Pamokos rengimas: „Slėgis skystyje ir dujose“. Oro svoris

Skysčius, kaip ir visus Žemės kūnus, veikia gravitacija. Todėl į indą pilamas skystis su savo svoriu sukuria slėgį, kuris pagal Paskalio dėsnį perduodamas visomis kryptimis. Todėl skysčio viduje yra slėgis. Tai galima patikrinti iš patirties.

Supilkite vandenį į stiklinį vamzdelį, kurio apatinė anga uždaryta plona gumine plėvele. Veikiamas skysčio svorio guminis vamzdžio dugnas sulinks (93 pav., a).

Patirtis rodo, kad kuo aukščiau vandens stulpelis virš guminės plėvelės, tuo ji labiau linksta (93 pav., b). Bet kiekvieną kartą, kai guminis dugnas pasilenkia, vanduo vamzdyje susibalansuoja ( sustoja), nes, be gravitacijos, vandenį veikia guminės plėvelės tamprumo jėga.

Vamzdelį guminiu dugnu, į kurį pilamas vanduo, nuleiskime į kitą, platesnį indą su vandeniu (93 pav., c). Pamatysime, kad vamzdį nuleidus žemyn, guminė plėvelė palaipsniui tiesėja. Visiškas plėvelės tiesinimas rodo, kad iš viršaus ir iš apačios ją veikiančios jėgos yra vienodos. Visiškas plėvelės ištiesinimas įvyksta, kai vandens lygis vamzdyje ir inde sutampa.

Tą patį eksperimentą galima atlikti su vamzdžiu, kurio šoninę angą dengia guminė plėvelė, kaip parodyta 94 paveiksle, a. Jei šis vamzdelis su vandeniu panardinamas į kitą indą su vandeniu, kaip parodyta 94 paveiksle, b, tada vėl pastebėsime, kad plėvelė išsitiesins, kai tik vandens lygis vamzdyje ir inde bus lygus. Tai reiškia, kad guminę plėvelę veikiančios jėgos iš abiejų pusių yra vienodos.

Eksperimentas su indu, kurio dugnas gali nukristi, yra labai aiškus. Toks indas nuleidžiamas į indelį su vandeniu (95 pav., a). Dugnas stipriai prispaudžiamas prie indo krašto vandens slėgio jėga iš apačios į viršų. Tada į indą atsargiai pilamas vanduo. Dugnas atsikabina nuo indo, kai vandens lygis inde sutampa su vandens lygiu inde (95.6 pav.).

Atskyrimo momentu skysčio stulpelis inde spaudžiasi iš viršaus į apačią, o tos pačios skysčio kolonėlės, bet esančios indelyje, slėgis perduodamas iš apačios į viršų į apačią. Abu šie slėgiai yra vienodi, tačiau dugnas nutolsta nuo cilindro, nes jį veikia gravitacija.

Eksperimentai su vandeniu buvo aprašyti aukščiau, tačiau lengva daryti išvadą, kad kažkas būtų nutikę, jei vietoj vandens būtų paimtas koks nors kitas skystis.

Taigi, eksperimentai rodo, kad skysčio viduje yra slėgis ir tame pačiame lygyje jis visomis kryptimis yra vienodas. Su gyliu slėgis didėja.

Dujos šiuo požiūriu niekuo nesiskiria nuo skysčių, nes turi ir svorį. Tačiau turime prisiminti, kad dujų tankis yra šimtus kartų mažesnis už skysčio tankį. Dujų svoris inde yra mažas, o jų „svorio“ slėgis daugeliu atvejų gali būti ignoruojamas.

Klausimai. 1. Kaip eksperimentiškai parodyti, kad slėgis skysčio viduje yra skirtingi lygiai skirtingi, bet tame pačiame lygyje visomis kryptimis vienodi? 2. Kodėl daugeliu atvejų neatsižvelgiama į slėgį dujose, susidarantį dėl tų dujų svorio?

a) Švininių cilindrų sankaba.

Įranga: švino cilindrų komplektas;

trikojis; virdulys 2 kg.

Eksperimentui patartina turėti du švininių cilindrų komplektus: vieną, kad būtų parodyti nelygūs ir oksiduoti paviršiai, neleidžiantys cilindrams susijungti, o antrasis – pagrindinei demonstravimo daliai. Nuvalykite cilindrų galus, įkišdami jį į pagrindą ir, lengvai paspausdami peilį, keletą kartų pasukite. Po galandimo cilindro galas turi būti lygus ir blizgus. Įdėję abu cilindrus jų galuose, prispauskite juos vienas prie kito ir šiek tiek pasukite aplink savo ašį, o po to cilindrai turėtų susijungti. Įvertinti jų pajėgų dydį abipusė trauka

viršutinį cilindrą pakabinkite už kabliuko ant trikojo, o nuo apatinio be trūkčiojimo pakabinkite 2 kilogramų svarelį. Tada, nuėmę svorį ir rankomis atskyrę cilindrus, mokiniams demonstruoja sukabinimo taškuose atsiradusius galų nelygumus. IŠVADA: nedideliu atstumu tarp molekulių kietas egzistuoja abipusės traukos jėgos, kurios pasireiškia, kai molekulės susiliečia labai artimai, ir toliau didesnis atstumas

Tarp molekulių veikia atstumiančios jėgos.

b) Stiklo sukibimas su vandeniu.Įranga:

dvi stiklo plokštės; vandens.

Sujunkite sausų plokščių paviršius, įsitikinkite, kad nėra traukiančių jėgų, įlašinkite vandens tarp stiklinių ir pabandykite

atskirti juos.

IŠVADA: tarp skysčio ir kietos medžiagos molekulių egzistuoja abipusės traukos jėgos.

Saugumo klausimai

1. Kokią reikšmę mokinių pasaulėžiūrai turi studijuojama medžiaga?

2. Iš ko pagaminti kūnai:

a) iš molekulių;

b) iš dalelių;

3. Pasiūlykite būdą, kaip lentelės pavidalu apibendrinti mokinių žinias apie suvestines medžiagos būsenas ir kūnų savybes.

4. Ar tiesa, kad kaitinant visos medžiagos plečiasi?

5. Pateikite kasdieniame gyvenime ir technologijose naudojamų difuzijos pavyzdžių.

L A B O R A T O R N A Y DARBAS Nr. 2

SLĖGIO IŠLAIDYMAS,

SKYSTOS K O S T E Y IR DUJOS V

Eksperimentas Nr. 1. Kieto kūno slėgis ant atramos

Įranga: smėlio vonelė, lenta su įkaltomis vinimis, svoris 1 kg.

Prieš demonstravimą į vonią pilamas šlapias smėlis ir gerai išlyginamas paviršius. Į nedidelės lentos kampus įsmeigiami vinys. Lenta su vinių galvutėmis dedama ant smėlio sluoksnio, o ant jo uždedamas svarelis. nagai tik šiek tiek įspaudžiami į smėlį. Tada lenta apverčiama ant vinių taško. Tokiu atveju lentos atraminis plotas sumažėja, o veikiant tokiai pačiai jėgai, nagai žymiai giliau patenka į smėlį.

IŠVADA: Jėgos rezultatas priklauso nuo besiliečiančių kūnų ploto.

Užduotis: Žinodami savo masę ir bato plotą, nustatykite, kokį spaudimą sukeliate eidami ir stovėdami vietoje.

Naudodami languoto popieriaus lapą, nustatykite bagažinės atramos plotą.

b) Stiklo sukibimas su vandeniu. EKSPERIMENTAS Nr. 2. Guminio rutulio pripūtimas po oro siurblio varpeliu

Komovsky siurblys, vakuuminė plokštė su stikliniu varpeliu, balionas.

Šis eksperimentas yra iliustracija, paaiškinanti dujų slėgio ant indo sienelių mechanizmą. IN balionas

palikite šiek tiek oro ir tvirtai suriškite.

Įranga Rutulys dedamas ant oro siurblio plokštės taip, kad neuždengtų plokštelės išleidimo vamzdžio angos, ir uždengiamas stikliniu varpeliu.

Prijunkite plokštę prie siurblio ir išpumpuokite orą. Išsiurbiant orą, kamuolys palaipsniui išsipučia ir įgauna rutulio formą. Tada po varpu lėtai įleidžiamas oras, stebimas priešingas reiškinys ir daroma išvada, kad dujų slėgis visomis kryptimis yra vienodas.

Eksperimentas yra efektyvesnis, jei purkštukai apšviečiami šonine šviesa. Šiuo atveju jie reljefu išsiskiria juodame lentos fone.

Padarykite išvadą.

EKSPERIMENTAS Nr. 4. Hidraulinio preso konstrukcija ir veikimas

APIE
įranga: hidraulinis presas

Mokomasis hidraulinis presas plačiai naudojamas mokyklose. Prieš demonstravimą mokytojas ant lentos nubraižo scheminį hidraulinio preso su manometru ir apsauginiu vožtuvu brėžinį. Pirmiausia palyginkite pagrindines įrenginio spaudos dalis su scheminiu vaizdu lentoje. Įvardydami atskiras įrenginio dalis ir jų paskirtį, jos pasakoja, kaip veikia hidraulinis presas ir kaip atskiros jo dalys sąveikauja tarpusavyje. Mokytojas diagramoje ir iš tikrųjų parodo alyvos baką, nedidelį cilindrą su rankena svirties pavidalu, vožtuvus, manometrą ir didelį cilindrą.

Kelis kartus pakeldamas ir nuleisdamas rankeną ir remdamasis diagrama, jis paaiškina alyvos kelią nuo rezervuaro iki didelio cilindro.

Įrenginyje sumontuoti du saugos įtaisai, apsaugantys įrenginį nuo sunaikinimo: manometras su raudona linija, rodančiu didžiausią leistiną slėgį prese, ir apsauginis vožtuvas, kuris automatiškai atsidarys, jei dėl kokių nors priežasčių bus viršytas leistinas slėgis.

Primindami mokiniams, kad slėgis preso cilindruose yra vienodas, o slėgio jėga proporcinga stūmoklių plotui, jie sužino, kaip presai pasiekia didelį stiprumo padidėjimą. Užduotis: Išmatavę didelio ir mažo stūmoklių skersmenis, rankenos ilgį, apskaičiuokite jėgos padidėjimą (tai yra, kiek kartų didesnio stūmoklio sukuriama slėgio jėga, daugiau galios

mažas stūmoklio slėgis).

APIE
įranga: EKSPERIMENTAS Nr. 5. Skysčio slėgis į indo dugną ir sieneles.

plastikinis maišelis su vandeniu, du dinamometrai, trikojai, atviras manometras, prietaisas slėgiui parodyti skysčio viduje, akvariumas su vandeniu.

a) Norint parodyti skysčio slėgį ant indo sienelių, tarp dinamometrų lentelių įdedamas plastikinis maišelis su vandeniu ir parodomas vienodas slėgis ant maišo sienelių.

