Atmosfäriskt tryck fysik 7. Atmosfäriskt tryck. Ämne: Tryck av fasta ämnen, vätskor och gaser
Atmosfär - jordens luftskal / flera tusen kilometer högt /.
Efter att ha förlorat atmosfären skulle jorden bli lika död som sin följeslagare Månen, där fräsande värme växelvis råder, sedan iskallt - + 130 C på dagen och - 150 C på natten.
Så här ser sammansättningen av gaser i jordens atmosfär ut:
Enligt Pascals beräkningar väger jordens atmosfär lika mycket som en kopparkula med en diameter på 10 km skulle väga – fem kvadriljoner (50000000000000000) ton!
Jordytan och alla kroppar på den upplever trycket från luftmassan, d.v.s. upplever atmosfärstryck.
Erfarenhet som bevisar förekomsten av atmosfärstryck:
En annan upplevelse:
Om en plugg sätts på sprutans ände istället för en nål /för att stänga hålet/, och sedan kolven dras ut, vilket skapar ett vakuum under den, sedan efter att kolven har släppts, kan ett skarpt knall höras, och kolven dras in. Detta beror på verkan av yttre atmosfärstryck på kolven.
HUR UPPTÄCKTES ATMOSFÄRISKT TRYCK?
Så kom ihåg, luft har vikt...
Detta kan verifieras av erfarenhet. Efter att ha pumpat ut lite av luften från ballongen kommer vi att se att den har blivit lättare.
För första gången förvirrade luftens tyngd människor 1638, när hertigen av Toscanas idé att dekorera Florens trädgårdar med fontäner misslyckades - vattnet steg inte över 10,3 m
Sökandet efter orsakerna till vattnets envishet och experiment med en tyngre vätska - kvicksilver, genomfördes 1643. Torricelli, ledde till upptäckten av atmosfärstryck.
Torricelli fann att höjden på kvicksilverpelaren i hans experiment inte berodde på vare sig formen på röret eller dess lutning. Vid havsnivån har höjden på kvicksilverpelaren alltid varit cirka 760 mm.
Forskaren föreslog att höjden på vätskekolonnen balanseras av lufttrycket. Genom att känna till kolonnens höjd och vätskans densitet kan man bestämma atmosfärens tryck.
Riktigheten av Torricellis antagande bekräftades 1648. Pascals upplevelse på berget Puy de Dome. Pascal bevisade att en mindre luftpelare utövar mindre tryck. På grund av jordens attraktion och otillräcklig hastighet kan luftmolekyler inte lämna utrymmet nära jorden. De faller dock inte till jordens yta, utan svävar ovanför den, eftersom. är i kontinuerlig termisk rörelse.
På grund av termisk rörelse och attraktionen av molekyler till jorden är deras fördelning i atmosfären ojämn. Med en atmosfärshöjd på 2000-3000 km är 99% av dess massa koncentrerad i det nedre (upp till 30 km) lagret. Luft är, precis som andra gaser, mycket komprimerbar. Atmosfärens nedre skikt, som ett resultat av trycket på dem från de övre skikten, har en högre luftdensitet.
Normalt atmosfärstryck vid havsnivån är i genomsnitt 760 mm Hg = 1013hPa.
Lufttrycket och densiteten minskar med höjden.
På låga höjder minskar var 12:e meters stigning atmosfärstrycket med 1 mm Hg. På höga höjder bryts detta mönster.
Detta beror på att höjden på luftpelaren som utövar tryck minskar när den stiger. Dessutom är luften i den övre atmosfären mindre tät.
Och så här ändras temperaturen på luften i jordens atmosfär:
INTRESSANTA FENOMEN
WOW
Om jordens atmosfär inte roterade tillsammans med jorden runt sin axel, skulle de starkaste orkanerna uppstå på jordens yta.
VAD SKULLE HÄNDA PÅ JORDEN om luftatmosfären plötsligt försvann?
På jorden skulle en temperatur på cirka -170 ° C etableras, alla vattenrum skulle frysa och landet skulle täckas med en isskorpa.
Det skulle vara fullständig tystnad, eftersom ljud inte fortplantar sig i tomrummet; himlen skulle bli svart, eftersom himlavalvets färg beror på luften; det skulle inte finnas några skymningar, gryningar, vita nätter.
Stjärnornas blinkande skulle sluta, och själva stjärnorna skulle vara synliga inte bara på natten utan också under dagen (på dagen ser vi dem inte på grund av solljusets spridning av luftpartiklar).
Djur och växter skulle dö.
Vissa planeter i solsystemet har också atmosfärer, men deras tryck tillåter inte en person att vara där utan en rymddräkt. På Venus, till exempel, är atmosfärstrycket cirka 100 atm, på Mars - cirka 0,006 atm. På grund av atmosfärens tryck verkar en kraft på 10 N på varje kvadratcentimeter av vår kropp.
HUR TÅLLER MÄNNISKOR OLIKA HÖJDER ÖVER HAVSNIVÅN?
VAD HÄNDER EN MAN om han kastas ut i rymden utan rymddräkt?
