налягане, равно на налягането на живачен стълб с височина 760 mm при температура 0 ° C, се нарича нормално атмосферно налягане. Нормално атмосферно наляганее равно на 101 300 Pa = 1013 hPa. Колкото по-висока е надморската височина, толкова по-ниско е налягането. При малки изкачвания, средно на всеки 12 m изкачване, налягането намалява с 1 mmHg. Чл. (или с 1,33 hPa). Познавайки зависимостта на налягането от надморската височина, можете да определите надморската височина, като промените показанията на барометъра. Наричат се анероиди, които имат скала, чрез която може директно да се измери височината над морското равнище висотомери . Използват се в авиацията и планинското катерене. Манометри.
Вече знаем, че барометрите се използват за измерване на атмосферното налягане. За измерване на налягания, по-големи или по-ниски от атмосферното, се използва манометри (от гръцки манос- рядък, насипен, metreo- измервам). Има манометри течности метал.
Нека първо да разгледаме устройството и действието. отворен манометър за течност. Състои се от двукрака стъклена тръба, в която се налива течност. Течността се монтира в двете колена на едно и също ниво, тъй като върху повърхността й в колената на съда действа само атмосферно налягане.
За да разберете как работи такъв манометър, той може да бъде свързан с гумена тръба към кръгла плоска кутия, едната страна на която е покрита с гумен филм. Ако натиснете пръста си върху филма, нивото на течността в коляното на манометъра, свързано с кутията, ще намалее, а в другото коляно ще се увеличи. Какво обяснява това? При натискане върху филма налягането на въздуха в кутията се увеличава. Съгласно закона на Паскал това увеличение на налягането се предава на течността в коляното на манометъра, който е свързан към кутията. Следователно налягането върху течността в това коляно ще бъде по-голямо, отколкото в другото, където върху течността действа само атмосферно налягане. Под силата на това свръхналягане течността ще започне да се движи. В лакътя със сгъстен въздух течността ще падне, в другата ще се издигне. Течността ще достигне равновесие (спиране), когато свръхналягането на сгъстения въздух се балансира от налягането, произведено от излишния стълб течност в другия крак на манометъра. Колкото по-силно натискате върху филма, толкова по-висок е излишният течен стълб, толкова по-голям е неговият натиск. следователно промяната в налягането може да се прецени по височината на този излишен стълб. Фигурата показва как такъв манометър може да измерва налягането вътре в течност. Колкото по-дълбоко е потопена тръбата в течността, толкова по-голяма става разликата във височините на колоните течност в колената на манометъра., следователно, и течността генерира повече налягане. Ако инсталирате кутията на устройството на известна дълбочина в течността и я обърнете с филма нагоре, настрани и надолу, показанията на манометъра няма да се променят. Така и трябва да бъде, т.к на едно и също ниво вътре в течност налягането е еднакво във всички посоки.
На снимката се вижда метален манометър . Основната част от такъв манометър е метална тръба, огъната в тръба 1 , чийто един край е затворен. Другият край на тръбата с помощта на кран 4 комуникира със съда, в който се измерва налягането. С увеличаване на налягането тръбата се разгъва. Движение на затворения му край с помощта на лост 5 и назъбвания 3 предавани на стрелката 2 , движейки се близо до скалата на инструмента. Когато налягането намалява, тръбата, поради своята еластичност, се връща в предишното си положение, а стрелката се връща към нулевото деление на скалата. Бутална течна помпа.В експеримента, който разгледахме по-рано (§ 40), беше установено, че водата в стъклената тръба под въздействието на атмосферното налягане се издига нагоре зад буталото. На това се основава действието. буталопомпи Помпата е показана схематично на фигурата. Състои се от цилиндър, вътре в който бутало се движи нагоре и надолу, плътно прилепнало към стените на съда. 1 . В долната част на цилиндъра и в самото бутало са монтирани клапани 2 , като се отваря само нагоре. Когато буталото се движи нагоре, водата под въздействието на атмосферното налягане навлиза в тръбата, повдига долния клапан и се движи зад буталото. Докато буталото се движи надолу, водата под буталото притиска долния клапан и той се затваря. В същото време под налягане на водата се отваря клапан вътре в буталото и водата изтича в пространството над буталото. Следващият път, когато буталото се движи нагоре, водата над него също се издига и се излива в изходната тръба. В същото време зад буталото се издига нова порция вода, която при последващо спускане на буталото ще се появи над него и цялата тази процедура се повтаря отново и отново, докато помпата работи. Хидравлична преса.
