Pengembangan pelajaran: "Tekanan dalam zat cair dan gas". Berat udara

Cairan, seperti semua benda di Bumi, dipengaruhi oleh gravitasi. Oleh karena itu, cairan yang dituangkan ke dalam bejana, dengan beratnya, menciptakan tekanan, yang menurut hukum Pascal, diteruskan ke segala arah. Oleh karena itu, ada tekanan di dalam cairan. Hal ini dapat dibuktikan melalui pengalaman.

Tuang air ke dalam tabung kaca, lubang bawahnya ditutup dengan lapisan karet tipis. Di bawah pengaruh berat cairan, bagian bawah karet tabung akan bengkok (Gbr. 93, a).

Pengalaman menunjukkan bahwa semakin tinggi kolom air di atas lapisan karet, semakin banyak pula lengkungannya (Gbr. 93, b). Namun setiap kali bagian bawah karet tertekuk, air di dalam tabung menjadi seimbang ( berhenti), karena, selain gravitasi, gaya elastis lapisan karet juga bekerja pada air.

Mari kita turunkan tabung dengan dasar karet, tempat air dituangkan, ke dalam wadah lain yang lebih lebar berisi air (Gbr. 93, c). Kita akan melihat bahwa saat tabung diturunkan, lapisan karet secara bertahap menjadi lurus. Pelurusan penuh film menunjukkan bahwa gaya-gaya yang bekerja padanya dari atas dan bawah adalah sama. Pelurusan film secara menyeluruh terjadi ketika ketinggian air di dalam tabung dan bejana bertepatan.

Eksperimen yang sama dapat dilakukan dengan tabung yang lubang sampingnya ditutup dengan lapisan karet, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 94, a. Jika tabung berisi air ini dicelupkan ke dalam bejana lain yang berisi air, seperti ditunjukkan pada Gambar 94, b, maka kita akan melihat kembali bahwa lapisan film akan lurus segera setelah ketinggian air di dalam tabung dan di dalam bejana sama. Artinya gaya yang bekerja pada lapisan karet adalah sama pada kedua sisi.

Eksperimen dengan sebuah bejana yang bagian bawahnya bisa jatuh sangat jelas. Bejana seperti itu diturunkan ke dalam toples berisi air (Gbr. 95, a). Bagian bawah ditekan dengan kuat ke tepi bejana karena kekuatan tekanan air dari bawah ke atas. Kemudian air dituangkan dengan hati-hati ke dalam bejana. Bagian bawah bejana terlepas ketika ketinggian air di dalam bejana bertepatan dengan ketinggian air di dalam toples (Gbr. 95.6).

Pada saat pemisahan, kolom cairan dalam bejana ditekan dari atas ke bawah, dan tekanan kolom cairan yang sama, tetapi terletak di dalam toples, dipindahkan dari bawah ke atas ke bawah. Kedua tekanan ini sama, tetapi bagian bawahnya menjauh dari silinder karena aksi gravitasi padanya.

Eksperimen dengan air telah dijelaskan di atas, tetapi mudah untuk menyimpulkan bahwa sesuatu akan terjadi jika cairan lain diambil sebagai pengganti air.

Jadi, percobaan menunjukkan bahwa di dalam zat cair terdapat tekanan dan pada tingkat yang sama tekanannya sama ke segala arah. Dengan kedalaman, tekanan meningkat.

Gas tidak berbeda dengan cairan dalam hal ini, karena gas juga mempunyai berat. Namun kita harus ingat bahwa massa jenis gas ratusan kali lebih kecil daripada massa jenis zat cair. Berat gas di dalam bejana kecil, dan tekanan “berat” dalam banyak kasus dapat diabaikan.

Pertanyaan. 1. Bagaimana menunjukkan secara eksperimental bahwa tekanan di dalam zat cair adalah tingkat yang berbeda berbeda, tetapi pada tingkat yang sama ke segala arah sama? 2. Mengapa dalam banyak kasus tekanan dalam gas yang dihasilkan oleh berat gas tersebut tidak diperhitungkan?

a) Kopling silinder timah.

Peralatan: set silinder timah;

tumpuan kaki tiga; kettlebell 2kg.

Dianjurkan untuk memiliki dua set silinder timah untuk percobaan: satu untuk menunjukkan permukaan yang tidak rata dan teroksidasi yang mencegah silinder terhubung, dan yang kedua untuk bagian utama demonstrasi. Bersihkan ujung silinder dengan memasukkannya ke alasnya dan, dengan menekan pisau dengan ringan, putar beberapa kali. Setelah diasah, ujung silinder harus halus dan mengkilat. Setelah menempatkan kedua silinder di ujungnya, tekan ke arah satu sama lain dan putar sedikit di sekitar porosnya, setelah itu silinder harus terhubung. Untuk menilai besarnya kekuatan mereka ketertarikan bersama

gantung silinder atas dengan pengait pada tripod, dan gantung beban seberat 2 kilogram dari silinder bawah tanpa menyentak. Kemudian, setelah melepaskan beban dan memisahkan silinder dengan tangan mereka, mereka menunjukkan kepada siswa ketidakrataan ujung-ujung yang timbul pada titik-titik sambungan. KESIMPULAN: pada jarak kecil antar molekul padat ada kekuatan tarik-menarik yang muncul ketika molekul-molekul bersentuhan sangat dekat, dan seterusnya jarak yang lebih besar

Gaya tolak menolak bekerja antar molekul.

b) Adhesi kaca ke air. Peralatan:

dua piring kaca; air.

Hubungkan permukaan pelat kering, pastikan tidak ada gaya tarik menarik, teteskan air di antara gelas dan coba

pisahkan mereka.

KESIMPULAN: terdapat gaya tarik menarik antara molekul zat cair dan zat padat.

Pertanyaan keamanan

1. Apa pentingnya materi yang dipelajari bagi pembentukan pandangan dunia siswa?

2. Terbuat dari apakah benda itu:

a) dari molekul;

b) dari partikel;

3. Usulkan cara untuk merangkum pengetahuan siswa dalam bentuk tabel tentang wujud agregat materi dan sifat-sifat benda.

4. Benarkah jika dipanaskan semua zat memuai?

5. Berikan contoh difusi yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi.

PEKERJAAN LAB O R A T O R N A Y No.2

STORD TEKANAN STORDYXTEL,

BIAYA CAIRAN DAN GAS O V

Percobaan No. 1. Tekanan benda padat pada suatu penyangga

Peralatan: mandi pasir, papan yang dipaku, berat 1 kg.

Sebelum demonstrasi, pasir basah dituangkan ke dalam bak mandi dan permukaannya diratakan dengan baik. Paku ditancapkan ke sudut papan kecil. Papan dengan kepala paku diletakkan di atas lapisan pasir dan beban diletakkan di atasnya. pakunya hanya ditekan sedikit ke pasir. Papan tersebut kemudian dibalik pada ujung paku. Dalam hal ini, area penyangga papan berkurang, dan dengan kekuatan yang sama, paku masuk jauh lebih dalam ke pasir.

KESIMPULAN: Hasil gaya bergantung pada luas benda yang bersentuhan.

Tugas: Mengetahui massa dan luas sepatu, tentukan seberapa besar tekanan yang Anda hasilkan saat berjalan dan berdiri diam.

Tentukan area penyangga boot menggunakan selembar kertas kotak-kotak.

b) Adhesi kaca ke air. EKSPERIMEN No. 2. Mengembang bola karet di bawah bel pompa udara

Pompa Komovsky, pelat vakum dengan bel kaca, balon.

Eksperimen ini berfungsi sebagai ilustrasi untuk menjelaskan mekanisme tekanan gas pada dinding bejana. DI DALAM balon

sisakan sedikit udara dan ikat erat.

Peralatan Bola diletakkan di atas pelat pompa udara sehingga tidak menutupi lubang saluran keluar pelat, dan ditutup dengan bel kaca.

Hubungkan pelat ke pompa dan pompa udara keluar. Saat udara dipompa keluar, bola secara bertahap mengembang dan berbentuk bola. Kemudian udara perlahan-lahan dimasukkan ke bawah bel, fenomena sebaliknya diamati, dan ditarik kesimpulan bahwa tekanan gas sama ke segala arah.

Eksperimen ini lebih efektif jika pancaran disinari dengan cahaya samping. Dalam hal ini, mereka menonjol dengan latar belakang hitam papan tulis.

Menarik kesimpulan.

EKSPERIMEN No. 4. Desain dan pengoperasian mesin press hidrolik

TENTANG
peralatan: tekan hidrolik

Pers hidrolik pendidikan banyak digunakan di sekolah-sekolah. Sebelum demonstrasi, guru membuat gambar skema alat press hidrolik dengan pengukur tekanan dan katup pengaman di papan tulis. Pertama, bandingkan bagian utama mesin press pada perangkat dengan gambar skema di papan tulis. Dengan memberi nama masing-masing bagian perangkat dan tujuannya, mereka mengetahui cara kerja mesin press hidrolik dan bagaimana bagian-bagiannya berinteraksi satu sama lain. Guru menunjukkan pada diagram dan sebenarnya sebuah tangki oli, silinder kecil dengan pegangan berupa tuas, katup, pengukur tekanan dan silinder besar.

Menaikkan dan menurunkan pegangan beberapa kali dan mengacu pada diagram, ia menjelaskan jalur oli dari reservoir ke silinder besar.

Perangkat ini dilengkapi dengan dua perangkat pengaman yang melindungi perangkat dari kehancuran: pengukur tekanan dengan garis merah yang menunjukkan tekanan maksimum yang diizinkan dalam pers, dan katup pengaman yang akan terbuka secara otomatis jika karena alasan tertentu tekanan yang diizinkan terlampaui.

Mengingatkan siswa bahwa tekanan dalam silinder pengepres adalah sama, dan gaya tekanan sebanding dengan luas piston, mereka mengetahui bagaimana pengepres mencapai peningkatan kekuatan yang besar. Tugas: Setelah mengukur diameter piston besar dan kecil, panjang lengan pegangan, menghitung penguatan gaya (yaitu, berapa kali gaya tekanan yang dikembangkan oleh piston besar, lebih banyak kekuatan

tekanan piston kecil).

TENTANG
peralatan: EKSPERIMEN No. 5. Tekanan zat cair pada dasar dan dinding bejana.

kantong plastik berisi air, dua dinamometer, tripod, pengukur tekanan terbuka, alat untuk menunjukkan tekanan di dalam cairan, akuarium berisi air.

a) Untuk menunjukkan tekanan zat cair pada dinding bejana, kantong plastik berisi air diletakkan di antara meja dinamometer dan diperlihatkan adanya tekanan yang sama pada dinding kantong.

Untuk mendemonstrasikan pengoperasian perangkat, sambungkan puting kapsul melalui tabung karet ke pengukur tekanan air terbuka.