I den amerikanska filmen Total Recall (med Arnold Schwarzenegger), huvudkaraktärerna, när de kastas upp på ytan av Mars, börjar deras ögon att dyka ur sina hålor och deras kroppar sväller. Vad kommer att hända med en person som har ramlat in i ett luftlöst utrymme utan en rymddräkt (eller snarare, vad kommer att hända med hans kropp - trots allt kan han inte andas). Gasernas tryck inuti kroppen tenderar att "utjämnas" med det yttre (noll) trycket. En mycket enkel illustration: burkar som placeras på patienten. Luften i dem värms upp, vilket gör att gasens densitet minskar. Burken appliceras snabbt på ytan, och du ser hur, när burken och luften i den svalnar, den mänskliga kroppen på denna plats dras in i burken. Och föreställ dig en sådan burk runt en person ...
Men detta är inte den enda "obehagliga" processen. Som ni vet består en person av minst 75% vatten. Kokpunkten för vatten vid atmosfärstryck är 100 C. Kokpunkten är starkt beroende av trycket: ju lägre tryck, desto lägre kokpunkt. ... Redan vid ett tryck på 0,4 atm. Vattnets kokpunkt är 28,64 C, vilket är mycket lägre än människokroppens temperatur. Därför, vid första anblicken, när en person kommer in i yttre rymden, spricker han och "kokar"" ... men kroppens explosion inträffar inte. Faktum är att om luften från lungorna (och andra kroppshåligheter) fritt flydde, så finns det i kroppen bara en vätska som avger gasbubblor, men som inte omedelbart kokar själv. Förresten, när trycksänkning inträffar (säg på hög höjd), dör personen, men sliter honom inte i stycken. Låt oss komma ihåg våra döda kosmonauter: 20 km är ungefär 1/10 av atmosfären - praktiskt taget ett vakuum ur den synvinkel som intresserar oss.
Fast... För cirka 15 år sedan, i ett av Akademgorodoks institut, uppstod en idé om att prova vakuumtorkning av kött. En stor köttbit placerades i en vakuumkammare och en kraftig pumpning påbörjades. Biten bara exploderade. Efter detta experiment var det ganska svårt att skrapa hans resultat från vakuumkammarens väggar.
Man på skidor, och utan dem.
På lös snö går en person med stor svårighet och sjunker djupt vid varje steg. Men efter att ha tagit på sig skidor kan han gå, nästan utan att falla i den. Varför? På skidor eller utan skidor verkar en person på snön med samma kraft lika med sin egen vikt. Effekten av denna kraft är dock olika i båda fallen, eftersom ytan som personen trycker på är olika, med och utan skidor. Skidans yta är nästan 20 gånger ytan av sulan. Därför, stående på skidor, agerar en person på varje kvadratcentimeter av snöytan med en kraft som är 20 gånger mindre än att stå på snön utan skidor.
Eleven fäster en tidning på tavlan med knappar och agerar på varje knapp med samma kraft. En knapp med skarpare ände är dock lättare att komma in i trädet.
Detta betyder att resultatet av en krafts verkan beror inte bara på dess modul, riktning och appliceringspunkt, utan också på området på ytan som den appliceras på (vinkelrätt mot vilken den verkar).
Denna slutsats bekräftas av fysiska experiment.
Erfarenhet. Resultatet av denna kraft beror på vilken kraft som verkar per ytenhet.
Spikar måste slås in i hörnen på en liten bräda. Först satte vi spikarna som slagits in i brädet på sanden med spetsarna uppåt och lägger en vikt på brädet. I det här fallet pressas spikhuvudena endast något in i sanden. Vänd sedan brädan och sätt spikarna på spetsen. I det här fallet är stödområdet mindre, och under inverkan av samma kraft går naglarna djupt in i sanden.
En upplevelse. Andra illustrationen.
Resultatet av verkan av denna kraft beror på vilken kraft som verkar på varje enhet av ytarea.
I de övervägda exemplen verkade krafterna vinkelrätt mot kroppens yta. Personens vikt var vinkelrät mot snöytan; kraften som verkar på knappen är vinkelrät mot brädans yta.
Värdet lika med förhållandet mellan kraften som verkar vinkelrätt mot ytan och arean av denna yta kallas tryck.
För att bestämma trycket är det nödvändigt att dela kraften som verkar vinkelrätt mot ytan med ytarean:
tryck = kraft / area.
Låt oss beteckna de kvantiteter som ingår i detta uttryck: tryck - sid, kraften som verkar på ytan, - F och ytan S.
Då får vi formeln:
p = F/S
Det är tydligt att en större kraft som verkar på samma område kommer att producera mer tryck.
Tryckenheten tas som trycket som producerar en kraft på 1 N som verkar på en yta på 1 m 2 vinkelrätt mot denna yta.
Tryckenhet - newton per kvadratmeter(1 N/m 2). För att hedra den franska vetenskapsmannen Blaise Pascal det heter pascal Pa). På det här sättet,
1 Pa = 1 N/m 2.
Andra tryckenheter används också: hektopascal (hPa) och kilopascal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Låt oss skriva ner tillståndet för problemet och lösa det.
