Come trovare la pressione del gas in una nave. Peso dell'aria. Pressione atmosferica. Dimensioni e masse di molecole e atomi

Ovunque si trovi il gas: in un pallone, in un pneumatico per auto o in una bombola di metallo, riempie l'intero volume della nave in cui si trova.

La pressione del gas sorge per una ragione completamente diversa dalla pressione di un solido. Si forma a seguito dell'impatto delle molecole sulle pareti della nave.

Pressione del gas sulle pareti del vaso

Muovendosi caoticamente nello spazio, le molecole di gas entrano in collisione tra loro e con le pareti del vaso in cui si trovano. La forza d'impatto di una molecola è piccola. Ma poiché ci sono molte molecole e si scontrano con un'alta frequenza, quindi, agendo insieme sulle pareti del vaso, creano una pressione significativa. Se un solido viene posto in un gas, è anche soggetto agli impatti delle molecole di gas.

Facciamo un semplice esperimento. Posizionare un palloncino annodato, non completamente riempito d'aria, sotto la campana della pompa dell'aria. Poiché contiene poca aria, la palla ha una forma irregolare. Quando iniziamo a pompare aria da sotto la campana, il palloncino si gonfierà. Dopo un po 'assumerà la forma di una normale palla.

Che fine ha fatto il nostro pallone? Dopotutto, era legato, quindi la quantità di aria al suo interno è rimasta la stessa.

Tutto è spiegato in modo abbastanza semplice. Durante il movimento, le molecole di gas entrano in collisione con il guscio della palla all'esterno e al suo interno. Se l'aria viene pompata fuori dalla campana, ci sono meno molecole. La densità diminuisce, il che significa che diminuisce anche la frequenza degli impatti delle molecole sul guscio esterno. Di conseguenza, la pressione all'esterno del guscio diminuisce. E poiché il numero di molecole all'interno del guscio rimane lo stesso, la pressione interna supera quella esterna. Il gas preme sul guscio dall'interno. E per questo motivo si gonfia gradualmente e prende la forma di una palla.

Legge di Pascal per i gas

Le molecole di gas sono molto mobili. A causa di ciò, trasmettono la pressione non solo nella direzione dell'azione della forza che causa questa pressione, ma anche in modo uniforme in tutte le direzioni. La legge sul trasferimento di pressione è stata formulata dallo scienziato francese Blaise Pascal: “ La pressione applicata a un gas o liquido viene trasmessa invariata a qualsiasi punto in tutte le direzioni". Questa legge è chiamata la legge fondamentale dell'idrostatica: la scienza del liquido e del gas in equilibrio.

La legge di Pascal è confermata dall'esperienza con un dispositivo chiamato la palla di Pascal ... Questo dispositivo è una sfera di solido con piccoli fori praticati, collegata a un cilindro attraverso il quale si muove un pistone. La palla è piena di fumo. Quando viene compresso dal pistone, il fumo viene espulso dai fori della sfera in gocciolamenti identici.

La pressione del gas è calcolata dalla formula:

dove e lin - energia cinetica media del moto traslazionale di molecole di gas;

n - concentrazione di molecole

Pressione parziale. Legge di Dalton

In pratica, molto spesso dobbiamo incontrarci non con i gas puri, ma con le loro miscele. Respiriamo aria, che è una miscela di gas. Anche i gas di scarico delle auto sono una miscela. L'anidride carbonica pura non è stata utilizzata nella saldatura da molto tempo. Al loro posto vengono utilizzate anche miscele di gas.

Una miscela di gas è una miscela di gas che non entrano reazioni chimiche tra di loro.

Pressione monocomponente miscela di gas chiamato pressione parziale .

Se assumiamo che tutti i gas della miscela siano gas ideali, la pressione della miscela è determinata dalla legge di Dalton: "La pressione di una miscela di gas ideali che non interagiscono chimicamente è uguale alla somma delle pressioni parziali".

Il suo valore è determinato dalla formula:

Ogni gas nella miscela crea una pressione parziale. La sua temperatura è uguale alla temperatura della miscela.

La pressione del gas può essere modificata cambiando la sua densità. Più gas viene pompato in un cilindro di metallo, più molecole colpiranno le pareti e maggiore sarà la sua pressione. Di conseguenza, pompando fuori il gas, lo diluiamo e la pressione diminuisce.

Ma la pressione del gas può essere modificata anche modificandone il volume o la temperatura, ovvero comprimendo il gas. La compressione viene eseguita applicando forza al corpo gassoso. Come risultato di questo effetto, il volume occupato da esso diminuisce, la pressione e la temperatura aumentano.

Il gas viene compresso nel cilindro del motore quando il pistone si muove. Nella produzione, l'alta pressione del gas viene creata comprimendolo con l'aiuto di dispositivi complessi: compressori, che sono in grado di creare pressione fino a diverse migliaia di atmosfere.

Vale la pena scegliere un sistema che distribuisca una sostanza gassosa secondo un criterio che valuta la pressione, il livello di riduzione ei principi di costruzione degli impianti che distribuiscono gasdotti (possono essere gasdotti ad anello, senza uscita e misti) in base a errori di calcolo economici e caratteristiche tecniche. Considerando il volume, le sfumature strutturali e la proprietà di densità del livello di gas consumato, l'affidabilità e la modalità sicura del sistema di approvvigionamento del gas, inoltre, gli edifici locali e le caratteristiche operative.

Tipi di gasdotti

I sistemi di gasdotti sono associati ai livelli di pressione di una sostanza gassosa che si muove attraverso di essi, sono suddivisi nei seguenti tipi:

1. Struttura del gasdotto ad alta pressione di primo grado in condizioni di pressione di esercizio della sostanza gassosa entro 0,71,3 MPa per sostanze naturali e miscela gas-aria e fino a 1,7 MPa per GPL;

2. Canale del gasdotto con un livello di alta pressione di seconda categoria in condizioni di pressione entro 0.40.7 MPa;

3. Un impianto di gasdotti con indicatori di pressione media ha una pressione di esercizio compresa tra 0,0060,4 MPa;

4. Canale del gas con livello di pressione a bassa pressione fino a 0,006 MPa.

Tipi di sistemi di approvvigionamento di gas

Il sistema di alimentazione del gas può essere dei seguenti tipi:

1. Unico livello, dove il gas è fornito ai consumatori solo attraverso un gasdotto prodotto degli stessi indicatori di pressione (sia con valori bassi che con valori medi);

2. A due livelli, dove il gas viene fornito alla cerchia dei consumatori attraverso un impianto di gasdotti con due diversi tipi di pressione (indicatori di livello 1 o 2 medio-bassa o medio-alta, o indicatori alti di 2 categorie di bassa);

3. Tre livelli, dove il passaggio della sostanza gassosa avviene attraverso un gasdotto a tre pressioni (alta del primo o secondo livello, media e bassa);

4. Multilevel, in cui il gas si muove lungo le linee del gas con quattro tipi di pressione: alta 1 e 2 livelli, media e bassa.

I sistemi di gasdotti con pressioni diverse, che sono inclusi nel sistema di alimentazione del gas, dovrebbero essere collegati mediante fratturazione idraulica, KDRD.

Per gli impianti termici dell'industria industriale e le apparecchiature per caldaie, separati dai gasdotti, si considera consentito l'uso di una sostanza gassosa con una pressione disponibile entro 1,3 MPa, a condizione che tali indicatori di pressione siano necessari per le caratteristiche del processo tecnico. È impossibile posare un sistema di gasdotti con una pressione superiore a 1,2 MPa per un edificio residenziale a più piani in un'area popolata, in aree in cui si trovano strutture pubbliche, in luoghi in cui si trova un gran numero di persone, ad esempio un mercato, uno stadio, un centro commerciale, un edificio teatrale.

Gli attuali sistemi di distribuzione della linea di alimentazione del gas sono costituiti da una complessa composizione complessa di strutture, che, a loro volta, hanno la forma di elementi di base quali anello di gas, reti cieche e miste con indicatori di bassa, media e alta pressione. Sono posati in aree urbane, altro insediamenti, nel cuore di quartieri o edifici. Inoltre, possono essere posizionati sui percorsi di una stazione di distribuzione del gas, un punto di controllo e installazione del gas, un sistema di comunicazione, un sistema di installazioni automatiche e apparecchiature telemeccaniche.

L'intera struttura deve garantire la fornitura di gas di consumo senza problemi. Il progetto deve avere un dispositivo di disconnessione diretto ai suoi singoli elementi e sezioni del gasdotto per eseguire riparazioni ed eliminare le emergenze. Tra le altre cose, garantisce il trasporto senza problemi della sostanza gassosa alle persone che consumano gas, ha un meccanismo semplice, un funzionamento sicuro, affidabile e conveniente.

È necessario progettare l'approvvigionamento di gas per l'intera regione, città o villaggio sulla base di disegni schematici e pianificazione del distretto, il piano generale della città, tenendo conto dello sviluppo futuro. Tutti gli elementi, i dispositivi, i meccanismi e le parti componenti del sistema di alimentazione del gas devono essere utilizzati allo stesso modo.

La scelta di un sistema di distribuzione e dei principi di costruzione di un gasdotto (anello, vicolo cieco, misto) dovrebbe essere effettuata sulla base di operazioni di regolamento tecnico ed economico, tenendo conto del volume, della struttura e della densità del consumo di gas.

L'impianto prescelto deve avere la massima efficienza, dal punto di vista economico, e deve necessariamente assumere processi costruttivi ed essere in grado di mettere parzialmente in servizio l'impianto di alimentazione del gas.

Classificazione dei gasdotti

Le parti principali del sistema di approvvigionamento del gas sono le strutture dei gasdotti, che hanno tipi a seconda della pressione del gas e dello scopo. A seconda degli indicatori di pressione del gas più alti trasportati, strutture di gasdotti si dividono in:

1. Impianto di gasdotti con indicatori di pressione di primo livello elevati in condizioni di indicatori di pressione della sostanza gassosa di oltre 0,7 MPa, fino a 1,7 MPa per DGS;

2. Prodotto del gasdotto con contrassegni di alta pressione di secondo livello in una modalità superiore a 0,4 MPa e fino a 0,7 MPa;

3. Filo con un livello di pressione medio, gli indicatori sono superiori a 0,005 MPa e variano fino a 0,4 MPa;

4. Progettare con velocità basse, vale a dire fino a 0,004 MPa.

Un sistema di gasdotti con segni di bassa pressione viene utilizzato per spostare il gas negli edifici residenziali e pubblici, negli esercizi di ristorazione, nei locali caldaie e nelle imprese domestiche. È consentito collegare piccoli impianti di consumo e locali caldaie al sistema di gasdotti a bassa pressione. Ma le grandi utenze non possono essere collegate a linee con indicatori di bassa pressione, poiché non ha senso spostare un grande volume di gas lungo di essa, non ha alcun vantaggio economico.

La struttura del gasdotto in media e alta pressione è concepita come fonte di alimentazione per la rete di distribuzione urbana a bassa e media pressione nel gasdotto di officine industriali e servizi.

La linea del gas di città ad alta pressione è considerata la linea principale che alimenta l'enorme città. È fatto come un enorme mezzo anello o ha un aspetto simile a un raggio. Attraverso di essa, la sostanza gassosa viene fornita attraverso la fratturazione idraulica alla rete con voti medi e alti, inoltre, alle grandi imprese industriali, il cui processo tecnologico presuppone la presenza di gas con una modalità operativa superiore a 0,8 MPa.

Sistema di approvvigionamento di gas della città

Indicatori di pressione del gas nella tubazione fino a 0,003 MPa

Il sistema di approvvigionamento del gas della città è un meccanismo serio che comprende strutture, dispositivi tecnici e condutture che assicurano il passaggio del gas a destinazione e lo distribuiscono tra imprese, servizi pubblici, consumatori, in base alla domanda.

Comprende le seguenti strutture:
1. Rete gas con clima basso, medio e alto;

2. Stazione di controllo del gas;

3. Punto di controllo del gas;

4. Apparecchiature per il controllo del gas;

5. Dispositivo di controllo e sistema di controllo automatico;

6. Dispositivi di dispacciamento;
7. Sistema operativo.

La fornitura della sostanza gassosa passa attraverso il gasdotto attraverso le stazioni di controllo del gas direttamente al gasdotto della città. Alla stazione di distribuzione del gas, gli indicatori di pressione diminuiscono con l'aiuto di valvole automatiche sul regolatore e rimangono invariati al livello richiesto per il consumo urbano per tutto il tempo. I tecnici includono un sistema nello schema GDS che fornisce protezione automaticamente. Inoltre, garantisce che le pressioni della linea CO siano mantenute e che non superino i livelli accettabili. Dalle stazioni di controllo del gas, la sostanza gassosa attraverso la linea del gas raggiunge i consumatori.

Poiché l'elemento principale dei sistemi di approvvigionamento di gas urbani sono le linee del gas, costituite dalle differenze di pressione del gasdotto, possono essere dei seguenti tipi:

1. Linea con segni di bassa pressione fino a 4 kPa;

2. Linea con valori di pressione medi fino a 0,4 MPa;

3. Rete con modalità ad alta pressione di secondo livello fino a 0,7 MPa;

4. Reti con letture di primo livello elevate fino a 1,3 MPa.

Il gas viene trasportato lungo le strutture dei gasdotti a bassa pressione e viene distribuito a edifici residenziali e pubblici e vari locali, nonché a officine di imprese domestiche.

In un gasdotto situato in un edificio residenziale, sono consentite pressioni fino a 3 kPa e nei locali di un'impresa domestica e di edifici pubblici fino a 5 kPa. Di norma, la pressione nella linea viene mantenuta a valori bassi (fino a 3 kPa) e tutte le strutture stanno cercando di essere collegate alla linea del gas, che non dispone di un regolatore di pressione del gas. Nei gasdotti a media ed alta pressione (0.6 MPa), il prodotto gassoso viene alimentato mediante fratturazione idraulica in linee a bassa e media pressione. All'interno della fratturazione idraulica è presente un dispositivo di protezione che funziona automaticamente. Elimina le possibilità di cadute di pressione da un livello basso oltre il valore consentito.

Attraverso analoghe comunicazioni attraverso il GRU, la sostanza gassosa viene fornita anche ai locali di imprese industriali e istituzioni comunali. Secondo gli standard attuali, la massima pressione per le imprese industriali, municipali e agricole, nonché per gli impianti di riscaldamento, è consentita entro 0,6 MPa e per le imprese domestiche e gli edifici adiacenti entro 0,3 MPa. Le installazioni che si trovano sulle facciate di un edificio residenziale o pubblico sono autorizzate a fornire gas con un indicatore di pressione non superiore a 0,3 MPa.

Le strutture di gasdotti con servizio medio e alto sono le reti di distribuzione della città. Un impianto di gasdotti con contrassegni ad alta pressione viene utilizzato esclusivamente nelle città metropolitane. I locali industriali possono essere collegati alla rete con media e alta pressione senza utilizzare regolatori, ovviamente, se questo è basato su calcoli tecnici ed economici. Gli impianti urbani sono costruiti secondo una gerarchia, che a sua volta è suddivisa in base alla pressione del gasdotto.

La gerarchia ha diversi livelli:

1. Le linee ad alta e media pressione sono la base dei gasdotti urbani. Le prenotazioni vengono effettuate suonando e duplicando i singoli posti. Una rete senza uscita può essere solo nelle piccole città. La sostanza gassosa si muove gradualmente attraverso i livelli a bassa pressione, è prodotta dalle oscillazioni sulla valvola di regolazione della fratturazione idraulica e rimane costantemente al livello. Nel caso in cui ci siano più consumatori di gas diversi in una sezione, è consentito posare linee di gas parallele con pressione diversa... Ma il design con alta e media pressione crea una rete in città, che ha sfumature idrauliche.

2. Rete a bassa pressione. Fornisce gas a un'ampia varietà di consumatori. Il progetto di rete viene realizzato con caratteristiche miste, mentre vengono realizzati loop solo dei principali canali del gasdotto, in altri casi vengono creati canali senza uscita. Un gasdotto a bassa pressione non può dividere un fiume, un lago o un burrone e ferrovia, autostrada. Non può essere posato in aree industriali, quindi non può far parte di un'unica rete idraulica. I progetti di griglie a basse prestazioni vengono creati come una linea locale che ha più fonti di alimentazione attraverso le quali viene fornito il gas.

3. Struttura a gas di un edificio residenziale o pubblico, officina industriale o impresa. Non sono sottoposti a backup. La pressione dipende dallo scopo della rete e dal livello richiesto per l'installazione.

A seconda del numero di diplomi, i sistemi urbani sono divisi :

1. La rete a due livelli è costituita da linee di bassa e media pressione o di bassa e alta pressione.

2. La linea a tre livelli include un sistema di bassa, media e alta pressione.

3. La rete a livello è costituita da strutture di gasdotti di tutti i livelli.

Il gasdotto cittadino ad alta e media pressione viene creato come un'unica linea che fornisce gas all'impresa, alla centrale termica, alle utenze e alla stessa stazione di fratturazione idraulica. È molto più vantaggioso creare una linea unica, a differenza di una linea divisoria per locali industriali e, in generale, per un comparto gas domestico.

Scegli un sistema urbano basato su tali sfumature:

1. Qual è la dimensione della città.

2. Pianta dell'area urbana.

3. Edifici in esso.

4. Qual è la popolazione della città.

5. Caratteristiche di tutte le imprese della città.

6. Prospettive per lo sviluppo della metropoli.

Dopo aver scelto il sistema necessario, è necessario tener conto che deve soddisfare i requisiti di economia, sicurezza e affidabilità nell'uso. Esprime semplicità e facilità d'uso, supponiamo la chiusura delle sue singole sezioni per eseguire lavori di riparazione. Inoltre, tutte le parti, i dispositivi e i dispositivi nel sistema selezionato devono avere lo stesso tipo di parti.

Il gas viene fornito alla città tramite una linea multilivello tramite due autostrade attraverso la stazione, il che, a sua volta, aumenta il livello di affidabilità. La stazione è collegata a una sezione ad alta pressione, che si trova alla periferia delle linee urbane. Da questa sezione, il gas viene immesso negli anelli ad alta o media pressione. Se è impraticabile e inaccettabile creare una rete di gasdotti ad alta pressione nel centro di una metropoli, allora devono essere divisi in due parti: una rete a media pressione al centro e una rete ad alta pressione in periferia.