Tunjukkan bahwa cairan pada kedua siku pengukur tekanan berada pada ketinggian yang sama. Kemudian, dengan menekan sedikit permukaan luar film karet dengan jari, siswa memperhatikan bagaimana kadar cairan dalam pengukur tekanan berubah. Selanjutnya, mereka menurunkan kapsul ke dalam akuarium berisi air dan menunjukkan bahwa tekanan pada lapisan karet, yang diamati pada pengukur tekanan, meningkat seiring dengan kedalaman perendaman. Setelah itu, pasang perangkat pada kedalaman tertentu dan, dengan menggunakan pengait kawat, putar braket tempat kapsul dipasang

sumbu horisontal

TENTANG
peralatan:. Siswa tertarik pada kenyataan bahwa pada tingkat perendaman ini, tekanan di dalam cairan tidak bergantung pada lokasi lapisan karet.

EKSPERIMEN No. 6. Paradoks hidrostatik. Alat Pascal, wadah untuk mengalirkan air, air berwarna. Perangkat untuk

pengalaman ini

terdiri dari alas di mana bingkai berbentuk cincin dengan benang dipasang. Bingkai ini, terbuka di bagian atas, ditutupi di bagian bawah dengan lapisan karet tipis, bertumpu pada pelat bundar yang dihubungkan dengan tuas ke panah yang mudah digerakkan.

Perangkat ini dilengkapi dengan tiga wadah dengan bentuk dan volume berbeda, tetapi dengan luas alas yang sama. Setiap kapal memiliki bingkai berulir yang dipasang pada perangkat.

Untuk mendemonstrasikannya, pertama-tama kencangkan bejana berbentuk silinder ke dalam rangka dan tuangkan air ke dalamnya hingga ketinggian 2-3 cm di bawah tepi atas. Ketinggian air dalam bejana ditandai dengan penunjuk yang bergerak pada batang, dan tempatnya di skala tempat anak panah dipasang ditandai dengan “hussar” yang terlihat jelas dari jauh.

b) Adhesi kaca ke air. Setelah itu, air dialirkan melalui keran pembuangan dan sebagai pengganti bejana berbentuk silinder, dipasang bejana lain, misalnya yang mengembang ke atas, lalu yang ketiga. Dalam setiap percobaan, mereka yakin bahwa air yang harus diambil lebih banyak atau lebih sedikit daripada bejana berbentuk silinder, dan tekanannya tetap sama jika permukaan air naik ke tingkat yang ditentukan. Inilah paradoks Pascal.

a) Pertama, dilakukan percobaan dengan dua buah bejana penghubung berupa tabung kaca yang dihubungkan satu sama lain dengan tabung karet, dan diketahui bahwa suatu zat cair homogen terletak pada ketinggian yang sama. Kemudian dilanjutkan ke alat demonstrasi yang terdiri dari 4-5 tabung kaca dengan berbagai bentuk, bagian berbeda, dihubungkan satu sama lain melalui tabung horizontal dengan penampang yang sama.

Untuk menunjukkan kesetimbangan cairan homogen dalam tabung-tabung ini, air berwarna agak dituangkan melalui tabung lebar. Ambil air secukupnya hingga tingginya sedikit melebihi setengahnya tabung vertikal. Layar putih ditempatkan di belakang perangkat dan perhatian siswa tertuju pada ketinggian cairan, yang di semua tabung terletak pada garis lurus horizontal yang sama. Jika Anda memiringkan perangkat ke kanan atau kiri, level cairan di dalam tabung akan tetap berada pada level horizontal yang sama.

Pertama, air berwarna dituangkan ke dalam tabung hingga ketinggian 100-150 mm. Kemudian cairan lain yang tidak bercampur dengan air, misalnya bensin atau minyak tanah, dituangkan ke salah satu dahannya. Cairan akan dipasang seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Tugas: Dengan menggunakan penggaris, tandai batas kolom zat cair dan air dan pastikan perbandingan ketinggian tersebut berbanding terbalik dengan massa jenis zat cair.

EKSPERIMEN No. 8. Hukum Archimedes.

b) Adhesi kaca ke air. Ember Archimedes, tripod universal, bejana pengecoran, gelas kimia.

Keabsahan hukum Archimedes dibuktikan dengan menggunakan alat yang terdiri dari ember, silinder yang dihubungkan satu sama lain, dan dinamometer pegas dengan penunjuk piringan. Peregangan pegas ditandai dengan penjepit.

Sebelum percobaan, mereka menunjukkan bahwa kapasitas ember sesuai dengan volume silinder. Rakit instalasi sesuai gambar. Perhatikan posisi pointer disk dan tandai posisinya dengan tanda panah.

Turunkan silinder ke dalam bejana berisi air.

Dalam hal ini, sebagian air dituangkan keluar dari bejana. Menarik perhatian siswa pada posisi panah penunjuk.
Air yang tumpah dituangkan ke dalam ember. Perhatikan panahnya lagi.

Mereka menarik kesimpulan.

Pelajaran

Subjek:

Transmisi tekanan oleh cairan dan gas.

Tujuan pelajaran

: menciptakan kondisi bagi siswa untuk memperoleh pengetahuan baru tentang tekanan pada zat cair dan gas.

Tujuan pelajaran:

Pendidikan:

Kemajuan pelajaran:

I. Organisasi kelas.

II. Memperbarui pengetahuan.

Survei depan:

Tekanan benda padat bergantung pada apa?

Bagaimana gas memberikan tekanan?

Tekanan gas bergantung pada apa?

Menurut Anda, apakah zat cair mempunyai tekanan? Bagaimana? Tergantung pada apa?

Kesimpulan: Ini berarti Anda tidak dapat mengatakan dengan pasti apakah zat cair mempunyai tekanan atau tidak.

Hari ini di kelas kita akan berbicara tentang tekanan fluida. Tuliskan topik pelajaran. Tujuan kami adalah membuktikan bahwa cairan memberikan tekanan dan bagaimana caranya; tekanan fluida bergantung pada apa? bagaimana cara menghitung tekanan fluida; bagaimana mereka diperhitungkan dan diterapkan dalam praktik.

SAYAII. Mempelajari pengetahuan baru.

Jadi, kami mengajukan hipotesis: zat cair memberikan tekanan. Bagaimana cara menguji hipotesis ini?

Cairan, seperti semua benda di bumi, dipengaruhi oleh gravitasi. Oleh karena itu, setiap lapisan cairan yang dituangkan ke dalam bejana menciptakan tekanan dengan beratnya pada lapisan lainnya, yang menurut hukum Pascal, diteruskan ke segala arah. Oleh karena itu, ada tekanan di dalam cairan.

Pengalaman 1. Eksperimen yang membuktikan adanya tekanan dalam zat cair.

Tuang air ke dalam tabung; karena berat cairan, lapisan karet akan bengkok.

Pertanyaan:

Berapa lama lapisan karet akan melorot?

Apa yang terjadi jika kolom cairan diperbesar?

Eksperimen 2. Eksperimen yang membuktikan adanya tekanan di dalam zat cair.(tabung kaca yang lubangnya ditutup dengan karet film, segelas air)

Mari kita turunkan tabung dengan dasar karet, tempat air dituangkan, ke dalam wadah lain yang lebih lebar berisi air. Kita akan melihat bahwa saat tabung diturunkan, lapisan karet secara bertahap menjadi lurus. Pelurusan penuh film menunjukkan bahwa gaya yang bekerja padanya dari atas dan bawah adalah sama. Pelurusan film secara menyeluruh terjadi ketika ketinggian air di dalam tabung dan bejana bertepatan.

Percobaan 3. Pengalaman menunjukkan bahwa pada ketinggian yang sama tekanan zat cairnya juga sama.(tabung kaca dengan lubang samping ditutupi dengan film karet, segelas air)

Kesimpulan: Pengalaman menunjukkan bahwa ada tekanan di dalam zat cair dan pada tingkat yang sama tekanannya sama ke segala arah. Dengan kedalaman, tekanan meningkat.

Percobaan 4. Percobaan yang menunjukkan bahwa zat cair bekerja pada dinding bejana dan tekanannya berubah seiring dengan kedalaman. ( segelas air; tiga lubang kecil dibuat di permukaan samping pada ketinggian berbeda dari bawah).

Mari kita ambil sebuah bejana tinggi yang di dalamnya dibuat tiga lubang kecil pada permukaan samping dengan ketinggian berbeda. Mari kita tutup dan isi wadah dengan air. Kalau begitu mari kita buka lubangnya dan lihat apa yang terjadi.

Kesimpulan: Tekanan di dalam zat cair berbeda pada ketinggian yang berbeda. Ini meningkat seiring dengan kedalaman.

Eksperimen 5. Eksperimen yang menunjukkan perubahan tekanan fluida terhadap kedalaman.

Ambil tabung kaca dan piringan ringan pada seutas benang. Mari kita tarik benangnya untuk mendapatkan bejana dengan dasar yang jatuh. Benamkan wadah yang dihasilkan ke dalam toples berisi air.

Pertanyaan: Mengapa bagian bawahnya tidak lepas meskipun benangnya tidak ditarik?

Tuangkan sedikit air berwarna dengan hati-hati ke dalam wadah sehingga ketinggiannya lebih rendah dari ketinggian air di dalam toples.

Pertanyaan: Apa yang kita lihat?

Tambahkan sisa air dari gelas. Ketinggian lapisan air berwarna di dalam bejana akan bertambah.

Pertanyaan: Apa yang kita lihat? Mengapa bagian bawahnya jatuh?

Kesimpulan: Tekanan meningkat seiring dengan kedalaman.

Latihan: Temukan kesimpulannya di buku teks halaman, baca dan tulis di buku catatan Anda.

Gas tidak berbeda dengan cairan dalam hal ini. Namun kita harus ingat bahwa massa jenis gas ratusan kali lebih kecil daripada massa jenis zat cair. Berat gas di dalam bejana kecil dan tekanannya dalam banyak kasus dapat diabaikan.

IV.Konsolidasi dan klarifikasi pengetahuan:

Bagaimana zat cair dan gas meneruskan tekanan?

Mengapa zat cair dan gas meneruskan tekanan ke segala arah secara merata?

Bagaimana membuktikan bahwa tekanan di dalam zat cair berbeda-beda pada tingkat yang berbeda, tetapi pada tingkat yang sama tekanannya sama ke segala arah?

Mengapa dalam banyak kasus tekanan gas yang dihasilkan oleh beratnya tidak diperhitungkan?

V.Pekerjaan rumah:

VI.Cerminan

Lengkapi kalimat Hari ini di kelas saya belajar...

Seorang pria dengan dan tanpa ski.