Given : m = 45 kg, S = 300 cm2; p = ?
I SI-enheter: S = 0,03 m 2
Lösning:
sid = F/S,
F = P,
P = g m,
P= 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,
sid\u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa
"Svar": p = 15000 Pa = 15 kPa
Sätt att minska och öka trycket.
En tung larvtraktor producerar ett tryck på marken som är lika med 40-50 kPa, det vill säga bara 2-3 gånger mer än trycket för en pojke som väger 45 kg. Detta beror på att traktorns vikt fördelas över en större yta på grund av larvdriften. Och det har vi konstaterat ju större yta av stödet är, desto mindre tryck produceras av samma kraft på detta stöd .
Beroende på om du behöver få ett litet eller stort tryck, ökar eller minskar stödområdet. Till exempel, för att jorden ska motstå trycket från en byggnad som byggs, ökas arean av den nedre delen av grunden.
Lastbilsdäck och flygplanschassier är gjorda mycket bredare än personbilar. Särskilt breda däck är gjorda för bilar utformade för att resa i öknar.
Tunga maskiner, som en traktor, en tank eller ett träsk, som har en stor bärarea av spåren, passerar genom sumpig terräng som en person inte kan passera genom.
Å andra sidan, med en liten yta kan ett stort tryck genereras med en liten kraft. Till exempel, genom att trycka in en knapp i en bräda, agerar vi på den med en kraft på cirka 50 N. Eftersom arean på knappspetsen är ungefär 1 mm 2, är trycket som produceras av det lika med:
p \u003d 50 N / 0,000001 m 2 \u003d 50 000 000 Pa \u003d 50 000 kPa.
Som jämförelse är detta tryck 1000 gånger högre än det tryck som en larvtraktor utövar på marken. Många fler sådana exempel finns.
Bladet på skär- och hålverktyg (knivar, saxar, skärare, sågar, nålar, etc.) är speciellt slipat. Den vässade kanten på ett vasst blad har en liten yta, så även en liten kraft skapar mycket tryck, och det är lätt att arbeta med ett sådant verktyg.
Skär- och håltagningsanordningar finns också i vilda djur: dessa är tänder, klor, näbbar, spikar, etc. - de är alla gjorda av hårt material, släta och mycket vassa.
Tryck
Det är känt att gasmolekyler rör sig slumpmässigt.
Vi vet redan att gaser, till skillnad från fasta ämnen och vätskor, fyller hela kärlet där de finns. Till exempel en stålcylinder för förvaring av gaser, en bildäcksslang eller en volleyboll. I detta fall utövar gasen tryck på väggarna, botten och locket på cylindern, kammaren eller någon annan kropp där den är belägen. Gastrycket beror på andra orsaker än trycket från en fast kropp på ett stöd.
Det är känt att gasmolekyler rör sig slumpmässigt. Under deras rörelse kolliderar de med varandra, såväl som med väggarna på kärlet där gasen är belägen. Det finns många molekyler i gasen, och därför är antalet av deras nedslag mycket stort. Till exempel uttrycks antalet nedslag av luftmolekyler i ett rum på en yta av 1 cm 2 på 1 s som ett tjugotre-siffrigt tal. Även om slagkraften för en enskild molekyl är liten, är verkan av alla molekyler på kärlets väggar betydande - det skapar gastryck.
Så, gastryck på kärlets väggar (och på kroppen placerad i gasen) orsakas av stötar från gasmolekyler .
Tänk på följande erfarenhet. Placera en gummiboll under luftpumpsklockan. Den innehåller en liten mängd luft och har en oregelbunden form. Sedan pumpar vi ut luften under klockan med en pump. Bollens skal, runt vilket luften blir mer och mer sällsynt, sväller gradvis och tar formen av en vanlig boll.
Hur förklarar man denna upplevelse?
Särskilda tåliga stålcylindrar används för lagring och transport av komprimerad gas.
I vårt experiment träffade rörliga gasmolekyler kontinuerligt bollens väggar inifrån och ut. När luft pumpas ut minskar antalet molekyler i klockan runt bollens skal. Men inuti bollen ändras deras antal inte. Därför blir antalet stötar av molekyler på skalets yttre väggar mindre än antalet stötar på innerväggarna. Ballongen blåses upp tills elasticitetskraften hos dess gummiskal blir lika med gasens tryckkraft. Bollens skal har formen av en boll. Detta visar det gasen pressar på dess väggar lika i alla riktningar. Med andra ord är antalet molekylära stötar per kvadratcentimeter ytarea detsamma i alla riktningar. Samma tryck i alla riktningar är karakteristiskt för en gas och är en följd av den slumpmässiga rörelsen av ett stort antal molekyler.
Låt oss försöka minska volymen av gas, men så att dess massa förblir oförändrad. Det betyder att i varje kubikcentimeter gas kommer det att finnas fler molekyler, gasens densitet kommer att öka. Då kommer antalet slag av molekyler på väggarna att öka, det vill säga gastrycket kommer att öka. Detta kan bekräftas av erfarenhet.