Per poter chiudere parti del gasdotto ad alta e media pressione, singole sezioni a bassa pressione, strutture su edifici residenziali, officine industriali e locali montano dispositivi che chiudono o, semplicemente, rubinetti speciali (vedi). La valvola deve essere installata in ingresso e in uscita, sulle diramazioni del gasdotto stradale, all'incrocio di vari ostacoli, impianti ferroviari e strade.

Sulle linee esterne, una valvola è installata nel pozzo insieme, che mostra i valori di temperatura e tensione. Inoltre, fornisce una comoda installazione e smontaggio degli elementi di chiusura della valvola. Il pozzo deve essere posizionato, tenendo conto della distanza di due metri da edifici o recinzioni. Il numero di barriere dovrebbe essere giustificato e dovrebbe essere il minimo possibile. Quando si entra nella stanza, la valvola a saracinesca è installata sul muro, mentre è necessario mantenere una certa distanza da porte e finestre. Se i raccordi si trovano sopra i 2 metri, è necessario prevedere un luogo con una scala per poterlo riparare.

Nella maggior parte dei casi, i cottage vengono alimentati con gas attraverso reti a media pressione, ma non a bassa pressione. In primo luogo, ciò fornisce un dispositivo di regolazione aggiuntivo, poiché le letture della pressione sono più elevate. In secondo luogo, le caldaie a gas hanno recentemente guadagnato popolarità, quindi solo a media pressione è possibile fornire gas nella quantità richiesta ai consumatori.

Durante la gassificazione in condizioni di bassa pressione, le prestazioni del dispositivo finale diminuiranno. Ad esempio, se una pressione di circa 300 è considerata ammissibile in inverno, se ci si allontana dalla fratturazione idraulica, gli indicatori per i consumatori scenderanno a 120. Prima del gelo, la pressione del gas è sufficiente. Ma se arriva un forte gelo e tutti iniziano a essere riscaldati con caldaie a gas, accendendo la piena potenza, la pressione dei proprietari del cottage alla periferia diminuisce in modo significativo. E quando la pressione è inferiore a 120, i proprietari delle caldaie iniziano a riscontrare problemi, ad esempio l'impianto della caldaia si spegne o mostra che l'alimentazione del gas è stata interrotta. In condizioni di media pressione, il gas si muove attraverso la tubazione in uno stato compresso. Inoltre, tramite il regolatore, la pressione viene ridotta a valori bassi e la caldaia funziona senza problemi.

Un uomo con gli sci, e senza di loro.

Una persona cammina nella neve a debole coesione con grande difficoltà, affondando profondamente ad ogni passo. Ma, dopo aver messo gli sci, può camminare, quasi senza caderci dentro. Perché? Con gli sci o senza sci, una persona agisce sulla neve con la stessa forza pari al suo peso. Tuttavia, l'azione di questa forza è diversa in entrambi i casi, perché la superficie su cui la persona preme è diversa, con e senza sci. La superficie degli sci è quasi 20 volte l'area della suola. Pertanto, stando in piedi sugli sci, una persona agisce su ogni centimetro quadrato della superficie della neve con una forza 20 volte inferiore rispetto a quella in piedi sulla neve senza sci.

Uno studente, appuntando un giornale alla lavagna con i pulsanti, agisce su ciascun pulsante con la stessa forza. Tuttavia, un pulsante con un'estremità più affilata facilita l'inserimento nell'albero.

Ciò significa che il risultato dell'azione della forza dipende non solo dal suo modulo, direzione e punto di applicazione, ma anche dall'area della superficie su cui è applicata (perpendicolare alla quale agisce).

Questa conclusione è confermata da esperimenti fisici.

Esperienza L'effetto di una data forza dipende dalla forza che agisce su un'unità di superficie.

Agli angoli di una piccola tavola, devi guidare con le unghie. Per prima cosa, posiziona i chiodi conficcati nella tavola nella sabbia con le punte in alto e metti un peso sulla tavola. In questo caso, le teste dei chiodi vengono premute solo leggermente nella sabbia. Quindi capovolgi la tavola e metti i chiodi sul bordo. In questo caso, l'area di supporto è più piccola e, sotto l'azione della stessa forza, i chiodi vanno in profondità nella sabbia.

Esperienza. Seconda illustrazione.

L'effetto di questa forza dipende da quale forza agisce su ciascuna unità di superficie.

Negli esempi considerati, le forze hanno agito perpendicolarmente alla superficie del corpo. Il peso della persona era perpendicolare alla superficie della neve; la forza che agisce sul pulsante è perpendicolare alla superficie della tavola.

Una quantità uguale al rapporto tra la forza che agisce perpendicolarmente alla superficie rispetto all'area di questa superficie è chiamata pressione.

Per determinare la pressione, la forza che agisce perpendicolarmente alla superficie deve essere divisa per l'area della superficie:

pressione \u003d forza / area.

Designiamo le quantità incluse in questa espressione: pressione - p, la forza che agisce sulla superficie è F e superficie - S.

Quindi otteniamo la formula:

p \u003d F / S

È chiaro che una forza maggiore che agisce sulla stessa area produrrà più pressione.

L'unità di pressione è la pressione che produce una forza di 1 N che agisce su una superficie con un'area di 1 m 2 perpendicolare a questa superficie.

Unità di pressione - newton per metro quadrato (1 N / m 2). In onore dello scienziato francese Blaise Pascal si chiama pascal ( papà). In questo modo,

1 Pa \u003d 1 N / m 2.

Vengono utilizzate anche altre unità di pressione: ettopascal (hPa) e kilopascal (kPa).

1 kPa \u003d 1000 Pa;

1 hPa \u003d 100 Pa;

1 Pa \u003d 0,001 kPa;

1 Pa \u003d 0,01 hPa.

Scriviamo le condizioni del problema e risolviamolo.

Dato : m \u003d 45 kg, S \u003d 300 cm 2; p \u003d?

Nelle unità SI: S \u003d 0,03 m 2

Decisione:

p = F/S,

F = P,

P = g m,

P \u003d 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,

p \u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa

"Risposta": p \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa

Modi per diminuire e aumentare la pressione.

Un trattore cingolato pesante produce una pressione di 40-50 kPa sul terreno, cioè solo 2-3 volte superiore alla pressione di un ragazzo di 45 kg. Questo perché il peso del trattore è distribuito su un'area più ampia dalla trasmissione del cingolo. E lo abbiamo stabilito maggiore è l'area di supporto, minore è la pressione esercitata dalla stessa forza su questo supporto .

A seconda che sia necessario ottenere una pressione bassa o alta, l'area di appoggio aumenta o diminuisce. Ad esempio, affinché il terreno possa resistere alla pressione dell'edificio in costruzione, l'area della parte inferiore della fondazione viene aumentata.

Gli pneumatici degli autocarri e dei telai degli aerei sono molto più larghi di quelli delle autovetture. Gli pneumatici sono particolarmente larghi per i veicoli progettati per viaggiare nei deserti.

I veicoli pesanti, come un trattore, un carro armato o un veicolo da palude, che hanno un'ampia area di appoggio dei binari, passano attraverso un terreno paludoso che una persona non passerà.

D'altra parte, con una piccola area superficiale, una piccola forza può produrre molta pressione. Ad esempio, premendo un pulsante nella scheda, agiamo su di esso con una forza di circa 50 N. Poiché l'area della punta del pulsante è di circa 1 mm 2, la pressione che produce è:

p \u003d 50 N / 0.000.001 m 2 \u003d 50.000.000 Pa \u003d 50.000 kPa.

In confronto, questa pressione è 1000 volte la pressione esercitata da un trattore cingolato sul terreno. Si possono trovare molti altri esempi.

La lama di taglio e la punta degli strumenti di perforazione (coltelli, forbici, incisivi, seghe, aghi, ecc.) Sono affilati in modo speciale. Il bordo affilato di una lama affilata ha una piccola area, quindi anche una piccola forza crea molta pressione ed è facile da lavorare.

In natura si trovano anche dispositivi per tagliare e pugnalare: si tratta di denti, artigli, becchi, spine, ecc. - Tutti sono fatti di materiale duro, liscio e molto affilato.

Pressione

È noto che le molecole di gas si muovono in modo casuale.

Sappiamo già che i gas, a differenza dei solidi e dei liquidi, riempiono l'intero serbatoio in cui si trovano. Ad esempio, una bombola del gas in acciaio, un tubo di pneumatico per auto o una pallavolo. In questo caso, il gas esercita una pressione sulle pareti, sul fondo e sul coperchio del cilindro, della camera o di qualsiasi altro corpo in cui si trova. La pressione del gas è dovuta a ragioni diverse dalla pressione solido sul supporto.

È noto che le molecole di gas si muovono in modo casuale. Mentre si muovono, entrano in collisione tra loro, così come con le pareti della nave in cui si trova il gas. Ci sono molte molecole nel gas, quindi il numero dei loro impatti è molto grande. Ad esempio, il numero di impatti delle molecole d'aria in una stanza su una superficie di 1 cm 2 in 1 s è espresso in un numero di ventitre cifre. Sebbene la forza di impatto di una singola molecola sia piccola, l'effetto di tutte le molecole sulle pareti del vaso è significativo e crea pressione del gas.

Così, la pressione del gas sulle pareti del vaso (e sul corpo immesso nel gas) è causata dall'impatto delle molecole di gas .

Considera la seguente esperienza. Posiziona una palla di gomma sotto la campana della pompa dell'aria. Contiene una piccola quantità d'aria ed è di forma irregolare. Quindi pompare l'aria da sotto la campana con una pompa. Il guscio della palla, attorno al quale l'aria diventa sempre più rarefatta, si gonfia gradualmente e assume la forma di una palla regolare.

Come si spiega questa esperienza?

Per lo stoccaggio e il trasporto di gas compresso vengono utilizzate bombole speciali in acciaio resistente.

Nel nostro esperimento, le molecole di gas in movimento colpiscono continuamente le pareti della palla all'interno e all'esterno. Quando l'aria viene pompata, il numero di molecole nella campana attorno al guscio della palla diminuisce. Ma dentro la palla, il loro numero non cambia. Pertanto, il numero di impatti delle molecole contro le pareti esterne del guscio diventa inferiore al numero di impatti contro le pareti interne. La palla viene gonfiata fino a quando la forza di elasticità del suo guscio di gomma diventa uguale alla forza della pressione del gas. Il guscio della palla prende la forma di una palla. Questo dimostra che il gas preme ugualmente sulle pareti in tutte le direzioni... In altre parole, il numero di impatti molecolari per centimetro quadrato di superficie è lo stesso in tutte le direzioni. La stessa pressione in tutte le direzioni è caratteristica di un gas ed è una conseguenza del movimento disordinato di un numero enorme di molecole.

Proviamo a ridurre il volume del gas, ma in modo che la sua massa rimanga invariata. Ciò significa che in ogni centimetro cubo di gas ci saranno più molecole e la densità del gas aumenterà. Quindi il numero di collisioni di molecole contro le pareti aumenterà, cioè la pressione del gas aumenterà. Ciò può essere confermato dall'esperienza.

Nell'immagine un raffigura un tubo di vetro, un'estremità del quale è ricoperta da una sottile pellicola di gomma. Un pistone è inserito nel tubo. Quando il pistone viene spinto all'interno, il volume di aria nel tubo diminuisce, ovvero il gas viene compresso. Il foglio di gomma si piega verso l'esterno, indicando che la pressione dell'aria nel tubo è aumentata.

Al contrario, con un aumento del volume della stessa massa di gas, il numero di molecole in ogni centimetro cubo diminuisce. Ciò ridurrà il numero di colpi contro le pareti della nave: la pressione del gas sarà inferiore. Infatti, quando il pistone viene estratto dal tubo, il volume d'aria aumenta e il film si piega all'interno del vaso. Ciò indica una diminuzione della pressione dell'aria nel tubo. Lo stesso fenomeno si osserverebbe se, al posto dell'aria, ci fosse qualche altro gas nel tubo.

Così, con una diminuzione del volume del gas, la sua pressione aumenta e con un aumento di volume, la pressione diminuisce, a condizione che la massa e la temperatura del gas rimangano invariate.

E come cambierà la pressione del gas se viene riscaldato a volume costante? È noto che la velocità di movimento delle molecole di gas aumenta con il riscaldamento. Muovendosi più velocemente, le molecole colpiranno più spesso la parete del vaso. Inoltre, ogni impatto della molecola contro il muro sarà più forte. Di conseguenza, le pareti della nave subiranno una maggiore pressione.

Quindi, la pressione del gas in un recipiente chiuso è maggiore, maggiore è la temperatura del gas, a condizione che la massa e il volume del gas non cambino.

Da questi esperimenti si può concludere che la pressione del gas è maggiore, più spesso e più forti le molecole colpiscono le pareti del vaso .

Per lo stoccaggio e il trasporto dei gas, sono fortemente compressi. Allo stesso tempo, la loro pressione aumenta, i gas devono essere racchiusi in bombole speciali e molto resistenti. Tali bombole, ad esempio, contengono aria compressa nei sottomarini, ossigeno utilizzato nella saldatura dei metalli. Certo, dobbiamo ricordare per sempre che le bombole del gas non devono essere riscaldate, soprattutto quando sono riempite di gas. Perché, come abbiamo già capito, può verificarsi un'esplosione con conseguenze molto spiacevoli.

Legge di Pascal.

La pressione viene trasmessa in ogni punto del liquido o del gas.

La pressione del pistone viene trasmessa in ogni punto del fluido che riempie la sfera.

Adesso il gas.

A differenza dei solidi, i singoli strati e le piccole particelle di liquido e gas possono muoversi liberamente l'uno rispetto all'altro in tutte le direzioni. È sufficiente, ad esempio, soffiare leggermente sulla superficie dell'acqua in un bicchiere per far muovere l'acqua. Le increspature appaiono su un fiume o un lago alla minima brezza.

La mobilità del gas e delle particelle liquide lo spiega la pressione esercitata su di essi viene trasmessa non solo nella direzione dell'azione della forza, ma in ogni punto... Consideriamo questo fenomeno in modo più dettagliato.

Nell'immagine, un raffigura una nave contenente un gas (o liquido). Le particelle sono distribuite uniformemente in tutto il vaso. La nave è chiusa da un pistone che può muoversi su e giù.

Applicando una certa forza, forzeremo il pistone a spostarsi leggermente verso l'interno e comprimeremo il gas (liquido) immediatamente sotto di esso. Quindi le particelle (molecole) si troveranno in questo luogo più densamente di prima (Fig, b). A causa della mobilità, le particelle di gas si muoveranno in tutte le direzioni. Di conseguenza, la loro disposizione diventerà di nuovo uniforme, ma più densa di prima (Fig, c). Pertanto, la pressione del gas aumenterà ovunque. Ciò significa che la pressione aggiuntiva viene trasferita a tutte le particelle di un gas o di un liquido. Quindi, se la pressione sul gas (liquido) vicino al pistone stesso aumenta di 1 Pa, allora in tutti i punti dentro gas o liquido, la pressione aumenterà della stessa quantità. La pressione sulle pareti della nave, sul fondo e sul pistone aumenterà di 1 Pa.

La pressione applicata a un liquido o gas viene trasmessa in qualsiasi punto allo stesso modo in tutte le direzioni .

Questa affermazione è chiamata legge di Pascal.

I seguenti esperimenti possono essere facilmente spiegati sulla base della legge di Pascal.

La figura mostra una palla cava con piccoli fori in vari punti. Un tubo è attaccato alla sfera, in cui è inserito un pistone. Se attiri acqua nella palla e spingi il pistone nel tubo, l'acqua scorrerà da tutti i fori della palla. In questo esperimento, il pistone preme contro la superficie dell'acqua nel tubo. Le particelle d'acqua sotto il pistone, essendo compattate, trasferiscono la sua pressione ad altri strati più profondi. Pertanto, la pressione del pistone viene trasmessa a ciascun punto del fluido che riempie la sfera. Di conseguenza, una parte dell'acqua viene spinta fuori dalla palla sotto forma di flussi identici che escono da tutti i fori.

Se la palla è piena di fumo, quando il pistone viene spinto nel tubo, flussi di fumo identici inizieranno a uscire da tutti i fori della palla. Ciò conferma che e i gas trasmettono la pressione prodotta su di essi in tutte le direzioni allo stesso modo.

Pressione in liquido e gas.

Il peso del liquido farà piegare il fondo in gomma del tubo.

I fluidi, come tutti i corpi sulla Terra, sono influenzati dalla gravità. Pertanto, ogni strato di liquido versato nel recipiente, con il proprio peso, crea una pressione che, secondo la legge di Pascal, viene trasmessa in tutte le direzioni. Pertanto, c'è pressione all'interno del liquido. Questo può essere visto per esperienza.

Versare l'acqua in un tubo di vetro, la cui apertura inferiore è coperta da una sottile pellicola di gomma. Il fondo del tubo si piegherà sotto l'influenza del peso del liquido.

L'esperienza mostra che più alta è la colonna d'acqua sopra il film di gomma, più si piega. Ma ogni volta dopo che il fondo in gomma si piega, l'acqua nel tubo torna in equilibrio (si ferma), poiché, oltre alla gravità, agisce sull'acqua la forza elastica del film di gomma teso.

Le forze che agiscono sul film di gomma

sono gli stessi su entrambi i lati.

Illustrazione.

Il fondo si allontana dal cilindro a causa della pressione di gravità su di esso.

Abbassiamo un tubo con un fondo di gomma, in cui viene versata l'acqua, in un altro recipiente più largo con acqua. Vedremo che man mano che il tubo si abbassa, il film di gomma si raddrizza gradualmente. Il raddrizzamento completo del film mostra che le forze che agiscono su di esso dall'alto e dal basso sono uguali. Il raddrizzamento completo del film si verifica quando i livelli dell'acqua nel tubo e nel serbatoio coincidono.

Lo stesso esperimento può essere eseguito con un tubo in cui una pellicola di gomma copre l'apertura laterale, come mostrato in figura, a. Immergere questo tubo con acqua in un altro recipiente con acqua, come mostrato nella figura, b... Noteremo che la pellicola si raddrizzerà di nuovo non appena i livelli dell'acqua nel tubo e nel vaso diventeranno uguali. Ciò significa che le forze che agiscono sul foglio di gomma sono le stesse su tutti i lati.