Norėdami pademonstruoti prietaiso veikimą, kapsulės spenelį guminiu vamzdeliu prijunkite prie atviro vandens slėgio matuoklio.

Parodykite, kad skystis abiejose manometro alkūnėse yra tame pačiame lygyje. Tada, pirštu šiek tiek spausdami guminės plėvelės išorinį paviršių, mokiniai atkreipia dėmesį į tai, kaip keičiasi skysčio lygis manometre. Tada jie nuleidžia kapsulę į akvariumą su vandeniu ir parodo, kad slėgis ant guminės plėvelės, stebimas manometru, didėja didėjant panardinimo gyliui. Po to įstatykite įrenginį tam tikrame gylyje ir vieliniu kabliu pasukite laikiklį, ant kurio pritvirtinta kapsulė.

horizontalioji ašis

APIE
įranga:. Studentai atkreipia dėmesį į tai, kad esant tokiam panardinimo lygiui, slėgis skysčio viduje nepriklauso nuo guminės plėvelės vietos.

EKSPERIMENTAS Nr. 6. Hidrostatinis paradoksas. Paskalio prietaisas, indas vandeniui nuleisti, spalvotas vanduo. Prietaisas skirtas

šią patirtį

susideda iš pagrindo, ant kurio pritvirtintas žiedo formos rėmas su sriegiu. Šis viršuje atviras rėmas iš apačios padengtas plona gumine plėvele, remiasi į apvalią plokštę, sujungtą svirtimi su lengvai judančia rodykle.

Prietaisas tiekiamas su trimis skirtingų formų ir tūrių, bet vienodo pagrindo ploto indais. Kiekvienas indas turi srieginį rėmą, su kuriuo jis montuojamas įrenginyje.

Norėdami pademonstruoti, pirmiausia įsukite į rėmą cilindrinį indą ir įpilkite į jį vandens 2-3 cm aukštyje žemiau viršutinio krašto mastelį, kur sumontuota rodyklė, pažymi „husaras“, kuris aiškiai matomas iš tolo.

b) Stiklo sukibimas su vandeniu. Po to per išleidimo čiaupą pilamas vanduo ir vietoj cilindrinio indo įrengiamas kitas, pavyzdžiui, besiplečiantis į viršų, po to trečias. Kiekviename eksperimente jie yra įsitikinę, kad vandens reikia paimti daug daugiau ar mažiau nei cilindriniam indui, o slėgis išlieka toks pat, jei vandens lygis pakyla iki nurodyto lygio. Tai Paskalio paradoksas.

a) Pirmiausia atliekamas eksperimentas su dviem besijungiančiais stiklinių vamzdelių pavidalo indais, sujungtais vienas su kitu guminiu vamzdeliu, ir nustatoma, kad vienalytis skystis yra tame pačiame lygyje. Tada pereinama prie demonstracinio įrenginio, kurį sudaro 4-5 įvairių formų, skirtingų sekcijų stikliniai vamzdeliai, sujungti vienas su kitu vienodo skerspjūvio horizontaliu vamzdžiu.

Norint parodyti homogeninio skysčio pusiausvyrą šiuose vamzdeliuose, per platų vamzdelį pilamas šiek tiek spalvotas vanduo. Paimkite tiek vandens, kad jis pakiltų šiek tiek virš pusės aukščio vertikalūs vamzdžiai. Už įrenginio uždedamas baltas ekranas ir studentų dėmesys atkreipiamas į skysčio lygius, kurie visuose vamzdeliuose yra vienoje horizontalioje tiesioje linijoje. Jei prietaisą pakreipsite į dešinę arba į kairę, skysčio lygis vamzdeliuose vėl išliks tame pačiame horizontaliame lygyje.

Pirmiausia į vamzdelį pilamas tonuotas vanduo iki 100-150 mm aukščio. Tada į vieną iš šakų pilamas kitas skystis, kuris nesimaišo su vandeniu, pavyzdžiui, benzinas ar žibalas. Skysčiai bus sumontuoti taip, kaip parodyta paveikslėlyje.

Užduotis: liniuote pažymėkite skysčio ir vandens stulpelio ribą ir įsitikinkite, kad šių aukščių santykis yra atvirkščiai proporcingas skysčių tankiams.

EKSPERIMENTAS Nr. 8. Archimedo dėsnis.

b) Stiklo sukibimas su vandeniu. Archimedo kaušas, universalus trikojis, liejimo indas, cheminė stiklinė.

Archimedo dėsnio pagrįstumas parodomas naudojant įrenginį, kurį sudaro kaušas, cilindras, kurie yra sujungti vienas su kitu, ir spyruoklinis dinamometras su diskine rodykle. Spyruoklės ruožas pažymėtas spaustuku.

Prieš eksperimentą jie parodo, kad kibiro talpa atitinka cilindro tūrį. Surinkite instaliaciją pagal brėžinį. Atkreipkite dėmesį į rodyklės disko padėtį ir pažymėkite jo padėtį rodykle.

Nuleiskite cilindrą į indą su vandeniu.

Tokiu atveju dalis vandens išpilama iš indo. Atkreipkite mokinių dėmesį į rodyklės padėtį.
Išsiliejęs vanduo pilamas į kibirą. Dar kartą atkreipkite dėmesį į rodyklę.

Jie daro išvadą.

Pamoka

Tema:

Slėgio perdavimas skysčiais ir dujomis.

Pamokos tikslas

: sudaryti sąlygas studentams įgyti naujų žinių apie slėgį skysčiuose ir dujose.

Pamokos tikslai:

Švietimas:

Pamokos eiga:

I. Klasės organizavimas.

II. Žinių atnaujinimas.

Priekinė apklausa:

Nuo ko priklauso kietųjų medžiagų slėgis?

Kaip dujos daro slėgį?

Nuo ko priklauso dujų slėgis?

Ar manote, kad skysčiai daro spaudimą? Kaip? Nuo ko tai priklauso?

Išvada: Tai reiškia, kad negalite tiksliai pasakyti, ar skysčiai daro spaudimą, ar ne.

Šiandien pamokoje kalbėsime apie skysčių slėgį. Užsirašykite pamokos temą. Mūsų tikslas – įrodyti, kad skysčiai daro spaudimą ir kaip; nuo ko priklauso skysčio slėgis? kaip galite apskaičiuoti skysčio slėgį; kaip į juos atsižvelgiama ir kaip jie taikomi praktikoje.

ašII. Naujų žinių mokymasis.

Taigi iškeliame hipotezę: skysčiai daro slėgį. Kaip patikrinti šią hipotezę?

Skystis, kaip ir visi žemės kūnai, yra veikiami gravitacijos. Todėl kiekvienas skysčio sluoksnis, pilamas į indą, savo svoriu sukuria spaudimą kitiems sluoksniams, kuris pagal Paskalio dėsnį perduodamas visomis kryptimis. Todėl skysčio viduje yra slėgis.

Patirtis 1. Eksperimentas, patvirtinantis slėgio buvimą skystyje.

Supilkite vandenį į vamzdelį pagal skysčio svorį, guminė plėvelė sulenks.

Klausimai:

Kiek laiko nuslys guminė plėvelė?

Kas atsitiks, jei padidinsite skysčio stulpelį?

2 eksperimentas. Eksperimentas, patvirtinantis slėgio buvimą skysčio viduje.(stiklinis vamzdelis, kurio anga uždaryta gumine plėvele, stiklinė vandens)

Vamzdelį guminiu dugnu, į kurį pilamas vanduo, nuleiskime į kitą, platesnį indą su vandeniu. Pamatysime, kad nuleidžiant vamzdį guminė plėvelė palaipsniui tiesėja. Visiškas plėvelės tiesinimas rodo, kad iš viršaus ir iš apačios ją veikiančios jėgos yra lygios. Visiškas plėvelės ištiesinimas įvyksta, kai vandens lygis vamzdyje ir inde sutampa.

3 eksperimentas. Patirtis, parodanti, kad tame pačiame lygyje skysčio slėgis yra vienodas.(stiklinis vamzdelis su šonine anga, uždengtas gumine plėvele, stiklinė vandens)

Išvada: patirtis rodo, kad skysčio viduje yra slėgis ir tame pačiame lygyje jis visomis kryptimis yra vienodas. Su gyliu slėgis didėja.

4 eksperimentas. Eksperimentas, rodantis, kad skystis veikia indo sieneles ir kad slėgis kinta didėjant gyliui. ( stiklinė vandens; šoniniame paviršiuje skirtinguose aukščiuose nuo apačios padarytos trys mažos skylutės).

Paimkime aukštą indą, kurio šoniniame paviršiuje skirtinguose aukščiuose padarytos trys mažos skylutės. Uždarykite juos ir pripildykime indą vandens. Tada atidarykime skyles ir pažiūrėkime, kas atsitiks.

Išvada: Skirtinguose aukščiuose slėgis skysčio viduje yra skirtingas. Jis didėja didėjant gyliui.

5 eksperimentas. Eksperimentas, rodantis skysčio slėgio pokytį gyliui.

Paimkite stiklinį vamzdelį ir lengvą diską ant sriegio. Patraukime siūlą, kad gautume indą krentančio dugnu. Gautą indą panardinkite į indelį vandens.

Klausimas: Kodėl dugnas nenukrenta, net jei siūlas netraukiamas?

Į indą atsargiai įpilkite šiek tiek spalvoto vandens, kad jo lygis būtų žemesnis nei vandens lygis indelyje.

Klausimas: Ką mes matome?

Įpilkite likusį vandenį iš stiklinės. Spalvoto vandens sluoksnio aukštis inde padidės.

Klausimas: Ką mes matome? Kodėl iškrito dugnas?

Išvada: Slėgis didėja didėjant gyliui.

Pratimas: Puslapyje esančiame vadovėlyje raskite išvadą, perskaitykite ir užsirašykite į sąsiuvinį.

Šiuo požiūriu dujos niekuo nesiskiria nuo skysčių. Tačiau turime prisiminti, kad dujų tankis yra šimtus kartų mažesnis už skysčio tankį. Dujų svoris inde yra mažas ir jų slėgis daugeliu atvejų gali būti ignoruojamas.

IV.Žinių įtvirtinimas ir patikslinimas:

Kaip skysčiai ir dujos perduoda slėgį?

Kodėl skysčiai ir dujos vienodai perduoda slėgį visomis kryptimis?

Kaip įrodyti, kad slėgis skysčio viduje įvairiais lygiais yra skirtingas, bet tame pačiame lygyje jis visomis kryptimis yra vienodas?

Kodėl daugeliu atvejų neatsižvelgiama į dujų slėgį, kurį sukuria jų svoris?