På bilden a Ett glasrör visas, vars ena ände är täckt med en tunn gummifilm. En kolv sätts in i röret. När kolven trycks in minskar luftvolymen i röret, det vill säga gasen komprimeras. Gummifilmen buktar utåt, vilket indikerar att lufttrycket i röret har ökat.
Tvärtom, med en ökning av volymen av samma gasmassa, minskar antalet molekyler i varje kubikcentimeter. Detta kommer att minska antalet stötar på kärlets väggar - gasens tryck kommer att bli mindre. Faktum är att när kolven dras ut ur röret ökar luftvolymen, filmen böjs inuti kärlet. Detta indikerar en minskning av lufttrycket i röret. Samma fenomen skulle observeras om det i stället för luft i röret skulle finnas någon annan gas.
Så, när volymen av en gas minskar ökar dess tryck, och när volymen ökar minskar trycket, förutsatt att gasens massa och temperatur förblir oförändrade.
Hur ändras trycket på en gas när den värms upp till en konstant volym? Det är känt att gasmolekylernas rörelsehastighet ökar vid upphettning. När de rör sig snabbare kommer molekylerna att träffa kärlets väggar oftare. Dessutom kommer varje påverkan av molekylen på väggen att bli starkare. Som ett resultat kommer kärlets väggar att uppleva mer tryck.
Följaktligen, Trycket hos en gas i ett slutet kärl är högre ju högre temperatur gasen har, förutsatt att gasens massa och volymen inte ändras.
Av dessa experiment kan man dra slutsatsen att gasens tryck är större, ju oftare och starkare molekylerna träffar kärlets väggar .
För lagring och transport av gaser är de mycket komprimerade. Samtidigt ökar deras tryck, gaser måste inneslutas i speciella, mycket hållbara cylindrar. Sådana cylindrar innehåller till exempel tryckluft i ubåtar, syre som används vid metallsvetsning. Naturligtvis måste vi alltid komma ihåg att gasflaskor inte kan värmas upp, särskilt när de är fyllda med gas. För som vi redan förstår kan en explosion inträffa med mycket obehagliga konsekvenser.
Pascals lag.
Tryck överförs till varje punkt i vätskan eller gasen.
Kolvens tryck överförs till varje punkt av vätskan som fyller kulan.
Nu gas.
Till skillnad från fasta ämnen kan enskilda lager och små partiklar av vätska och gas röra sig fritt i förhållande till varandra i alla riktningar. Det räcker till exempel att lätt blåsa på vattenytan i ett glas för att få vattnet att röra sig. Ripplingar dyker upp på en flod eller sjö vid minsta bris.
Rörligheten hos gas- och vätskepartiklar förklarar det trycket som produceras på dem överförs inte bara i kraftens riktning utan vid varje punkt. Låt oss överväga detta fenomen mer detaljerat.
På bilden, a ett kärl som innehåller en gas (eller vätska) avbildas. Partiklarna är jämnt fördelade i kärlet. Fartyget stängs av en kolv som kan röra sig upp och ner.
Genom att applicera lite kraft, låt oss få kolven att röra sig lite inåt och komprimera gasen (vätskan) direkt under den. Då kommer partiklarna (molekylerna) att placeras på denna plats tätare än tidigare (Fig., b). På grund av rörligheten av gaspartiklarna kommer att röra sig i alla riktningar. Som ett resultat kommer deras arrangemang åter att bli enhetligt, men tätare än tidigare (Fig. c). Därför kommer gasens tryck att öka överallt. Detta innebär att ytterligare tryck överförs till alla partiklar i en gas eller vätska. Så om trycket på gasen (vätskan) nära själva kolven ökar med 1 Pa, då på alla punkter inuti gas- eller vätsketrycket kommer att vara högre än tidigare med samma mängd. Trycket på kärlets väggar, på botten och på kolven kommer att öka med 1 Pa.
Trycket som utövas på en vätska eller gas överförs till vilken punkt som helst lika i alla riktningar .
Detta uttalande kallas Pascals lag.
Utifrån Pascals lag är det lätt att förklara följande experiment.
Figuren visar en ihålig sfär med små hål på olika ställen. Ett rör är fäst vid kulan, i vilket en kolv sätts in. Om du drar in vatten i kulan och trycker in kolven i röret kommer vatten att rinna från alla hål i kulan. I detta experiment trycker kolven på ytan av vattnet i röret. Vattenpartiklarna under kolven, kondenserande, överför sitt tryck till andra lager som ligger djupare. Således överförs kolvens tryck till varje punkt av vätskan som fyller kulan. Som ett resultat trycks en del av vattnet ut ur bollen i form av identiska strömmar som rinner från alla hål.
Om kulan är fylld med rök, när kolven trycks in i röret, kommer identiska rökströmmar att börja komma ut ur alla hål i kulan. Detta bekräftar det och gaser överför trycket som produceras på dem lika i alla riktningar.
Tryck i vätska och gas.
Under vätskans vikt kommer gummibottnen i röret att sjunka.
Vätskor, som alla kroppar på jorden, påverkas av tyngdkraften. Därför skapar varje lager av vätska som hälls i ett kärl tryck med sin vikt, som enligt Pascals lag överförs i alla riktningar. Därför finns det tryck inuti vätskan. Detta kan verifieras av erfarenhet.