Prendiamo una nave, il cui fondo può cadere. Mettiamolo in un barattolo d'acqua. In questo caso, il fondo verrà premuto saldamente contro il bordo della nave e non cadrà. Viene premuto dalla forza della pressione dell'acqua diretta dal basso verso l'alto.

Verseremo con cura l'acqua nella nave e guarderemo il suo fondo. Non appena il livello dell'acqua nel vaso coincide con il livello dell'acqua nel vaso, cadrà dal vaso.

Al momento della separazione, una colonna di liquido nel recipiente preme dall'alto verso il basso verso il basso e dal basso verso l'alto verso il basso, viene trasmessa la pressione della colonna di liquido della stessa altezza, ma situata nella banca. Entrambe queste pressioni sono le stesse, ma il fondo si allontana dal cilindro a causa dell'azione della sua stessa gravità.

Gli esperimenti con l'acqua sono stati descritti sopra, ma se prendi qualsiasi altro liquido invece dell'acqua, i risultati dell'esperimento saranno gli stessi.

Quindi, gli esperimenti lo dimostrano c'è pressione all'interno del liquido e allo stesso livello è la stessa in tutte le direzioni. La pressione aumenta con la profondità.

I gas sotto questo aspetto non differiscono dai liquidi, perché hanno anche un peso. Ma dobbiamo ricordare che la densità di un gas è centinaia di volte inferiore alla densità di un liquido. Il peso del gas nel serbatoio è piccolo e in molti casi la pressione del suo "peso" può essere ignorata.

Calcolo della pressione del fluido sul fondo e sulle pareti della nave.

Calcolo della pressione del fluido sul fondo e sulle pareti della nave.

Consideriamo come si può calcolare la pressione del liquido sul fondo e sulle pareti della nave. Risolviamo prima il problema per un vaso avente la forma di un parallelepipedo rettangolare.

Vigore F, con cui il liquido versato in questo vaso, preme sul fondo, è uguale al peso P liquido nella nave. Il peso di un liquido può essere determinato conoscendo la sua massa m... Come sapete, la massa può essere calcolata con la formula: m \u003d ρ V... Il volume di liquido versato nel recipiente di nostra scelta è facile da calcolare. Se l'altezza della colonna di liquido nella nave è indicata dalla lettera he l'area del fondo della nave Spoi V \u003d S h.

Massa liquida m \u003d ρ V, o m \u003d ρ S h .

Il peso di questo liquido P \u003d g m, o P \u003d g ρ S h.

Poiché il peso di una colonna di liquido è uguale alla forza con cui il liquido preme sul fondo del vaso, quindi, dividendo il peso P Alla piazza S, otteniamo la pressione del fluido p:

p \u003d P / S, o p \u003d g ρ S h / S,

Abbiamo ottenuto una formula per calcolare la pressione del liquido sul fondo del recipiente. Questa formula lo mostra la pressione del liquido sul fondo del recipiente dipende solo dalla densità e dall'altezza della colonna del liquido.

Pertanto, secondo la formula derivata, è possibile calcolare la pressione del liquido versato nel recipiente qualsiasi forma (A rigor di termini, il nostro calcolo è adatto solo per vasi con la forma di un prisma dritto e un cilindro. I corsi di fisica per l'istituto hanno dimostrato che la formula è valida anche per un vaso di forma arbitraria). Inoltre, può essere utilizzato per calcolare la pressione sulle pareti del vaso. Anche la pressione all'interno del liquido, compresa la pressione dal basso verso l'alto, viene calcolata utilizzando questa formula, poiché la pressione alla stessa profondità è la stessa in tutte le direzioni.

Quando si calcola la pressione secondo la formula p \u003d gρh bisogno di densità ρ espresso in chilogrammi per metro cubo (kg / m3) e l'altezza della colonna di liquido h - in metri (m), g \u003d 9,8 N / kg, la pressione sarà espressa in pascal (Pa).

Esempio... Determinare la pressione dell'olio sul fondo del serbatoio, se l'altezza della colonna dell'olio è di 10 m e la sua densità è di 800 kg / m 3.

Scriviamo la condizione del problema e scriviamola.

Dato :

ρ \u003d 800 kg / m 3

Decisione :

p \u003d 9,8 N / kg · 800 kg / m 3 · 10 m ≈ 80.000 Pa ≈ 80 kPa.

Risposta : p ≈ 80 kPa.

Vasi comunicanti.

Vasi comunicanti.

La figura mostra due vasi collegati da un tubo di gomma. Tali navi sono chiamate comunicare... Un annaffiatoio, un bollitore, una caffettiera sono esempi di vasi comunicanti. Sappiamo per esperienza che l'acqua versata in un annaffiatoio, ad esempio, si trova sempre allo stesso livello nel beccuccio e all'interno.

I vasi comunicanti sono comuni per noi. Ad esempio, potrebbe essere un bollitore, un annaffiatoio o una caffettiera.

Le superfici di un liquido omogeneo sono poste allo stesso livello in vasi comunicanti di qualsiasi forma.

Liquidi di diversa densità.

Il seguente semplice esperimento può essere eseguito con vasi comunicanti. All'inizio dell'esperimento, fissiamo il tubo di gomma al centro e versiamo l'acqua in uno dei tubi. Quindi apriamo il morsetto e l'acqua scorre istantaneamente nell'altro tubo fino a quando le superfici dell'acqua in entrambi i tubi non sono allo stesso livello. È possibile fissare uno dei tubi su un treppiede e alzare, abbassare o inclinare l'altro in direzioni diverse. E in questo caso, non appena il liquido si calma, i suoi livelli in entrambi i tubi si equalizzeranno.

In vasi comunicanti di qualsiasi forma e sezione trasversale, le superfici di un liquido omogeneo sono poste allo stesso livello (a condizione che la pressione dell'aria al di sopra del liquido sia la stessa) (Fig.109).

Ciò può essere giustificato come segue. Il liquido è a riposo senza spostarsi da una nave all'altra. Ciò significa che le pressioni in entrambe le navi sono le stesse a qualsiasi livello. Il liquido in entrambi i vasi è lo stesso, cioè ha la stessa densità. Pertanto, le sue altezze devono essere le stesse. Quando solleviamo un vaso o aggiungiamo liquido ad esso, la pressione in esso aumenta e il liquido si sposta su un altro vaso fino a quando le pressioni non sono equalizzate.

Se un liquido di una densità viene versato in uno dei vasi comunicanti e una densità diversa nel secondo, allora in equilibrio i livelli di questi liquidi non saranno gli stessi. E questo è comprensibile. Sappiamo che la pressione del liquido sul fondo del vaso è direttamente proporzionale all'altezza della colonna e alla densità del liquido. E in questo caso, le densità dei liquidi saranno diverse.

A parità di pressioni, l'altezza di una colonna di liquido con una densità maggiore sarà inferiore all'altezza di una colonna di liquido con una densità inferiore (Fig.).

Esperienza. Come determinare la massa d'aria.

Peso dell'aria. Pressione atmosferica.

L'esistenza della pressione atmosferica.

La pressione atmosferica è maggiore della pressione dell'aria rarefatta nel vaso.

La forza di gravità agisce sull'aria, come su qualsiasi corpo sulla Terra, e, quindi, l'aria ha un peso. Il peso dell'aria può essere facilmente calcolato conoscendone la massa.

Ti mostreremo sperimentalmente come calcolare la massa d'aria. Per fare questo, devi prendere una palla di vetro forte con un tappo e un tubo di gomma con un morsetto. Ne pompiamo aria fuori con una pompa, fissiamo il tubo con un morsetto e lo bilanciamo sulla bilancia. Quindi, aprendo la fascetta sul tubo di gomma, lasciate entrare l'aria. L'equilibrio dei pesi sarà disturbato. Per ripristinarlo, dovrai mettere dei pesi su un altro piatto di bilance, la cui massa sarà uguale alla massa d'aria nel volume della palla.

Gli esperimenti hanno stabilito che a una temperatura di 0 ° C e alla normale pressione atmosferica, la massa d'aria con un volume di 1 m 3 è di 1,29 kg. Il peso di quest'aria è facile da calcolare:

P \u003d g m, P \u003d 9,8 N / kg 1,29 kg ≈ 13 N.

Viene chiamato il guscio d'aria che circonda la Terra atmosfera (dal greco. atmos - vapore, aria e sfera - palla).

L'atmosfera, come dimostrano le osservazioni del volo dei satelliti artificiali terrestri, si estende ad un'altitudine di diverse migliaia di chilometri.

A causa dell'azione della gravità, gli strati superiori dell'atmosfera, come l'acqua dell'oceano, comprimono gli strati inferiori. Lo strato d'aria adiacente direttamente alla Terra è il più compresso e, secondo la legge di Pascal, trasferisce la pressione prodotta su di esso in tutte le direzioni.

Di conseguenza, la superficie terrestre ei corpi su di essa subiscono la pressione dell'intero spessore dell'aria o, come si dice solitamente in questi casi, sperimentano pressione atmosferica .

L'esistenza della pressione atmosferica può spiegare molti dei fenomeni che incontriamo nella vita. Consideriamo alcuni di loro.

La figura mostra un tubo di vetro, all'interno del quale è presente un pistone che si adatta perfettamente alle pareti del tubo. L'estremità del tubo viene abbassata con acqua. Se sollevi il pistone, l'acqua salirà dietro di esso.

Questo fenomeno è utilizzato nelle pompe dell'acqua e in alcuni altri dispositivi.

La figura mostra un vaso cilindrico. È chiuso con un tappo in cui è inserito un tubo con un rubinetto. L'aria viene evacuata dalla nave da una pompa. Quindi l'estremità del tubo viene posta in acqua. Se apri il rubinetto ora, l'acqua spruzzerà all'interno del vaso come una fontana. L'acqua entra nel vaso perché la pressione atmosferica è maggiore della pressione dell'aria rarefatta nel vaso.

Perché esiste il guscio d'aria della Terra?

Come tutti i corpi, le molecole di gas che compongono il guscio d'aria della Terra sono attratte dalla Terra.

Ma perché allora non cadono tutti sulla superficie della Terra? Come viene preservata l'involucro d'aria della Terra e la sua atmosfera? Per capirlo, bisogna tener conto che le molecole di gas sono in movimento continuo e disordinato. Ma poi sorge un'altra domanda: perché queste molecole non volano via nello spazio del mondo, cioè nello spazio.

Per lasciare completamente la Terra, una molecola, come un'astronave o un razzo, deve avere una velocità molto elevata (almeno 11,2 km / s). Questo è il cosiddetto seconda velocità spaziale... La velocità della maggior parte delle molecole dell'involucro d'aria terrestre è molto inferiore a questa velocità cosmica. Pertanto, la maggior parte di loro sono legati alla Terra dalla gravità, solo un numero trascurabile di molecole vola fuori dalla Terra nello spazio.

Il movimento disordinato delle molecole e l'azione della gravità su di esse fanno sì che le molecole di gas "fluttuino" nello spazio vicino alla Terra, formando un involucro d'aria, o l'atmosfera che conosciamo.

Le misurazioni mostrano che la densità dell'aria diminuisce rapidamente con l'altitudine. Quindi, ad un'altitudine di 5,5 km sopra la Terra, la densità dell'aria è 2 volte inferiore alla sua densità sulla superficie della Terra, a un'altitudine di 11 km - 4 volte inferiore, ecc. Più è alta, più l'aria è rarefatta. E infine, negli strati più alti (centinaia e migliaia di chilometri sopra la Terra), l'atmosfera passa gradualmente in uno spazio senz'aria. L'involucro d'aria della Terra non ha un confine chiaro.

A rigor di termini, a causa dell'azione della gravità, la densità del gas in qualsiasi vaso chiuso non è la stessa per tutto il volume del vaso. Sul fondo del vaso, la densità del gas è maggiore che nelle sue parti superiori, quindi la pressione nel serbatoio non è la stessa. È più grande nella parte inferiore della nave che nella parte superiore. Tuttavia, per il gas contenuto nel serbatoio, questa differenza di densità e pressione è così piccola che in molti casi può essere completamente ignorata, basta essere consapevoli. Ma per un'atmosfera che si estende per diverse migliaia di chilometri, la differenza è significativa.

Misura della pressione atmosferica. L'esperienza Torricelli.

È impossibile calcolare la pressione atmosferica utilizzando la formula per il calcolo della pressione di una colonna liquida (§ 38). Per un tale calcolo, è necessario conoscere l'altezza dell'atmosfera e la densità dell'aria. Ma l'atmosfera non ha un confine definito e la densità dell'aria a diverse altezze è diversa. Tuttavia, la pressione atmosferica può essere misurata utilizzando un esperimento proposto nel XVII secolo da uno scienziato italiano Evangelista Torricelli , un discepolo di Galileo.

L'esperimento di Torricelli è il seguente: un tubo di vetro lungo circa 1 m, sigillato ad un'estremità, viene riempito di mercurio. Quindi, chiudendo ermeticamente la seconda estremità del tubo, viene capovolta e abbassata in una tazza con mercurio, dove questa estremità del tubo viene aperta sotto il livello del mercurio. Come in ogni esperimento con un liquido, parte del mercurio viene versato nella tazza e parte di esso rimane nel tubo. L'altezza della colonna di mercurio rimasta nel tubo è di circa 760 mm. Non c'è aria sopra il mercurio all'interno del tubo, c'è uno spazio senz'aria, quindi nessun gas esercita pressione sulla parte superiore della colonna di mercurio all'interno di questo tubo e non influisce sulle misurazioni.

Spiega anche Torricelli, che ha proposto l'esperienza sopra descritta. L'atmosfera preme sulla superficie del mercurio nella tazza. Mercurio è in equilibrio. Ciò significa che la pressione nel tubo è a livello aa1 (vedi Fig.) È uguale alla pressione atmosferica. Quando la pressione atmosferica cambia, cambia anche l'altezza della colonna di mercurio nel tubo. Con l'aumentare della pressione, la colonna si allunga. Al diminuire della pressione, la colonna di mercurio diminuisce la sua altezza.

La pressione nel tubo al livello aa1 è creata dal peso della colonna di mercurio nel tubo, poiché non c'è aria nella parte superiore del tubo sopra il mercurio. Quindi ne consegue che la pressione atmosferica è uguale alla pressione della colonna di mercurio nel tubo , cioè

p atm \u003d p mercurio.

Maggiore è la pressione atmosferica, maggiore è la colonna di mercurio nell'esperimento Torricelli. Pertanto, in pratica, la pressione atmosferica può essere misurata dall'altezza della colonna di mercurio (in millimetri o centimetri). Se, ad esempio, la pressione atmosferica è 780 mm Hg. Arte. (si dice "millimetri di mercurio"), questo significa che l'aria produce la stessa pressione che produce una colonna verticale di mercurio alta 780 mm.

Pertanto, in questo caso, 1 millimetro di mercurio (1 mm Hg) viene preso come unità di misura della pressione atmosferica. Troviamo il rapporto tra questa unità e l'unità che conosciamo - pascal (Papà).

La pressione di una colonna di mercurio ρ di mercurio alta 1 mm è pari a:

p = g ρ h, p \u003d 9,8 N / kg · 13600 kg / m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.

Quindi, 1 mm Hg. Arte. \u003d 133,3 Pa.

Attualmente, la pressione atmosferica viene solitamente misurata in ettopascal (1 hPa \u003d 100 Pa). Ad esempio, i bollettini meteorologici possono annunciare che la pressione è 1013 hPa, che è la stessa di 760 mm Hg. Arte.

Osservando quotidianamente l'altezza della colonna di mercurio nel tubo, Torricelli ha scoperto che questa altezza cambia, cioè la pressione atmosferica non è costante, può aumentare e diminuire. Torricelli ha anche osservato che la pressione atmosferica è associata ai cambiamenti del tempo.

Se una scala verticale è attaccata al tubo con mercurio usato nell'esperimento di Torricelli, allora ottieni il dispositivo più semplice: barometro a mercurio (dal greco. baros - gravità, metreo - misurazione). Viene utilizzato per misurare la pressione atmosferica.

Il barometro è un aneroide.

In pratica, un barometro in metallo viene utilizzato per misurare la pressione atmosferica, chiamato aneroide (tradotto dal greco - aneroide). Il barometro è così chiamato perché non contiene mercurio.

L'aspetto dell'aneroide è mostrato nella figura. La sua parte principale è una scatola di metallo 1 con una superficie ondulata (ondulata) (vedi altra fig.). L'aria viene pompata fuori da questa scatola, e in modo che la pressione atmosferica non schiacci la scatola, il suo coperchio 2 viene tirato su da una molla. All'aumentare della pressione atmosferica, il coperchio si piega verso il basso e stringe la molla. Quando la pressione diminuisce, la molla raddrizza il coperchio. Un puntatore a freccia 4 è fissato alla molla con l'aiuto di un meccanismo di trasmissione 3, che si sposta a destra oa sinistra quando la pressione cambia. Una scala è rinforzata sotto la freccia, le cui divisioni sono contrassegnate in base alle letture del barometro a mercurio. Quindi, il numero 750, contro il quale sta la freccia aneroide (vedi Fig.), Mostra che al momento nel barometro a mercurio l'altezza della colonna di mercurio è di 750 mm.

Pertanto, la pressione atmosferica è di 750 mm Hg. Arte. o ≈ 1000 hPa.

Il valore della pressione atmosferica è molto importante per prevedere il tempo per i prossimi giorni, poiché i cambiamenti della pressione atmosferica sono associati ai cambiamenti del tempo. Un barometro è uno strumento necessario per le osservazioni meteorologiche.

Pressione atmosferica a diverse altitudini.

In un liquido, la pressione, come sappiamo, dipende dalla densità del liquido e dall'altezza della sua colonna. A causa della bassa compressibilità, la densità del liquido a diverse profondità è quasi la stessa. Pertanto, nel calcolare la pressione, consideriamo la sua densità costante e prendiamo in considerazione solo il cambiamento di altezza.

La situazione è più complicata con i gas. I gas sono altamente comprimibili. E più forte è il gas compresso, maggiore è la sua densità e maggiore è la pressione che produce. Dopotutto, la pressione del gas è creata dall'impatto delle sue molecole sulla superficie del corpo.

