Давление твердых тел и жидкостей

Давление

Понятие давления. Давление твердых тел и жидкостей. Давлением (от англ. Pressure) называется величина, численно равно значению силы, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. Единица измерения давления - паскаль,. Пример: идя по снегу в ботинках, человек оказывает на снежную поверхность значительно большее давление, чем двигаясь на лыжах. Столбик жидкости высотой h в сосуде оказывает на ее дно давление, где - плотность жидкости. Давление в неподвижных жидкостях называют статическим давлением. В подвижных средах к нему присоединяется динамическое давление. Давление газов. Объяснение давления газов на основе молекулярно-кинетических представлений Давление столба воздуха тоже связан с притяжением, но собственный давление газа имеет кинетическую природу. 

Давление газа на внутреннюю поверхность баллона вызывается ударами огромного количества молекул газа и зависит от плотности расположения молекул (от плотности газа), а также от энергии ударов отдельных молекул (от температуры газа). Уменьшение плотности газа и снижение температуры уменьшает собственное давление газа. Закон Паскаля. Сообщающиеся сосуды Закон Паскаля: внешнее давление на газ или жидкость передается ими во всех направлениях одинаково (т.е. равномерно, без изменений). Закон Паскаля лежит в основе закона сообщающихся сосудов. Закон Соедених сосудов. Любая жидкость устанавливается в соединенных достаточно широких (некапилярних) сосудах на одном уровне независимо от их числа, размеров и наклона к горизонту. В сообщающихся сосудах высоты разнородных несмешиваемых жидкостей обратно пропорциональных их плотность:. Атмосферное давление.

Опыт Торричелли Итальянский ученый Галилео Галилей первым понял, что окружающий Землю толстый слой воздуха (атмосфера) своим весом давит на поверхность Земли, то есть создает атмосферное давление, и что именно это давление ограничивает максимальную высоту подъема воды в трубе при откачке из глубины (эта высота водяного столба составляет 10,34 м). Справедливость догадки Галилея довели его ученики - Эванджелиста Торричелли и Винченцо Вивиани. Первый из них предложили использовать для измерения атмосферного давления не воду, а ртуть, плотность которой в 13,6 раза превышает плотность воды, что позволило значительно уменьшить размеры экспериментальной установки, а второй в 1643 г. провел опыт, известный под названием опыта Торричелли. Вивиани наполнил ртутью стеклянную трубку длиной 1 м, запаянную с одного конца, закрыл ее отверстие и немного опустил трубку вверх дном в чашу со ртутью.

После открытия отверстия часть ртути вылилась в чашу, а уровень ртути в трубке остановился на высоте примерно 76 см от ее поверхности в чаше. При этом давление атмосферы, который передавался ртути в трубке через ртуть в чаше, давлением столбика ртути. Значение нормального атмосферного давления в CИ: Па 100 кПа; в внесистемных единицах давление составляет 760 мм рт. ст. Человек почти не испытывает атмосферного давления, потому это давление уравновешивается давлением изнутри ее тела. Барометр-анероид. Изменение атмосферного давления с высотой Барометры - это приборы для измерения атмосферного давления; «Анероид »означает«»(т.е. не жидкостный). Барометр-анероид (см. рисунок) состоит из камеры К, воздух в которой разжижают (создают вакуум). Волнистая, гибкая крышка камеры играет роль мембраны М. С помощью передаточного механизма она соединена с пружиной П и стрелкой С. 

При увеличении давления атмосферы мембрана прогибается внутрь, в случае уменьшения - выгибается наружу. Эти деформации мембраны изменяют положение стрелки на шкале. Давление воздуха p на значительных высотах h (в горах даже на верхних этажах высотных домов) заметно меньше, чем вблизи поверхности Земли. Уменьшение давления с увеличением высоты объясняется как минимум двумя причинами:

1) уменьшением толщины слоя воздуха (т.е. высоты воздушного столба), что создает давление. 

2) уменьшением плотности воздуха с высотой вследствие уменьшения силы тяжести при удалении от центра Земли. Манометры Манометры - это приборы для измерения давлений газов в некоторых сосудах (например, в баллонах).

Большинство манометров созданы для измерения давлений, значительно больших атмосферного, но существуют манометры специальной конструкции (мановакууметры), которые позволяют измерять давление, значительно ниже атмосферного. Жидкостные манометры позволяют измерять разницу между исследуемым давлением газа и давлением атмосферного воздуха. По своей конструкции жидкостные манометры очень похожи на жидкостные (чаще ртутные) барометры. Принцип устройства и действия металлических манометров удобно рассмотреть на примере манометра Бурдона.

Его основной частицей является гибкая изогнутая металлическая трубка Т. Газ, создавая давление внутри трубки, в некоторой степени распрямляют ее (это похоже на действие воздуха в детской игрушке), что приводит в действие систему зубчатых колес и рычагов, которые вращают стрелку С на угол тем более, чем больше измеряемое давление. Архимедова сила. Условия плавания тел. Согласно закону Паскаля, силы давления со стороны жидкости действуют как на боковую поверхность погруженного тела, так и на обе его основы. Силы атмосферного давления, которые одинаково прилагаются ко всем гидростатических сил, уравновешиваются. Если бы тело было погружено в жидкость так, что его верхняя часть была бы на одном уровне со свободной поверхностью жидкости, то сила гидростатического давления действовала бы только на основу (ведь силы давления на боковые участки п