Häll vatten i ett glasrör, vars bottenhål är stängt med en tunn gummifilm. Under vätskans vikt kommer botten av röret att böjas.
Erfarenheten visar att ju högre vattenpelaren är över gummifilmen, desto mer sjunker den. Men varje gång efter att gummibottnen sjunkit, kommer vattnet i röret till jämvikt (stoppar), eftersom, förutom gravitationen, den elastiska kraften från den sträckta gummifilmen verkar på vattnet.
Krafter som verkar på gummifilmen |
är lika på båda sidor. |
Illustration.
Botten rör sig bort från cylindern på grund av trycket på den på grund av gravitationen.
Låt oss sänka ett rör med gummibotten, i vilket vatten hälls, i ett annat, bredare kärl med vatten. Vi kommer att se att när röret sänks rätas gummifilmen gradvis ut. Full uträtning av filmen visar att krafterna som verkar på den uppifrån och under är lika stora. Full uträtning av filmen sker när vattennivåerna i röret och kärlet sammanfaller.
Samma experiment kan utföras med ett rör där en gummifilm stänger sidoöppningen, som visas i figur a. Sänk ned detta vattenrör i ett annat vattenkärl, som visas i bilden, b. Vi kommer att märka att filmen rätar ut igen så snart vattennivåerna i röret och kärlet är lika. Detta innebär att krafterna som verkar på gummifilmen är desamma från alla sidor.
Ta ett kärl vars botten kan falla av. Låt oss lägga det i en burk med vatten. I det här fallet kommer botten att pressas hårt mot kanten av kärlet och kommer inte att falla av. Den pressas av kraften från vattentrycket, riktad nedifrån och upp.
Vi kommer försiktigt att hälla vatten i kärlet och titta på dess botten. Så snart vattennivån i kärlet sammanfaller med vattennivån i burken kommer den att falla bort från kärlet.
Vid lossningsögonblicket trycker en kolonn av vätska i kärlet ned mot botten, och trycket överförs från botten till toppen till botten av en kolonn av vätska av samma höjd, men placerad i burken. Båda dessa tryck är desamma, men botten rör sig bort från cylindern på grund av inverkan av dess egen gravitation på den.
Experimenten med vatten beskrevs ovan, men om vi tar någon annan vätska istället för vatten blir resultatet av experimentet detsamma.
Så det visar experiment inuti vätskan finns tryck, och på samma nivå är det samma i alla riktningar. Trycket ökar med djupet.
Gaser skiljer sig inte i detta avseende från vätskor, eftersom de också har vikt. Men vi måste komma ihåg att densiteten hos en gas är hundratals gånger mindre än densiteten hos en vätska. Vikten av gasen i kärlet är liten, och i många fall kan dess "vikt"-tryck ignoreras.
Beräkning av vätsketrycket på kärlets botten och väggar.
Beräkning av vätsketrycket på kärlets botten och väggar.
Tänk på hur du kan beräkna trycket av en vätska på botten och väggarna av ett kärl. Låt oss först lösa problemet för ett kärl som har formen av en rektangulär parallellepiped.
Styrka F, med vilken vätskan som hälls i detta kärl trycker på dess botten, är lika med vikten P vätskan i kärlet. Vikten av en vätska kan bestämmas genom att känna till dess massa. m. Massa, som du vet, kan beräknas med formeln: m = ρ V. Volymen vätska som hälls i kärlet vi har valt är lätt att beräkna. Om höjden på vätskekolonnen i kärlet betecknas med bokstaven h och området på kärlets botten S, då V = S h.
Flytande massa m = ρ V, eller m = ρ S h .
Vikten av denna vätska P = g m, eller P = g ρ S h.
Eftersom vätskekolonnens vikt är lika med kraften med vilken vätskan trycker på kärlets botten, dividerar vikten P Till torget S, får vi vätsketrycket sid:
p = P/S , eller p = g ρ S h/S,
Vi har fått en formel för att beräkna trycket av en vätska på botten av ett kärl. Av denna formel kan man se att trycket hos en vätska i botten av ett kärl beror endast på vätskekolonnens densitet och höjd.
Därför, enligt den härledda formeln, är det möjligt att beräkna trycket på vätskan som hälls i kärlet någon form(Vår beräkning är strängt taget endast lämplig för kärl som har formen av ett rakt prisma och en cylinder. I fysikkurser för institutet bevisades det att formeln även stämmer för ett kärl med godtycklig form). Dessutom kan den användas för att beräkna trycket på kärlets väggar. Trycket inuti vätskan, inklusive tryck från botten till toppen, beräknas också med denna formel, eftersom trycket på samma djup är detsamma i alla riktningar.
Vid beräkning av tryck med hjälp av formeln p = gph behöver täthet ρ uttryckt i kilogram per kubikmeter (kg / m 3), och höjden på vätskekolonnen h- i meter (m), g\u003d 9,8 N / kg, då kommer trycket att uttryckas i pascal (Pa).
Exempel. Bestäm oljetrycket i botten av tanken om oljepelarens höjd är 10 m och dess densitet är 800 kg/m 3 .