Gli strati d'aria vicino alla superficie terrestre sono compressi da tutti gli strati d'aria sovrastanti sopra di loro. Ma più alto è lo strato d'aria dalla superficie, più debole è compresso, minore è la sua densità. Di conseguenza, minore è la pressione che produce. Se, ad esempio, un pallone si alza sopra la superficie della Terra, la pressione dell'aria sul pallone diminuisce. Ciò accade non solo perché l'altezza della colonna d'aria sopra di essa diminuisce, ma anche perché la densità dell'aria diminuisce. È più piccolo in alto che in basso. Pertanto, la dipendenza della pressione dell'aria dall'altitudine è più complicata di quella dei liquidi.

Le osservazioni mostrano che la pressione atmosferica nelle aree a livello del mare è in media di 760 mm Hg. Arte.

La pressione atmosferica pari alla pressione di una colonna di mercurio alta 760 mm ad una temperatura di 0 ° C è chiamata pressione atmosferica normale.

Pressione atmosferica normale è uguale a 101300 Pa \u003d 1013 hPa.

Maggiore è l'altitudine, minore è la pressione.

Con piccoli rialzi, in media, per ogni 12 m di sollevamento, la pressione diminuisce di 1 mm Hg. Arte. (o 1,33 hPa).

Conoscendo la dipendenza della pressione dall'altitudine, è possibile determinare l'altitudine sul livello del mare modificando le letture del barometro. Si chiamano aneroidi che hanno una scala su cui misurare direttamente l'altezza sul livello del mare altimetri ... Sono utilizzati in aviazione e quando si scalano montagne.

Manometri.

Sappiamo già che i barometri vengono utilizzati per misurare la pressione atmosferica. Per misurare pressioni maggiori o minori della pressione atmosferica, utilizzare manometri (dal greco. manos - raro, sfuso, metreo - misurazione). I manometri sono liquido e metallo.

Considera prima il dispositivo e l'azione manometro del liquido aperto... Consiste in un tubo di vetro a due ginocchia in cui viene versato del liquido. Il liquido è posto allo stesso livello in entrambe le ginocchia, poiché solo la pressione atmosferica agisce sulla sua superficie nelle ginocchia della nave.

Per capire come funziona un tale manometro, può essere collegato con un tubo di gomma a una scatola piatta rotonda, un lato della quale è coperto da una pellicola di gomma. Se si preme il dito sulla pellicola, il livello del liquido nel ginocchio del manometro collegato alla scatola diminuirà e nell'altro ginocchio aumenterà. Come si spiega questo?

Premendo sul film aumenta la pressione dell'aria nella scatola. Secondo la legge di Pascal, questo aumento di pressione viene trasmesso al liquido nel gomito del manometro che è collegato alla scatola. Pertanto, la pressione sul liquido in questo gomito sarà maggiore che nell'altro, dove solo la pressione atmosferica agisce sul liquido. Sotto l'azione della forza di questa pressione in eccesso, il liquido inizierà a muoversi. Nel ginocchio con aria compressa, il liquido scenderà, nell'altro - salirà. Il liquido raggiungerà l'equilibrio (arresto) quando la pressione in eccesso dell'aria compressa sarà bilanciata dalla pressione che produce la colonna di liquido in eccesso nell'altro ramo del manometro.

Più si preme sulla pellicola, maggiore è la colonna di liquido in eccesso, maggiore è la sua pressione. Quindi, la variazione di pressione può essere giudicata dall'altezza di questa colonna in eccesso.

La figura mostra come un tale manometro può misurare la pressione all'interno di un liquido. Più in profondità il tubo si immerge nel liquido, maggiore diventa la differenza nelle altezze delle colonne del liquido nelle ginocchia del manometro, quindi, e più pressione produce fluido.

Se si installa la scatola degli strumenti a una certa profondità all'interno del liquido e la si alza, lateralmente e verso il basso con una pellicola, le letture del manometro non cambieranno. È così che dovrebbe essere, perché allo stesso livello all'interno del liquido, la pressione è la stessa in tutte le direzioni.

La figura mostra manometro in metallo ... La parte principale di un tale manometro è un tubo metallico piegato in un tubo. 1 , un'estremità del quale è chiusa. L'altra estremità del tubo con un rubinetto 4 comunica con il vaso in cui viene misurata la pressione. All'aumentare della pressione, il tubo si allenta. Spostando la sua estremità chiusa con una leva 5 e ingranaggi 3 passato alla freccia 2 spostandosi sulla scala del dispositivo. Con una diminuzione della pressione, il tubo, a causa della sua elasticità, ritorna alla sua posizione precedente e la freccia - alla divisione zero della scala.

Pompa liquido a pistone.

Nell'esperimento di cui abbiamo discusso in precedenza (§ 40), si è riscontrato che l'acqua in un tubo di vetro sotto l'influenza della pressione atmosferica si alzava dietro il pistone. L'azione si basa su questo pistone pompe.

La pompa è mostrata schematicamente in figura. È costituito da un cilindro, all'interno del quale va su e giù, aderendo strettamente alle pareti della nave, il pistone 1 ... Le valvole sono installate nella parte inferiore del cilindro e nel pistone stesso 2 che si aprono solo verso l'alto. Quando il pistone si alza, l'acqua, sotto l'influenza della pressione atmosferica, entra nel tubo, solleva la valvola inferiore e si sposta dietro il pistone.

Quando il pistone si abbassa, l'acqua sotto il pistone preme sulla valvola inferiore e si chiude. Allo stesso tempo, sotto la pressione dell'acqua, una valvola all'interno del pistone si apre e l'acqua scorre nello spazio sopra il pistone. Con il successivo movimento verso l'alto del pistone, anche l'acqua sopra di essa sale nel punto con essa, che viene versata nel tubo di uscita. Allo stesso tempo, una nuova porzione di acqua sale dietro il pistone, che, al successivo abbassamento del pistone, sarà al di sopra di esso, e tutta questa procedura viene ripetuta più e più volte mentre la pompa è in funzione.

Pressa idraulica.

La legge di Pascal spiega l'azione macchina idraulica (dal greco. hydravlikos - acqua). Si tratta di macchine il cui funzionamento si basa sulle leggi del moto e dell'equilibrio dei liquidi.

La parte principale della macchina idraulica sono due cilindri di diverso diametro, dotati di pistoni e tubo di collegamento. Lo spazio sotto i pistoni e il tubo sono riempiti con un liquido (solitamente olio minerale). Le altezze delle colonne del liquido in entrambi i cilindri sono le stesse fintanto che nessuna forza agisce sui pistoni.

Supponiamo ora che le forze F 1 e F 2 - forze che agiscono sui pistoni, S 1 e S 2 - l'area dei pistoni. La pressione sotto il primo (piccolo) pistone è p 1 = F 1 / S 1 e sotto il secondo (grande) p 2 = F 2 / S 2. Secondo la legge di Pascal, la pressione di un liquido a riposo viene trasmessa in tutte le direzioni nello stesso modo, ad es. p 1 = p 2 o F 1 / S 1 = F 2 / S 2, da dove:

F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .

Da qui la forza F 2 tante volte più forza F 1 , quante volte l'area del pistone grande è maggiore dell'area del pistone piccolo... Ad esempio, se l'area del pistone grande è di 500 cm 2 e il pistone piccolo è di 5 cm 2 e una forza di 100 N agisce sul pistone piccolo, allora una forza 100 volte maggiore agirà sul pistone più grande, ovvero 10.000 N.

Pertanto, con l'aiuto di una macchina idraulica, una piccola forza può bilanciare una forza maggiore.

Atteggiamento F 1 / F 2 mostra il guadagno di forza. Ad esempio, nell'esempio mostrato, il guadagno di forza è 10.000 N / 100 N \u003d 100.

Viene chiamata la macchina idraulica utilizzata per la pressatura (spremitura) pressa idraulica .

Le presse idrauliche vengono utilizzate dove è richiesta molta potenza. Ad esempio, per spremere l'olio dai semi nei frantoi, per pressare compensato, cartone, fieno. Negli impianti metallurgici, le presse idrauliche vengono utilizzate per realizzare alberi di macchine in acciaio, ruote ferroviarie e molti altri prodotti. Le moderne presse idrauliche possono sviluppare decine e centinaia di milioni di newton.

Dispositivo pressa idraulica mostrato schematicamente in figura. Il corpo da pressare 1 (A) è posto su una piattaforma collegata al pistone grande 2 (B). Il piccolo pistone 3 (D) crea molta pressione sul liquido. Questa pressione viene trasmessa in ogni punto del fluido che riempie i cilindri. Pertanto, la stessa pressione agisce sul secondo grande pistone. Ma poiché l'area del 2 ° pistone (grande) è maggiore dell'area di quello piccolo, la forza che agisce su di esso sarà maggiore della forza che agisce sul pistone 3 (D). Questa forza solleverà il pistone 2 (B). Quando il pistone 2 (B) si solleva, il corpo (A) va in battuta contro la piattaforma superiore fissa e viene compresso. Il manometro 4 (M) misura la pressione del fluido. La valvola di sicurezza 5 (P) si apre automaticamente quando la pressione del fluido supera il valore consentito.

Da un piccolo cilindro a un grande liquido viene pompato da movimenti ripetuti del piccolo pistone 3 (D). Questo viene fatto come segue. Quando il pistone piccolo (D) si alza, la valvola 6 (K) si apre e il fluido viene aspirato nello spazio sotto il pistone. Quando il pistone piccolo viene abbassato dalla pressione del fluido, la valvola 6 (K) si chiude e la valvola 7 (K ") si apre e il fluido scorre nel vaso grande.

L'azione dell'acqua e del gas su un corpo immerso in essi.

Sott'acqua, possiamo facilmente raccogliere una pietra che si solleva appena nell'aria. Se immergi il tappo sotto l'acqua e lo rilasci dalle tue mani, galleggerà. Come si spiegano questi fenomeni?

Sappiamo (§ 38) che il liquido preme sul fondo e sulle pareti del vaso. E se all'interno del liquido viene posto un corpo solido, anche questo sarà sottoposto a pressione, come le pareti della nave.

Considera le forze che agiscono dal lato del liquido su un corpo immerso in esso. Per facilitare il ragionamento, scegli un corpo che abbia la forma di un parallelepipedo con basi parallele alla superficie del liquido (Fig.). Le forze che agiscono sulle facce laterali del corpo sono uguali a coppie e si bilanciano a vicenda. Sotto l'influenza di queste forze, il corpo viene compresso. Ma le forze che agiscono sulle facce superiore e inferiore del corpo non sono le stesse. Premendo con forza sul bordo superiore dall'alto F 1 colonna di liquido alta h 1. A livello del bordo inferiore, la pressione produce una colonna di liquido con un'altezza h 2. Questa pressione, come sappiamo (§ 37), viene trasmessa all'interno del liquido in tutte le direzioni. Pertanto, al bordo inferiore del corpo dal basso verso l'alto con forza F 2 preme la colonna del liquido in alto h 2. Ma h altri 2 h 1, quindi, il modulo di forza F 2 moduli di forza in più F 1. Pertanto, il corpo viene spinto fuori dal liquido con forza F vyt, uguale alla differenza di forze F 2 - F 1, cioè