V.Namų darbai:

VI.Atspindys

Užbaikite sakinį Šiandien klasėje aš išmokau...

Vyras su slidėmis ir be jų.

Žmogus vaikšto per purų sniegą su su dideliais sunkumais, giliai grimzdamas kiekviename žingsnyje. Tačiau užsidėjęs slides jis gali vaikščioti beveik neįkritęs. Kodėl? Su slidėmis ar be jų žmogus sniegą veikia ta pačia jėga, lygia jo svoriui. Tačiau šios jėgos poveikis abiem atvejais skiriasi, nes paviršiaus plotas, kurį žmogus spaudžia, yra skirtingas, su slidėmis ir be slidžių. Beveik 20 kartų didesnis už slidžių paviršiaus plotą daugiau ploto padais. Todėl stovėdamas ant slidžių žmogus veikia kiekvieną kvadratinis centimetras sniego paviršiaus plotas su 20 kartų mažesne jėga nei stovint ant sniego be slidžių.

Mokinys, mygtukais prisegdamas laikraštį prie lentos, kiekvieną mygtuką veikia vienoda jėga. Tačiau mygtukas su aštresniu galu lengviau pateks į medieną.

Tai reiškia, kad jėgos rezultatas priklauso ne tik nuo jos modulio, krypties ir taikymo taško, bet ir nuo paviršiaus, kuriam ji taikoma (statmenai, kurią ji veikia), ploto.

Šią išvadą patvirtina fiziniai eksperimentai.

Patirtis Tam tikros jėgos veikimo rezultatas priklauso nuo to, kokia jėga veikia vienetinį paviršiaus plotą.

Reikia įkalti vinis į mažos lentos kampus. Pirmiausia į lentą įkaltas vinis smaigaliais į viršų uždėkite ant smėlio ir uždėkite ant lentos svarelį. Šiuo atveju vinių galvutės tik šiek tiek įspaudžiamos į smėlį. Tada apverčiame lentą ir dedame vinis ant krašto. Šiuo atveju atramos plotas yra mažesnis, o veikiant tokiai pačiai jėgai, nagai žymiai giliau patenka į smėlį.

Patirtis. Antra iliustracija.

Šios jėgos veikimo rezultatas priklauso nuo to, kokia jėga veikia kiekvieną paviršiaus ploto vienetą.

Nagrinėjamuose pavyzdžiuose jėgos veikė statmenai kūno paviršiui. Vyro svoris buvo statmenas sniego paviršiui; mygtuką veikianti jėga yra statmena lentos paviršiui.

Didumas, lygus santykiui Jėga, veikianti statmenai paviršiui to paviršiaus plotui, vadinama slėgiu.

Norint nustatyti slėgį, jėgą, veikiančią statmenai paviršiui, reikia padalyti iš paviršiaus ploto:

slėgis = jėga / plotas.

Pažymime kiekius, įtrauktus į šią išraišką: slėgis - p, paviršių veikianti jėga yra F ir paviršiaus plotas - S.

Tada gauname formulę:

p = F/S

Akivaizdu, kad didesnė jėga, veikianti tą patį plotą, sukurs didesnį slėgį.

Slėgio vienetas laikomas slėgiu, kurį sukuria 1 N jėga, veikianti 1 m2 ploto paviršių, statmeną šiam paviršiui..

Slėgio vienetas - niutonas per kvadratinis metras (1 N/m2). Prancūzų mokslininko garbei Blezas Paskalis tai vadinama paskaliu ( Pa). Taigi,

1 Pa = 1 N/m2.

Taip pat naudojami kiti slėgio vienetai: hektopaskalinis (hPa) Ir kilopaskalis (kPa).

1 kPa = 1000 Pa;

1 hPa = 100 Pa;

1 Pa = 0,001 kPa;

1 Pa = 0,01 hPa.

Užrašykime problemos sąlygas ir ją išspręskime.

Duota : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?

SI vienetais: S = 0,03 m2

Sprendimas:

p = F/S,

F = P,

P = g m,

P= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,

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

„Atsakymas“: p = 15000 Pa = 15 kPa

Būdai sumažinti ir padidinti spaudimą.

Sunkusis vikšrinis traktorius sukuria 40–50 kPa slėgį dirvai, t.y. tik 2–3 kartus didesnį nei 45 kg sveriančio berniuko. Tai paaiškinama tuo, kad dėl vikšro pavaros traktoriaus svoris pasiskirsto didesniame plote. Ir mes tai nustatėme kuo didesnis atramos plotas, tuo mažesnis slėgis, kurį ši atrama sukuria ta pati jėga .

Priklausomai nuo to, ar reikalingas žemas ar aukštas slėgis, atramos plotas didėja arba mažėja. Pavyzdžiui, kad gruntas atlaikytų statomo pastato slėgį, padidinamas apatinės pamato dalies plotas.

Padangos sunkvežimiai o orlaivių važiuoklė pagaminta daug platesnė nei lengvųjų automobilių. Važiuoti dykumose skirtų automobilių padangos pagamintos ypač plačios.

Sunkiasvorės transporto priemonės, tokios kaip traktorius, cisterna ar pelkinė transporto priemonė, turinčios didelį vikšrų atraminį plotą, važiuoja per pelkėtas vietas, kurių žmogus negali pravažiuoti.

Kita vertus, kada mažas plotas paviršių, nedidelė jėga gali sukelti didelį spaudimą. Pavyzdžiui, spaudžiant mygtuką į plokštę, mes jį veikiame maždaug 50 N jėga. Kadangi mygtuko galiuko plotas yra maždaug 1 mm 2, jo sukuriamas slėgis yra lygus:

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

Palyginimui, šis slėgis yra 1000 kartų didesnis už slėgį, kurį dirvai daro vikšrinis traktorius. Tokių pavyzdžių galite rasti ir daugiau.

Pjovimo instrumentų ašmenys ir auskarų (peilių, žirklių, pjaustytuvų, pjūklų, adatų ir kt.) smaigaliai yra specialiai pagaląsti. Aštrių ašmenų pagaląstas kraštas turi nedidelį plotą, todėl net ir nedidelė jėga sukuria didelį spaudimą, o su šiuo įrankiu lengva dirbti.

Pjovimo ir auskarų vėrimo prietaisų yra ir gyvojoje gamtoje: tai dantys, nagai, snapai, spygliai ir kt. – visi jie pagaminti iš kieta medžiaga, lygus ir labai aštrus.

Spaudimas

Yra žinoma, kad dujų molekulės juda atsitiktinai.

Jau žinome, kad dujos, skirtingai nei kietos medžiagos ir skysčiai, užpildo visą talpyklą, kurioje jos yra. Pavyzdžiui, plieninis balionas dujoms laikyti, automobilio padangos kamera ar tinklinis. Tokiu atveju dujos daro spaudimą baliono sienelėms, dugnui ir dangčiui, kamerai ar bet kuriam kitam korpusui, kuriame jos yra. Dujų slėgis atsiranda dėl kitų priežasčių nei kieto kūno slėgis ant atramos.

Yra žinoma, kad dujų molekulės juda atsitiktinai. Judėdami jie susiduria vienas su kitu, taip pat su konteinerio, kuriame yra dujos, sienelėmis. Dujose yra daug molekulių, todėl jų smūgių skaičius yra labai didelis. Pavyzdžiui, patalpoje esančių oro molekulių smūgių į paviršių, kurio plotas yra 1 cm 2 per 1 s, skaičius išreiškiamas dvidešimt trijų skaitmenų skaičiumi. Nors atskiros molekulės smūgio jėga nedidelė, visų molekulių įtaka indo sienelėms yra reikšminga – susidaro dujų slėgis.

Taigi, dujų slėgis ant indo sienelių (ir dujose patalpinto kūno) atsiranda dėl dujų molekulių poveikio .

Apsvarstykite toliau pateiktą eksperimentą. Padėkite guminį rutulį po oro siurblio varpeliu. Jame yra mažas kiekis oro ir turi netaisyklingos formos. Tada išpumpuojame orą iš po varpelio. Rutulio apvalkalas, aplink kurį vis retėja oras, palaipsniui išsipučia ir įgauna taisyklingo rutulio formą.

Kaip paaiškinti šią patirtį?

Suslėgtoms dujoms laikyti ir transportuoti naudojami specialūs patvarūs plieniniai balionai.

Mūsų eksperimente judančios dujų molekulės nuolat atsitrenkia į rutulio sieneles viduje ir išorėje. Išsiurbiant orą, mažėja molekulių skaičius varpe aplink rutulio apvalkalą. Tačiau rutulio viduje jų skaičius nesikeičia. Todėl molekulių smūgių į išorines apvalkalo sieneles skaičius tampa mažesnis nei smūgių į vidines sieneles skaičius. Rutulys pripučiamas tol, kol jo guminio apvalkalo tamprumo jėga tampa lygi dujų slėgio jėgai. Rutulio apvalkalas įgauna rutulio formą. Tai rodo, kad dujos jo sienas spaudžia visomis kryptimis vienodai. Kitaip tariant, molekulinių smūgių skaičius kvadratiniam paviršiaus ploto centimetrui yra vienodas visomis kryptimis. Dujoms būdingas vienodas slėgis visomis kryptimis ir yra atsitiktinio judėjimo pasekmė didžiulis skaičius molekulių.

Pabandykime sumažinti dujų tūrį, bet taip, kad jų masė išliktų nepakitusi. Tai reiškia, kad kiekviename kubinis centimetras Bus daugiau dujų molekulių, padidės dujų tankis. Tada padidės molekulių smūgių į sienas skaičius, ty padidės dujų slėgis. Tai gali patvirtinti patirtis.

Nuotraukoje A parodytas stiklinis vamzdelis, kurio vienas galas uždarytas plona gumine plėvele. Į vamzdį įkišamas stūmoklis. Stūmokliui pajudėjus, oro tūris vamzdyje mažėja, t.y. dujos suspaudžiamos. Guminė plėvelė išlinksta į išorę, tai rodo, kad oro slėgis vamzdyje padidėjo.

Priešingai, didėjant tos pačios masės dujų tūriui, molekulių skaičius kiekviename kubiniame centimetre mažėja. Taip sumažės smūgių į indo sieneles skaičius – dujų slėgis sumažės. Iš tiesų, kai stūmoklis ištraukiamas iš vamzdžio, oro tūris padidėja ir plėvelė pasilenkia indo viduje. Tai rodo oro slėgio sumažėjimą vamzdyje. Tie patys reiškiniai būtų stebimi, jei vietoj oro vamzdyje būtų kokių nors kitų dujų.

Taigi, mažėjant dujų tūriui, didėja jų slėgis, o tūriui didėjant slėgis mažėja, jei dujų masė ir temperatūra nesikeičia.