Låt oss skriva ner tillståndet för problemet och skriva ner det.
Given :
ρ \u003d 800 kg/m 3
Lösning :
p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.
Svar : p ≈ 80 kPa.
Kommunicerande kärl.
Kommunicerande kärl.
Figuren visar två kärl förbundna med varandra med ett gummirör. Sådana kärl kallas kommunicerar. En vattenkanna, en tekanna, en kaffekanna är exempel på kommunicerande kärl. Av erfarenhet vet vi att vatten som hälls i till exempel en vattenkanna, alltid står på samma nivå i pipen och inuti.
Kommunikerande kärl är gemensamma för oss. Det kan till exempel vara en tekanna, en vattenkanna eller en kaffekanna. |
Ytorna på en homogen vätska installeras på samma nivå i kommunicerande kärl av vilken form som helst. |
Vätskor med olika densiteter. |
Med kommunicerande kärl kan följande enkla experiment göras. I början av experimentet klämmer vi gummiröret i mitten och häller vatten i ett av rören. Sedan öppnar vi klämman, och vattnet rinner omedelbart in i det andra röret tills vattenytorna i båda rören är på samma nivå. Du kan fixera ett av rören i ett stativ, och höja, sänka eller luta det andra i olika riktningar. Och i det här fallet, så snart vätskan lugnar sig, kommer dess nivåer i båda rören att utjämnas.
I kommunicerande kärl av vilken form och sektion som helst är ytorna på en homogen vätska inställda på samma nivå(förutsatt att lufttrycket över vätskan är detsamma) (Fig. 109).
Detta kan motiveras på följande sätt. Vätskan är i vila utan att flytta från ett kärl till ett annat. Detta innebär att trycken i båda kärlen är desamma på alla nivåer. Vätskan i båda kärlen är densamma, det vill säga den har samma densitet. Därför måste dess höjder också vara desamma. När vi höjer ett kärl eller tillsätter vätska till det ökar trycket i det och vätskan flyttar in i ett annat kärl tills trycken är balanserade.
Om en vätska med en densitet hälls i ett av de kommunicerande kärlen, och en annan densitet hälls i det andra, kommer nivåerna av dessa vätskor inte att vara desamma vid jämvikt. Och detta är förståeligt. Vi vet att trycket av en vätska på botten av ett kärl är direkt proportionellt mot kolonnens höjd och vätskans densitet. Och i det här fallet kommer vätskornas densiteter att vara annorlunda.
Med lika tryck kommer höjden på en vätskekolonn med högre densitet att vara mindre än höjden på en vätskekolonn med lägre densitet (Fig.).
En upplevelse. Hur man bestämmer luftmassan.
Luftvikt. Atmosfärstryck.
förekomsten av atmosfärstryck.
Atmosfärstrycket är högre än trycket av förtärd luft i ett kärl.
Tyngdkraften verkar på luften, såväl som på alla kroppar på jorden, och därför har luften vikt. Luftens vikt är lätt att beräkna, att känna till dess massa.
Vi kommer att visa av erfarenhet hur man beräknar luftmassan. För att göra detta, ta en stark glaskula med en kork och ett gummirör med en klämma. Vi pumpar luft ur det med en pump, klämmer fast röret med en klämma och balanserar det på vågen. Öppna sedan klämman på gummiröret och släpp in luft i den. I detta fall kommer vågens balans att störas. För att återställa det måste du sätta vikter på den andra vågen, vars massa kommer att vara lika med luftmassan i bollens volym.
Experiment har fastställt att vid en temperatur på 0 ° C och normalt atmosfärstryck är luftmassan med en volym av 1 m 3 1,29 kg. Vikten av denna luft är lätt att beräkna:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Lufthöljet som omger jorden kallas atmosfär (från grekiska. atmosfärånga, luft och sfär- boll).
Atmosfären, som visas av observationer av konstgjorda jordsatelliter, sträcker sig till en höjd av flera tusen kilometer.
På grund av gravitationens inverkan komprimerar de övre lagren av atmosfären, liksom havsvatten, de nedre lagren. Luftskiktet som gränsar direkt till jorden komprimeras mest och överför enligt Pascals lag det tryck som produceras på det i alla riktningar.
Som ett resultat av detta upplever jordytan och de kroppar som finns på den trycket av hela luftens tjocklek, eller, som man brukar säga i sådana fall, Atmosfärstryck .
Förekomsten av atmosfärstryck kan förklaras av många fenomen som vi möter i livet. Låt oss överväga några av dem.
Figuren visar ett glasrör, inuti vilket det finns en kolv som passar tätt mot rörets väggar. Änden av röret doppas i vatten. Om du höjer kolven kommer vattnet att stiga bakom den.
Detta fenomen används i vattenpumpar och vissa andra enheter.
Figuren visar ett cylindriskt kärl. Den är stängd med en kork i vilken ett rör med en kran sätts in. Luft pumpas ut ur kärlet med en pump. Änden av röret placeras sedan i vatten. Om du nu öppnar kranen kommer vattnet att stänka in i kärlets insida i en fontän. Vatten kommer in i kärlet eftersom atmosfärstrycket är högre än trycket av förtärd luft i kärlet.