Ma S · h \u003d V, dove V è il volume del parallelepipedo, e ρ w · V \u003d m w è la massa del liquido nel volume del parallelepipedo. Quindi, F wy \u003d g m w \u003d P w, cioè la forza di galleggiamento è uguale al peso del liquido nel volume del corpo immerso in esso (la forza di galleggiamento è uguale al peso di un liquido dello stesso volume del volume di un corpo immerso in esso). L'esistenza di una forza che spinge un corpo fuori da un liquido è facile da scoprire sperimentalmente. Nell'immagine un raffigura un corpo sospeso a una molla con un puntatore a freccia all'estremità. Una freccia segna l'estensione della molla sul treppiede. Quando il corpo viene rilasciato in acqua, la molla si contrae (Fig., b). La stessa contrazione della molla si otterrà se si agisce sul corpo dal basso verso l'alto con una certa forza, ad esempio premendo con la mano (sollevamento). Pertanto, l'esperienza lo conferma un corpo in un liquido è influenzato da una forza che spinge questo corpo fuori dal liquido. Per i gas, come sappiamo, vale anche la legge di Pascal. perciò i corpi nel gas sono soggetti a una forza che li spinge fuori dal gas... Questa forza fa sollevare i palloncini. L'esistenza di una forza che spinge un corpo fuori dal gas può anche essere osservata sperimentalmente. Appendere una palla di vetro o un grande pallone chiuso con un tappo a un piatto di pesata accorciato. Le scale sono equilibrate. Quindi un vaso largo viene posto sotto il pallone (o palla) in modo che circondi l'intero pallone. La nave è piena di anidride carbonica, la cui densità è maggiore della densità dell'aria (quindi, l'anidride carbonica scende e riempie la nave, spostando l'aria da essa). In questo caso, l'equilibrio dei pesi è disturbato. La tazza con il pallone sospeso si solleva (fig.). Una fiaschetta immersa nell'anidride carbonica ha una forza di galleggiamento maggiore di quella dell'aria. La forza che spinge un corpo fuori da un liquido o da un gas è opposta alla forza di gravità applicata a questo corpo. Pertanto, procosmo). Questo spiega perché nell'acqua a volte solleviamo facilmente corpi che difficilmente teniamo nell'aria. Un piccolo secchio e un corpo cilindrico sono sospesi alla molla (Fig., A). Una freccia sul treppiede segna l'estensione della molla. Mostra il peso del corpo in aria. Dopo aver sollevato il corpo, sotto di esso viene posizionato un vaso di riflusso, riempito di liquido fino al livello del tubo di riflusso. Successivamente, il corpo è completamente immerso nel liquido (Fig., B). In cui viene versata parte del liquido, il cui volume è uguale al volume del corpo da un vaso di riflusso in un bicchiere. La molla si contrae e il puntatore della molla si sposta verso l'alto, indicando una diminuzione del peso corporeo nel fluido. In questo caso, oltre alla gravità, il corpo subisce l'azione di un'altra forza che lo spinge fuori dal liquido. Se il liquido dal bicchiere viene versato nel secchio superiore (cioè quello spostato dal corpo), il puntatore a molla tornerà al suo posizione iniziale (Fig., C). Sulla base di questa esperienza, possiamo concludere che la forza che spinge fuori un corpo completamente immerso in un liquido è uguale al peso del liquido nel volume di questo corpo ... Abbiamo ottenuto la stessa conclusione nel § 48. Se un esperimento simile fosse fatto con un corpo immerso in qualsiasi gas, lo dimostrerebbe la forza che spinge il corpo fuori dal gas è anche uguale al peso del gas preso nel volume del corpo . Viene chiamata la forza che spinge un corpo fuori da un liquido o da un gas forza di Archimede, in onore dello scienziato Archimede , che per primo ne ha indicato l'esistenza e ne ha calcolato il valore. Quindi, l'esperienza ha confermato che la forza di Archimede (o galleggiabilità) è uguale al peso del fluido nel volume del corpo, ad es. F A \u003d P w \u003d g m g. La massa del liquido m w spostata dal corpo può essere espressa attraverso la sua densità ρ w e il volume del corpo V t immerso nel liquido (poiché V w - il volume del liquido spostato dal corpo è uguale a V t - il volume del corpo immerso nel liquido), ad es. m w \u003d ρ w V t. Allora otteniamo: F A \u003d g ρ f V t Di conseguenza, la forza di Archimede dipende dalla densità del liquido in cui è immerso il corpo e dal volume di questo corpo. Ma non dipende, ad esempio, dalla densità della sostanza di un corpo immerso in un liquido, poiché questo valore non è compreso nella formula risultante. Determiniamo ora il peso di un corpo immerso in un liquido (o gas). Poiché le due forze che agiscono sul corpo in questo caso sono dirette in direzioni opposte (la gravità è verso il basso e la forza di Archimede è verso l'alto), il peso corporeo nel liquido P 1 sarà inferiore al peso corporeo nel vuoto P \u003d g m sulla forza di Archimede F A \u003d g m w (dove m g è la massa di liquido o gas spostata dal corpo). In questo modo, se un corpo è immerso in un liquido o in un gas, perde di peso quanto il liquido o il gas da esso spostato pesa. Esempio... Determinare la forza di galleggiamento che agisce su una pietra con un volume di 1,6 m 3 in acqua di mare. Scriviamo le condizioni del problema e risolviamolo. Quando il corpo fluttuante raggiunge la superficie del liquido, quindi con il suo ulteriore movimento verso l'alto, la forza di Archimede diminuirà. Perché? E perché il volume della parte del corpo immersa nel liquido diminuirà e la forza di Archimede è uguale al peso del liquido nel volume della parte del corpo immersa in esso. Quando la forza di Archimede diventa uguale alla forza di gravità, il corpo si fermerà e galleggerà sulla superficie del liquido, parzialmente immerso in esso. Questa conclusione può essere facilmente verificata dall'esperienza. Versare l'acqua nel recipiente di deflusso fino al livello del tubo di deflusso. Successivamente, immergeremo un corpo galleggiante in una nave, dopo averlo precedentemente pesato in aria. Sceso in acqua, il corpo sposta un volume d'acqua pari al volume di una parte del corpo immersa in essa. Dopo aver pesato quest'acqua, troviamo che il suo peso (forza di Archimede) è uguale alla forza di gravità che agisce su un corpo galleggiante, o al peso di questo corpo nell'aria. Dopo aver eseguito gli stessi esperimenti con qualsiasi altro corpo che galleggia in liquidi diversi - acqua, alcool, soluzione salina, ci si può assicurare che se un corpo galleggia in un liquido, il peso del liquido spostato da esso è uguale al peso di questo corpo nell'aria. È facile dimostrarlo se la densità di un solido solido è maggiore della densità di un liquido, il corpo affonda in tale liquido. Un corpo con una densità inferiore galleggia in questo fluido... Un pezzo di ferro, ad esempio, affonda nell'acqua, ma galleggia nel mercurio. Il corpo, la cui densità è uguale alla densità del liquido, rimane in equilibrio all'interno del liquido. Il ghiaccio galleggia sulla superficie dell'acqua, poiché la sua densità è inferiore a quella dell'acqua. Minore è la densità del corpo rispetto alla densità del liquido, minore è la parte del corpo immersa nel liquido . A parità di densità del corpo e del fluido, il corpo galleggia all'interno del fluido a qualsiasi profondità. Due liquidi immiscibili, ad esempio acqua e cherosene, si trovano nel recipiente in base alla loro densità: nella parte inferiore del recipiente - acqua più densa (ρ \u003d 1000 kg / m 3), in alto - cherosene più leggero (ρ \u003d 800 kg / m 3) ... La densità media degli organismi viventi che abitano l'ambiente acquatico differisce poco dalla densità dell'acqua, quindi il loro peso è quasi completamente bilanciato dalla forza di Archimede. Grazie a ciò, gli animali acquatici non hanno bisogno di scheletri così forti e massicci come quelli terrestri. Per lo stesso motivo i tronchi delle piante acquatiche sono elastici. La vescica natatoria del pesce cambia facilmente il suo volume. Quando il pesce, con l'aiuto dei muscoli, scende a una grande profondità e la pressione dell'acqua su di esso aumenta, la bolla si contrae, il volume del corpo del pesce diminuisce e non viene spinto verso l'alto, ma nuota in profondità. Pertanto, il pesce può, entro certi limiti, regolare la profondità della loro immersione. Le balene regolano la loro profondità di immersione diminuendo e aumentando la capacità polmonare. Navi a vela. Le navi che solcano fiumi, laghi, mari e oceani sono costruite con materiali diversi con densità variabili. Gli scafi delle navi sono generalmente realizzati con lamiere d'acciaio. Anche tutti i fissaggi interni, che conferiscono robustezza alle navi, sono in metallo. Per la costruzione delle navi vengono utilizzati vari materiali che, rispetto all'acqua, hanno densità sia superiori che inferiori. Cosa fa galleggiare le navi sull'acqua, imbarcarsi e trasportare grandi carichi? L'esperimento con un corpo galleggiante (§ 50) ha mostrato che il corpo sposta così tanta acqua con la sua parte sott'acqua che il peso di quest'acqua è uguale al peso del corpo nell'aria. Questo vale anche per qualsiasi nave. Il peso dell'acqua spostata dalla parte sottomarina della nave è uguale al peso della nave con carico in aria o alla forza di gravità che agisce sulla nave con carico. Viene chiamata la profondità alla quale la nave è immersa nell'acqua sedimento ... Il pescaggio massimo consentito è segnato sullo scafo della nave con una linea rossa chiamata linea di galleggiamento (dall'olandese. acqua - acqua). Il peso dell'acqua spostata da una nave quando è sommersa dalla linea di galleggiamento, uguale alla forza di gravità che agisce su una nave con carico, è chiamato spostamento della nave. Attualmente, per il trasporto del petrolio, si costruiscono navi con un dislocamento di 5.000.000 kN (5 · 10 6 kN) e oltre, cioè con un peso di 500.000 tonnellate (5 · 10 5 tonnellate) e oltre. Se sottraiamo il peso della nave stessa dal dislocamento, otteniamo la capacità di carico di questa nave. La capacità di trasporto indica il peso del carico trasportato dalla nave. La cantieristica navale esisteva nell'antico Egitto, in Fenicia (si ritiene che i Fenici fossero uno dei migliori costruttori navali), nell'antica Cina. In Russia, la costruzione navale ebbe origine a cavallo tra il XVII e il XVIII secolo. Per lo più furono costruite navi da guerra, ma fu in Russia che furono costruiti il \u200b\u200bprimo rompighiaccio, navi con un motore a combustione interna e il rompighiaccio atomico "Arktika". Aeronautica. Un disegno che descrive il pallone dei fratelli Montgolfier nel 1783: "La vista e le dimensioni esatte del" Globo Palloncino ", che fu il primo". 1786 Sin dai tempi antichi, le persone hanno sognato di poter volare sopra le nuvole, nuotare nell'oceano arioso, mentre nuotavano sul mare. Per l'aeronautica all'inizio furono usati palloncini riempiti con aria riscaldata, idrogeno o elio. Affinché il pallone possa sollevarsi in aria, è necessario che la forza di Archimede (galleggiabilità) F E, agendo sulla palla, era maggiore della gravità F pesante, ad es. F A\u003e F pesante. Quando la palla si solleva, la forza di Archimede che agisce su di essa diminuisce ( F A \u003d gρV), poiché la densità dell'alta atmosfera è inferiore a quella della superficie terrestre. Per salire più in alto, una zavorra speciale (peso) viene fatta cadere dalla palla e questo rende la palla più leggera. Alla fine la palla raggiunge la sua massima altezza di sollevamento. Una parte del gas viene rilasciata per liberare la sfera dal suo guscio tramite un'apposita valvola. Nella direzione orizzontale, il pallone si muove solo sotto l'influenza del vento, quindi viene chiamato palloncino (dal greco aer - aria, stato - in piedi). Per studiare gli strati superiori dell'atmosfera, la stratosfera, non molto tempo fa, sono stati utilizzati enormi palloncini - palloncini stratosferici . Prima che imparassero a costruire grandi aerei per il trasporto di passeggeri e merci per via aerea, venivano utilizzati palloni controllati: dirigibili... Hanno una forma allungata; una gondola con un motore è sospesa sotto lo scafo, che guida l'elica. Il pallone non solo si alza da solo, ma può anche sollevare un carico: una cabina, persone, dispositivi. Pertanto, per scoprire quale tipo di carico può sollevare il palloncino, è necessario determinarlo sollevamento. Supponiamo, ad esempio, che un pallone da 40 m 3 riempito di elio venga lanciato in aria. La massa di elio che riempie il guscio della sfera sarà uguale a: m Ge \u003d ρ Ge · V \u003d 0,1890 kg / m 3 40 m 3 \u003d 7,2 kg, e il suo peso è: P Ge \u003d g · m Ge; P Ge \u003d 9,8 N / kg 7,2 kg \u003d 71 N. La forza di galleggiamento (Archimedeo) che agisce su questa palla in aria è uguale al peso dell'aria con un volume di 40 m 3, cioè F A \u003d \u200b\u200bg · ρ aria V; F A \u003d \u200b\u200b9,8 N / kg · 1,3 kg / m 3 · 40 m 3 \u003d 520 N. Ciò significa che questa palla può sollevare un carico del peso di 520 N - 71 N \u003d 449 N. Questa è la sua forza di sollevamento. Una palla dello stesso volume, ma riempita di idrogeno, può sollevare un carico di 479 N. Ciò significa che la sua forza di sollevamento è maggiore di quella di una palla riempita di elio. Tuttavia, l'elio è più spesso usato, poiché non brucia e quindi è più sicuro. L'idrogeno è un gas combustibile. È molto più facile sollevare e abbassare un palloncino pieno di aria calda. Per questo, un bruciatore si trova sotto il foro situato nella parte inferiore della palla. Usando un bruciatore a gas, puoi regolare la temperatura dell'aria all'interno della palla, il che significa la sua densità e galleggiabilità. Per far salire la palla più in alto, è sufficiente riscaldare l'aria al suo interno più fortemente, aumentando la fiamma del bruciatore. Quando la fiamma del bruciatore diminuisce, la temperatura dell'aria nella sfera diminuisce e la sfera si abbassa. Puoi scegliere la temperatura della palla alla quale il peso della palla e dell'abitacolo sarà uguale alla forza di galleggiamento. Quindi la palla rimarrà sospesa in aria e sarà facile fare osservazioni da essa. Con lo sviluppo della scienza, si sono verificati cambiamenti significativi nella tecnologia aeronautica. Ora diventa possibile utilizzare nuovi involucri per palloncini, che sono diventati forti, resistenti al gelo e leggeri. I risultati nel campo dell'ingegneria radio, dell'elettronica e dell'automazione hanno reso possibile la progettazione di palloni senza pilota. Questi palloncini vengono utilizzati per studiare le correnti d'aria, per la ricerca geografica e biomedica nella bassa atmosfera. Un uomo con gli sci, e senza di loro. Una persona cammina nella neve a debole coesione con grande difficoltà, affondando profondamente ad ogni passo. Ma, dopo aver messo gli sci, può camminare, quasi senza caderci dentro. Perché? Con gli sci o senza sci, una persona agisce sulla neve con la stessa forza pari al suo peso. Tuttavia, l'azione di questa forza è diversa in entrambi i casi, perché la superficie su cui la persona preme è diversa, con e senza sci. La superficie degli sci è quasi 20 volte l'area della suola. Pertanto, stando in piedi sugli sci, una persona agisce su ogni centimetro quadrato della superficie della neve con una forza 20 volte inferiore rispetto a quella in piedi sulla neve senza sci. Uno studente, appuntando un giornale alla lavagna con i pulsanti, agisce su ciascun pulsante con la stessa forza. Tuttavia, un pulsante con un'estremità più affilata facilita l'inserimento nell'albero. Ciò significa che il risultato dell'azione della forza dipende non solo dal suo modulo, direzione e punto di applicazione, ma anche dall'area della superficie su cui è applicata (perpendicolare alla quale agisce). Questa conclusione è confermata da esperimenti fisici. Esperienza L'effetto di una data forza dipende dalla forza che agisce su un'unità di superficie. Agli angoli di una piccola tavola, devi guidare con le unghie. Per prima cosa, posiziona i chiodi conficcati nella tavola nella sabbia con le punte in alto e metti un peso sulla tavola. In questo caso, le teste dei chiodi vengono premute solo leggermente nella sabbia. Quindi capovolgi la tavola e metti i chiodi sul bordo. In questo caso, l'area di supporto è più piccola e, sotto l'azione della stessa forza, i chiodi vanno in profondità nella sabbia. Esperienza. Seconda illustrazione. L'effetto di questa forza dipende da quale forza agisce su ciascuna unità di superficie. Negli esempi considerati, le forze hanno agito perpendicolarmente alla superficie del corpo. Il peso della persona era perpendicolare alla superficie della neve; la forza che agisce sul pulsante è perpendicolare alla superficie della tavola. Una quantità uguale al rapporto tra la forza che agisce perpendicolarmente alla superficie rispetto all'area di questa superficie è chiamata pressione. Per determinare la pressione, la forza che agisce perpendicolarmente alla superficie deve essere divisa per l'area della superficie: pressione \u003d forza / area. Designiamo le quantità incluse in questa espressione: pressione - p, la forza che agisce sulla superficie è F e superficie - S. Quindi otteniamo la formula: p \u003d F / S È chiaro che una forza maggiore che agisce sulla stessa area produrrà più pressione. L'unità di pressione è la pressione che produce una forza di 1 N che agisce su una superficie con un'area di 1 m 2 perpendicolare a questa superficie. Unità di pressione - newton per metro quadrato (1 N / m 2). In onore dello scienziato francese Blaise Pascal si chiama pascal ( papà). In questo modo, 1 Pa \u003d 1 N / m 2. Vengono utilizzate anche altre unità di pressione: ettopascal (hPa) e kilopascal (kPa). 