Kaip pasikeis dujų slėgis, jei jos kaitinamos pastoviu tūriu? Yra žinoma, kad kaitinant dujų molekulių greitis didėja. Judėdami greičiau, molekulės dažniau atsitrenks į konteinerio sieneles. Be to, kiekvienas molekulės poveikis sienai bus stipresnis. Dėl to indo sienelės patirs didesnį slėgį.

Vadinasi, Kuo aukštesnė dujų temperatūra, tuo didesnis dujų slėgis uždarame inde, jei dujų masė ir tūris nesikeičia.

Iš šių eksperimentų galima daryti išvadą bendra išvada, Ką Dujų slėgis didėja, kuo dažniau ir stipriau molekulės atsitrenkia į indo sieneles .

Dujoms laikyti ir transportuoti jos yra labai suslėgtos. Kartu didėja jų slėgis, dujos turi būti uždarytos į specialius, labai patvarius balionus. Pavyzdžiui, tokiuose balionuose yra suspausto oro povandeniniai laivai, deguonis naudojamas metalo suvirinimui. Žinoma, visada turime atsiminti, kad dujų balionų negalima šildyti, ypač kai jie pripildyti dujų. Nes, kaip jau suprantame, gali įvykti sprogimas su labai nemaloniomis pasekmėmis.

Paskalio dėsnis.

Slėgis perduodamas į kiekvieną skysčio ar dujų tašką.

Stūmoklio slėgis perduodamas į kiekvieną rutulį užpildančio skysčio tašką.

Dabar dujos.

Skirtingai nuo kietųjų medžiagų, atskiri sluoksniai ir smulkios dalelės skysčiai ir dujos gali laisvai judėti vienas kito atžvilgiu visomis kryptimis. Pakanka, pavyzdžiui, stiklinėje lengvai papūsti į vandens paviršių, kad vanduo pajudėtų. Upėje ar ežere nuo menkiausio vėjelio atsiranda raibuliukų.

Tai paaiškina dujų ir skysčių dalelių mobilumas jas veikiamas slėgis perduodamas ne tik jėgos kryptimi, bet į kiekvieną tašką. Panagrinėkime šį reiškinį išsamiau.

Nuotraukoje A vaizduoja indą, kuriame yra dujų (arba skysčio). Dalelės yra tolygiai paskirstytos visame inde. Indas uždarytas stūmokliu, kuris gali judėti aukštyn ir žemyn.

Taikydami tam tikrą jėgą, mes priversime stūmoklį šiek tiek pajudėti į vidų ir suspausti dujas (skystį), esančias tiesiai po juo. Tada dalelės (molekulės) šioje vietoje bus tankiau nei anksčiau (b pav.). Dėl mobilumo dujų dalelės judės visomis kryptimis. Dėl to jų išdėstymas vėl taps vienodas, bet tankesnis nei anksčiau (c pav.). Todėl visur padidės dujų slėgis. Tai reiškia, kad papildomas slėgis perduodamas visoms dujų ar skysčio dalelėms. Taigi, jei slėgis dujoms (skysčiui) šalia paties stūmoklio padidėja 1 Pa, tada visuose taškuose viduje dujų ar skysčio, slėgis bus didesnis nei anksčiau tokiu pat kiekiu. Slėgis ant indo sienelių, dugno ir stūmoklio padidės 1 Pa.

Skysčiui ar dujoms veikiamas slėgis į bet kurį tašką perduodamas vienodai visomis kryptimis .

Šis teiginys vadinamas Paskalio dėsnis.

Remiantis Paskalio dėsniu, lengva paaiškinti šiuos eksperimentus.

Paveikslėlyje pavaizduotas tuščiaviduris rutulys su mažomis skylutėmis įvairiose vietose. Prie rutulio pritvirtintas vamzdelis, į kurį įkišamas stūmoklis. Jei užpildysite rutulį vandeniu ir įstumsite stūmoklį į vamzdelį, vanduo ištekės iš visų rutulio skylių. Šiame eksperimente stūmoklis spaudžia vandens paviršių vamzdyje. Vandens dalelės, esančios po stūmokliu, sutankindamos perkelia jo slėgį į kitus sluoksnius, esančius giliau. Taigi stūmoklio slėgis perduodamas į kiekvieną rutulį užpildančio skysčio tašką. Dėl to dalis vandens išstumiama iš rutulio identiškų srautų, ištekančių iš visų skylių, pavidalu.

Jei rutulys užpildytas dūmais, tada, kai stūmoklis įstumiamas į vamzdį, iš visų rutulio skylių pradės išeiti vienodi dūmų srautai. Tai patvirtina dujos vienodai perduoda joms daromą slėgį visomis kryptimis.

Slėgis skystyje ir dujose.

Veikiamas skysčio svorio guminis dugnas vamzdyje sulinks.

Skysčius, kaip ir visus Žemės kūnus, veikia gravitacija. Todėl kiekvienas į indą pilamas skysčio sluoksnis savo svoriu sukuria slėgį, kuris pagal Paskalio dėsnį perduodamas visomis kryptimis. Todėl skysčio viduje yra slėgis. Tai galima patikrinti iš patirties.

Supilkite vandenį į stiklinį vamzdelį, kurio apatinė anga uždaryta plona gumine plėvele. Skysčio svorio įtakoje vamzdžio dugnas sulinks.

Patirtis rodo, kad kuo aukščiau vandens stulpelis virš guminės plėvelės, tuo ji labiau linksta. Bet kiekvieną kartą, kai guminis dugnas pasilenkia, vanduo vamzdyje susibalansuoja (sustabdo), nes, be gravitacijos jėgos, vandenį veikia ištemptos guminės plėvelės tamprumo jėga.

Guminę plėvelę veikiančios jėgos yra

yra vienodi iš abiejų pusių.

Iliustracija.

Dugnas nutolsta nuo cilindro dėl jį veikiančio gravitacijos slėgio.

Tą patį eksperimentą galima atlikti su vamzdžiu, kurio šoninę angą dengia guminė plėvelė, kaip parodyta a paveiksle. Panardinkime šį vamzdelį su vandeniu į kitą indą su vandeniu, kaip parodyta paveikslėlyje, b. Pastebėsime, kad plėvelė vėl išsitiesins, kai tik vandens lygis vamzdyje ir inde bus lygus. Tai reiškia, kad jėgos, veikiančios guminę plėvelę, yra vienodos iš visų pusių.

Paimkime indą, kurio dugnas gali nukristi. Supilkime į indelį su vandeniu. Dugnas bus tvirtai prispaustas prie indo krašto ir nenukris. Jį spaudžia vandens slėgio jėga, nukreipta iš apačios į viršų.

Į indą atsargiai pilsime vandenį ir stebėsime jo dugną. Kai tik vandens lygis inde sutampa su vandens lygiu inde, jis nukris nuo indo.

Atskyrimo momentu skysčio stulpelis inde spaudžiasi iš viršaus į apačią, o slėgis iš tokio pat aukščio, bet esančios stiklainyje skysčio stulpelio perduodamas iš apačios į viršų į apačią. Abu šie slėgiai yra vienodi, tačiau dugnas nutolsta nuo cilindro dėl jo veikimo savo jėgų gravitacija.

Eksperimentai su vandeniu buvo aprašyti aukščiau, tačiau jei vietoj vandens imsite bet kokį kitą skystį, eksperimento rezultatai bus tokie patys.

Taigi, eksperimentai tai rodo Skysčio viduje yra slėgis, o tame pačiame lygyje jis yra vienodas visomis kryptimis. Slėgis didėja didėjant gyliui.

Skysčio slėgio ant indo dugno ir sienelių apskaičiavimas.

Panagrinėkime, kaip galite apskaičiuoti skysčio slėgį indo dugne ir sieneliuose. Pirmiausia išspręskime stačiakampio gretasienio formos indo problemą.

Jėga F, kuriuo į šį indą pilamas skystis spaudžia jo dugną, yra lygus svoriui P skysčio talpykloje. Skysčio svorį galima nustatyti žinant jo masę m. Masę, kaip žinote, galima apskaičiuoti pagal formulę: m = ρ·V. Į mūsų pasirinktą indą pilamo skysčio tūrį nesunku apskaičiuoti. Jei skysčio stulpelio aukštis inde žymimas raide h, ir laivo dugno plotą S, Tai V = S h.

Skysta masė m = ρ·V, arba m = ρ S h .

Šio skysčio svoris P = gm, arba P = g ρ S h.

Kadangi skysčio stulpelio svoris yra lygus jėgai, kuria skystis spaudžia indo dugną, padalijus svorį P už plotą S, gauname skysčio slėgį p:

p = P/S arba p = g·ρ·S·h/S,

Gavome skysčio slėgio indo dugne apskaičiavimo formulę. Iš šios formulės aišku, kad skysčio slėgis indo dugne priklauso tik nuo skysčio kolonėlės tankio ir aukščio.

Todėl naudodamiesi gauta formule galite apskaičiuoti į indą pilamo skysčio slėgį bet kokia forma(griežtai kalbant, mūsų skaičiavimas tinka tik tiems indams, kurie turi tiesios prizmės ir cilindro formą. Instituto fizikos kursuose buvo įrodyta, kad formulė tinka ir indui laisva forma). Be to, pagal jį galima apskaičiuoti slėgį ant indo sienelių. Slėgis skysčio viduje, įskaitant slėgį iš apačios į viršų, taip pat apskaičiuojamas pagal šią formulę, nes slėgis tame pačiame gylyje visomis kryptimis yra vienodas.

Apskaičiuojant slėgį pagal formulę p = gρh jums reikia tankumo ρ išreikšti kilogramais už kubinis metras(kg/m 3), ir skysčio kolonėlės aukštį h- metrais (m), g= 9,8 N/kg, tada slėgis bus išreikštas paskaliais (Pa).

Pavyzdys. Nustatykite alyvos slėgį bako apačioje, jei alyvos kolonėlės aukštis 10 m, o tankis 800 kg/m3.

Užrašykime problemos būklę ir užsirašykime.

Duota :

ρ = 800 kg/m 3

Sprendimas :

p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.

Atsakymas : p ≈ 80 kPa.

Bendraujantys laivai.

Paveiksle pavaizduoti du indai, sujungti vienas su kitu guminiu vamzdeliu. Tokie indai vadinami bendraudamas. Laistytuvas, arbatinukas, kavos puodas yra susisiekiančių indų pavyzdžiai. Iš patirties žinome, kad vanduo, pilamas, pavyzdžiui, į laistytuvą, visada yra tame pačiame lygyje snapelyje ir viduje.

Dažnai susiduriame su bendraujančiais laivais. Pavyzdžiui, tai gali būti arbatinukas, laistytuvas ar kavos puodas.