Seorang pria berjalan melewati salju yang lepas bersama dengan susah payah, tenggelam dalam setiap langkah. Tapi, setelah memakai ski, dia bisa berjalan tanpa hampir terjatuh ke dalamnya. Mengapa? Dengan atau tanpa alat ski, seseorang bekerja di atas salju dengan kekuatan yang sama dengan beratnya. Namun, efek gaya ini berbeda pada kedua kasus tersebut, karena luas permukaan tempat seseorang menekan berbeda, dengan ski dan tanpa ski. Hampir 20 kali luas permukaan ski lebih banyak wilayah sol. Oleh karena itu, sambil berdiri di atas ski, seseorang melakukan segalanya sentimeter persegi luas permukaan salju dengan kekuatan 20 kali lebih kecil daripada berdiri di atas salju tanpa ski.

Seorang siswa, menempelkan koran ke papan dengan kancing, mengerjakan setiap tombol dengan kekuatan yang sama. Namun, kancing dengan ujung yang lebih tajam akan lebih mudah masuk ke dalam kayu.

Artinya, hasil gaya tidak hanya bergantung pada modulus, arah, dan titik penerapannya, tetapi juga pada luas permukaan yang diterapkan (tegak lurus terhadap gaya yang bekerja).

Kesimpulan ini dikonfirmasi oleh eksperimen fisik.

Pengalaman. Hasil kerja suatu gaya tertentu bergantung pada gaya apa yang bekerja pada suatu satuan luas permukaan.

Anda perlu menancapkan paku ke sudut papan kecil. Pertama, letakkan paku yang ditancapkan ke papan di atas pasir dengan ujung menghadap ke atas dan letakkan beban di papan. Dalam hal ini, kepala paku hanya ditekan sedikit ke dalam pasir. Lalu kita balikkan papan dan letakkan paku di tepinya. Dalam hal ini, area penyangga lebih kecil, dan dengan kekuatan yang sama, paku masuk lebih dalam ke pasir.

Pengalaman. Ilustrasi kedua.

Hasil kerja gaya ini bergantung pada gaya apa yang bekerja pada setiap satuan luas permukaan.

Dalam contoh yang dipertimbangkan, gaya-gaya bekerja tegak lurus terhadap permukaan benda. Berat badan pria itu tegak lurus dengan permukaan salju; gaya yang bekerja pada tombol tegak lurus terhadap permukaan papan.

Besarnya, sama dengan rasionya gaya yang bekerja tegak lurus suatu permukaan terhadap luas permukaan tersebut disebut tekanan.

Untuk menentukan tekanan, gaya yang bekerja tegak lurus permukaan harus dibagi dengan luas permukaan:

tekanan = gaya/luas.

Mari kita nyatakan besaran yang termasuk dalam ungkapan ini: tekanan - P, gaya yang bekerja pada permukaan adalah F dan luas permukaan - S.

Kemudian kita mendapatkan rumusnya:

hal = F/S

Jelas bahwa gaya yang lebih besar yang bekerja pada luas yang sama akan menghasilkan tekanan yang lebih besar.

Satuan tekanan dianggap sebagai tekanan yang dihasilkan oleh gaya sebesar 1 N yang bekerja pada suatu permukaan dengan luas 1 m2 yang tegak lurus permukaan tersebut..

Satuan tekanan - newton per meter persegi (1 N/m2). Untuk menghormati ilmuwan Perancis Blaise Pascal itu disebut pascal ( Pa). Dengan demikian,

1 Pa = 1 N/m2.

Satuan tekanan lain juga digunakan: hektopascal (hPa) Dan kilopascal (kPa).

1 kPa = 1000 Pa;

1hPa = 100Pa;

1 Pa = 0,001 kPa;

1 Pa = 0,01 hPa.

Mari kita tuliskan kondisi masalahnya dan selesaikan.

Diberikan : m = 45 kg, S = 300 cm 2; hal = ?

Dalam satuan SI: S = 0,03 m2

Larutan:

P = F/S,

F = P,

P = gm,

P= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,

P= 450/0,03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa

"Jawab": p = 15000 Pa = 15 kPa

Cara untuk mengurangi dan meningkatkan tekanan.

Sebuah traktor perayap yang berat menghasilkan tekanan pada tanah sebesar 40 - 50 kPa, yaitu hanya 2 - 3 kali lebih besar dari tekanan seorang anak laki-laki berbobot 45 kg. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa berat traktor didistribusikan ke area yang lebih luas karena adanya track drive. Dan kami telah menetapkan hal itu semakin besar area tumpuan, semakin kecil tekanan yang dihasilkan oleh gaya yang sama pada tumpuan tersebut .

Tergantung pada apakah tekanan rendah atau tinggi diperlukan, area dukungan bertambah atau berkurang. Misalnya, agar tanah dapat menahan tekanan bangunan yang sedang didirikan, maka luas pondasi bagian bawah diperbesar.

Ban truk dan roda pendaratan pesawat dibuat jauh lebih lebar dibandingkan dengan mobil penumpang. Ban mobil yang dirancang untuk berkendara di gurun dibuat sangat lebar.

Kendaraan berat, seperti traktor, tank, atau kendaraan rawa, yang mempunyai area penyangga lintasan yang luas, melewati daerah rawa yang tidak dapat dilalui manusia.

Di sisi lain, kapan daerah kecil permukaan, gaya yang kecil dapat menghasilkan tekanan yang besar. Misalnya, ketika menekan sebuah tombol pada papan, kita bekerja padanya dengan gaya sekitar 50 N. Karena luas ujung tombol kira-kira 1 mm 2, maka tekanan yang dihasilkannya sama dengan:

p = 50 N / 0,000 001 m 2 = 50.000.000 Pa = 50.000 kPa.

Sebagai perbandingan, tekanan ini 1000 kali lebih besar dari tekanan yang diberikan oleh traktor perayap pada tanah. Anda dapat menemukan lebih banyak contoh serupa.

Bilah alat pemotong dan ujung alat penusuk (pisau, gunting, pemotong, gergaji, jarum, dll.) diasah secara khusus. Ujung tajam dari mata pisau yang tajam memiliki luas yang kecil, sehingga gaya yang kecil sekalipun akan menimbulkan banyak tekanan, dan alat ini mudah digunakan.

Alat pemotong dan penusuk juga ditemukan di alam yang hidup: gigi, cakar, paruh, duri, dll. - semuanya terbuat dari bahan keras, halus dan sangat tajam.

Tekanan

Diketahui bahwa molekul gas bergerak secara acak.

Kita telah mengetahui bahwa gas, tidak seperti zat padat dan cair, mengisi seluruh wadah tempatnya berada. Misalnya silinder baja untuk menyimpan gas, ban dalam ban mobil atau bola voli. Dalam hal ini, gas memberikan tekanan pada dinding, bagian bawah dan tutup silinder, ruang atau benda lain di mana ia berada. Tekanan gas disebabkan oleh alasan lain selain tekanan benda padat pada penyangga.

Diketahui bahwa molekul gas bergerak secara acak. Saat mereka bergerak, mereka bertabrakan satu sama lain, serta dengan dinding wadah yang berisi gas. Ada banyak molekul di dalam gas, dan oleh karena itu jumlah dampaknya sangat besar. Misalnya, banyaknya tumbukan molekul udara dalam suatu ruangan pada permukaan dengan luas 1 cm 2 dalam 1 s dinyatakan sebagai angka dua puluh tiga digit. Meskipun gaya tumbukan suatu molekul kecil, pengaruh semua molekul pada dinding bejana sangat besar - hal ini menciptakan tekanan gas.

Jadi, tekanan gas pada dinding bejana (dan pada benda yang ditempatkan di dalam gas) disebabkan oleh tumbukan molekul gas .

Perhatikan percobaan berikut. Tempatkan bola karet di bawah bel pompa udara. Ini berisi jumlah kecil udara dan memiliki bentuknya tidak beraturan. Lalu kami memompa udara dari bawah bel. Cangkang bola, di mana udara menjadi semakin tipis, berangsur-angsur mengembang dan berbentuk bola biasa.

Bagaimana menjelaskan pengalaman ini?

Silinder baja tahan lama khusus digunakan untuk menyimpan dan mengangkut gas terkompresi.

Dalam percobaan kami, molekul gas yang bergerak terus menerus membentur dinding bola bagian dalam dan luar. Ketika udara dipompa keluar, jumlah molekul dalam bel di sekitar cangkang bola berkurang. Namun di dalam bola, jumlah mereka tidak berubah. Oleh karena itu, jumlah tumbukan molekul pada dinding luar cangkang menjadi lebih sedikit dibandingkan jumlah tumbukan pada dinding bagian dalam. Bola mengembang hingga gaya elastis cangkang karetnya sama dengan gaya tekanan gas. Cangkang bola berbentuk bola. Ini menunjukkan hal itu gas menekan dindingnya secara merata ke segala arah. Dengan kata lain, jumlah tumbukan molekuler per sentimeter persegi luas permukaan adalah sama ke segala arah. Tekanan yang sama ke segala arah merupakan karakteristik gas dan merupakan akibat dari pergerakan acak jumlah yang sangat besar molekul.

Mari kita coba mengurangi volume gas, tetapi massanya tetap tidak berubah. Artinya dalam setiap sentimeter kubik Semakin banyak molekul gas maka densitas gas akan semakin meningkat. Kemudian jumlah tumbukan molekul pada dinding akan meningkat, yaitu tekanan gas akan meningkat. Hal ini dapat dikonfirmasi oleh pengalaman.

Di dalam gambar A menunjukkan sebuah tabung kaca, salah satu ujungnya ditutup dengan lapisan karet tipis. Sebuah piston dimasukkan ke dalam tabung. Ketika piston bergerak masuk, volume udara di dalam tabung berkurang, yaitu gas dikompresi. Lapisan karet melengkung ke luar, menandakan bahwa tekanan udara di dalam tabung meningkat.

Sebaliknya, dengan bertambahnya volume gas dengan massa yang sama, jumlah molekul dalam setiap sentimeter kubik berkurang. Ini akan mengurangi jumlah benturan pada dinding bejana - tekanan gas akan berkurang. Memang, ketika piston ditarik keluar dari tabung, volume udara meningkat dan lapisan film membengkok di dalam bejana. Hal ini menunjukkan adanya penurunan tekanan udara di dalam tabung. Fenomena yang sama akan diamati jika selain udara ada gas lain di dalam tabung.

Jadi, bila volume suatu gas mengecil maka tekanannya bertambah, dan bila volumenya bertambah maka tekanannya mengecil, asalkan massa dan suhu gas tetap tidak berubah..

Bagaimana tekanan gas berubah jika dipanaskan pada volume tetap? Diketahui bahwa kecepatan molekul gas meningkat ketika dipanaskan. Bergerak lebih cepat, molekul akan lebih sering membentur dinding wadah. Selain itu, setiap tumbukan molekul pada dinding akan semakin kuat. Akibatnya, dinding pembuluh darah akan mengalami tekanan yang lebih besar.