Законът на Паскал обяснява действието хидравлична машина (от гръцки хидравлика- вода). Това са машини, чиято работа се основава на законите за движение и равновесие на течностите. Основната част на хидравличната машина е два цилиндъра с различни диаметри, оборудвани с бутала и свързваща тръба. Пространството под буталата и тръбата са пълни с течност (обикновено минерално масло). Височините на колоните течност в двата цилиндъра са еднакви, докато върху буталата не действат сили. Нека сега приемем, че силите Е 1 и Е 2 - сили, действащи върху буталата, С 1 и С 2 - бутални зони. Налягането под първото (малко) бутало е равно на стр 1 = Е 1 / С 1, а под втората (голяма) стр 2 = Е 2 / С 2. Според закона на Паскал налягането се предава еднакво във всички посоки от течност в покой, т.е. стр 1 = стр 2 или Е 1 / С 1 = Е 2 / С 2, от: Е 2 / Е 1 = С 2 / С 1 . Следователно силата Е 2 толкова пъти повече мощност Е 1 , Колко пъти площта на голямото бутало е по-голяма от площта на малкото бутало?. Например, ако площта на голямото бутало е 500 cm2, а малкото е 5 cm2 и върху малкото бутало действа сила от 100 N, тогава сила 100 пъти по-голяма, тоест 10 000 N, ще действа върху по-голямото бутало. Така с помощта на хидравлична машина е възможно да се балансира по-голяма сила с малка сила. Отношение Е 1 / Е 2 показва увеличението на силата. Например в дадения пример печалбата в сила е 10 000 N / 100 N = 100. Хидравлична машина, използвана за пресоване (изстискване), се нарича хидравлична преса .
Хидравличните преси се използват там, където се изисква по-голяма сила. Например за изстискване на масло от семена в маслобойни, за пресоване на шперплат, картон, сено. В металургичните заводи хидравличните преси се използват за производство на стоманени машинни валове, железопътни колела и много други продукти. Съвременните хидравлични преси могат да развият сили от десетки и стотици милиони нютони. Структурата на хидравличната преса е показана схематично на фигурата. Пресованото тяло 1 (A) е поставено върху платформа, свързана с голямото бутало 2 (B). С помощта на малко бутало 3 (D) се създава високо налягане върху течността. Това налягане се предава до всяка точка на течността, пълнеща цилиндрите. Следователно същото налягане действа върху второто, по-голямо бутало. Но тъй като площта на второто (голямо) бутало е по-голяма от площта на малкото, силата, действаща върху него, ще бъде по-голяма от силата, действаща върху бутало 3 (D). Под въздействието на тази сила буталото 2 (B) ще се повдигне. Когато бутало 2 (B) се повдигне, тялото (A) се опира на неподвижната горна платформа и се компресира. Манометърът 4 (M) измерва налягането на течността. Предпазен клапан 5 (P) се отваря автоматично, когато налягането на течността надвиши допустимата стойност. От малкия цилиндър към големия течността се изпомпва чрез многократни движения на малкото бутало 3 (D). Това става по следния начин. Когато малкото бутало (D) се повдигне, клапан 6 (K) се отваря и течността се изтегля в пространството под буталото. Когато малкото бутало се спусне под въздействието на налягането на течността, клапан 6 (K) се затваря и клапан 7 (K") се отваря и течността се влива в големия съд. Въздействието на водата и газа върху тяло, потопено в тях.
Под вода можем лесно да вдигнем камък, който трудно се вдига във въздуха. Ако поставите тапа под вода и я освободите от ръцете си, тя ще изплува. Как могат да се обяснят тези явления? Знаем (§ 38), че течността притиска дъното и стените на съда. И ако някакво твърдо тяло се постави вътре в течността, то също ще бъде подложено на натиск, точно както стените на съда. Нека разгледаме силите, които действат от течността върху тяло, потопено в нея. За по-лесно разсъждение нека изберем тяло с формата на паралелепипед с основи, успоредни на повърхността на течността (фиг.). Силите, действащи върху страничните стени на тялото, са равни по двойки и се балансират взаимно. Под въздействието на тези сили тялото се свива. Но силите, действащи върху горния и долния ръб на тялото, не са еднакви. Горният ръб се притиска със сила отгоре Е 1 колона течност високо ч 1. На нивото на долния ръб налягането произвежда стълб от течност с височина ч 2. Това налягане, както знаем (§ 37), се предава вътре в течността във всички посоки. Следователно, върху долната част на тялото отдолу нагоре със сила Е 2 натиска колона от течност високо ч 2. Но чоще 2 ч 1, следователно, модулът на силата ЕОще 2 захранващи модула Е 1. Следователно тялото се изтласква от течността със сила Е Vt, равно на разликата в силите Е 2 - Е 1, т.е.
|