Vienalyčio skysčio paviršiai įrengiami tame pačiame lygyje bet kokios formos susisiekiančiuose induose.

Skirtingo tankio skysčiai.

Šį paprastą eksperimentą galima atlikti su susisiekiančiais indais. Eksperimento pradžioje suspaudžiame guminį vamzdelį per vidurį ir į vieną iš vamzdelių pilame vandens. Tada atidarome spaustuką, o vanduo akimirksniu teka į kitą vamzdelį, kol vandens paviršiai abiejuose vamzdeliuose bus tame pačiame lygyje. Galite pritvirtinti vieną iš ragelių ant trikojo, o kitą pakelti, nuleisti arba pakreipti skirtingos pusės. Ir šiuo atveju, kai tik skystis nurims, jo lygiai abiejuose vamzdeliuose bus išlyginti.

Bet kokios formos ir skerspjūvio susisiekiančiuose induose vienalyčio skysčio paviršiai nustatomi tame pačiame lygyje(su sąlyga, kad oro slėgis virš skysčio yra vienodas) (109 pav.).

Tai galima pateisinti taip. Skystis yra ramybės būsenoje, nejudėdamas iš vieno indo į kitą. Tai reiškia, kad slėgis abiejuose induose bet kokiu lygiu yra vienodas. Abiejuose induose esantis skystis yra vienodas, t.y. vienodo tankio. Todėl jo aukščiai turi būti vienodi. Kai pakeliame vieną indą arba įpilame į jį skysčio, slėgis jame didėja ir skystis juda į kitą indą, kol slėgiai susibalansuoja.

Jei į vieną iš susisiekiančių indų pilamas vieno tankio skystis, o į antrąjį – kito tankio skystis, tada esant pusiausvyrai šių skysčių lygiai nebus vienodi. Ir tai suprantama. Žinome, kad skysčio slėgis indo apačioje yra tiesiogiai proporcingas kolonėlės aukščiui ir skysčio tankiui. Ir šiuo atveju skysčių tankis skirsis.

Jei slėgiai lygūs, didesnio tankio skysčio stulpelio aukštis bus mažesnis už mažesnio tankio skysčio stulpelio aukštį (pav.).

Patirtis. Kaip nustatyti oro masę.

Oro svoris. Atmosferos slėgis.

Atmosferos slėgio buvimas.

Atmosferos slėgis didesnis nei išretinto oro slėgis inde.

Oras, kaip ir bet kuris kūnas Žemėje, yra veikiamas gravitacijos, todėl oras turi svorį. Oro svorį nesunku apskaičiuoti, jei žinai jo masę.

Eksperimentiškai parodysime, kaip apskaičiuoti oro masę. Norėdami tai padaryti, turite paimti patvarų stiklinį rutulį su kamščiu ir guminį vamzdelį su spaustuku. Išpumpuokime iš jo orą, užveržkime vamzdelį spaustuku ir subalansuosime ant svarstyklių. Tada atidarę guminio vamzdžio spaustuką, įleiskite į jį oro. Tai sutrikdys svarstyklių pusiausvyrą. Norėdami jį atkurti, ant kitos svarstyklių keptuvės turėsite uždėti svarelius, kurių masė bus lygi oro masei rutulio tūryje.

Eksperimentais nustatyta, kad esant 0 °C temperatūrai ir normaliam atmosferos slėgiui, 1 m 3 tūrio oro masė yra lygi 1,29 kg. Šio oro svorį lengva apskaičiuoti:

P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.

oro apvalkalas, supančios Žemę, paskambino atmosfera (iš graikų kalbos atmosfera- garai, oras ir sfera- kamuolys).

Atmosfera, kaip rodo skrydžių stebėjimai dirbtiniai palydovaiŽemė tęsiasi iki kelių tūkstančių kilometrų aukščio.

Dėl gravitacijos jėgos viršutiniai atmosferos sluoksniai, kaip ir vandenyno vanduo, suspaudžia apatinius sluoksnius. Labiausiai suspaudžiamas tiesiogiai su Žeme esantis oro sluoksnis, kuris pagal Paskalio dėsnį perduoda jam daromą slėgį visomis kryptimis.

Dėl to žemės paviršiaus o ant jo esantys kūnai patiria viso oro storio slėgį arba, kaip paprastai tokiais atvejais sakoma, patiria atmosferos slėgis .

Atmosferos slėgio egzistavimas gali paaiškinti daugybę reiškinių, su kuriais susiduriame gyvenime. Pažvelkime į kai kuriuos iš jų.

Paveikslėlyje pavaizduotas stiklinis vamzdis, kurio viduje yra stūmoklis, kuris tvirtai priglunda prie vamzdžio sienelių. Vamzdžio galas nuleidžiamas į vandenį. Jei pakelsite stūmoklį, vanduo pakils už jo.

Šis reiškinys naudojamas vandens siurbliuose ir kai kuriuose kituose įrenginiuose.

Paveiksle pavaizduotas cilindrinis indas. Jis uždaromas kamščiu, į kurį įkišamas vamzdelis su čiaupu. Oras iš indo išpumpuojamas siurbliu. Tada vamzdžio galas įdedamas į vandenį. Jei dabar atidarysite čiaupą, vanduo tarsi fontanas išsipurkš į indo vidų. Vanduo patenka į indą, nes atmosferos slėgis yra didesnis nei išretinto oro slėgis inde.

Kodėl egzistuoja oro vokasŽemė.

Kaip ir visi kūnai, dujų molekulės, sudarančios Žemės oro apvalkalą, traukia Žemę.

Bet kodėl tada jie visi nenukrenta į Žemės paviršių? Kaip išsaugomas Žemės oro apvalkalas ir atmosfera? Norėdami tai suprasti, turime atsižvelgti į tai, kad dujų molekulės juda nuolat ir atsitiktinai. Bet tada kyla kitas klausimas: kodėl šios molekulės neišskrenda į kosmosą, tai yra į kosmosą.

Norint visiškai palikti Žemę, tokia molekulė kaip erdvėlaivis arba raketa, turi turėti labai didelį greitį (ne mažiau 11,2 km/s). Tai yra vadinamasis antrasis pabėgimo greitis. Daugumos molekulių greitis Žemės oro apvalkale yra žymiai mažesnis už šį pabėgimo greitis. Todėl dauguma jų yra susietos su Žeme gravitacijos dėka, tik nežymus molekulių skaičius skrenda už Žemės į kosmosą.

Atsitiktinis molekulių judėjimas ir gravitacijos poveikis joms lemia tai, kad dujų molekulės „svyruoja“ erdvėje šalia Žemės, suformuodamos oro apvalkalą arba mums žinomą atmosferą.

Matavimai rodo, kad didėjant aukščiui oro tankis sparčiai mažėja. Taigi 5,5 km aukštyje virš Žemės oro tankis yra 2 kartus mažesnis nei jo tankis Žemės paviršiuje, 11 km aukštyje - 4 kartus mažesnis ir tt Kuo jis aukščiau, tuo retesnis oras. Ir galiausiai viršutiniuose sluoksniuose (šimtai ir tūkstančiai kilometrų virš Žemės) atmosfera palaipsniui virsta beorė erdvė. Žemės oro apvalkalas neturi aiškios ribos.

Griežtai kalbant, dėl gravitacijos veikimo dujų tankis bet kuriame uždarame inde nėra vienodas visame indo tūryje. Indo apačioje dujų tankis didesnis nei viršutinėse jo dalyse, todėl slėgis inde nevienodas. Indo apačioje jis didesnis nei viršuje. Tačiau dujoms, esančioms inde, šis tankio ir slėgio skirtumas yra toks mažas, kad daugeliu atvejų jį galima visiškai ignoruoti, tik apie tai žinoma. Tačiau atmosferoje, kuri tęsiasi kelis tūkstančius kilometrų, šis skirtumas yra reikšmingas.

Atmosferos slėgio matavimas. Torricelli patirtis.

Neįmanoma apskaičiuoti atmosferos slėgio naudojant skysčio kolonėlės slėgio apskaičiavimo formulę (§ 38). Norėdami atlikti tokį skaičiavimą, turite žinoti atmosferos aukštį ir oro tankį. Tačiau atmosfera neturi apibrėžtos ribos, o oro tankis skirtinguose aukščiuose yra skirtingas. Tačiau atmosferos slėgį galima išmatuoti naudojant eksperimentą, kurį XVII amžiuje pasiūlė italų mokslininkas Evangelista Torricelli , Galilėjaus mokinys.

Torricelli eksperimentas susideda iš to: maždaug 1 m ilgio stiklinis vamzdis, uždarytas viename gale, pripildytas gyvsidabrio. Tada, sandariai uždarius antrąjį vamzdelio galą, jis apverčiamas ir nuleidžiamas į gyvsidabrio puodelį, kur šis vamzdelio galas atidaromas po gyvsidabrio lygiu. Kaip ir atliekant bet kurį eksperimentą su skysčiu, dalis gyvsidabrio supilama į puodelį, o dalis lieka vamzdelyje. Vamzdyje likusio gyvsidabrio stulpelio aukštis yra maždaug 760 mm. Virš gyvsidabrio vamzdžio viduje nėra oro, yra beorė erdvė, todėl jokios dujos nedaro slėgio iš viršaus į gyvsidabrio stulpelį šio vamzdžio viduje ir neturi įtakos matavimams.

Torricelli, pasiūlęs aukščiau aprašytą eksperimentą, taip pat pateikė savo paaiškinimą. Atmosfera spaudžia puodelyje esančio gyvsidabrio paviršių. Merkurijus yra pusiausvyroje. Tai reiškia, kad slėgis vamzdyje yra lygyje ahh 1 (žr. pav.) yra lygus atmosferos slėgiui. Keičiantis atmosferos slėgiui, pasikeičia ir gyvsidabrio stulpelio aukštis vamzdyje. Didėjant slėgiui, kolonėlė ilgėja. Mažėjant slėgiui, gyvsidabrio stulpelio aukštis mažėja.

Slėgis vamzdyje aa1 lygyje susidaro dėl gyvsidabrio stulpelio svorio vamzdyje, nes viršutinėje vamzdžio dalyje virš gyvsidabrio nėra oro. Iš to išplaukia atmosferos slėgis yra lygus gyvsidabrio stulpelio slėgiui vamzdyje , t.y.

p atm = p gyvsidabrio

Kuo didesnis atmosferos slėgis, tuo didesnis gyvsidabrio stulpelis Torricelli eksperimente. Todėl praktikoje atmosferos slėgį galima išmatuoti pagal gyvsidabrio stulpelio aukštį (milimetrais arba centimetrais). Jei, pavyzdžiui, atmosferos slėgis yra 780 mm Hg. Art. (sakoma „gyvsidabrio milimetrai“), tai reiškia, kad oras sukuria tokį patį slėgį kaip ir vertikali 780 mm aukščio gyvsidabrio stulpelis.