Karena itu, Semakin tinggi suhu gas, semakin besar tekanan gas dalam bejana tertutup, asalkan massa dan volume gas tidak berubah.

Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan kesimpulan umum, Apa Tekanan gas meningkat semakin sering dan semakin keras molekul-molekul tersebut membentur dinding bejana .

Untuk menyimpan dan mengangkut gas, mereka dikompresi dengan tingkat yang tinggi. Pada saat yang sama, tekanannya meningkat, gas harus dimasukkan ke dalam silinder khusus yang sangat tahan lama. Silinder seperti itu, misalnya, berisi udara bertekanan kapal selam, oksigen yang digunakan dalam pengelasan logam. Tentunya kita harus selalu ingat bahwa tabung gas tidak bisa dipanaskan, apalagi jika sudah diisi gas. Sebab, seperti yang sudah kita pahami, ledakan bisa terjadi dengan akibat yang sangat tidak menyenangkan.

hukum Pascal.

Tekanan ditransmisikan ke setiap titik dalam cairan atau gas.

Tekanan piston diteruskan ke setiap titik cairan yang mengisi bola.

Sekarang gas.

Tidak seperti padatan, lapisan individu dan partikel halus zat cair dan gas dapat bergerak bebas relatif satu sama lain ke segala arah. Misalnya saja dengan meniup ringan permukaan air di dalam gelas hingga menyebabkan air bergerak. Di sungai atau danau, angin sepoi-sepoi pun menyebabkan munculnya riak.

Mobilitas partikel gas dan cairan menjelaskan hal itu tekanan yang diberikan pada mereka ditransmisikan tidak hanya ke arah gaya, tetapi ke setiap titik. Mari kita pertimbangkan fenomena ini lebih detail.

Dalam gambar, A menggambarkan sebuah bejana berisi gas (atau cairan). Partikel-partikel tersebut didistribusikan secara merata ke seluruh bejana. Kapal ditutup oleh piston yang dapat bergerak ke atas dan ke bawah.

Dengan memberikan gaya tertentu, kita akan memaksa piston untuk bergerak sedikit ke dalam dan memampatkan gas (cairan) yang terletak tepat di bawahnya. Kemudian partikel (molekul) akan ditempatkan di tempat ini lebih padat dari sebelumnya (Gbr, b). Karena mobilitasnya, partikel gas akan bergerak ke segala arah. Akibatnya, susunannya akan kembali seragam, tetapi lebih padat dari sebelumnya (Gbr. c). Oleh karena itu, tekanan gas akan meningkat dimana-mana. Ini berarti bahwa tekanan tambahan ditransfer ke semua partikel gas atau cairan. Jadi, jika tekanan pada gas (cairan) di dekat piston itu sendiri bertambah 1 Pa, maka di semua titik di dalam gas atau cairan, tekanannya akan menjadi lebih besar dari sebelumnya dengan jumlah yang sama. Tekanan pada dinding bejana, dasar, dan piston akan bertambah sebesar 1 Pa.

Tekanan yang diberikan pada zat cair atau gas diteruskan ke suatu titik secara merata ke segala arah .

Pernyataan ini disebut hukum Pascal.

Berdasarkan hukum Pascal, percobaan berikut dapat dengan mudah dijelaskan.

Gambar menunjukkan sebuah bola berlubang dengan lubang-lubang kecil di berbagai tempat. Sebuah tabung dipasang pada bola tempat piston dimasukkan. Jika Anda mengisi bola dengan air dan mendorong piston ke dalam tabung, air akan mengalir keluar dari semua lubang pada bola. Pada percobaan ini, sebuah piston menekan permukaan air dalam sebuah tabung. Partikel air yang terletak di bawah piston, mengembun, memindahkan tekanannya ke lapisan lain yang terletak lebih dalam. Dengan demikian, tekanan piston dipindahkan ke setiap titik cairan yang mengisi bola. Akibatnya sebagian air terdorong keluar dari bola dalam bentuk aliran identik yang mengalir dari semua lubang.

Jika bola terisi asap, maka ketika piston didorong ke dalam tabung, aliran asap yang sama akan mulai keluar dari semua lubang pada bola. Ini menegaskan hal itu gas meneruskan tekanan yang diberikan padanya ke segala arah secara merata.

Tekanan dalam zat cair dan gas.

Di bawah pengaruh berat cairan, bagian bawah karet di dalam tabung akan bengkok.

Cairan, seperti semua benda di Bumi, dipengaruhi oleh gravitasi. Oleh karena itu, setiap lapisan cairan yang dituangkan ke dalam bejana menciptakan tekanan dengan beratnya sendiri, yang menurut hukum Pascal, diteruskan ke segala arah. Oleh karena itu, ada tekanan di dalam cairan. Hal ini dapat dibuktikan melalui pengalaman.

Tuang air ke dalam tabung kaca, lubang bawahnya ditutup dengan lapisan karet tipis. Di bawah pengaruh berat cairan, bagian bawah tabung akan bengkok.

Pengalaman menunjukkan bahwa semakin tinggi kolom air di atas lapisan karet, semakin banyak pula lengkungannya. Tetapi setiap kali dasar karet ditekuk, air di dalam tabung menjadi seimbang (berhenti), karena selain gaya gravitasi, gaya elastis dari lapisan karet yang diregangkan juga bekerja pada air.

Gaya yang bekerja pada film karet adalah

sama di kedua sisi.

Ilustrasi.

Bagian bawah menjauh dari silinder karena tekanan gravitasi di atasnya.

Percobaan yang sama dapat dilakukan dengan tabung yang lubang sampingnya ditutup dengan lapisan karet, seperti yang ditunjukkan pada gambar a. Mari kita rendam tabung berisi air ini ke dalam bejana lain yang berisi air, seperti yang ditunjukkan pada gambar, B. Kita akan melihat bahwa film akan lurus kembali segera setelah ketinggian air di dalam tabung dan bejana sama. Artinya gaya-gaya yang bekerja pada lapisan karet adalah sama pada semua sisi.

Mari kita ambil sebuah bejana yang bagian bawahnya bisa lepas. Mari kita masukkan ke dalam toples berisi air. Bagian bawahnya akan menempel erat ke tepi bejana dan tidak akan jatuh. Itu ditekan oleh kekuatan tekanan air yang diarahkan dari bawah ke atas.

Kami akan menuangkan air dengan hati-hati ke dalam bejana dan memperhatikan dasarnya. Apabila tinggi air di dalam bejana sama dengan tinggi air di dalam toples, maka air tersebut akan menjauh dari bejana.

Pada saat pemisahan, kolom cairan dalam bejana ditekan dari atas ke bawah, dan tekanan dari kolom cairan dengan ketinggian yang sama, tetapi terletak di dalam toples, diteruskan dari bawah ke atas ke bawah. Kedua tekanan ini sama, tetapi bagian bawahnya menjauhi silinder karena adanya aksi terhadapnya kekuatan sendiri gaya berat.

Percobaan dengan air telah dijelaskan di atas, tetapi jika Anda mengambil cairan lain selain air, hasil percobaannya akan sama.

Jadi, eksperimen menunjukkan hal itu Ada tekanan di dalam cairan, dan pada tingkat yang sama tekanannya sama ke segala arah. Tekanan meningkat seiring dengan kedalaman.

Perhitungan tekanan cairan di bagian bawah dan dinding bejana.

Mari kita pertimbangkan bagaimana Anda bisa menghitung tekanan cairan di dasar dan dinding bejana. Mari kita selesaikan dulu soal bejana yang berbentuk paralelepiped persegi panjang.

Kekuatan F, yang dengannya cairan yang dituangkan ke dalam bejana ini menekan bagian bawahnya, sama dengan beratnya P cairan di dalam wadah. Berat suatu zat cair dapat ditentukan dengan mengetahui massanya M. Massa diketahui dapat dihitung dengan rumus: m = ρ·V. Volume cairan yang dituangkan ke dalam bejana pilihan kita mudah dihitung. Jika tinggi kolom zat cair dalam suatu bejana dilambangkan dengan huruf H, dan luas dasar kapal S, Itu V = S h.

Massa cair m = ρ·V, atau m = ρ S h .

Berat cairan ini P = gm, atau P = g ρ S h.

Karena berat kolom zat cair sama dengan gaya yang menekan zat cair pada dasar bejana, maka dengan membagi beratnya P per wilayah S, kita mendapatkan tekanan fluida P:

p = P/S, atau p = g·ρ·S·h/S,

Kita telah memperoleh rumus untuk menghitung tekanan zat cair di dasar bejana. Dari rumus ini jelas bahwa tekanan zat cair di dasar bejana hanya bergantung pada massa jenis dan tinggi kolom zat cair.

Oleh karena itu, dengan menggunakan rumus yang diturunkan, Anda dapat menghitung tekanan cairan yang dituangkan ke dalam bejana bentuk apa pun(tegasnya perhitungan kami hanya cocok untuk bejana yang berbentuk prisma lurus dan silinder. Dalam mata kuliah fisika di institut tersebut terbukti bahwa rumus tersebut juga berlaku untuk bejana bentuk bebas). Selain itu, dapat digunakan untuk menghitung tekanan pada dinding bejana. Tekanan di dalam zat cair, termasuk tekanan dari bawah ke atas, juga dihitung menggunakan rumus ini, karena tekanan pada kedalaman yang sama adalah sama ke segala arah.

Saat menghitung tekanan menggunakan rumus p = gρh Anda membutuhkan kepadatan ρ nyatakan dalam kilogram per meter kubik(kg/m 3), dan tinggi kolom cairan H- dalam meter (m), G= 9,8 N/kg, maka tekanan dinyatakan dalam pascal (Pa).

Contoh. Tentukan tekanan minyak di dasar tangki jika tinggi kolom minyak 10 m dan massa jenisnya 800 kg/m3.

Mari kita tuliskan kondisi masalahnya dan tuliskan.

Diberikan :

ρ = 800kg/m3

Larutan :

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

Menjawab : p ≈ 80 kPa.

Kapal komunikasi.

Gambar tersebut menunjukkan dua bejana yang dihubungkan satu sama lain melalui tabung karet. Kapal seperti itu disebut berkomunikasi. Kaleng penyiram, teko, teko kopi adalah contoh wadah komunikasi. Dari pengalaman kita mengetahui bahwa air yang dituangkan, misalnya, ke dalam kaleng penyiram selalu berada pada ketinggian yang sama di cerat dan di dalam.

Kita sering menjumpai kapal-kapal yang berkomunikasi. Misalnya saja teko, kaleng penyiram, atau teko kopi.