Varför finns jordens luftskal.
Liksom alla kroppar attraheras molekylerna av gaser som utgör jordens lufthölje till jorden.
Men varför faller de inte alla till jordens yta? Hur bevaras jordens luftskal, dess atmosfär? För att förstå detta måste vi ta hänsyn till att molekylerna av gaser är i kontinuerlig och slumpmässig rörelse. Men då uppstår en annan fråga: varför dessa molekyler inte flyger iväg in i världsrymden, det vill säga ut i rymden.
För att helt lämna jorden måste en molekyl, som en rymdfarkost eller en raket, ha en mycket hög hastighet (minst 11,2 km/s). Detta sk andra flykthastighet. Hastigheten för de flesta molekyler i jordens lufthölje är mycket mindre än denna kosmiska hastighet. Därför är de flesta av dem bundna till jorden av gravitationen, bara ett försumbart antal molekyler flyger bortom jorden i rymden.
Molekylernas slumpmässiga rörelse och gravitationens inverkan på dem resulterar i att gasmolekyler "svävar" i rymden nära jorden och bildar ett luftskal, eller atmosfären som vi känner till.
Mätningar visar att luftdensiteten minskar snabbt med höjden. Så, på en höjd av 5,5 km över jorden, är luftdensiteten 2 gånger mindre än dess densitet på jordens yta, på en höjd av 11 km - 4 gånger mindre, etc. Ju högre, desto sällsyntare luft. Och slutligen, i de översta lagren (hundratusentals kilometer ovanför jorden), förvandlas atmosfären gradvis till luftlös rymd. Jordens luftskal har ingen tydlig gräns.
Strängt taget, på grund av gravitationens inverkan, är densiteten hos gasen i något slutet kärl inte densamma genom hela kärlets volym. I botten av kärlet är gasens densitet större än i dess övre delar, och därför är trycket i kärlet inte detsamma. Den är större i botten av kärlet än i toppen. Men för gasen som finns i kärlet är denna skillnad i densitet och tryck så liten att den i många fall helt kan ignoreras, var bara medveten om det. Men för en atmosfär som sträcker sig över flera tusen kilometer är skillnaden betydande.
Mätning av atmosfärstryck. Torricelli-upplevelsen.
Det är omöjligt att beräkna atmosfärstryck med hjälp av formeln för beräkning av trycket i en vätskekolonn (§ 38). För en sådan beräkning måste du känna till atmosfärens höjd och luftens densitet. Men atmosfären har ingen bestämd gräns, och luftdensiteten på olika höjder är olika. Atmosfärstrycket kan dock mätas med hjälp av ett experiment som föreslogs på 1600-talet av en italiensk vetenskapsman. Evangelista Torricelli en elev till Galileo.
Torricellis experiment är som följer: ett glasrör ca 1 m långt, förseglat i ena änden, är fyllt med kvicksilver. Sedan tätt stängs den andra änden av röret, vänds det och sänks ner i en kopp med kvicksilver, där denna ände av röret öppnas under kvicksilvernivån. Som i alla vätskeexperiment hälls en del av kvicksilvret i koppen och en del av det blir kvar i röret. Höjden på kvicksilverkolonnen som finns kvar i röret är cirka 760 mm. Det finns ingen luft ovanför kvicksilvret inuti röret, det finns ett luftlöst utrymme, så ingen gas utövar tryck ovanifrån på kvicksilverkolonnen inuti detta rör och påverkar inte mätningarna.
Torricelli, som föreslog upplevelsen som beskrivs ovan, gav också sin förklaring. Atmosfären trycker på ytan av kvicksilvret i koppen. Merkurius är i balans. Det betyder att trycket i röret är aa 1 (se figur) är lika med atmosfärstryck. När atmosfärstrycket ändras ändras också höjden på kvicksilverkolonnen i röret. När trycket ökar förlängs kolonnen. När trycket minskar minskar kvicksilverkolonnen i höjd.
Trycket i röret på nivån aa1 skapas av vikten av kvicksilverkolonnen i röret, eftersom det inte finns någon luft ovanför kvicksilvret i den övre delen av röret. Därav följer det atmosfärstrycket är lika med trycket från kvicksilverkolonnen i röret , dvs.
sid atm = sid kvicksilver.
Ju högre atmosfärstryck desto högre kvicksilverkolonnen i Torricellis experiment. Därför kan atmosfärstryck i praktiken mätas med höjden på kvicksilverkolonnen (i millimeter eller centimeter). Om till exempel atmosfärstrycket är 780 mm Hg. Konst. (de säger "millimeter kvicksilver"), det betyder att luften producerar samma tryck som en vertikal kolonn av kvicksilver 780 mm hög producerar.
Därför tas i detta fall 1 millimeter kvicksilver (1 mm Hg) som enheten för atmosfärstryck. Låt oss ta reda på förhållandet mellan den här enheten och den enhet som vi känner till - pascal(Pa).