Todėl šiuo atveju atmosferos slėgio matavimo vienetas yra 1 milimetras gyvsidabrio stulpelio (1 mmHg). Raskime ryšį tarp šio vieneto ir mums žinomo vieneto - paskalį(Pa).

1 mm aukščio gyvsidabrio stulpelio ρ slėgis yra lygus:

p = g·ρ·h, p= 9,8 N/kg · 13 600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.

Taigi, 1 mmHg. Art. = 133,3 Pa.

Šiuo metu atmosferos slėgis dažniausiai matuojamas hektopaskaliais (1 hPa = 100 Pa). Pavyzdžiui, orų pranešimai gali skelbti, kad slėgis yra 1013 hPa, o tai yra 760 mmHg. Art.

Kasdien stebėdamas gyvsidabrio stulpelio aukštį vamzdyje Torricelli atrado, kad šis aukštis kinta, tai yra, atmosferos slėgis nėra pastovus, jis gali didėti ir mažėti. Torricelli taip pat pažymėjo, kad atmosferos slėgis yra susijęs su oro pokyčiais.

Jei prie Torricelli eksperimente naudoto gyvsidabrio vamzdelio pritvirtinsite vertikalią skalę, gausite paprasčiausią įrenginį - gyvsidabrio barometras (iš graikų kalbos baros- sunkumas, metroo- Matuoju). Jis naudojamas atmosferos slėgiui matuoti.

Barometras – aneroidinis.

Praktiškai atmosferos slėgiui matuoti naudojamas metalinis barometras, vadinamas metaliniu barometru. aneroidas (išvertus iš graikų kalbos - aneroidas). Taip vadinamas barometras, nes jame nėra gyvsidabrio.

Aneroido išvaizda parodyta paveikslėlyje. Pagrindinė dalis tai metalinė dėžė 1 banguotu (gofruotu) paviršiumi (žr. kitą paveikslą). Iš šios dėžės išpumpuojamas oras, o kad atmosferos slėgis nesuspaustų dėžės, jos dangtis 2 spyruokle patraukiamas į viršų. Didėjant atmosferos slėgiui, dangtis nusilenkia ir įtempia spyruoklę. Slėgiui mažėjant, spyruoklė ištiesina dangtelį. Prie spyruoklės, naudojant transmisijos mechanizmą 3, pritvirtinama indikacinė rodyklė 4, kuri pasikeitus slėgiui juda į dešinę arba į kairę. Po rodykle yra skalė, kurios padalos pažymėtos pagal gyvsidabrio barometro rodmenis. Taigi skaičius 750, prieš kurį stovi aneroidinė rodyklė (žr. pav.), rodo, kad in šiuo metu gyvsidabrio barometre gyvsidabrio stulpelio aukštis yra 750 mm.

Todėl atmosferos slėgis yra 750 mmHg. Art. arba ≈ 1000 hPa.

Atmosferos slėgio reikšmė yra labai svarbi prognozuojant artimiausių dienų orus, nes atmosferos slėgio pokyčiai yra susiję su orų pokyčiais. Barometras - reikalingas prietaisas meteorologiniams stebėjimams.

Atmosferos slėgis skirtinguose aukščiuose.

Skystyje slėgis, kaip žinome, priklauso nuo skysčio tankio ir jo stulpelio aukščio. Dėl mažo suspaudžiamumo skysčio tankis skirtinguose gyliuose yra beveik vienodas. Todėl, skaičiuodami slėgį, jo tankį laikome pastoviu ir atsižvelgiame tik į aukščio pokytį.

Su dujomis situacija yra sudėtingesnė. Dujos yra labai suspaudžiamos. Ir kuo labiau dujos suspaudžiamos, tuo didesnis jų tankis ir didesnis slėgis. Juk dujų slėgis susidaro dėl jų molekulių poveikio kūno paviršiui.

Oro sluoksnius Žemės paviršiuje suspaudžia visi virš jų esantys oro sluoksniai. Bet kuo aukštesnis oro sluoksnis nuo paviršiaus, tuo jis silpnesnis suspaustas, tuo mažesnis jo tankis. Todėl tuo mažesnį spaudimą jis sukuria. Jei pvz. balionas pakyla virš Žemės paviršiaus, oro slėgis į rutulį tampa mažesnis. Taip atsitinka ne tik dėl to, kad sumažėja virš jo esančio oro stulpelio aukštis, bet ir dėl to, kad mažėja oro tankis. Jis yra mažesnis viršuje nei apačioje. Todėl oro slėgio priklausomybė nuo aukščio yra sudėtingesnė nei skysčių.

Stebėjimai rodo, kad atmosferos slėgis vietovėse jūros lygyje yra vidutiniškai 760 mm Hg. Art.

Atmosferos slėgis, lygus 760 mm aukščio gyvsidabrio stulpelio slėgiui esant 0 °C temperatūrai, vadinamas normaliu atmosferos slėgiu.

Normalus atmosferos slėgis lygus 101 300 Pa = 1013 hPa.

Kaip daugiau aukščio virš jūros lygio, tuo mažesnis slėgis.

Mažais pakilimais, vidutiniškai kas 12 m pakilimo, slėgis sumažėja 1 mmHg. Art. (arba 1,33 hPa).

Žinodami slėgio priklausomybę nuo aukščio, galite nustatyti aukštį virš jūros lygio pakeisdami barometro rodmenis. Aneroidai, turintys skalę, pagal kurią galima tiesiogiai išmatuoti aukštį virš jūros lygio, vadinami aukščiamačiai . Jie naudojami aviacijoje ir alpinizmui.

Slėgio matuokliai.

Jau žinome, kad atmosferos slėgiui matuoti naudojami barometrai. Jis naudojamas didesniam arba mažesniam nei atmosferos slėgiui matuoti slėgio matuokliai (iš graikų kalbos manos- retas, laisvas, metroo- Matuoju). Yra slėgio matuokliai skystis Ir metalo.

Pirmiausia pažiūrėkime į įrenginį ir veiksmą. atidarytas skysčio slėgio matuoklis. Jį sudaro dvikojis stiklinis vamzdelis, į kurį pilamas šiek tiek skysčio. Skystis yra sumontuotas abiejose alkūnėse tame pačiame lygyje, nes indo alkūnėse jo paviršių veikia tik atmosferos slėgis.

Norint suprasti, kaip veikia toks manometras, jį galima guminiu vamzdeliu sujungti su apvalia plokščia dėžute, kurios viena pusė padengta gumine plėvele. Jei paspausite pirštu ant plėvelės, skysčio lygis prie dėžutės prijungtoje manometro alkūnėje sumažės, o kitoje alkūnėje padidės. Kas tai paaiškina?

Paspaudus plėvelę, oro slėgis dėžutėje padidėja. Pagal Paskalio dėsnį, šis slėgio padidėjimas taip pat perduodamas skysčiui manometro alkūnėje, kuri yra prijungta prie dėžutės. Todėl slėgis skysčiui šioje alkūnėje bus didesnis nei kitoje, kur skystį veikia tik atmosferos slėgis. Veikiant šiam pertekliniam slėgiui, skystis pradės judėti. Alkūnėje su suspaustu oru skystis kris, kitoje kils. Skystis pasieks pusiausvyrą (sustabdys), kai suslėgto oro perteklinis slėgis bus subalansuotas slėgiu, kurį sukuria skysčio perteklius kitoje manometro kojoje.

Kuo stipriau spaudžiate plėvelę, tuo didesnis skysčio perteklius, tuo didesnis jos slėgis. Vadinasi, slėgio pokytį galima spręsti pagal šio perteklinio stulpelio aukštį.

Paveikslėlyje parodyta, kaip toks manometras gali išmatuoti slėgį skysčio viduje. Kuo giliau vamzdelis panardinamas į skystį, tuo didesnis skysčio stulpelių aukščių skirtumas manometro alkūnėse., todėl ir skystis sukuria didesnį slėgį.

Jei prietaiso dėžutę įstatysite tam tikrame gylyje skysčio viduje ir sukite ją su plėvele aukštyn, į šonus ir žemyn, manometro rodmenys nepasikeis. Taip ir turi būti, nes tame pačiame lygyje skysčio viduje slėgis visomis kryptimis yra vienodas.

Nuotraukoje parodyta metalinis manometras . Pagrindinė tokio manometro dalis yra metalinis vamzdis, išlenktas į vamzdį 1 , kurio vienas galas uždaras. Kitas vamzdžio galas naudojant čiaupą 4 susisiekia su indu, kuriame matuojamas slėgis. Didėjant slėgiui, vamzdis atsilenkia. Jo uždaro galo judėjimas naudojant svirtį 5 ir dantys 3 perduota rodyklei 2 , juda šalia instrumento skalės. Sumažėjus slėgiui, vamzdelis dėl savo elastingumo grįžta į ankstesnę padėtį, o rodyklė grįžta į nulinį skalės padalą.

Stūmoklinis skysčio siurblys.

Anksčiau nagrinėtame eksperimente (§ 40) buvo nustatyta, kad vanduo stikliniame vamzdyje, veikiamas atmosferos slėgio, pakilo aukštyn už stūmoklio. Tuo ir grindžiamas veiksmas. stūmoklis siurbliai

Siurblys schematiškai parodytas paveikslėlyje. Jį sudaro cilindras, kurio viduje stūmoklis juda aukštyn ir žemyn, glaudžiai greta indo sienelių. 1 . Vožtuvai sumontuoti cilindro apačioje ir pačiame stūmoklyje 2 , atsidaro tik į viršų. Kai stūmoklis juda aukštyn, vanduo, veikiamas atmosferos slėgio, patenka į vamzdį, pakelia apatinį vožtuvą ir juda už stūmoklio.

Stūmokliui judant žemyn, po stūmokliu esantis vanduo spaudžia apatinį vožtuvą ir jis užsidaro. Tuo pačiu metu, esant vandens slėgiui, stūmoklio viduje atsidaro vožtuvas ir vanduo teka į erdvę virš stūmoklio. At kitas žingsnis Stūmokliui judant aukštyn, pakyla ir virš jo esantis vanduo, kuris patenka į išleidimo vamzdį. Tuo pačiu metu už stūmoklio pakyla nauja vandens dalis, kuri, vėliau nuleidus stūmoklį, atsiras virš jo, ir visa ši procedūra kartojama vėl ir vėl, kol siurblys veikia.

Hidraulinis presas.

Paskalio dėsnis paaiškina veiksmą hidraulinė mašina (iš graikų kalbos hidraulika- vanduo). Tai mašinos, kurių veikimas pagrįstas skysčių judėjimo ir pusiausvyros dėsniais.