Permukaan cairan homogen diatur pada tingkat yang sama dalam bejana penghubung dalam bentuk apa pun.

Cairan dengan kepadatan berbeda.

Eksperimen sederhana berikut dapat dilakukan dengan kapal yang berkomunikasi. Pada awal percobaan, kita menjepit tabung karet di tengahnya dan menuangkan air ke salah satu tabung. Kemudian kita buka penjepitnya, dan air langsung mengalir ke tabung yang lain hingga permukaan air di kedua tabung berada pada ketinggian yang sama. Anda dapat memasang salah satu handset pada tripod dan menaikkan, menurunkan, atau memiringkan yang lain sisi yang berbeda. Dan dalam hal ini, segera setelah cairan menjadi tenang, kadarnya di kedua tabung akan seimbang.

Dalam bejana penghubung dalam bentuk dan penampang apa pun, permukaan cairan homogen diatur pada tingkat yang sama(asalkan tekanan udara di atas cairan sama) (Gbr. 109).

Hal ini dapat dibenarkan sebagai berikut. Zat cair berada dalam keadaan diam tanpa berpindah dari satu wadah ke wadah lainnya. Artinya, tekanan di kedua bejana pada tingkat berapa pun adalah sama. Cairan dalam kedua bejana itu sama, yaitu mempunyai massa jenis yang sama. Oleh karena itu, ketinggiannya harus sama. Ketika kita mengangkat suatu wadah atau menambahkan cairan ke dalamnya, tekanan di dalamnya meningkat dan cairan tersebut berpindah ke wadah lain hingga tekanannya seimbang.

Jika cairan dengan massa jenis yang sama dituangkan ke dalam salah satu bejana yang berkomunikasi, dan cairan dengan massa jenis lain dituangkan ke dalam bejana kedua, maka pada kesetimbangan kadar cairan tersebut tidak akan sama. Dan ini bisa dimengerti. Kita mengetahui bahwa tekanan zat cair di dasar bejana berbanding lurus dengan tinggi kolom dan massa jenis zat cair. Dan dalam hal ini, massa jenis cairan akan berbeda.

Jika tekanannya sama, tinggi kolom zat cair dengan massa jenis lebih tinggi akan lebih kecil dari tinggi kolom zat cair dengan massa jenis lebih rendah (Gbr.).

Pengalaman. Cara menentukan massa udara.

Berat udara. Tekanan atmosfer.

Adanya tekanan atmosfer.

Tekanan atmosfer lebih besar dari tekanan udara yang dijernihkan di dalam bejana.

Udara, seperti benda apa pun di Bumi, dipengaruhi oleh gravitasi, dan oleh karena itu udara memiliki berat. Berat udara mudah dihitung jika Anda mengetahui massanya.

Kami akan menunjukkan secara eksperimental cara menghitung massa udara. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengambil bola kaca tahan lama dengan sumbat dan tabung karet dengan penjepit. Mari kita pompa udara keluar, jepit tabung dengan penjepit dan seimbangkan pada timbangan. Kemudian, buka penjepit pada tabung karet, biarkan udara masuk ke dalamnya. Hal ini akan mengganggu keseimbangan timbangan. Untuk mengembalikannya, Anda harus meletakkan beban di sisi lain timbangan, yang massanya akan sama dengan massa udara dalam volume bola.

Eksperimen telah menetapkan bahwa pada suhu 0 °C dan tekanan atmosfer normal, massa udara dengan volume 1 m 3 sama dengan 1,29 kg. Berat udara ini mudah dihitung:

P = gm, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.

cangkang udara, mengelilingi bumi, ditelepon suasana (dari bahasa Yunani atmosfer- uap, udara, dan bola- bola).

Suasana seperti yang ditunjukkan oleh pengamatan penerbangan satelit buatan Bumi terbentang hingga ketinggian beberapa ribu kilometer.

Akibat gaya gravitasi, lapisan atas atmosfer, seperti air laut, menekan lapisan bawah. Lapisan udara yang berbatasan langsung dengan bumi mengalami kompresi paling besar dan, menurut hukum Pascal, meneruskan tekanan yang diberikan padanya ke segala arah.

Sebagai akibat dari ini permukaan bumi dan benda-benda yang terletak di atasnya mengalami tekanan seluruh ketebalan udara, atau, seperti yang biasanya dikatakan dalam kasus seperti itu, mengalami tekanan atmosfer .

Adanya tekanan atmosfer dapat menjelaskan banyak fenomena yang kita jumpai dalam kehidupan. Mari kita lihat beberapa di antaranya.

Gambar tersebut menunjukkan sebuah tabung kaca, di dalamnya terdapat piston yang menempel erat pada dinding tabung. Ujung tabung diturunkan ke dalam air. Jika piston diangkat, air akan naik di belakangnya.

Fenomena ini digunakan pada pompa air dan beberapa perangkat lainnya.

Gambar tersebut menunjukkan sebuah bejana berbentuk silinder. Itu ditutup dengan sumbat di mana tabung dengan keran dimasukkan. Udara dipompa keluar dari bejana dengan pompa. Ujung tabung kemudian dimasukkan ke dalam air. Jika sekarang Anda membuka keran, air akan menyembur seperti air mancur ke bagian dalam bejana. Air masuk ke dalam bejana karena tekanan atmosfer lebih besar daripada tekanan udara yang dijernihkan di dalam bejana.

Mengapa ada amplop udara Bumi.

Seperti semua benda, molekul gas yang membentuk selubung udara bumi tertarik ke Bumi.

Namun mengapa tidak semuanya jatuh ke permukaan bumi? Bagaimana cara menjaga selubung udara bumi dan atmosfernya? Untuk memahami hal ini, kita harus memperhitungkan bahwa molekul gas bergerak terus menerus dan acak. Namun kemudian muncul pertanyaan lain: mengapa molekul-molekul ini tidak terbang ke luar angkasa, yaitu ke luar angkasa.

Untuk benar-benar meninggalkan Bumi, sebuah molekul, seperti pesawat ruang angkasa atau roket, harus mempunyai kecepatan yang sangat tinggi (tidak kurang dari 11,2 km/s). Inilah yang disebut kecepatan lepas kedua. Kecepatan sebagian besar molekul di lapisan udara bumi jauh lebih kecil dari kecepatan ini kecepatan melarikan diri. Oleh karena itu, sebagian besar dari mereka terikat ke Bumi oleh gravitasi, hanya sejumlah kecil molekul yang terbang melampaui Bumi menuju luar angkasa.

Pergerakan acak molekul dan pengaruh gravitasi terhadapnya mengakibatkan molekul gas “melayang” di ruang angkasa dekat Bumi, membentuk selubung udara, atau atmosfer yang kita kenal.

Pengukuran menunjukkan bahwa kepadatan udara menurun dengan cepat seiring dengan ketinggian. Jadi, pada ketinggian 5,5 km di atas bumi, massa jenis udara 2 kali lebih kecil dari massa jenisnya di permukaan bumi, pada ketinggian 11 km - 4 kali lebih kecil, dan seterusnya. udara. Dan terakhir, pada lapisan paling atas (ratusan ribu kilometer di atas bumi), atmosfer berangsur-angsur berubah menjadi ruang tanpa udara. Selubung udara bumi tidak memiliki batas yang jelas.

Sebenarnya, karena aksi gravitasi, massa jenis gas di setiap bejana tertutup tidak sama di seluruh volume bejana. Di bagian bawah bejana, massa jenis gas lebih besar daripada di bagian atasnya, sehingga tekanan di dalam bejana tidak sama. Ini lebih besar di bagian bawah kapal daripada di bagian atas. Akan tetapi, untuk gas yang terdapat di dalam bejana, perbedaan densitas dan tekanannya sangat kecil sehingga dalam banyak kasus hal ini dapat diabaikan begitu saja, cukup diketahui saja. Namun untuk atmosfer yang membentang hingga beberapa ribu kilometer, perbedaan ini signifikan.

Mengukur tekanan atmosfer. pengalaman Torricelli.

Tidak mungkin menghitung tekanan atmosfer menggunakan rumus untuk menghitung tekanan kolom cairan (§ 38). Untuk perhitungan seperti itu, Anda perlu mengetahui ketinggian atmosfer dan kepadatan udara. Namun atmosfer tidak memiliki batas yang pasti, dan kepadatan udara pada ketinggian yang berbeda pun berbeda-beda. Namun, tekanan atmosfer dapat diukur menggunakan eksperimen yang diusulkan pada abad ke-17 oleh seorang ilmuwan Italia Evangelista Torricelli , murid Galileo.

Eksperimen Torricelli terdiri dari berikut ini: sebuah tabung kaca dengan panjang sekitar 1 m, salah satu ujungnya ditutup rapat, diisi dengan air raksa. Kemudian, dengan menutup rapat ujung kedua tabung, dibalik dan diturunkan ke dalam cawan air raksa, dimana ujung tabung ini dibuka di bawah permukaan air raksa. Seperti halnya percobaan apa pun dengan cairan, sebagian merkuri dituangkan ke dalam cangkir, dan sebagian lagi tetap berada di dalam tabung. Ketinggian kolom air raksa yang tersisa di dalam tabung kira-kira 760 mm. Tidak ada udara di atas air raksa di dalam tabung, terdapat ruang tanpa udara, sehingga tidak ada gas yang memberikan tekanan dari atas pada kolom air raksa di dalam tabung ini dan tidak mempengaruhi pengukuran.

Torricelli yang mengajukan eksperimen di atas juga memberikan penjelasannya. Atmosfer menekan permukaan merkuri di dalam cangkir. Merkuri berada dalam kesetimbangan. Artinya tekanan di dalam tabung berada pada level yang sama ahh 1 (lihat gambar) sama dengan tekanan atmosfer. Ketika tekanan atmosfer berubah, ketinggian kolom air raksa di dalam tabung juga berubah. Ketika tekanan meningkat, kolom memanjang. Ketika tekanan berkurang, kolom air raksa berkurang tingginya.

Tekanan dalam tabung pada tingkat aa1 disebabkan oleh berat kolom air raksa di dalam tabung, karena tidak ada udara di atas air raksa di bagian atas tabung. Oleh karena itu tekanan atmosfer sama dengan tekanan kolom air raksa di dalam tabung , yaitu.

P atm = P air raksa

Semakin tinggi tekanan atmosfer, semakin tinggi kolom merkuri dalam percobaan Torricelli. Oleh karena itu, dalam praktiknya, tekanan atmosfer dapat diukur dengan tinggi kolom air raksa (dalam milimeter atau sentimeter). Jika misalnya tekanan atmosfer adalah 780 mm Hg. Seni. (mereka mengatakan “milimeter air raksa”), ini berarti bahwa udara menghasilkan tekanan yang sama dengan kolom vertikal air raksa setinggi 780 mm.