1 kPa \u003d 1000 Pa; 1 hPa \u003d 100 Pa; 1 Pa \u003d 0,001 kPa; 1 Pa \u003d 0,01 hPa. Scriviamo le condizioni del problema e risolviamolo. Dato : m \u003d 45 kg, S \u003d 300 cm 2; p \u003d? Nelle unità SI: S \u003d 0,03 m 2 Decisione: p = F/S, F = P, P = g m, P \u003d 9,8 N 45 kg ≈ 450 N, p \u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa "Risposta": p \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa Modi per diminuire e aumentare la pressione. Un trattore cingolato pesante produce una pressione di 40-50 kPa sul terreno, cioè solo 2-3 volte superiore alla pressione di un ragazzo di 45 kg. Questo perché il peso del trattore è distribuito su un'area più ampia dalla trasmissione del cingolo. E lo abbiamo stabilito maggiore è l'area di supporto, minore è la pressione esercitata dalla stessa forza su questo supporto . A seconda che sia necessario ottenere una pressione bassa o alta, l'area di appoggio aumenta o diminuisce. Ad esempio, affinché il terreno possa resistere alla pressione dell'edificio in costruzione, l'area della parte inferiore della fondazione viene aumentata. Gli pneumatici degli autocarri e dei telai degli aerei sono molto più larghi di quelli delle autovetture. Gli pneumatici sono particolarmente larghi per i veicoli progettati per viaggiare nei deserti. I veicoli pesanti, come un trattore, un carro armato o un veicolo da palude, che hanno un'ampia area di appoggio dei binari, passano attraverso un terreno paludoso che una persona non passerà. D'altra parte, con una piccola area superficiale, una piccola forza può produrre molta pressione. Ad esempio, premendo un pulsante nella scheda, agiamo su di esso con una forza di circa 50 N. Poiché l'area della punta del pulsante è di circa 1 mm 2, la pressione che produce è: p \u003d 50 N / 0.000.001 m 2 \u003d 50.000.000 Pa \u003d 50.000 kPa. In confronto, questa pressione è 1000 volte la pressione esercitata da un trattore cingolato sul terreno. Si possono trovare molti altri esempi. La lama di taglio e la punta degli strumenti di perforazione (coltelli, forbici, incisivi, seghe, aghi, ecc.) Sono affilati in modo speciale. Il bordo affilato di una lama affilata ha una piccola area, quindi anche una piccola forza crea molta pressione ed è facile da lavorare. In natura si trovano anche dispositivi per tagliare e pugnalare: si tratta di denti, artigli, becchi, spine, ecc. - Tutti sono fatti di materiale duro, liscio e molto affilato. Pressione È noto che le molecole di gas si muovono in modo casuale. Sappiamo già che i gas, a differenza dei solidi e dei liquidi, riempiono l'intero serbatoio in cui si trovano. Ad esempio, una bombola del gas in acciaio, un tubo di pneumatico per auto o una pallavolo. In questo caso, il gas esercita una pressione sulle pareti, sul fondo e sul coperchio del cilindro, della camera o di qualsiasi altro corpo in cui si trova. La pressione del gas è dovuta a ragioni diverse dalla pressione di un solido sul supporto. È noto che le molecole di gas si muovono in modo casuale. Mentre si muovono, entrano in collisione tra loro, così come con le pareti della nave in cui si trova il gas. Ci sono molte molecole nel gas, quindi il numero dei loro impatti è molto grande. Ad esempio, il numero di impatti delle molecole d'aria in una stanza su una superficie di 1 cm 2 in 1 s è espresso in un numero di ventitre cifre. Sebbene la forza di impatto di una singola molecola sia piccola, l'effetto di tutte le molecole sulle pareti del vaso è significativo e crea pressione del gas. Così, la pressione del gas sulle pareti del vaso (e sul corpo immesso nel gas) è causata dall'impatto delle molecole di gas . Considera la seguente esperienza. Posiziona una palla di gomma sotto la campana della pompa dell'aria. Contiene una piccola quantità d'aria ed è di forma irregolare. Quindi pompare l'aria da sotto la campana con una pompa. Il guscio della palla, attorno al quale l'aria diventa sempre più rarefatta, si gonfia gradualmente e assume la forma di una palla regolare. Come si spiega questa esperienza? Per lo stoccaggio e il trasporto di gas compresso vengono utilizzate bombole speciali in acciaio resistente. Nel nostro esperimento, le molecole di gas in movimento colpiscono continuamente le pareti della palla all'interno e all'esterno. Quando l'aria viene pompata, il numero di molecole nella campana attorno al guscio della palla diminuisce. Ma dentro la palla, il loro numero non cambia. Pertanto, il numero di impatti delle molecole contro le pareti esterne del guscio diventa inferiore al numero di impatti contro le pareti interne. La palla viene gonfiata fino a quando la forza di elasticità del suo guscio di gomma diventa uguale alla forza della pressione del gas. Il guscio della palla prende la forma di una palla. Questo dimostra che il gas preme ugualmente sulle pareti in tutte le direzioni... In altre parole, il numero di impatti molecolari per centimetro quadrato di superficie è lo stesso in tutte le direzioni. La stessa pressione in tutte le direzioni è caratteristica di un gas ed è una conseguenza del movimento disordinato di un numero enorme di molecole. Proviamo a ridurre il volume del gas, ma in modo che la sua massa rimanga invariata. Ciò significa che in ogni centimetro cubo di gas ci saranno più molecole e la densità del gas aumenterà. Quindi il numero di collisioni di molecole contro le pareti aumenterà, cioè la pressione del gas aumenterà. Ciò può essere confermato dall'esperienza. Nell'immagine un raffigura un tubo di vetro, un'estremità del quale è ricoperta da una sottile pellicola di gomma. Un pistone è inserito nel tubo. Quando il pistone viene spinto all'interno, il volume di aria nel tubo diminuisce, ovvero il gas viene compresso. Il foglio di gomma si piega verso l'esterno, indicando che la pressione dell'aria nel tubo è aumentata. Al contrario, con un aumento del volume della stessa massa di gas, il numero di molecole in ogni centimetro cubo diminuisce. Ciò ridurrà il numero di colpi contro le pareti della nave: la pressione del gas sarà inferiore. Infatti, quando il pistone viene estratto dal tubo, il volume d'aria aumenta e il film si piega all'interno del vaso. Ciò indica una diminuzione della pressione dell'aria nel tubo. Lo stesso fenomeno si osserverebbe se, al posto dell'aria, ci fosse qualche altro gas nel tubo. Così, con una diminuzione del volume del gas, la sua pressione aumenta e con un aumento di volume, la pressione diminuisce, a condizione che la massa e la temperatura del gas rimangano invariate. E come cambierà la pressione del gas se viene riscaldato a volume costante? È noto che la velocità di movimento delle molecole di gas aumenta con il riscaldamento. Muovendosi più velocemente, le molecole colpiranno più spesso la parete del vaso. Inoltre, ogni impatto della molecola contro il muro sarà più forte. Di conseguenza, le pareti della nave subiranno una maggiore pressione. Quindi, la pressione del gas in un recipiente chiuso è maggiore, maggiore è la temperatura del gas, a condizione che la massa e il volume del gas non cambino. Da questi esperimenti si può concludere che la pressione del gas è maggiore, più spesso e più forti le molecole colpiscono le pareti del vaso . Per lo stoccaggio e il trasporto dei gas, sono fortemente compressi. Allo stesso tempo, la loro pressione aumenta, i gas devono essere racchiusi in bombole speciali e molto resistenti. Tali bombole, ad esempio, contengono aria compressa nei sottomarini, ossigeno utilizzato nella saldatura dei metalli. Certo, dobbiamo ricordare per sempre che le bombole del gas non devono essere riscaldate, soprattutto quando sono riempite di gas. Perché, come abbiamo già capito, può verificarsi un'esplosione con conseguenze molto spiacevoli. Legge di Pascal. La pressione viene trasmessa in ogni punto del liquido o del gas. La pressione del pistone viene trasmessa in ogni punto del fluido che riempie la sfera. Adesso il gas. A differenza dei solidi, i singoli strati e le piccole particelle di liquido e gas possono muoversi liberamente l'uno rispetto all'altro in tutte le direzioni. È sufficiente, ad esempio, soffiare leggermente sulla superficie dell'acqua in un bicchiere per far muovere l'acqua. Le increspature appaiono su un fiume o un lago alla minima brezza. La mobilità del gas e delle particelle liquide lo spiega la pressione esercitata su di essi viene trasmessa non solo nella direzione dell'azione della forza, ma in ogni punto... Consideriamo questo fenomeno in modo più dettagliato. Nell'immagine, un raffigura una nave contenente un gas (o liquido). Le particelle sono distribuite uniformemente in tutto il vaso. La nave è chiusa da un pistone che può muoversi su e giù. Applicando una certa forza, forzeremo il pistone a spostarsi leggermente verso l'interno e comprimeremo il gas (liquido) immediatamente sotto di esso. Quindi le particelle (molecole) si troveranno in questo luogo più densamente di prima (Fig, b). A causa della mobilità, le particelle di gas si muoveranno in tutte le direzioni. Di conseguenza, la loro disposizione diventerà di nuovo uniforme, ma più densa di prima (Fig, c). Pertanto, la pressione del gas aumenterà ovunque. Ciò significa che la pressione aggiuntiva viene trasferita a tutte le particelle di un gas o di un liquido. Quindi, se la pressione sul gas (liquido) vicino al pistone stesso aumenta di 1 Pa, allora in tutti i punti dentro gas o liquido, la pressione aumenterà della stessa quantità. La pressione sulle pareti della nave, sul fondo e sul pistone aumenterà di 1 Pa. La pressione applicata a un liquido o gas viene trasmessa in qualsiasi punto allo stesso modo in tutte le direzioni . Questa affermazione è chiamata legge di Pascal. I seguenti esperimenti possono essere facilmente spiegati sulla base della legge di Pascal. La figura mostra una palla cava con piccoli fori in vari punti. Un tubo è attaccato alla sfera, in cui è inserito un pistone. Se attiri acqua nella palla e spingi il pistone nel tubo, l'acqua scorrerà da tutti i fori della palla. In questo esperimento, il pistone preme contro la superficie dell'acqua nel tubo. Le particelle d'acqua sotto il pistone, essendo compattate, trasferiscono la sua pressione ad altri strati più profondi. Pertanto, la pressione del pistone viene trasmessa a ciascun punto del fluido che riempie la sfera. Di conseguenza, una parte dell'acqua viene spinta fuori dalla palla sotto forma di flussi identici che escono da tutti i fori. Se la palla è piena di fumo, quando il pistone viene spinto nel tubo, flussi di fumo identici inizieranno a uscire da tutti i fori della palla. Ciò conferma che e i gas trasmettono la pressione prodotta su di essi in tutte le direzioni allo stesso modo. Pressione in liquido e gas. Il peso del liquido farà piegare il fondo in gomma del tubo. I fluidi, come tutti i corpi sulla Terra, sono influenzati dalla gravità. Pertanto, ogni strato di liquido versato nel recipiente, con il proprio peso, crea una pressione che, secondo la legge di Pascal, viene trasmessa in tutte le direzioni. Pertanto, c'è pressione all'interno del liquido. Questo può essere visto per esperienza. Versare l'acqua in un tubo di vetro, la cui apertura inferiore è coperta da una sottile pellicola di gomma. Il fondo del tubo si piegherà sotto l'influenza del peso del liquido. L'esperienza mostra che più alta è la colonna d'acqua sopra il film di gomma, più si piega. Ma ogni volta dopo che il fondo in gomma si piega, l'acqua nel tubo torna in equilibrio (si ferma), poiché, oltre alla gravità, agisce sull'acqua la forza elastica del film di gomma teso. Le forze che agiscono sul film di gomma sono gli stessi su entrambi i lati. Illustrazione. Il fondo si allontana dal cilindro a causa della pressione di gravità su di esso. Abbassiamo un tubo con un fondo di gomma, in cui viene versata l'acqua, in un altro recipiente più largo con acqua. Vedremo che man mano che il tubo si abbassa, il film di gomma si raddrizza gradualmente. Il raddrizzamento completo del film mostra che le forze che agiscono su di esso dall'alto e dal basso sono uguali. Il raddrizzamento completo del film si verifica quando i livelli dell'acqua nel tubo e nel serbatoio coincidono. Lo stesso esperimento può essere eseguito con un tubo in cui una pellicola di gomma copre l'apertura laterale, come mostrato in figura, a. Immergere questo tubo con acqua in un altro recipiente con acqua, come mostrato nella figura, b... Noteremo che la pellicola si raddrizzerà di nuovo non appena i livelli dell'acqua nel tubo e nel vaso diventeranno uguali. Ciò significa che le forze che agiscono sul foglio di gomma sono le stesse su tutti i lati. Prendiamo una nave, il cui fondo può cadere. Mettiamolo in un barattolo d'acqua. In questo caso, il fondo verrà premuto saldamente contro il bordo della nave e non cadrà. Viene premuto dalla forza della pressione dell'acqua diretta dal basso verso l'alto. Verseremo con cura l'acqua nella nave e guarderemo il suo fondo. Non appena il livello dell'acqua nel vaso coincide con il livello dell'acqua nel vaso, cadrà dal vaso. Al momento della separazione, una colonna di liquido nel recipiente preme dall'alto verso il basso verso il basso e dal basso verso l'alto verso il basso, viene trasmessa la pressione della colonna di liquido della stessa altezza, ma situata nella banca. Entrambe queste pressioni sono le stesse, ma il fondo si allontana dal cilindro a causa dell'azione della sua stessa gravità. Gli esperimenti con l'acqua sono stati descritti sopra, ma se prendi qualsiasi altro liquido invece dell'acqua, i risultati dell'esperimento saranno gli stessi. Quindi, gli esperimenti lo dimostrano c'è pressione all'interno del liquido e allo stesso livello è la stessa in tutte le direzioni. La pressione aumenta con la profondità. I gas sotto questo aspetto non differiscono dai liquidi, perché hanno anche un peso. Ma dobbiamo ricordare che la densità di un gas è centinaia di volte inferiore alla densità di un liquido. Il peso del gas nel serbatoio è piccolo e in molti casi la pressione del suo "peso" può essere ignorata. Calcolo della pressione del fluido sul fondo e sulle pareti della nave. Calcolo della pressione del fluido sul fondo e sulle pareti della nave. Consideriamo come si può calcolare la pressione del liquido sul fondo e sulle pareti della nave. Risolviamo prima il problema per un vaso avente la forma di un parallelepipedo rettangolare. Vigore F, con cui il liquido versato in questo vaso, preme sul fondo, è uguale al peso P liquido nella nave. Il peso di un liquido può essere determinato conoscendo la sua massa m... Come sapete, la massa può essere calcolata con la formula: m \u003d ρ V... Il volume di liquido versato nel recipiente di nostra scelta è facile da calcolare. Se l'altezza della colonna di liquido nella nave è indicata dalla lettera he l'area del fondo della nave Spoi V \u003d S h. Massa liquida m \u003d ρ V, o m \u003d ρ S h . Il peso di questo liquido P \u003d g m, o P \u003d g ρ S h. Poiché il peso di una colonna di liquido è uguale alla forza con cui il liquido preme sul fondo del vaso, quindi, dividendo il peso P Alla piazza S, otteniamo la pressione del fluido p: p \u003d P / S, o p \u003d g ρ S h / S, Abbiamo ottenuto una formula per calcolare la pressione del liquido sul fondo del recipiente. Questa formula lo mostra la pressione del liquido sul fondo del recipiente dipende solo dalla densità e dall'altezza della colonna del liquido. Pertanto, secondo la formula derivata, è possibile calcolare la pressione del liquido versato nel recipiente qualsiasi forma (A rigor di termini, il nostro calcolo è adatto solo per vasi con la forma di un prisma dritto e un cilindro. I corsi di fisica per l'istituto hanno dimostrato che la formula è valida anche per un vaso di forma arbitraria). Inoltre, può essere utilizzato per calcolare la pressione sulle pareti del vaso. Anche la pressione all'interno del liquido, compresa la pressione dal basso verso l'alto, viene calcolata utilizzando questa formula, poiché la pressione alla stessa profondità è la stessa in tutte le direzioni. Quando si calcola la pressione secondo la formula p \u003d gρh bisogno di densità ρ espresso in chilogrammi per metro cubo (kg / m3) e l'altezza della colonna di liquido h - in metri (m), g \u003d 9,8 N / kg, la pressione sarà espressa in pascal (Pa). Esempio... Determinare la pressione dell'olio sul fondo del serbatoio, se l'altezza della colonna dell'olio è di 10 m e la sua densità è di 800 kg / m 3. Scriviamo la condizione del problema e scriviamola. Dato : ρ \u003d 800 kg / m 3 Decisione : p \u003d 9,8 N / kg · 800 kg / m 3 · 10 m ≈ 80.000 Pa ≈ 80 kPa. Risposta : p ≈ 80 kPa. Vasi comunicanti. Vasi comunicanti. La figura mostra due vasi collegati da un tubo di gomma. Tali navi sono chiamate comunicare... Un annaffiatoio, un bollitore, una caffettiera sono esempi di vasi comunicanti. Sappiamo per esperienza che l'acqua versata in un annaffiatoio, ad esempio, si trova sempre allo stesso livello nel beccuccio e all'interno. I vasi comunicanti sono comuni per noi. Ad esempio, potrebbe essere un bollitore, un annaffiatoio o una caffettiera. Le superfici di un liquido omogeneo sono poste allo stesso livello in vasi comunicanti di qualsiasi forma. Liquidi di diversa densità. Il seguente semplice esperimento può essere eseguito con vasi comunicanti. All'inizio dell'esperimento, fissiamo il tubo di gomma al centro e versiamo l'acqua in uno dei tubi. Quindi apriamo il morsetto e l'acqua scorre istantaneamente nell'altro tubo fino a quando le superfici dell'acqua in entrambi i tubi non sono allo stesso livello. È possibile fissare uno dei tubi su un treppiede e alzare, abbassare o inclinare l'altro in direzioni diverse. E in questo caso, non appena il liquido si calma, i suoi livelli in entrambi i tubi si equalizzeranno. In vasi comunicanti di qualsiasi forma e sezione trasversale, le superfici di un liquido omogeneo sono poste allo stesso livello (a condizione che la pressione dell'aria al di sopra del liquido sia la stessa) (Fig.109). Ciò può essere giustificato come segue. Il liquido è a riposo senza spostarsi da una nave all'altra. Ciò significa che le pressioni in entrambe le navi sono le stesse a qualsiasi livello. Il liquido in entrambi i vasi è lo stesso, cioè ha la stessa densità. Pertanto, le sue altezze devono essere le stesse. Quando solleviamo un vaso o aggiungiamo liquido ad esso, la pressione in esso aumenta e il liquido si sposta su un altro vaso fino a quando le pressioni non sono equalizzate. Se un liquido di una densità viene versato in uno dei vasi comunicanti e una densità diversa nel secondo, allora in equilibrio i livelli di questi liquidi non saranno gli stessi. E questo è comprensibile. Sappiamo che la pressione del liquido sul fondo del vaso è direttamente proporzionale all'altezza della colonna e alla densità del liquido. E in questo caso, le densità dei liquidi saranno diverse. A parità di pressioni, l'altezza di una colonna di liquido con una densità maggiore sarà inferiore all'altezza di una colonna di liquido con una densità inferiore (Fig.). Esperienza. Come determinare la massa d'aria. Peso dell'aria. Pressione atmosferica. L'esistenza della pressione atmosferica. La pressione atmosferica è maggiore della pressione dell'aria rarefatta nel vaso. La forza di gravità agisce sull'aria, come su qualsiasi corpo sulla Terra, e, quindi, l'aria ha un peso. Il peso dell'aria può essere facilmente calcolato conoscendone la massa. Ti mostreremo sperimentalmente come calcolare la massa d'aria. Per fare questo, devi prendere una palla di vetro forte con un tappo e un tubo di gomma con un morsetto. Ne pompiamo aria fuori con una pompa, fissiamo il tubo con un morsetto e lo bilanciamo sulla bilancia. Quindi, aprendo la fascetta sul tubo di gomma, lasciate entrare l'aria. L'equilibrio dei pesi sarà disturbato. Per ripristinarlo, dovrai mettere dei pesi su un altro piatto di bilance, la cui massa sarà uguale alla massa d'aria nel volume della palla. Gli esperimenti hanno stabilito che a una temperatura di 0 ° C e alla normale pressione atmosferica, la massa d'aria con un volume di 1 m 3 è di 1,29 kg. Il peso di quest'aria è facile da calcolare: P \u003d g m, P \u003d 9,8 N / kg 1,29 kg ≈ 13 N. Viene chiamato il guscio d'aria che circonda la Terra atmosfera (dal greco. atmos - vapore, aria e sfera - palla). L'atmosfera, come dimostrano le osservazioni del volo dei satelliti artificiali terrestri, si estende ad un'altitudine di diverse migliaia di chilometri. A causa dell'azione della gravità, gli strati superiori dell'atmosfera, come l'acqua dell'oceano, comprimono gli strati inferiori. Lo strato d'aria adiacente direttamente alla Terra è il più compresso e, secondo la legge di Pascal, trasferisce la pressione prodotta su di esso in tutte le direzioni. Di conseguenza, la superficie terrestre ei corpi su di essa subiscono la pressione dell'intero spessore dell'aria o, come si dice solitamente in questi casi, sperimentano pressione atmosferica . L'esistenza della pressione atmosferica può spiegare molti dei fenomeni che incontriamo nella vita. Consideriamo alcuni di loro. La figura mostra un tubo di vetro, all'interno del quale è presente un pistone che si adatta perfettamente alle pareti del tubo. L'estremità del tubo viene abbassata con acqua. Se sollevi il pistone, l'acqua salirà dietro di esso. Questo fenomeno è utilizzato