Pagrindinė hidraulinės mašinos dalis yra du skirtingo skersmens cilindrai su stūmokliais ir jungiamuoju vamzdžiu. Erdvė po stūmokliais ir vamzdeliu užpildoma skysčiu (dažniausiai mineraline alyva). Abiejų cilindrų skysčių kolonėlių aukščiai yra vienodi, kol stūmoklių neveikia jokios jėgos.

Dabar tarkime, kad jėgos F 1 ir F 2 - jėgos, veikiančios stūmoklius, S 1 ir S 2 - stūmoklių sritys. Slėgis po pirmuoju (mažu) stūmokliu lygus p 1 = F 1 / S 1, o po antruoju (didelis) p 2 = F 2 / S 2. Pagal Paskalio dėsnį slėgis ramybės būsenos skysčio visomis kryptimis perduodamas vienodai, t.y. p 1 = p 2 arba F 1 / S 1 = F 2 / S 2, iš:

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

Todėl stiprybė F 2 tiek kartų daugiau galios F 1 , Kiek kartų didelio stūmoklio plotas yra didesnis už mažo stūmoklio plotą?. Pavyzdžiui, jei didelio stūmoklio plotas yra 500 cm2, o mažo - 5 cm2, o mažąjį stūmoklį veikia 100 N jėga, tada veiks 100 kartų didesnė jėga, tai yra 10 000 N. veikia didesnį stūmoklį.

Taigi hidraulinės mašinos pagalba galima subalansuoti didesnę jėgą su maža jėga.

Požiūris F 1 / F 2 rodo jėgos padidėjimą. Pavyzdžiui, pateiktame pavyzdyje stiprumo padidėjimas yra 10 000 N / 100 N = 100.

Hidraulinė mašina, naudojama presavimui (suspaudimui), vadinama hidraulinis presas .

Hidrauliniai presai naudojami ten, kur reikia didesnės jėgos. Pavyzdžiui, aliejui spausti iš sėklų aliejinėse, spausti fanerą, kartoną, šieną. Metalurgijos gamyklose hidrauliniai presai naudojami plieno mašinų velenams, geležinkelio ratams ir daugeliui kitų gaminių gaminti. Šiuolaikiniai hidrauliniai presai gali išvystyti dešimčių ir šimtų milijonų niutonų jėgas.

Hidraulinio preso struktūra schematiškai parodyta paveikslėlyje. Suspaustas korpusas 1 (A) dedamas ant platformos, sujungtos su dideliu stūmokliu 2 (B). Mažo stūmoklio 3 (D) pagalba skysčiui sukuriamas aukštas slėgis. Šis slėgis perduodamas į kiekvieną skysčio, užpildančio cilindrus, tašką. Todėl toks pat slėgis veikia antrąjį, didesnį stūmoklį. Bet kadangi 2-ojo (didelio) stūmoklio plotas yra didesnis nei mažojo, jį veikianti jėga bus didesnė už stūmoklio 3 (D) jėgą. Veikiant šiai jėgai, stūmoklis 2 (B) pakils. Kai stūmoklis 2 (B) pakyla, korpusas (A) atsiremia į stacionarią viršutinę platformą ir yra suspaustas. Slėgio matuoklis 4 (M) matuoja skysčio slėgį. Apsauginis vožtuvas 5 (P) automatiškai atsidaro, kai skysčio slėgis viršija leistiną vertę.

Nuo mažo cilindro iki didelis skystis pumpuojamas pakartotiniais mažo stūmoklio 3 (D) judesiais. Tai daroma taip. Kai mažasis stūmoklis (D) pakyla, atsidaro vožtuvas 6 (K) ir skystis įsiurbiamas į erdvę po stūmokliu. Kai mažas stūmoklis nuleidžiamas veikiant skysčio slėgiui, vožtuvas 6 (K) užsidaro, vožtuvas 7 (K") atsidaro ir skystis teka į didelį indą.

Vandens ir dujų poveikis juose panardintam kūnui.

Po vandeniu nesunkiai galime pakelti į orą sunkiai pakeliamą akmenį. Padėjus kamštį po vandeniu ir paleidus iš rankų, jis išplauks aukštyn. Kaip galima paaiškinti šiuos reiškinius?

Žinome (§ 38), kad skystis spaudžia indo dugną ir sieneles. Ir jei į skysčio vidų įdedamas koks nors kietas kūnas, jis taip pat bus veikiamas spaudimo, kaip ir indo sienelės.

Panagrinėkime jėgas, kurios veikia iš skysčio į jį panardintą kūną. Kad būtų lengviau samprotauti, rinkitės gretasienio formos kūną, kurio pagrindai lygiagrečiai skysčio paviršiui (pav.). Jėgos, veikiančios šoniniai veidai kūnai yra lygūs poromis ir subalansuoja vienas kitą. Šių jėgų įtakoje kūnas susitraukia. Tačiau jėgos, veikiančios viršutinį ir apatinį kūno kraštus, nėra vienodos. Įjungta viršutinis kraštas spaudžia jėga iš viršaus F 1 stulpelis skysčio aukštas h 1. Apatinio krašto lygyje slėgis sukuria skysčio stulpelį, kurio aukštis h 2. Šis slėgis, kaip žinome (§ 37), skysčio viduje perduodamas visomis kryptimis. Vadinasi, ant apatinio kūno paviršiaus iš apačios į viršų su jėga F 2 aukštai paspaudžia skysčio stulpelį h 2. Bet h dar 2 h 1, todėl jėgos modulis F Dar 2 maitinimo moduliai F 1. Todėl kūnas jėga išstumiamas iš skysčio F tu, vienodas skirtumas stiprumo F 2 - F 1, t.y.

Bet S·h = V, kur V – gretasienio tūris, o ρ f ·V = m f – skysčio masė gretasienio tūryje. Vadinasi,

F out = g m w = P w,

t.y. plūduriavimo jėga lygi skysčio svoriui į jį panardinto kūno tūryje(plūduriavimo jėga lygi tokio pat tūrio skysčio svoriui kaip į jį panardinto kūno tūris).

Jėgos, išstumiančios kūną iš skysčio, egzistavimą lengva nustatyti eksperimentiškai.

Nuotraukoje A rodomas ant spyruoklės pakabintas kūnas, kurio gale yra rodyklė. Rodyklė žymi trikojo spyruoklės įtempimą. Kai kūnas patenka į vandenį, spyruoklė susitraukia (1 pav.). b). Toks pat spyruoklės susitraukimas bus pasiektas, jei kūną veiksite iš apačios į viršų su tam tikra jėga, pavyzdžiui, spausite ranka (kelkite).

Todėl patirtis tai patvirtina skystyje esantį kūną veikia jėga, kuri išstumia kūną iš skysčio.

Kaip žinome, Paskalio dėsnis galioja ir dujoms. Štai kodėl dujose esantys kūnai yra veikiami jėgos, kuri juos išstumia iš dujų. Veikiant šiai jėgai, balionai kyla aukštyn. Eksperimentiškai galima stebėti ir jėgos, išstumiančios kūną iš dujų, egzistavimą.

Iš sutrumpinto žvyno keptuvės pakabiname stiklinį rutulį arba didelę kolbą, uždarytą kamščiu. Svarstyklės subalansuotos. Tada po kolba (arba rutuliu) dedamas platus indas, kad jis apgaubtų visą kolbą. Indas pripildytas anglies dioksido, kurio tankis yra didesnis tankis oras (todėl anglies dvideginio nukrenta ir užpildo indą, išstumdamas iš jo orą). Tokiu atveju sutrinka svarstyklių pusiausvyra. Puodelis su pakabinama kolba pakyla aukštyn (pav.). Kolba, panardinta į anglies dioksidą, patiria didesnę plūdrumo jėgą nei jėga, kuri ją veikia ore.

Jėga, kuri išstumia kūną iš skysčio ar dujų, yra nukreipta priešinga šio kūno gravitacijos jėgai.

Todėl prolkosmosas). Būtent todėl vandenyje kartais lengvai pakeliame kūnus, kuriuos sunkiai išlaikome ore.

Ant spyruoklės pakabinamas mažas kaušas ir cilindrinis korpusas (a pav.). Rodyklė ant trikojo žymi spyruoklės ruožą. Tai rodo kūno svorį ore. Pakėlus korpusą, po juo dedamas liejimo indas, užpildytas skysčiu iki liejimo vamzdžio lygio. Po to kūnas visiškai panardinamas į skystį (pav., b). Tuo pačiu metu išpilama dalis skysčio, kurio tūris lygus kūno tūriui iš pilstymo indo į stiklinę. Spyruoklė susitraukia ir spyruoklės rodyklė pakyla, o tai rodo kūno masės sumažėjimą skystyje. IN šiuo atveju Be gravitacijos, kūną veikia kita jėga, kuri išstumia jį iš skysčio. Jei į viršutinį kibirą pilamas skystis iš stiklinės (t. y. skystis, kurį išstūmė kūnas), spyruoklinė rodyklė grįš į savo vietą. pradinė padėtis(pav., c).

Remiantis šia patirtimi, galima daryti išvadą, kad jėga, išstumianti kūną, visiškai panardintą į skystį, yra lygi skysčio svoriui šio kūno tūryje . Tą pačią išvadą gavome 48 punkte.

Jeigu panaši patirtis padaryta kūnui, panardintam į kokias nors dujas, tai parodytų jėga, išstumianti kūną iš dujų, taip pat lygi dujų svoriui, paimtam į kūno tūrį .

Jėga, kuri išstumia kūną iš skysčio ar dujų, vadinama Archimedo jėga , mokslininko garbei Archimedas , kuris pirmasis atkreipė dėmesį į jo egzistavimą ir apskaičiavo jo vertę.

Taigi, patirtis patvirtino, kad Archimedo (arba plūduriavimo) jėga yra lygi skysčio svoriui kūno tūryje, t.y. F A = P f = g m ir. Kūno išstumto skysčio masę mf galima išreikšti jo tankiu ρf ir į skystį panardinto kūno tūriu Vt (nes Vf – kūno išstumto skysčio tūris lygus Vt – panardinto kūno tūris skystyje), ty m f = ρ f ·V t Tada gauname:

F A= g·ρ ir · V T

Vadinasi, Archimedo jėga priklauso nuo skysčio, į kurį panardintas kūnas, tankio ir nuo šio kūno tūrio. Bet tai nepriklauso, pavyzdžiui, nuo kūno medžiagos, panardintos į skystį, tankio, nes šis kiekis nėra įtrauktas į gautą formulę.

Dabar nustatykime kūno, panardinto į skystį (arba dujas), svorį. Kadangi šiuo atveju kūną veikiančios dvi jėgos yra nukreiptos į priešingos pusės(gravitacija mažėja, o Archimedo jėga didėja), tada kūno svoris skystyje P 1 bus mažesnis svoris kūnai vakuume P = gm apie Archimedo jėgą F A = g m w (kur m g – kūno išstumto skysčio ar dujų masė).