Oleh karena itu, dalam hal ini satuan ukuran tekanan atmosfer adalah 1 milimeter air raksa (1 mmHg). Mari kita temukan hubungan antara satuan ini dan satuan yang kita ketahui - pascal(Pa).

Tekanan kolom air raksa ρ air raksa dengan tinggi 1 mm sama dengan:

P = g·ρ·h, P= 9,8 N/kg · 13.600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.

Jadi, 1 mmHg. Seni. = 133,3Pa.

Saat ini, tekanan atmosfer biasanya diukur dalam hektopascal (1 hPa = 100 Pa). Misalnya, laporan cuaca mungkin mengumumkan bahwa tekanannya adalah 1013 hPa, yang sama dengan 760 mmHg. Seni.

Mengamati ketinggian kolom air raksa dalam tabung setiap hari, Torricelli menemukan bahwa ketinggian tersebut berubah-ubah, yaitu tekanan atmosfer tidak konstan, dapat bertambah dan berkurang. Torricelli juga mencatat bahwa tekanan atmosfer berhubungan dengan perubahan cuaca.

Jika Anda menempelkan skala vertikal ke tabung air raksa yang digunakan dalam percobaan Torricelli, Anda mendapatkan alat paling sederhana - barometer merkuri (dari bahasa Yunani baro- berat, metero- Saya mengukur). Ini digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer.

Barometernya adalah aneroid.

Dalam praktiknya, barometer logam yang disebut barometer logam digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer. aneroid (diterjemahkan dari bahasa Yunani - aneroid). Disebut barometer karena tidak mengandung merkuri.

Penampakan aneroid ditunjukkan pada gambar. Bagian utama berupa kotak logam 1 dengan permukaan bergelombang (bergelombang) (lihat gambar lainnya). Udara dipompa keluar dari kotak ini, dan untuk mencegah tekanan atmosfer menghancurkan kotak, tutupnya 2 ditarik ke atas dengan pegas. Ketika tekanan atmosfer meningkat, tutupnya membungkuk dan mengencangkan pegas. Saat tekanan berkurang, pegas meluruskan tutupnya. Panah indikator 4 dipasang pada pegas menggunakan mekanisme transmisi 3, yang bergerak ke kanan atau kiri ketika tekanan berubah. Di bawah panah ada skala, yang pembagiannya ditandai menurut pembacaan barometer air raksa. Jadi, angka 750, di mana panah aneroid berdiri (lihat gambar), menunjukkan bahwa di saat ini dalam barometer air raksa, tinggi kolom air raksa adalah 750 mm.

Jadi, tekanan atmosfer adalah 750 mmHg. Seni. atau ≈ 1000 hPa.

Nilai tekanan atmosfer sangat penting untuk memprediksi cuaca beberapa hari mendatang, karena perubahan tekanan atmosfer berhubungan dengan perubahan cuaca. Barometer - perangkat yang diperlukan untuk pengamatan meteorologi.

Tekanan atmosfer pada ketinggian yang berbeda.

Dalam zat cair, tekanan, seperti yang kita ketahui, bergantung pada massa jenis zat cair dan tinggi kolomnya. Karena kompresibilitasnya yang rendah, massa jenis zat cair pada kedalaman yang berbeda hampir sama. Oleh karena itu, saat menghitung tekanan, kami menganggap kepadatannya konstan dan hanya memperhitungkan perubahan ketinggian.

Situasi dengan gas lebih rumit. Gas sangat mudah dikompresi. Dan semakin besar suatu gas dikompresi, semakin besar massa jenisnya, dan semakin besar pula tekanan yang dihasilkannya. Bagaimanapun, tekanan gas diciptakan oleh dampak molekul-molekulnya pada permukaan tubuh.

Lapisan udara di permukaan bumi dikompresi oleh seluruh lapisan udara di atasnya yang terletak di atasnya. Namun semakin tinggi lapisan udara dari permukaan, semakin lemah kompresinya, dan semakin rendah kepadatannya. Oleh karena itu, semakin sedikit tekanan yang dihasilkannya. Jika, misalnya, balon naik di atas permukaan bumi, tekanan udara pada bola menjadi lebih kecil. Hal ini terjadi bukan hanya karena ketinggian kolom udara di atasnya berkurang, tetapi juga karena massa jenis udara berkurang. Ini lebih kecil di bagian atas daripada di bagian bawah. Oleh karena itu, ketergantungan tekanan udara pada ketinggian lebih kompleks dibandingkan ketergantungan pada cairan.

Pengamatan menunjukkan bahwa tekanan atmosfer di daerah yang permukaan lautnya rata-rata 760 mm Hg. Seni.

Tekanan atmosfer yang sama dengan tekanan kolom air raksa setinggi 760 mm pada suhu 0 °C disebut tekanan atmosfer normal.

Tekanan atmosfer normal sama dengan 101.300 Pa = 1013 hPa.

Bagaimana lebih tinggi di atas permukaan laut, semakin rendah tekanannya.

Dengan tanjakan kecil, rata-rata untuk setiap tanjakan 12 m, tekanan berkurang 1 mmHg. Seni. (atau sebesar 1,33 hPa).

Mengetahui ketergantungan tekanan pada ketinggian, Anda dapat menentukan ketinggian di atas permukaan laut dengan mengubah pembacaan barometer. Aneroid yang mempunyai skala yang dapat diukur secara langsung ketinggian di atas permukaan laut disebut altimeter . Mereka digunakan dalam penerbangan dan pendakian gunung.

Pengukur tekanan.

Kita telah mengetahui bahwa barometer digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer. Untuk mengukur tekanan yang lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer, digunakan pengukur tekanan (dari bahasa Yunani manos- jarang, longgar, metero- Saya mengukur). Ada pengukur tekanan cairan Dan logam.

Mari kita lihat perangkat dan tindakannya terlebih dahulu. pengukur tekanan cairan terbuka. Ini terdiri dari tabung kaca berkaki dua tempat cairan dituangkan. Cairan dipasang di kedua siku pada tingkat yang sama, karena hanya tekanan atmosfer yang bekerja pada permukaannya di siku bejana.

Untuk memahami cara kerja alat pengukur tekanan tersebut, alat ini dapat dihubungkan dengan tabung karet ke kotak datar bundar, yang salah satu sisinya dilapisi dengan film karet. Jika Anda menekan jari Anda pada film, level cairan di siku pengukur tekanan yang terhubung ke kotak akan berkurang, dan di siku lainnya akan meningkat. Apa yang menjelaskan hal ini?

Ketika film ditekan, tekanan udara di dalam kotak meningkat. Menurut hukum Pascal, kenaikan tekanan ini diteruskan ke fluida pada siku pengukur tekanan yang dihubungkan dengan kotak. Oleh karena itu, tekanan pada fluida pada siku ini akan lebih besar dibandingkan pada siku lainnya, dimana hanya tekanan atmosfer yang bekerja pada fluida tersebut. Di bawah tekanan berlebih ini, cairan akan mulai bergerak. Di siku dengan udara bertekanan, cairan akan turun, di siku lainnya akan naik. Fluida akan mencapai kesetimbangan (berhenti) ketika kelebihan tekanan udara terkompresi seimbang dengan tekanan yang dihasilkan oleh kolom kelebihan cairan di kaki pengukur tekanan lainnya.

Semakin keras Anda menekan film, semakin tinggi kolom cairan berlebih, semakin besar tekanannya. Karena itu, perubahan tekanan dapat dinilai dari ketinggian kolom berlebih ini.

Gambar tersebut menunjukkan bagaimana pengukur tekanan dapat mengukur tekanan di dalam cairan. Semakin dalam tabung dicelupkan ke dalam zat cair, semakin besar perbedaan ketinggian kolom zat cair pada siku pengukur tekanan., oleh karena itu, dan semakin banyak tekanan yang dihasilkan oleh fluida.

Jika Anda memasang kotak perangkat pada kedalaman tertentu di dalam cairan dan memutarnya dengan film ke atas, ke samping dan ke bawah, pembacaan pengukur tekanan tidak akan berubah. Memang seharusnya begitu, karena pada tingkat yang sama di dalam zat cair, tekanan ke segala arah adalah sama.

Gambar menunjukkan pengukur tekanan logam . Bagian utama dari pengukur tekanan tersebut adalah tabung logam yang ditekuk menjadi pipa 1 , salah satu ujungnya tertutup. Ujung tabung yang lain menggunakan keran 4 berkomunikasi dengan bejana tempat tekanan diukur. Ketika tekanan meningkat, tabung menjadi tidak tertekuk. Pergerakan ujung yang tertutup menggunakan tuas 5 dan gerigi 3 ditransmisikan ke panah 2 , bergerak mendekati skala instrumen. Ketika tekanan berkurang, tabung, karena elastisitasnya, kembali ke posisi semula, dan panah kembali ke pembagian skala nol.

Pompa cairan piston.

Dalam percobaan yang kita bahas sebelumnya (§ 40), ditemukan bahwa air dalam tabung kaca, di bawah pengaruh tekanan atmosfer, naik ke belakang piston. Hal inilah yang mendasari tindakan tersebut. piston pompa

Pompa ditunjukkan secara skematis pada gambar. Ini terdiri dari sebuah silinder, di dalamnya piston bergerak ke atas dan ke bawah, menempel erat pada dinding bejana. 1 . Katup dipasang di bagian bawah silinder dan di dalam piston itu sendiri 2 , hanya terbuka ke atas. Ketika piston bergerak ke atas, air di bawah pengaruh tekanan atmosfer memasuki pipa, mengangkat katup bawah dan bergerak ke belakang piston.

Saat piston bergerak ke bawah, air di bawah piston menekan katup bawah dan menutup. Pada saat yang sama, di bawah tekanan air, katup di dalam piston terbuka, dan air mengalir ke ruang di atas piston. Pada langkah berikutnya Saat piston bergerak ke atas, air di atasnya juga naik, yang mengalir ke pipa saluran keluar. Pada saat yang sama, sebagian air baru naik di belakang piston, yang ketika piston diturunkan, akan muncul di atasnya, dan seluruh prosedur ini diulangi berulang kali saat pompa bekerja.

Tekan hidrolik.

Hukum Pascal menjelaskan tindakan tersebut mesin hidrolik (dari bahasa Yunani hidrolika- air). Ini adalah mesin yang pengoperasiannya didasarkan pada hukum gerak dan keseimbangan fluida.

Bagian utama dari mesin hidrolik adalah dua silinder dengan diameter berbeda, dilengkapi dengan piston dan tabung penghubung. Ruang di bawah piston dan tabung diisi dengan cairan (biasanya minyak mineral). Ketinggian kolom zat cair pada kedua silinder adalah sama selama tidak ada gaya yang bekerja pada piston.