nelle pompe dell'acqua e in alcuni altri dispositivi. La figura mostra un vaso cilindrico. È chiuso con un tappo in cui è inserito un tubo con un rubinetto. L'aria viene evacuata dalla nave da una pompa. Quindi l'estremità del tubo viene posta in acqua. Se apri il rubinetto ora, l'acqua spruzzerà all'interno del vaso come una fontana. L'acqua entra nel vaso perché la pressione atmosferica è maggiore della pressione dell'aria rarefatta nel vaso. Perché esiste il guscio d'aria della Terra? Come tutti i corpi, le molecole di gas che compongono il guscio d'aria della Terra sono attratte dalla Terra. Ma perché allora non cadono tutti sulla superficie della Terra? Come viene preservata l'involucro d'aria della Terra e la sua atmosfera? Per capirlo, bisogna tener conto che le molecole di gas sono in movimento continuo e disordinato. Ma poi sorge un'altra domanda: perché queste molecole non volano via nello spazio del mondo, cioè nello spazio. Per lasciare completamente la Terra, una molecola, come un'astronave o un razzo, deve avere una velocità molto elevata (almeno 11,2 km / s). Questo è il cosiddetto seconda velocità spaziale... La velocità della maggior parte delle molecole dell'involucro d'aria terrestre è molto inferiore a questa velocità cosmica. Pertanto, la maggior parte di loro sono legati alla Terra dalla gravità, solo un numero trascurabile di molecole vola fuori dalla Terra nello spazio. Il movimento disordinato delle molecole e l'azione della gravità su di esse fanno sì che le molecole di gas "fluttuino" nello spazio vicino alla Terra, formando un involucro d'aria, o l'atmosfera che conosciamo. Le misurazioni mostrano che la densità dell'aria diminuisce rapidamente con l'altitudine. Quindi, ad un'altitudine di 5,5 km sopra la Terra, la densità dell'aria è 2 volte inferiore alla sua densità sulla superficie della Terra, a un'altitudine di 11 km - 4 volte inferiore, ecc. Più è alta, più l'aria è rarefatta. E infine, negli strati più alti (centinaia e migliaia di chilometri sopra la Terra), l'atmosfera passa gradualmente in uno spazio senz'aria. L'involucro d'aria della Terra non ha un confine chiaro. A rigor di termini, a causa dell'azione della gravità, la densità del gas in qualsiasi vaso chiuso non è la stessa per tutto il volume del vaso. Sul fondo del vaso, la densità del gas è maggiore che nelle sue parti superiori, quindi la pressione nel serbatoio non è la stessa. È più grande nella parte inferiore della nave che nella parte superiore. Tuttavia, per il gas contenuto nel serbatoio, questa differenza di densità e pressione è così piccola che in molti casi può essere completamente ignorata, basta essere consapevoli. Ma per un'atmosfera che si estende per diverse migliaia di chilometri, la differenza è significativa. Misura della pressione atmosferica. L'esperienza Torricelli. È impossibile calcolare la pressione atmosferica utilizzando la formula per il calcolo della pressione di una colonna liquida (§ 38). Per un tale calcolo, è necessario conoscere l'altezza dell'atmosfera e la densità dell'aria. Ma l'atmosfera non ha un confine definito e la densità dell'aria a diverse altezze è diversa. Tuttavia, la pressione atmosferica può essere misurata utilizzando un esperimento proposto nel XVII secolo da uno scienziato italiano Evangelista Torricelli , un discepolo di Galileo. L'esperimento di Torricelli è il seguente: un tubo di vetro lungo circa 1 m, sigillato ad un'estremità, viene riempito di mercurio. Quindi, chiudendo ermeticamente la seconda estremità del tubo, viene capovolta e abbassata in una tazza con mercurio, dove questa estremità del tubo viene aperta sotto il livello del mercurio. Come in ogni esperimento con un liquido, parte del mercurio viene versato nella tazza e parte di esso rimane nel tubo. L'altezza della colonna di mercurio rimasta nel tubo è di circa 760 mm. Non c'è aria sopra il mercurio all'interno del tubo, c'è uno spazio senz'aria, quindi nessun gas esercita pressione sulla parte superiore della colonna di mercurio all'interno di questo tubo e non influisce sulle misurazioni. Spiega anche Torricelli, che ha proposto l'esperienza sopra descritta. L'atmosfera preme sulla superficie del mercurio nella tazza. Mercurio è in equilibrio. Ciò significa che la pressione nel tubo è a livello aa1 (vedi Fig.) È uguale alla pressione atmosferica. Quando la pressione atmosferica cambia, cambia anche l'altezza della colonna di mercurio nel tubo. Con l'aumentare della pressione, la colonna si allunga. Al diminuire della pressione, la colonna di mercurio diminuisce la sua altezza. La pressione nel tubo al livello aa1 è creata dal peso della colonna di mercurio nel tubo, poiché non c'è aria nella parte superiore del tubo sopra il mercurio. Quindi ne consegue che la pressione atmosferica è uguale alla pressione della colonna di mercurio nel tubo , cioè p atm \u003d p mercurio. Maggiore è la pressione atmosferica, maggiore è la colonna di mercurio nell'esperimento Torricelli. Pertanto, in pratica, la pressione atmosferica può essere misurata dall'altezza della colonna di mercurio (in millimetri o centimetri). Se, ad esempio, la pressione atmosferica è 780 mm Hg. Arte. (si dice "millimetri di mercurio"), questo significa che l'aria produce la stessa pressione che produce una colonna verticale di mercurio alta 780 mm. Pertanto, in questo caso, 1 millimetro di mercurio (1 mm Hg) viene preso come unità di misura della pressione atmosferica. Troviamo il rapporto tra questa unità e l'unità che conosciamo - pascal (Papà). La pressione di una colonna di mercurio ρ di mercurio alta 1 mm è pari a: p = g ρ h, p \u003d 9,8 N / kg · 13600 kg / m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa. Quindi, 1 mm Hg. Arte. \u003d 133,3 Pa. Attualmente, la pressione atmosferica viene solitamente misurata in ettopascal (1 hPa \u003d 100 Pa). Ad esempio, i bollettini meteorologici possono annunciare che la pressione è 1013 hPa, che è la stessa di 760 mm Hg. Arte. Osservando quotidianamente l'altezza della colonna di mercurio nel tubo, Torricelli ha scoperto che questa altezza cambia, cioè la pressione atmosferica non è costante, può aumentare e diminuire. Torricelli ha anche osservato che la pressione atmosferica è associata ai cambiamenti del tempo. Se una scala verticale è attaccata al tubo con mercurio usato nell'esperimento di Torricelli, allora ottieni il dispositivo più semplice: barometro a mercurio (dal greco. baros - gravità, metreo - misurazione). Viene utilizzato per misurare la pressione atmosferica. Il barometro è un aneroide. In pratica, un barometro in metallo viene utilizzato per misurare la pressione atmosferica, chiamato aneroide (tradotto dal greco - aneroide). Il barometro è così chiamato perché non contiene mercurio. L'aspetto dell'aneroide è mostrato nella figura. La sua parte principale è una scatola di metallo 1 con una superficie ondulata (ondulata) (vedi altra fig.). L'aria viene pompata fuori da questa scatola, e in modo che la pressione atmosferica non schiacci la scatola, il suo coperchio 2 viene tirato su da una molla. All'aumentare della pressione atmosferica, il coperchio si piega verso il basso e stringe la molla. Quando la pressione diminuisce, la molla raddrizza il coperchio. Un puntatore a freccia 4 è fissato alla molla con l'aiuto di un meccanismo di trasmissione 3, che si sposta a destra oa sinistra quando la pressione cambia. Una scala è rinforzata sotto la freccia, le cui divisioni sono contrassegnate in base alle letture del barometro a mercurio. Quindi, il numero 750, contro il quale sta la freccia aneroide (vedi Fig.), Mostra che al momento nel barometro a mercurio l'altezza della colonna di mercurio è di 750 mm. Pertanto, la pressione atmosferica è di 750 mm Hg. Arte. o ≈ 1000 hPa. Il valore della pressione atmosferica è molto importante per prevedere il tempo per i prossimi giorni, poiché i cambiamenti della pressione atmosferica sono associati ai cambiamenti del tempo. Un barometro è uno strumento necessario per le osservazioni meteorologiche. Pressione atmosferica a diverse altitudini. In un liquido, la pressione, come sappiamo, dipende dalla densità del liquido e dall'altezza della sua colonna. A causa della bassa compressibilità, la densità del liquido a diverse profondità è quasi la stessa. Pertanto, nel calcolare la pressione, consideriamo la sua densità costante e prendiamo in considerazione solo il cambiamento di altezza. La situazione è più complicata con i gas. I gas sono altamente comprimibili. E più forte è il gas compresso, maggiore è la sua densità e maggiore è la pressione che produce. Dopotutto, la pressione del gas è creata dall'impatto delle sue molecole sulla superficie del corpo. Gli strati d'aria vicino alla superficie terrestre sono compressi da tutti gli strati d'aria sovrastanti sopra di loro. Ma più alto è lo strato d'aria dalla superficie, più debole è compresso, minore è la sua densità. Di conseguenza, minore è la pressione che produce. Se, ad esempio, un pallone si alza sopra la superficie della Terra, la pressione dell'aria sul pallone diminuisce. Ciò accade non solo perché l'altezza della colonna d'aria sopra di essa diminuisce, ma anche perché la densità dell'aria diminuisce. È più piccolo in alto che in basso. Pertanto, la dipendenza della pressione dell'aria dall'altitudine è più complicata di quella dei liquidi. Le osservazioni mostrano che la pressione atmosferica nelle aree a livello del mare è in media di 760 mm Hg. Arte. La pressione atmosferica pari alla pressione di una colonna di mercurio alta 760 mm ad una temperatura di 0 ° C è chiamata pressione atmosferica normale. Pressione atmosferica normale è uguale a 101300 Pa \u003d 1013 hPa. Maggiore è l'altitudine, minore è la pressione. Con piccoli rialzi, in media, per ogni 12 m di sollevamento, la pressione diminuisce di 1 mm Hg. Arte. (o 1,33 hPa). Conoscendo la dipendenza della pressione dall'altitudine, è possibile determinare l'altitudine sul livello del mare modificando le letture del barometro. Si chiamano aneroidi che hanno una scala su cui misurare direttamente l'altezza sul livello del mare altimetri ... Sono utilizzati in aviazione e quando si scalano montagne. Manometri. Sappiamo già che i barometri vengono utilizzati per misurare la pressione atmosferica. Per misurare pressioni maggiori o minori della pressione atmosferica, utilizzare manometri (dal greco. manos - raro, sfuso, metreo - misurazione). I manometri sono liquido e metallo. Considera prima il dispositivo e l'azione manometro del liquido aperto... Consiste in un tubo di vetro a due ginocchia in cui viene versato del liquido. Il liquido è posto allo stesso livello in entrambe le ginocchia, poiché solo la pressione atmosferica agisce sulla sua superficie nelle ginocchia della nave. Per capire come funziona un tale manometro, può essere collegato con un tubo di gomma a una scatola piatta rotonda, un lato della quale è coperto da una pellicola di gomma. Se si preme il dito sulla pellicola, il livello del liquido nel ginocchio del manometro collegato alla scatola diminuirà e nell'altro ginocchio aumenterà. Come si spiega questo? Premendo sul film aumenta la pressione dell'aria nella scatola. Secondo la legge di Pascal, questo aumento di pressione viene trasmesso al liquido nel gomito del manometro che è collegato alla scatola. Pertanto, la pressione sul liquido in questo gomito sarà maggiore che nell'altro, dove solo la pressione atmosferica agisce sul liquido. Sotto l'azione della forza di questa pressione in eccesso, il liquido inizierà a muoversi. Nel ginocchio con aria compressa, il liquido scenderà, nell'altro - salirà. Il liquido raggiungerà l'equilibrio (arresto) quando la pressione in eccesso dell'aria compressa sarà bilanciata dalla pressione che produce la colonna di liquido in eccesso nell'altro ramo del manometro. Più si preme sulla pellicola, maggiore è la colonna di liquido in eccesso, maggiore è la sua pressione. Quindi, la variazione di pressione può essere giudicata dall'altezza di questa colonna in eccesso. La figura mostra come un tale manometro può misurare la pressione all'interno di un liquido. Più in profondità il tubo si immerge nel liquido, maggiore diventa la differenza nelle altezze delle colonne del liquido nelle ginocchia del manometro, quindi, e più pressione produce fluido. Se si installa la scatola degli strumenti a una certa profondità all'interno del liquido e la si alza, lateralmente e verso il basso con una pellicola, le letture del manometro non cambieranno. È così che dovrebbe essere, perché allo stesso livello all'interno del liquido, la pressione è la stessa in tutte le direzioni. La figura mostra manometro in metallo ... La parte principale di un tale manometro è un tubo metallico piegato in un tubo. 1 , un'estremità del quale è chiusa. L'altra estremità del tubo con un rubinetto 4 comunica con il vaso in cui viene misurata la pressione. All'aumentare della pressione, il tubo si allenta. Spostando la sua estremità chiusa con una leva 5 e ingranaggi 3 passato alla freccia 2 spostandosi sulla scala del dispositivo. Con una diminuzione della pressione, il tubo, a causa della sua elasticità, ritorna alla sua posizione precedente e la freccia - alla divisione zero della scala. Pompa liquido a pistone. Nell'esperimento di cui abbiamo discusso in precedenza (§ 40), si è riscontrato che l'acqua in un tubo di vetro sotto l'influenza della pressione atmosferica si alzava dietro il pistone. L'azione si basa su questo pistone pompe. La pompa è mostrata schematicamente in figura. È costituito da un cilindro, all'interno del quale va su e giù, aderendo strettamente alle pareti della nave, il pistone 1 ... Le valvole sono installate nella parte inferiore del cilindro e nel pistone stesso 2 che si aprono solo verso l'alto. Quando il pistone si alza, l'acqua, sotto l'influenza della pressione atmosferica, entra nel tubo, solleva la valvola inferiore e si sposta dietro il pistone. Quando il pistone si abbassa, l'acqua sotto il pistone preme sulla valvola inferiore e si chiude. Allo stesso tempo, sotto la pressione dell'acqua, una valvola all'interno del pistone si apre e l'acqua scorre nello spazio sopra il pistone. Con il successivo movimento verso l'alto del pistone, anche l'acqua sopra di essa sale nel punto con essa, che viene versata nel tubo di uscita. Allo stesso tempo, una nuova porzione di acqua sale dietro il pistone, che, al successivo abbassamento del pistone, sarà al di sopra di esso, e tutta questa procedura viene ripetuta più e più volte mentre la pompa è in funzione. Pressa idraulica. La legge di Pascal spiega l'azione macchina idraulica (dal greco. hydravlikos - acqua). Si tratta di macchine il cui funzionamento si basa sulle leggi del moto e dell'equilibrio dei liquidi. La parte principale della macchina idraulica sono due cilindri di diverso diametro, dotati di pistoni e tubo di collegamento. Lo spazio sotto i pistoni e il tubo sono riempiti con un liquido (solitamente olio minerale). Le altezze delle colonne del liquido in entrambi i cilindri sono le stesse fintanto che nessuna forza agisce sui pistoni. Supponiamo ora che le forze F 1 e F 2 - forze che agiscono sui pistoni, S 1 e S 2 - l'area dei pistoni. La pressione sotto il primo (piccolo) pistone è p 1 = F 1 / S 1 e sotto il secondo (grande) p 2 = F 2 / S 2. Secondo la legge di Pascal, la pressione di un liquido a riposo viene trasmessa in tutte le direzioni nello stesso modo, ad es. p 1 = p 2 o F 1 / S 1 = F 2 / S 2, da dove: F 2 / F 1 = S 2 / S 1 . Da qui la forza F 2 tante volte più forza F 1 , quante volte l'area del pistone grande è maggiore dell'area del pistone piccolo... Ad esempio, se l'area del pistone grande è di 500 cm 2 e il pistone piccolo è di 5 cm 2 e una forza di 100 N agisce sul pistone piccolo, allora una forza 100 volte maggiore agirà sul pistone più grande, ovvero 10.000 N. Pertanto, con l'aiuto di una macchina idraulica, una piccola forza può bilanciare una forza maggiore. Atteggiamento F 1 / F 2 mostra il guadagno di forza. Ad esempio, nell'esempio mostrato, il guadagno di forza è 10.000 N / 100 N \u003d 100. Viene chiamata la macchina idraulica utilizzata per la pressatura (spremitura) pressa idraulica . Le presse idrauliche vengono utilizzate dove è richiesta molta potenza. Ad esempio, per spremere l'olio dai semi nei frantoi, per pressare compensato, cartone, fieno. Negli impianti metallurgici, le presse idrauliche vengono utilizzate per realizzare alberi di macchine in acciaio, ruote ferroviarie e molti altri prodotti. Le moderne presse idrauliche possono sviluppare decine e centinaia di milioni di newton. Il dispositivo della pressa idraulica è mostrato schematicamente in figura. Il corpo da pressare 1 (A) è posto su una piattaforma collegata al pistone grande 2 (B). Il piccolo pistone 3 (D) crea molta pressione sul liquido. Questa pressione viene trasmessa in ogni punto del fluido che riempie i cilindri. Pertanto, la stessa pressione agisce sul secondo grande pistone. Ma poiché l'area del 2 ° pistone (grande) è maggiore dell'area di quello piccolo, la forza che agisce su di esso sarà maggiore della forza che agisce sul pistone 3 (D). Questa forza solleverà il pistone 2 (B). Quando il pistone 2 (B) si solleva, il corpo (A) va in battuta contro la piattaforma superiore fissa e viene compresso. Il manometro 4 (M) misura la pressione del fluido. La valvola di sicurezza 5 (P) si apre automaticamente quando la pressione del fluido supera il valore consentito. Da un piccolo cilindro a un grande liquido viene pompato da movimenti ripetuti del piccolo pistone 3 (D). Questo viene fatto come segue. Quando il pistone piccolo (D) si alza, la valvola 6 (K) si apre e il fluido viene aspirato nello spazio sotto il pistone. Quando il pistone piccolo viene abbassato dalla pressione del fluido, la valvola 6 (K) si chiude e la valvola 7 (K ") si apre e il fluido scorre nel vaso grande. L'azione dell'acqua e del gas su un corpo immerso in essi. Sott'acqua, possiamo facilmente raccogliere una pietra che si solleva appena nell'aria. Se immergi il tappo sotto l'acqua e lo rilasci dalle tue mani, galleggerà. Come si spiegano questi fenomeni? Sappiamo (§ 38) che il liquido preme sul fondo e sulle pareti del vaso. E se all'interno del liquido viene posto un corpo solido, anche questo sarà sottoposto a pressione, come le pareti della nave. Considera le forze che agiscono dal lato del liquido su un corpo immerso in esso. Per facilitare il ragionamento, scegli un corpo che abbia la forma di un parallelepipedo con basi parallele alla superficie del liquido (Fig.). Le forze che agiscono sulle facce laterali del corpo sono uguali a coppie e si bilanciano a vicenda. Sotto l'influenza di queste forze, il corpo viene compresso. Ma le forze che agiscono sulle facce superiore e inferiore del corpo non sono le stesse. Premendo con forza sul bordo superiore dall'alto F 1 colonna di liquido alta h 1. A livello del bordo inferiore, la pressione produce una colonna di liquido con un'altezza h 2. Questa pressione, come sappiamo (§ 37), viene trasmessa all'interno del liquido in tutte le direzioni. Pertanto, al bordo inferiore del corpo dal basso verso l'alto con forza F 2 preme la colonna del liquido in alto h 2. Ma h altri 2 h 1, quindi, il modulo di forza F 2 moduli di forza in più F 1. Pertanto, il corpo viene spinto fuori dal liquido con forza F vyt, uguale alla differenza di forze F 2 - F 1, cioè Ma S · h \u003d V, dove V è il volume del parallelepipedo, e ρ w · V \u003d m w