Taigi, jei kūnas yra panardintas į skystį ar dujas, jis praranda tiek pat svorio, kiek sveria jo išstumtas skystis ar dujos.

Pavyzdys. Nustatykite plūduriuojančią jėgą, veikiančią 1,6 m 3 tūrio akmenį jūros vandenyje.

Užrašykime problemos sąlygas ir ją išspręskime.

Kai plūduriuojantis kūnas pasiekia skysčio paviršių, toliau judant aukštyn Archimedo jėga mažės. Kodėl? Bet todėl, kad į skystį panardintos kūno dalies tūris sumažės, o Archimedo jėga lygi skysčio svoriui į jį panardintos kūno dalies tūryje.

Kai Archimedo jėga taps lygi gravitacijos jėgai, kūnas sustos ir plūduriuos skysčio paviršiuje, iš dalies panardintas į jį.

Gautą išvadą galima lengvai patikrinti eksperimentiškai.

Supilkite vandenį į drenažo indą iki drenažo vamzdžio lygio. Po to plūduriuojantį kūną panardinsime į indą, prieš tai pasvėrę jį ore. Nusileidęs į vandenį kūnas išstumia vandens tūrį, lygų į jį panardintos kūno dalies tūriui. Pasvėrę šį vandenį, nustatome, kad jo svoris (Archimedo jėga) yra lygus gravitacijos jėgai, veikiančiai plūduriuojantį kūną, arba šio kūno svoriui ore.

Atlikę tuos pačius eksperimentus su kitais kūnais, plūduriuojančiais skirtinguose skysčiuose – vandenyje, alkoholyje, druskos tirpale, galite būti tikri, kad jei kūnas plūduriuoja skystyje, tai jo išstumto skysčio svoris lygus svoriuišis kūnas ore.

Tai lengva įrodyti Jei kieto kieto kūno tankis yra didesnis už skysčio tankį, tai kūnas tokiame skystyje skęsta. Šiame skystyje plūduriuoja mažesnio tankio kūnas. Pavyzdžiui, geležies gabalas skęsta vandenyje, bet plūduriuoja gyvsidabriu. Kūnas, kurio tankis lygus skysčio tankiui, išlieka pusiausvyroje skysčio viduje.

Ledas plūduriuoja vandens paviršiuje, nes jo tankis yra mažesnis už vandens tankį.

Kaip mažesnis tankis kūno, palyginti su skysčio tankiu, mažesnė kūno dalis yra panardinta į skystį .

At vienodo tankio kūnai ir skysčiai kūnas plūduriuoja skysčio viduje bet kuriame gylyje.

Du nesimaišantys skysčiai, pavyzdžiui, vanduo ir žibalas, išsidėsto inde pagal jų tankį: apatinėje indo dalyje - tankesnis vanduo (ρ = 1000 kg/m3), viršuje - lengvesnis žibalas (ρ = 800 kg). /m3) .

Vidutinis gyvenančių gyvų organizmų tankis vandens aplinka, mažai skiriasi nuo vandens tankio, todėl jų svorį beveik visiškai subalansuoja Archimedo jėga. Dėl šios priežasties vandens gyvūnams nereikia tokių stiprių ir masyvių skeletų kaip sausumos. Dėl tos pačios priežasties vandens augalų kamienai yra elastingi.

Žuvies plaukimo pūslė lengvai keičia savo tūrį. Kai žuvis raumenų pagalba leidžiasi į didesnį gylį, o vandens slėgis jai didėja, burbulas susitraukia, sumažėja žuvies kūno tūris ir ji ne stumiama aukštyn, o plūduriuoja gelmėse. Taigi žuvis gali tam tikrose ribose sureguliuokite savo nardymo gylį. Banginiai reguliuoja savo nardymo gylį mažindami ir didindami plaučių talpą.

Plaukimas laivais.

Upėmis, ežerais, jūromis ir vandenynais plaukiojantys laivai statomi iš skirtingos medžiagos Su skirtingo tankio. Laivų korpusas dažniausiai gaminamas iš plieno lakštų. Visi vidiniai tvirtinimo elementai, suteikiantys laivams tvirtumo, taip pat pagaminti iš metalų. Naudojamas laivams statyti įvairios medžiagos, kurių tankis didesnis ir mažesnis, palyginti su vandeniu.

Kaip laivai plūduriuoja, priima į juos ir gabena didelius krovinius?

Eksperimentas su plūduriuojančiu kūnu (§ 50) parodė, kad kūnas su savo povandenine dalimi išstumia tiek vandens, kad šio vandens svoris yra lygus kūno svoriui ore. Tai taip pat galioja bet kuriam laivui.

Povandeninės laivo dalies išstumto vandens svoris yra lygus laivo svoriui su kroviniu ore arba gravitacijos jėgai, veikiančiai laivą su kroviniu.

Gylis, į kurį laivas panardinamas į vandenį, vadinamas juodraštis . Didžiausia leistina grimzlė ant laivo korpuso pažymėta raudona linija vadinama vandens linija (iš olandų k. vandens- vanduo).

Vandens, išstumto laivo, kai jis panardintas į vaterliniją, svoris yra lygus jėgai gravitacija, veikianti laivą su kroviniu, vadinama laivo poslinkiu.

Šiuo metu naftai gabenti statomi 5 000 000 kN (5 × 10 6 kN) ir didesnės talpos laivai, tai yra, kurių masė kartu su kroviniu yra 500 000 tonų (5 × 10 5 t) ar daugiau.

Jei iš poslinkio atimtume paties laivo svorį, gautume šio laivo keliamąją galią. Keliamoji galia parodo laivu vežamo krovinio svorį.

Laivų statyba egzistavo dar anksčiau Senovės Egiptas, Finikijoje (manoma, kad finikiečiai buvo vieni geriausių laivų statytojų), Senovės Kinija.

Rusijoje laivų statyba atsirado XVII – XVIII amžių sandūroje. Daugiausia buvo statomi karo laivai, tačiau būtent Rusijoje buvo pastatytas pirmasis ledlaužis ir laivai su varikliu. vidaus degimas, atominis ledlaužis „Arktika“.

Aeronautika.

1783 m. brėžinys, kuriame aprašomas brolių Montgolfier balionas: „Oro baliono vaizdas ir tikslūs matmenys Gaublys„Kas buvo pirmasis“. 1786 m

Nuo seniausių laikų žmonės svajojo turėti galimybę skristi virš debesų, plaukti oro vandenynas kaip jie plaukiojo jūra. Dėl aeronautikos

Iš pradžių jie naudojo balionus, kurie buvo pripildyti pašildyto oro, vandenilio arba helio.

Kad balionas pakiltų į orą, būtina, kad Archimedo jėga (plūdrumas) F Rutulio veikimas buvo didesnis nei gravitacijos jėga F sunkus, t.y. F A > F sunkus

Kamuoliui kylant aukštyn, jį veikianti Archimedo jėga mažėja ( F A = gρV), nuo tankio viršutiniai sluoksniai atmosfera yra mažesnė nei Žemės paviršiaus. Norint pakilti aukščiau, nuo kamuolio nuleidžiamas specialus balastas (svoris) ir tai palengvina kamuolį. Galiausiai kamuolys pasiekia didžiausią kėlimo aukštį. Norėdami atlaisvinti rutulį iš jo apvalkalo, dalis dujų išleidžiama naudojant specialų vožtuvą.

Horizontalia kryptimi balionas juda tik veikiamas vėjo, todėl jis vadinamas balionas (iš graikų kalbos aer- oras, stato- stovint). Ne taip seniai didžiuliai balionai buvo naudojami viršutiniams atmosferos ir stratosferos sluoksniams tirti - stratosferos balionai .

Prieš tai, kai išmokome statyti dideli lėktuvai keleiviams ir kroviniams gabenti oru buvo naudojami valdomi oro balionai - dirižablius. Jie yra pailgos formos, po kėbulu pakabinama gondola su varikliu, kuri varo sraigtą.

Balionas ne tik pakyla pats, bet ir gali pakelti kai kuriuos krovinius: saloną, žmones, instrumentus. Todėl norint išsiaiškinti, kokį krovinį gali pakelti balionas, būtina jį nustatyti pakelti.

Leiskite, pavyzdžiui, 40 m 3 tūrio balioną, užpildytą heliu, paleisti į orą. Helio masė, užpildanti rutulio apvalkalą, bus lygi:
m Ge = ρ Ge V = 0,1890 kg/m 3 40 m 3 = 7,2 kg,
ir jo svoris yra:
P Ge = g m Ge; P Ge = 9,8 N/kg · 7,2 kg = 71 N.
Šį rutulį ore veikianti plūduriavimo jėga (archimedo) lygi 40 m 3 tūrio oro svoriui, t.y.
F A = g·ρ oro V; F A = 9,8 N/kg · 1,3 kg/m3 · 40 m3 = 520 N.

Tai reiškia, kad šis rutulys gali pakelti 520 N – 71 N = 449 N sveriantį krovinį. Tai yra jo keliamoji jėga.

Tokio pat tūrio, bet užpildytas vandeniliu, balionas gali pakelti 479 N apkrovą. Tai reiškia, kad jo keliamoji jėga didesnė nei baliono, pripildyto heliu. Tačiau helis vis tiek naudojamas dažniau, nes jis nedega ir todėl yra saugesnis. Vandenilis yra degios dujos.

Daug lengviau pakelti ir nuleisti karšto oro pripildytą balioną. Norėdami tai padaryti, po anga, esančia apatinėje rutulio dalyje, yra degiklis. Naudodami dujų degiklį galite reguliuoti rutulio viduje esančio oro temperatūrą, taigi ir jo tankį bei plūduriuojančią jėgą. Kad rutulys pakiltų aukščiau, pakanka stipriau pašildyti jame esantį orą didinant degiklio liepsną. Kai degiklio liepsna mažėja, oro temperatūra rutulyje mažėja ir rutulys leidžiasi žemyn.

Galite pasirinkti rutulio temperatūrą, kuriai esant kamuoliuko ir kabinos svoris bus lygus plūduriuojančiai jėgai. Tada kamuolys kabės ore, ir iš jo bus nesunku daryti stebėjimus.

Tobulėjant mokslui, aeronautikos technologijose įvyko reikšmingų pokyčių. Atsirado galimybė naudoti naujus balionų apvalkalus, kurie tapo patvarūs, atsparūs šalčiui ir lengvi.

Pažanga radijo inžinerijos, elektronikos ir automatikos srityse leido sukurti nepilotuojamus balionus. Šie balionai naudojami oro srovėms tirti, geografiniams ir biomedicininiams tyrimams apatiniuose atmosferos sluoksniuose.