Sekarang mari kita asumsikan kekuatan-kekuatan tersebut F 1 dan F 2 - gaya yang bekerja pada piston, S 1 dan S 2 - area piston. Tekanan di bawah piston (kecil) pertama adalah P 1 = F 1 / S 1, dan di bawah yang kedua (besar) P 2 = F 2 / S 2. Menurut hukum Pascal, tekanan diteruskan ke segala arah secara merata oleh fluida yang diam, yaitu. P 1 = P 2 atau F 1 / S 1 = F 2 / S 2, dari:

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

Oleh karena itu, kekuatannya F 2 kekuatan berkali-kali lipat lebih besar F 1 , Berapa kali luas piston besar lebih besar dari luas piston kecil?. Misalnya, jika luas piston besar adalah 500 cm2, dan piston kecil adalah 5 cm2, dan gaya sebesar 100 N bekerja pada piston kecil, maka gaya yang 100 kali lebih besar, yaitu 10.000 N, akan menjadi. bekerja pada piston yang lebih besar.

Jadi, dengan bantuan mesin hidrolik, gaya yang lebih besar dapat diseimbangkan dengan gaya yang kecil.

Sikap F 1 / F 2 menunjukkan peningkatan kekuatan. Misalnya, pada contoh yang diberikan, perolehan kekuatan adalah 10.000 N / 100 N = 100.

Mesin hidrolik yang digunakan untuk menekan (memeras) disebut tekan hidrolik .

Pengepres hidrolik digunakan jika diperlukan gaya yang lebih besar. Misalnya untuk memeras minyak dari biji di pabrik minyak, untuk pengepresan kayu lapis, karton, jerami. Di pabrik metalurgi, pengepres hidrolik digunakan untuk membuat poros mesin baja, roda kereta api, dan banyak produk lainnya. Pengepres hidrolik modern dapat mengembangkan gaya puluhan dan ratusan juta newton.

Struktur mesin press hidrolik ditunjukkan secara skematis pada gambar. Badan yang ditekan 1 (A) ditempatkan pada platform yang terhubung ke piston besar 2 (B). Dengan bantuan piston kecil 3 (D), tekanan tinggi tercipta pada cairan. Tekanan ini diteruskan ke setiap titik cairan yang mengisi silinder. Oleh karena itu, tekanan yang sama bekerja pada piston kedua yang lebih besar. Tetapi karena luas piston ke-2 (besar) lebih besar daripada luas piston kecil, maka gaya yang bekerja padanya akan lebih besar daripada gaya yang bekerja pada piston 3 (D). Di bawah pengaruh gaya ini, piston 2 (B) akan naik. Ketika piston 2 (B) naik, bodi (A) bertumpu pada platform atas yang diam dan berkompresi. Pengukur tekanan 4 (M) mengukur tekanan fluida. Katup pengaman 5 (P) otomatis terbuka ketika tekanan fluida melebihi nilai yang diijinkan.

Dari silinder kecil hingga cairan besar dipompa dengan gerakan berulang-ulang dari piston kecil 3 (D). Ini dilakukan sebagai berikut. Ketika piston kecil (D) naik, katup 6 (K) terbuka dan cairan dialirkan ke ruang di bawah piston. Ketika piston kecil diturunkan di bawah pengaruh tekanan cairan, katup 6 (K) menutup, dan katup 7 (K") terbuka, dan cairan mengalir ke bejana besar.

Pengaruh air dan gas terhadap benda yang terbenam di dalamnya.

Di bawah air kita dapat dengan mudah mengangkat batu yang sulit diangkat ke udara. Jika Anda meletakkan gabus di bawah air dan melepaskannya dari tangan Anda, gabus itu akan mengapung. Bagaimana fenomena ini dapat dijelaskan?

Kita tahu (§ 38) bahwa zat cair menekan bagian bawah dan dinding bejana. Dan jika suatu benda padat ditempatkan di dalam zat cair, benda tersebut juga akan mendapat tekanan, seperti halnya dinding bejana.

Mari kita perhatikan gaya-gaya yang bekerja dari zat cair pada benda yang dicelupkan ke dalamnya. Untuk mempermudah penalaran, mari kita pilih benda yang berbentuk paralelepiped dengan alas sejajar dengan permukaan zat cair (Gbr.). Kekuatan yang bertindak wajah samping benda-benda itu sejajar berpasangan dan saling seimbang. Di bawah pengaruh kekuatan-kekuatan ini, tubuh berkontraksi. Namun gaya yang bekerja pada tepi atas dan bawah benda tidaklah sama. Pada tepi atas menekan dengan kekuatan dari atas F 1 kolom cairan tinggi H 1. Pada tingkat tepi bawah, tekanan menghasilkan kolom cairan dengan ketinggian H 2. Tekanan ini, seperti yang kita ketahui (§ 37), diteruskan di dalam cairan ke segala arah. Akibatnya, pada bagian bawah tubuh dari bawah ke atas dengan paksa F 2 menekan kolom cairan tinggi-tinggi H 2. Tetapi H 2 lagi H 1, oleh karena itu, modulus gaya F 2 modul daya lebih banyak F 1. Oleh karena itu, benda didorong keluar dari cairan dengan paksa F Anda, perbedaan yang sama kekuatan F 2 - F 1, yaitu

Tetapi S·h = V, dengan V adalah volume parallelepiped, dan ρ f ·V = m f adalah massa zat cair dalam volume parallelepiped. Karena itu,

F keluar = g m w = P w,

yaitu gaya apung sama dengan berat zat cair dalam volume benda yang dicelupkan ke dalamnya(gaya apung sama dengan berat zat cair yang volumenya sama dengan volume benda yang dicelupkan ke dalamnya).

Keberadaan gaya yang mendorong benda keluar dari cairan mudah dideteksi secara eksperimental.

Di dalam gambar A menunjukkan benda yang digantung pada pegas dengan penunjuk panah di ujungnya. Panah menandai tegangan pegas pada tripod. Ketika tubuh dilepaskan ke dalam air, mata air berkontraksi (Gbr. 2). B). Kontraksi pegas yang sama akan diperoleh jika Anda bekerja pada tubuh dari bawah ke atas dengan beberapa kekuatan, misalnya menekan dengan tangan (angkat).

Oleh karena itu, pengalaman menegaskan hal itu suatu benda di dalam zat cair dikenai gaya yang mendorong benda tersebut keluar dari zat cair.

Seperti kita ketahui, hukum Pascal juga berlaku untuk gas. Itu sebabnya Benda-benda di dalam gas akan menerima gaya yang mendorongnya keluar dari gas. Di bawah pengaruh gaya ini, balon-balon naik ke atas. Adanya gaya yang mendorong suatu benda keluar dari gas juga dapat diamati secara eksperimental.

Kami menggantung bola kaca atau labu besar, ditutup dengan sumbat, dari panci timbangan yang diperpendek. Timbangannya seimbang. Kemudian sebuah bejana lebar ditempatkan di bawah labu (atau bola) sehingga mengelilingi seluruh labu. Bejana tersebut diisi dengan karbon dioksida, yang massa jenisnya adalah kepadatan lebih banyak udara (oleh karena itu karbon dioksida jatuh dan memenuhi bejana, menggantikan udara darinya). Dalam hal ini keseimbangan timbangan terganggu. Cangkir dengan labu yang digantung diangkat ke atas (Gbr.). Sebuah labu yang direndam dalam karbon dioksida mengalami gaya apung yang lebih besar daripada gaya yang bekerja padanya di udara.

Gaya yang mendorong suatu benda keluar dari cairan atau gas diarahkan berlawanan dengan gaya gravitasi yang diterapkan pada benda tersebut.

Oleh karena itu, prolkosmos). Inilah sebabnya mengapa di dalam air terkadang kita dengan mudah mengangkat benda yang sulit kita pegang di udara.

Sebuah ember kecil dan sebuah benda berbentuk silinder digantungkan pada pegas (Gbr., a). Tanda panah pada tripod menandai bentangan pegas. Ini menunjukkan berat badan di udara. Setelah badan diangkat, bejana tuang berisi cairan setinggi tabung tuang ditempatkan di bawahnya. Setelah itu benda dibenamkan seluruhnya ke dalam cairan (Gbr., b). Pada saat yang sama sebagian zat cair yang volumenya sama dengan volume benda dicurahkan dari wadah penuangan ke dalam gelas. Pegas berkontraksi dan penunjuk pegas naik, menunjukkan penurunan berat badan dalam fluida. DI DALAM dalam hal ini Selain gravitasi, gaya lain bekerja pada benda, mendorongnya keluar dari cairan. Jika cairan dari gelas dituangkan ke dalam ember atas (yaitu cairan yang dipindahkan oleh benda), maka penunjuk pegas akan kembali ke tempatnya semula. posisi awal(Gbr., c).

Berdasarkan pengalaman tersebut dapat disimpulkan bahwa gaya yang mendorong keluar suatu benda yang dicelupkan seluruhnya ke dalam zat cair sama dengan berat zat cair dalam volume benda tersebut . Kami menerima kesimpulan yang sama di § 48.

Jika pengalaman serupa dilakukan pada benda yang dicelupkan ke dalam suatu gas, hal tersebut akan menunjukkan hal tersebut gaya yang mendorong suatu benda keluar dari suatu gas juga sama dengan berat gas yang diambil dalam volume benda tersebut .

Gaya yang mendorong suatu benda keluar dari zat cair atau gas disebut kekuatan Archimedean , untuk menghormati ilmuwan Archimedes , yang pertama kali menunjukkan keberadaannya dan menghitung nilainya.

Jadi, pengalaman telah menegaskan bahwa gaya Archimedean (atau gaya apung) sama dengan berat zat cair dalam volume benda, yaitu. F SEBUAH = P f = gm Dan. Massa zat cair mf yang dipindahkan oleh suatu benda dapat dinyatakan melalui massa jenisnya ρf dan volume benda Vt yang direndam dalam zat cair (karena Vf - volume zat cair yang dipindahkan oleh benda sama dengan Vt - volume benda yang direndam dalam cairan), yaitu m f = ρ f ·V t.

F SEBUAH= g·ρ Dan · V T

Oleh karena itu, gaya Archimedean bergantung pada massa jenis cairan tempat benda dibenamkan dan pada volume benda tersebut. Tetapi hal ini tidak bergantung, misalnya, pada massa jenis suatu zat yang direndam dalam cairan, karena jumlah ini tidak termasuk dalam rumus yang dihasilkan.

Sekarang mari kita tentukan berat suatu benda yang dicelupkan ke dalam zat cair (atau gas). Karena dua gaya yang bekerja pada benda dalam hal ini diarahkan ke dalam sisi yang berlawanan(gravitasi turun, dan gaya Archimedean naik), maka berat benda dalam cairan P 1 adalah berat badan lebih sedikit tubuh dalam ruang hampa P = gm pada kekuatan Archimedean F SEBUAH = gm w (dimana M g - massa cairan atau gas yang dipindahkan oleh benda).