è la massa del liquido nel volume del parallelepipedo. Quindi, F wy \u003d g m w \u003d P w, cioè la forza di galleggiamento è uguale al peso del liquido nel volume del corpo immerso in esso (la forza di galleggiamento è uguale al peso di un liquido dello stesso volume del volume di un corpo immerso in esso). L'esistenza di una forza che spinge un corpo fuori da un liquido è facile da scoprire sperimentalmente. Nell'immagine un raffigura un corpo sospeso a una molla con un puntatore a freccia all'estremità. Una freccia segna l'estensione della molla sul treppiede. Quando il corpo viene rilasciato in acqua, la molla si contrae (Fig., b). La stessa contrazione della molla si otterrà se si agisce sul corpo dal basso verso l'alto con una certa forza, ad esempio premendo con la mano (sollevamento). Pertanto, l'esperienza lo conferma un corpo in un liquido è influenzato da una forza che spinge questo corpo fuori dal liquido. Per i gas, come sappiamo, vale anche la legge di Pascal. perciò i corpi nel gas sono soggetti a una forza che li spinge fuori dal gas... Questa forza fa sollevare i palloncini. L'esistenza di una forza che spinge un corpo fuori dal gas può anche essere osservata sperimentalmente. Appendere una palla di vetro o un grande pallone chiuso con un tappo a un piatto di pesata accorciato. Le scale sono equilibrate. Quindi un vaso largo viene posto sotto il pallone (o palla) in modo che circondi l'intero pallone. La nave è piena di anidride carbonica, la cui densità è maggiore della densità dell'aria (quindi, l'anidride carbonica scende e riempie la nave, spostando l'aria da essa). In questo caso, l'equilibrio dei pesi è disturbato. La tazza con il pallone sospeso si solleva (fig.). Una fiaschetta immersa nell'anidride carbonica ha una forza di galleggiamento maggiore di quella dell'aria. La forza che spinge un corpo fuori da un liquido o da un gas è opposta alla forza di gravità applicata a questo corpo. Pertanto, procosmo). Questo spiega perché nell'acqua a volte solleviamo facilmente corpi che difficilmente teniamo nell'aria. Un piccolo secchio e un corpo cilindrico sono sospesi alla molla (Fig., A). Una freccia sul treppiede segna l'estensione della molla. Mostra il peso del corpo in aria. Dopo aver sollevato il corpo, sotto di esso viene posizionato un vaso di riflusso, riempito di liquido fino al livello del tubo di riflusso. Successivamente, il corpo è completamente immerso nel liquido (Fig., B). In cui viene versata parte del liquido, il cui volume è uguale al volume del corpo da un vaso di riflusso in un bicchiere. La molla si contrae e il puntatore della molla si sposta verso l'alto, indicando una diminuzione del peso corporeo nel fluido. In questo caso, oltre alla gravità, il corpo subisce l'azione di un'altra forza che lo spinge fuori dal liquido. Se il liquido dal vetro viene versato nel secchio superiore (cioè quello spostato dal corpo), l'indicatore della molla tornerà nella sua posizione iniziale (Fig., C). Sulla base di questa esperienza, possiamo concludere che la forza che spinge fuori un corpo completamente immerso in un liquido è uguale al peso del liquido nel volume di questo corpo ... Abbiamo ottenuto la stessa conclusione nel § 48. Se un esperimento simile fosse fatto con un corpo immerso in qualsiasi gas, lo dimostrerebbe la forza che spinge il corpo fuori dal gas è anche uguale al peso del gas preso nel volume del corpo . Viene chiamata la forza che spinge un corpo fuori da un liquido o da un gas forza di Archimede, in onore dello scienziato Archimede , che per primo ne ha indicato l'esistenza e ne ha calcolato il valore. Quindi, l'esperienza ha confermato che la forza di Archimede (o galleggiabilità) è uguale al peso del fluido nel volume del corpo, ad es. F A \u003d P w \u003d g m g. La massa del liquido m w spostata dal corpo può essere espressa attraverso la sua densità ρ w e il volume del corpo V t immerso nel liquido (poiché V w - il volume del liquido spostato dal corpo è uguale a V t - il volume del corpo immerso nel liquido), ad es. m w \u003d ρ w V t. Allora otteniamo: F A \u003d g ρ f V t Di conseguenza, la forza di Archimede dipende dalla densità del liquido in cui è immerso il corpo e dal volume di questo corpo. Ma non dipende, ad esempio, dalla densità della sostanza di un corpo immerso in un liquido, poiché questo valore non è compreso nella formula risultante. Determiniamo ora il peso di un corpo immerso in un liquido (o gas). Poiché le due forze che agiscono sul corpo in questo caso sono dirette in direzioni opposte (la gravità è verso il basso e la forza di Archimede è verso l'alto), il peso corporeo nel liquido P 1 sarà inferiore al peso corporeo nel vuoto P \u003d g m sulla forza di Archimede F A \u003d g m w (dove m g è la massa di liquido o gas spostata dal corpo). In questo modo, se un corpo è immerso in un liquido o in un gas, perde di peso quanto il liquido o il gas da esso spostato pesa. Esempio... Determinare la forza di galleggiamento che agisce su una pietra con un volume di 1,6 m 3 in acqua di mare. Scriviamo le condizioni del problema e risolviamolo. Quando il corpo fluttuante raggiunge la superficie del liquido, quindi con il suo ulteriore movimento verso l'alto, la forza di Archimede diminuirà. Perché? E perché il volume della parte del corpo immersa nel liquido diminuirà e la forza di Archimede è uguale al peso del liquido nel volume della parte del corpo immersa in esso. Quando la forza di Archimede diventa uguale alla forza di gravità, il corpo si fermerà e galleggerà sulla superficie del liquido, parzialmente immerso in esso. Questa conclusione può essere facilmente verificata dall'esperienza. Versare l'acqua nel recipiente di deflusso fino al livello del tubo di deflusso. Successivamente, immergeremo un corpo galleggiante in una nave, dopo averlo precedentemente pesato in aria. Sceso in acqua, il corpo sposta un volume d'acqua pari al volume di una parte del corpo immersa in essa. Dopo aver pesato quest'acqua, troviamo che il suo peso (forza di Archimede) è uguale alla forza di gravità che agisce su un corpo galleggiante, o al peso di questo corpo nell'aria. Dopo aver eseguito gli stessi esperimenti con qualsiasi altro corpo che galleggia in liquidi diversi - acqua, alcool, soluzione salina, ci si può assicurare che se un corpo galleggia in un liquido, il peso del liquido spostato da esso è uguale al peso di questo corpo nell'aria. È facile dimostrarlo se la densità di un solido solido è maggiore della densità di un liquido, il corpo affonda in tale liquido. Un corpo con una densità inferiore galleggia in questo fluido... Un pezzo di ferro, ad esempio, affonda nell'acqua, ma galleggia nel mercurio. Il corpo, la cui densità è uguale alla densità del liquido, rimane in equilibrio all'interno del liquido. Il ghiaccio galleggia sulla superficie dell'acqua, poiché la sua densità è inferiore a quella dell'acqua. Minore è la densità del corpo rispetto alla densità del liquido, minore è la parte del corpo immersa nel liquido . A parità di densità del corpo e del fluido, il corpo galleggia all'interno del fluido a qualsiasi profondità. Due liquidi immiscibili, ad esempio acqua e cherosene, si trovano nel recipiente in base alla loro densità: nella parte inferiore del recipiente - acqua più densa (ρ \u003d 1000 kg / m 3), in alto - cherosene più leggero (ρ \u003d 800 kg / m 3) ... La densità media degli organismi viventi che abitano l'ambiente acquatico differisce poco dalla densità dell'acqua, quindi il loro peso è quasi completamente bilanciato dalla forza di Archimede. Grazie a ciò, gli animali acquatici non hanno bisogno di scheletri così forti e massicci come quelli terrestri. Per lo stesso motivo i tronchi delle piante acquatiche sono elastici. La vescica natatoria del pesce cambia facilmente il suo volume. Quando il pesce, con l'aiuto dei muscoli, scende a una grande profondità e la pressione dell'acqua su di esso aumenta, la bolla si contrae, il volume del corpo del pesce diminuisce e non viene spinto verso l'alto, ma nuota in profondità. Pertanto, il pesce può, entro certi limiti, regolare la profondità della loro immersione. Le balene regolano la loro profondità di immersione diminuendo e aumentando la capacità polmonare. Navi a vela. Le navi che solcano fiumi, laghi, mari e oceani sono costruite con materiali diversi con densità variabili. Gli scafi delle navi sono generalmente realizzati con lamiere d'acciaio. Anche tutti i fissaggi interni, che conferiscono robustezza alle navi, sono in metallo. Per la costruzione delle navi vengono utilizzati vari materiali che, rispetto all'acqua, hanno densità sia superiori che inferiori. Cosa fa galleggiare le navi sull'acqua, imbarcarsi e trasportare grandi carichi? L'esperimento con un corpo galleggiante (§ 50) ha mostrato che il corpo sposta così tanta acqua con la sua parte sott'acqua che il peso di quest'acqua è uguale al peso del corpo nell'aria. Questo vale anche per qualsiasi nave. Il peso dell'acqua spostata dalla parte sottomarina della nave è uguale al peso della nave con carico in aria o alla forza di gravità che agisce sulla nave con carico. Viene chiamata la profondità alla quale la nave è immersa nell'acqua sedimento ... Il pescaggio massimo consentito è segnato sullo scafo della nave con una linea rossa chiamata linea di galleggiamento (dall'olandese. acqua - acqua). Il peso dell'acqua spostata da una nave quando è sommersa dalla linea di galleggiamento, uguale alla forza di gravità che agisce su una nave con carico, è chiamato spostamento della nave. Attualmente, per il trasporto del petrolio, si costruiscono navi con un dislocamento di 5.000.000 kN (5 · 10 6 kN) e oltre, cioè con un peso di 500.000 tonnellate (5 · 10 5 tonnellate) e oltre. Se sottraiamo il peso della nave stessa dal dislocamento, otteniamo la capacità di carico di questa nave. La capacità di trasporto indica il peso del carico trasportato dalla nave. La cantieristica navale esisteva nell'antico Egitto, in Fenicia (si ritiene che i Fenici fossero uno dei migliori costruttori navali), nell'antica Cina. In Russia, la costruzione navale ebbe origine a cavallo tra il XVII e il XVIII secolo. Per lo più furono costruite navi da guerra, ma fu in Russia che furono costruiti il \u200b\u200bprimo rompighiaccio, navi con un motore a combustione interna e il rompighiaccio atomico "Arktika". Aeronautica. Un disegno che descrive il pallone dei fratelli Montgolfier nel 1783: "La vista e le dimensioni esatte del" Globo Palloncino ", che fu il primo". 1786 Sin dai tempi antichi, le persone hanno sognato di poter volare sopra le nuvole, nuotare nell'oceano arioso, mentre nuotavano sul mare. Per l'aeronautica all'inizio furono usati palloncini riempiti con aria riscaldata, idrogeno o elio. Affinché il pallone possa sollevarsi in aria, è necessario che la forza di Archimede (galleggiabilità) F E, agendo sulla palla, era maggiore della gravità F pesante, ad es. F A\u003e F pesante. Quando la palla si solleva, la forza di Archimede che agisce su di essa diminuisce ( F A \u003d gρV), poiché la densità dell'alta atmosfera è inferiore a quella della superficie terrestre. Per salire più in alto, una zavorra speciale (peso) viene fatta cadere dalla palla e questo rende la palla più leggera. Alla fine la palla raggiunge la sua massima altezza di sollevamento. Una parte del gas viene rilasciata per liberare la sfera dal suo guscio tramite un'apposita valvola. Nella direzione orizzontale, il pallone si muove solo sotto l'influenza del vento, quindi viene chiamato palloncino (dal greco aer - aria, stato - in piedi). Per studiare gli strati superiori dell'atmosfera, la stratosfera, non molto tempo fa, sono stati utilizzati enormi palloncini - palloncini stratosferici . Prima che imparassero a costruire grandi aerei per il trasporto di passeggeri e merci per via aerea, venivano utilizzati palloni controllati: dirigibili... Hanno una forma allungata; una gondola con un motore è sospesa sotto lo scafo, che guida l'elica. Il pallone non solo si alza da solo, ma può anche sollevare un carico: una cabina, persone, dispositivi. Pertanto, per scoprire quale tipo di carico può sollevare il palloncino, è necessario determinarlo sollevamento. Supponiamo, ad esempio, che un pallone da 40 m 3 riempito di elio venga lanciato in aria. La massa di elio che riempie il guscio della sfera sarà uguale a: m Ge \u003d ρ Ge · V \u003d 0,1890 kg / m 3 40 m 3 \u003d 7,2 kg, e il suo peso è: P Ge \u003d g · m Ge; P Ge \u003d 9,8 N / kg 7,2 kg \u003d 71 N. La forza di galleggiamento (Archimedeo) che agisce su questa palla in aria è uguale al peso dell'aria con un volume di 40 m 3, cioè F A \u003d \u200b\u200bg · ρ aria V; F A \u003d \u200b\u200b9,8 N / kg · 1,3 kg / m 3 · 40 m 3 \u003d 520 N. Ciò significa che questa palla può sollevare un carico del peso di 520 N - 71 N \u003d 449 N. Questa è la sua forza di sollevamento. Una palla dello stesso volume, ma riempita di idrogeno, può sollevare un carico di 479 N. Ciò significa che la sua forza di sollevamento è maggiore di quella di una palla riempita di elio. Tuttavia, l'elio è più spesso usato, poiché non brucia e quindi è più sicuro. L'idrogeno è un gas combustibile. È molto più facile sollevare e abbassare un palloncino pieno di aria calda. Per questo, un bruciatore si trova sotto il foro situato nella parte inferiore della palla. Usando un bruciatore a gas, puoi regolare la temperatura dell'aria all'interno della palla, il che significa la sua densità e galleggiabilità. Per far salire la palla più in alto, è sufficiente riscaldare l'aria al suo interno più fortemente, aumentando la fiamma del bruciatore. Quando la fiamma del bruciatore diminuisce, la temperatura dell'aria nella sfera diminuisce e la sfera si abbassa. Puoi scegliere la temperatura della palla alla quale il peso della palla e dell'abitacolo sarà uguale alla forza di galleggiamento. Quindi la palla rimarrà sospesa in aria e sarà facile fare osservazioni da essa. Con lo sviluppo della scienza, si sono verificati cambiamenti significativi nella tecnologia aeronautica. Ora diventa possibile utilizzare nuovi involucri per palloncini, che sono diventati forti, resistenti al gelo e leggeri. I risultati nel campo dell'ingegneria radio, dell'elettronica e dell'automazione hanno reso possibile la progettazione di palloni senza pilota. Questi palloncini vengono utilizzati per studiare le correnti d'aria, per la ricerca geografica e biomedica nella bassa atmosfera. Come cambia la pressione di un gas ideale? Un gas ideale è un modello fisico di un gas. Questo modello praticamente non tiene conto dell'interazione delle molecole tra loro. Viene utilizzato per descrivere il comportamento dei gas da un punto di vista matematico. Questo modello assume le seguenti proprietà del gas: la dimensione delle molecole è maggiore della distanza tra le molecole; le molecole sono sfere rotonde; le molecole vengono respinte l'una dall'altra e dalle pareti della nave solo dopo la collisione. Le collisioni sono perfettamente elastiche; le molecole si muovono secondo le leggi di Newton. Esistono diversi tipi di gas ideale: classico; quanto (considera un gas ideale in condizioni di diminuzione della temperatura e aumento della distanza tra le molecole); in un campo gravitazionale (considera i cambiamenti nelle proprietà di un gas ideale in un campo gravitazionale). Di seguito considereremo un gas ideale classico. Come determinare la pressione di un gas ideale? La dipendenza fondamentale di tutti i gas ideali è espressa utilizzando l'equazione di Mendeleev-Clapeyron. PV \u003d (m / M) .RT [Formula 1] P è la pressione. Unità di misura - Pa (Pascal) R \u003d 8,314 è la costante universale dei gas. Unità di misura - (J / mol.K) T - temperatura V - volume m - massa di gas M - massa molare gas. L'unità di misura è (g / mol). P \u003d nkT [Formula 2] La formula 2 mostra che la pressione di un gas ideale dipende dalla concentrazione di molecole e dalla temperatura. Se prendiamo in considerazione le caratteristiche di un gas ideale, n sarà determinato dalla formula: n \u003d mNа / MV [Formula 3] N è il numero di molecole nel vaso N a - Costante di Avogadro Sostituendo la formula 3 nella formula 2, otteniamo: PV \u003d (m / M) Na kT [Formula 4] k * N a \u003d R [Formula 5] La costante R è una costante per una mole di gas nell'equazione di Mendeleev-Clapeyron (ricorda: a pressione e temperatura costanti, 1 mole di gas diversi occupa lo stesso volume). Ora deriviamo l'equazione della pressione per un gas ideale m / M \u003d ν [Formula 6] dove ν è la quantità di materia. Unità di misura - talpa Otteniamo l'equazione per la pressione di un gas ideale, la formula è data di seguito: P \u003d νRT / V [Formula 7] dove P è la pressione. Unità di misura - Pa (Pascal) R \u003d 8,314 è la costante universale dei gas. Unità di misura - (J / mol.K) T - temperatura V - volume. Come cambierà la pressione di un gas ideale? Analizzando l'equazione 7, puoi vedere che la pressione di un gas ideale è proporzionale alla variazione di temperatura e concentrazione. Nello stato di un gas ideale, sono possibili cambiamenti in tutti i parametri da cui dipende, e anche cambiamenti in alcuni di essi. Consideriamo le situazioni più probabili: Processo isotermico. Questo processo è caratterizzato dal fatto che la temperatura in esso sarà costante (T \u003d const). Se sostituiamo una temperatura costante nell'equazione 1, vedremo che anche il valore del prodotto P * V sarà costante. PV \u003d const [Formula 8] L'equazione 8 mostra la relazione tra il volume di un gas e la sua pressione a temperatura costante. Questa equazione è stata scoperta sperimentalmente nel XVII secolo dai fisici Robert Boyle e Edm Mariotte. L'equazione prende il nome dalla legge di Boyle-Mariotte. Processo isocorico. In questo processo, il volume, la massa del gas e la sua massa molare rimangono costanti. V \u003d const, m \u003d const, M \u003d const. Quindi, otteniamo la pressione del gas ideale. La formula è mostrata di seguito: P \u003d P 0 AT [Formula 9] Dove: P - pressione del gas a temperatura assoluta, P 0 - pressione del gas a una temperatura di 273 ° K (0 ° C), A è il coefficiente di temperatura della pressione. A \u003d (1 / 273,15) K -1 Questa dipendenza è stata scoperta nel XIX secolo sperimentalmente dal fisico Charles. Pertanto, l'equazione porta il nome del suo creatore: la legge di Charles. Il processo isocoro può essere osservato se il gas viene riscaldato a un volume costante. Processo isobarico. Per questo processo, la pressione, la massa del gas e la sua massa molare saranno costanti. P \u003d const, m \u003d const, M \u003d const. L'equazione del processo isobarico ha la forma: V / T \u003d const o V \u003d V 0 AT [Formula 10] dove: V 0 - volume di gas alla temperatura di 273 ° K (0 ° C); A \u003d (1 / 273,15) K -1. In questa formula, il coefficiente A è il coefficiente di temperatura per l'espansione volumetrica del gas. Questa relazione è stata scoperta nel XIX secolo dal fisico Joseph Gay-Lussac. Ecco perché questa uguaglianza porta il suo nome: la legge di Guy-Lussac. Se prendi una fiaschetta di vetro collegata a un tubo, la cui apertura è chiusa da un liquido, e riscaldi la struttura, puoi osservare il processo isobarico. Va notato che l'aria a temperatura ambiente ha proprietà simili a un gas ideale. Salta al contenuto © 2020 studyboom.ru - Mondo scolastico. Rapporti. Astratti. Lezioni. Astratto. Bigliettini Pubblicità sul sito web mappa del sito Contatti politica sulla riservatezza