Dengan demikian, jika suatu benda dicelupkan ke dalam zat cair atau gas, maka berat benda tersebut akan berkurang sebanyak berat zat cair atau gas yang dipindahkannya.

Contoh. Tentukan gaya apung yang bekerja pada batu yang volumenya 1,6 m 3 di air laut.

Mari kita tuliskan kondisi masalahnya dan selesaikan.

Ketika benda terapung mencapai permukaan zat cair, maka dengan pergerakannya lebih jauh ke atas gaya Archimedean akan berkurang. Mengapa? Tetapi karena volume bagian benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan mengecil, dan gaya Archimedean sama dengan berat zat cair dan volume bagian benda yang dicelupkan ke dalamnya.

Ketika gaya Archimedean menjadi sama dengan gaya gravitasi, benda akan berhenti dan mengapung di permukaan zat cair, sebagian terendam di dalamnya.

Kesimpulan yang dihasilkan dapat dengan mudah diverifikasi secara eksperimental.

Tuangkan air ke dalam bejana drainase hingga setinggi tabung drainase. Setelah itu, kita akan membenamkan benda terapung tersebut ke dalam bejana, setelah sebelumnya ditimbang di udara. Setelah turun ke dalam air, suatu benda memindahkan volume air yang sama dengan volume bagian benda yang terbenam di dalamnya. Setelah menimbang air ini, kita menemukan bahwa beratnya (gaya Archimedean) sama dengan gaya gravitasi yang bekerja pada benda terapung, atau berat benda tersebut di udara.

Setelah melakukan eksperimen yang sama dengan benda lain yang mengapung dalam cairan berbeda - air, alkohol, larutan garam, Anda dapat yakin akan hal itu jika suatu benda terapung dalam suatu zat cair, maka berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut sama dengan berat tubuh ini di udara.

Sangat mudah untuk membuktikannya jika massa jenis benda padat lebih besar daripada massa jenis zat cair, maka benda akan tenggelam dalam zat cair tersebut. Benda dengan massa jenis lebih rendah mengapung dalam cairan ini. Sepotong besi, misalnya, tenggelam dalam air tetapi mengapung dalam air raksa. Suatu benda yang massa jenisnya sama dengan massa jenis zat cair tetap berada dalam kesetimbangan di dalam zat cair.

Es mengapung di permukaan air karena massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis air.

Bagaimana kepadatan lebih sedikit benda dibandingkan massa jenis zat cair, maka semakin kecil bagian benda yang tercelup ke dalam zat cair .

Pada kepadatan yang sama benda dan zat cair suatu benda terapung di dalam zat cair pada kedalaman berapa pun.

Dua zat cair yang tidak dapat bercampur, misalnya air dan minyak tanah, ditempatkan dalam bejana sesuai dengan massa jenisnya: di bagian bawah bejana - air yang lebih padat (ρ = 1000 kg/m3), di atas - minyak tanah yang lebih ringan (ρ = 800 kg /m3).

Kepadatan rata-rata organisme hidup yang menghuni lingkungan perairan, sedikit berbeda dengan massa jenis air, sehingga beratnya hampir sepenuhnya seimbang dengan gaya Archimedean. Oleh karena itu, hewan air tidak membutuhkan kerangka yang kuat dan masif seperti hewan darat. Untuk alasan yang sama, batang tanaman air bersifat elastis.

Kantung renang ikan dengan mudah mengubah volumenya. Ketika seekor ikan, dengan bantuan otot, turun ke kedalaman yang lebih dalam, dan tekanan air di atasnya meningkat, maka gelembung tersebut berkontraksi, volume tubuh ikan mengecil, dan tidak terdorong ke atas, melainkan mengapung di kedalaman. Jadi ikannya bisa dalam batas-batas tertentu sesuaikan kedalaman penyelaman Anda. Paus mengatur kedalaman penyelamannya dengan menurunkan dan meningkatkan kapasitas paru-parunya.

Pelayaran kapal.

Kapal yang berlayar di sungai, danau, lautan, dan samudera dibuat darinya bahan yang berbeda Dengan kepadatan yang berbeda. Lambung kapal biasanya terbuat dari lembaran baja. Semua pengencang internal yang memberi kekuatan pada kapal juga terbuat dari logam. Digunakan untuk membuat kapal berbagai bahan, memiliki kepadatan yang lebih tinggi dan lebih rendah dibandingkan dengan air.

Bagaimana kapal bisa mengapung, naik ke kapal, dan membawa muatan besar?

Percobaan dengan benda terapung (§ 50) menunjukkan bahwa benda tersebut memindahkan begitu banyak air dengan bagian bawah airnya sehingga berat air tersebut sama dengan berat benda di udara. Hal ini juga berlaku untuk kapal apa pun.

Berat air yang dipindahkan oleh bagian bawah air kapal sama dengan berat kapal yang membawa muatan di udara atau gaya gravitasi yang bekerja pada kapal yang membawa muatan tersebut..

Kedalaman kapal dicelupkan ke dalam air disebut draf . Draf maksimum yang diperbolehkan ditandai pada lambung kapal dengan garis merah yang disebut garis air (dari bahasa Belanda. air- air).

Berat air yang dipindahkan oleh sebuah bejana ketika dicelupkan ke permukaan air adalah sama dengan kekuatan gravitasi yang bekerja pada kapal yang membawa muatan disebut perpindahan kapal.

Saat ini sedang dibangun kapal dengan bobot perpindahan 5.000.000 kN (5 × 10 6 kN) atau lebih untuk pengangkutan minyak, yaitu bermassa 500.000 ton (5 × 10 5 t) atau lebih bersama dengan muatannya.

Jika kita mengurangi berat kapal itu sendiri dari perpindahannya, kita mendapatkan daya dukung kapal tersebut. Daya dukung menunjukkan berat muatan yang diangkut kapal.

Pembuatan kapal sudah ada sejak dulu Mesir Kuno, di Phoenicia (diyakini bahwa orang Fenisia adalah salah satu pembuat kapal terbaik), Tiongkok Kuno.

Di Rusia, pembuatan kapal dimulai pada pergantian abad ke-17 dan ke-18. Sebagian besar kapal perang dibangun, namun di Rusialah kapal pemecah es dan kapal bertenaga pertama dibangun pembakaran dalam, pemecah es nuklir "Arktika".

Aeronautika.

Gambar yang menggambarkan balon Montgolfier bersaudara dari tahun 1783: “Tampilan dan dimensi pasti dari Balon Bola dunia“siapa yang pertama.” 1786

Sejak zaman kuno, orang bermimpi bisa terbang di atas awan, berenang di dalamnya lautan udara bagaimana mereka berlayar di laut. Untuk aeronautika

Pada awalnya, mereka menggunakan balon yang diisi dengan udara panas, hidrogen, atau helium.

Agar balon dapat naik ke udara, diperlukan gaya Archimedean (daya apung) F Gaya yang bekerja pada bola lebih besar dari gaya gravitasi F berat, yaitu F SEBUAH > F berat

Saat bola naik ke atas, gaya Archimedean yang bekerja padanya berkurang ( F SEBUAH = gρV), karena kepadatannya lapisan atas atmosfer lebih kecil dibandingkan permukaan bumi. Untuk naik lebih tinggi, pemberat (pemberat) khusus dijatuhkan dari bola dan ini meringankan bola. Akhirnya bola mencapai ketinggian angkat maksimumnya. Untuk melepaskan bola dari cangkangnya, sebagian gas dikeluarkan menggunakan katup khusus.

Dalam arah horizontal, balon hanya bergerak di bawah pengaruh angin, itulah sebabnya disebut demikian balon (dari bahasa Yunani aer- udara, status- berdiri). Belum lama ini, balon besar digunakan untuk mempelajari lapisan atas atmosfer dan stratosfer - balon stratosfer .

Sebelum kita belajar cara membangun pesawat besar untuk transportasi udara penumpang dan kargo, balon yang dikendalikan digunakan - kapal udara. Bentuknya memanjang; gondola dengan mesin digantung di bawah badan, yang menggerakkan baling-baling.

Balon tidak hanya naik dengan sendirinya, tetapi juga dapat mengangkat beberapa muatan: kabin, orang, instrumen. Oleh karena itu, untuk mengetahui jenis beban apa yang dapat diangkat oleh balon, perlu ditentukan mengangkat.

Misalkan sebuah balon bervolume 40 m 3 berisi helium diluncurkan ke udara. Massa helium yang mengisi kulit bola akan sama dengan:
m Ge = ρ Ge V = 0,1890 kg/m 3 40 m 3 = 7,2 kg,
dan beratnya adalah:
P Ge = gm Ge; P Ge = 9,8 N/kg · 7,2 kg = 71 N.
Gaya apung (Archimedean) yang bekerja pada bola di udara sama dengan berat udara dengan volume 40 m 3, yaitu.
F A = g·ρ udara V; FA = 9,8 N/kg · 1,3 kg/m3 · 40 m3 = 520 N.

Artinya bola tersebut mampu mengangkat beban seberat 520 N - 71 N = 449 N. Inilah gaya angkatnya.

Sebuah balon dengan volume yang sama, tetapi berisi hidrogen, dapat mengangkat beban sebesar 479 N. Artinya gaya angkatnya lebih besar daripada gaya angkat balon berisi helium. Namun helium masih lebih sering digunakan karena tidak terbakar sehingga lebih aman. Hidrogen adalah gas yang mudah terbakar.

Jauh lebih mudah untuk mengangkat dan menurunkan bola berisi udara panas. Untuk melakukan ini, pembakar ditempatkan di bawah lubang yang terletak di bagian bawah bola. Dengan menggunakan kompor gas, Anda dapat mengatur suhu udara di dalam bola, serta kepadatan dan gaya apungnya. Untuk membuat bola naik lebih tinggi, cukup dengan memanaskan udara di dalamnya lebih kuat dengan memperbesar api pembakar. Saat nyala api pembakar mengecil, suhu udara di dalam bola menurun dan bola pun turun.

Anda dapat memilih suhu bola yang berat bola dan kabinnya akan sama dengan gaya apung. Kemudian bola tersebut akan menggantung di udara dan mudah untuk melakukan pengamatan darinya.

Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, perubahan signifikan terjadi pada teknologi penerbangan. Menjadi mungkin untuk menggunakan cangkang balon baru, yang menjadi tahan lama, tahan beku, dan ringan.

Kemajuan di bidang teknik radio, elektronik, dan otomasi telah memungkinkan perancangan balon tak berawak. Balon-balon ini digunakan untuk mempelajari arus udara, untuk penelitian geografis dan biomedis di lapisan bawah atmosfer.