Trycket i en kvicksilverkolonn ρ av kvicksilver med en höjd av 1 mm är:
sid = g ρ h, sid\u003d 9,8 N / kg 13 600 kg / m 3 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Alltså 1 mm Hg. Konst. = 133,3 Pa.
För närvarande mäts atmosfärstryck vanligtvis i hektopascal (1 hPa = 100 Pa). Till exempel kan väderrapporter meddela att trycket är 1013 hPa, vilket är samma som 760 mmHg. Konst.
Torricelli observerade dagligen höjden på kvicksilverkolonnen i röret och upptäckte att denna höjd förändras, det vill säga atmosfärstrycket är inte konstant, det kan öka och minska. Torricelli märkte också att atmosfärstrycket är relaterat till förändringar i vädret.
Om du fäster en vertikal skala på kvicksilverröret som användes i Torricellis experiment får du den enklaste enheten - kvicksilverbarometer (från grekiska. baros- tyngd, metero- mått). Det används för att mäta atmosfärstryck.
Barometer - aneroid.
I praktiken används en metallbarometer för att mäta atmosfärstryck, kallad aneroid (översatt från grekiska - aneroid). Barometern kallas så eftersom den inte innehåller kvicksilver.
Aneroidens utseende visas i figuren. Dess huvuddel är en metalllåda 1 med en vågig (korrugerad) yta (se andra fig.). Luft pumpas ut ur denna låda, och för att atmosfärstrycket inte ska krossa lådan, dras dess lock 2 upp av en fjäder. När atmosfärstrycket ökar böjs locket nedåt och spänner fjädern. När trycket minskar rätar fjädern ut locket. En pilpekare 4 är fäst vid fjädern med hjälp av en transmissionsmekanism 3, som rör sig åt höger eller vänster när trycket ändras. En skala är fixerad under pilen, vars indelningar är markerade enligt indikationerna på en kvicksilverbarometer. Så, siffran 750, mot vilken aneroidnålen står (se fig.), visar att vid det givna ögonblicket i kvicksilverbarometern är kvicksilverkolonnens höjd 750 mm.
Därför är atmosfärstrycket 750 mm Hg. Konst. eller ≈ 1000 hPa.
Värdet på atmosfärstrycket är mycket viktigt för att förutsäga vädret för de kommande dagarna, eftersom förändringar i atmosfärstryck är förknippade med förändringar i vädret. En barometer är ett nödvändigt instrument för meteorologiska observationer.
Atmosfärstryck på olika höjder.
I en vätska beror trycket, som vi vet, på vätskans densitet och höjden på dess kolonn. På grund av den låga kompressibiliteten är vätskans densitet på olika djup nästan densamma. När vi beräknar trycket anser vi därför att dess densitet är konstant och tar endast hänsyn till höjdförändringen.
Situationen är mer komplicerad med gaser. Gaser är mycket komprimerbara. Och ju mer gasen komprimeras, desto större densitet och desto större tryck producerar den. När allt kommer omkring skapas trycket från en gas genom påverkan av dess molekyler på kroppens yta.
Luftlagren nära jordens yta komprimeras av alla överliggande luftlager ovanför dem. Men ju högre luftlagret från ytan är, desto svagare komprimeras det, desto lägre densitet. Därför desto mindre tryck producerar den. Om till exempel en ballong stiger över jordens yta, så blir lufttrycket på ballongen lägre. Detta händer inte bara för att höjden på luftpelaren ovanför den minskar, utan också för att luftdensiteten minskar. Den är mindre i toppen än i botten. Därför är lufttryckets beroende av höjden mer komplicerat än för vätskor.
Observationer visar att atmosfärstrycket i områden som ligger vid havsnivån är i genomsnitt 760 mm Hg. Konst.
Atmosfäriskt tryck som är lika med trycket i en kvicksilverkolonn 760 mm hög vid en temperatur på 0 ° C kallas normalt atmosfärstryck..
normalt atmosfärstryck motsvarar 101 300 Pa = 1013 hPa.
Ju högre höjd, desto lägre tryck.
Med små höjningar, i genomsnitt, för varje 12 m stigning, minskar trycket med 1 mm Hg. Konst. (eller 1,33 hPa).
Genom att känna till tryckets beroende av höjden är det möjligt att bestämma höjden över havet genom att ändra barometerns avläsningar. Aneroider som har en skala på vilken man direkt kan mäta höjden över havet kallas höjdmätare . De används inom flyget och när man klättrar i berg.
Tryckmätare.
Vi vet redan att barometrar används för att mäta atmosfärstryck. För att mäta tryck som är större eller lägre än atmosfärstrycket tryckmätare (från grekiska. manos- sällsynt, oansenlig metero- mått). Tryckmätare är flytande och metall.
|
|
Tänk först på enheten och åtgärden öppen vätskemanometer. Den består av ett tvåbent glasrör i vilket lite vätska hälls. Vätskan är installerad i båda knäna på samma nivå, eftersom endast atmosfärstryck verkar på dess yta i kärlets knän.
För att förstå hur en sådan tryckmätare fungerar kan den anslutas med ett gummirör till en rund platt låda, vars ena sida är täckt med en gummifilm. Om du trycker fingret på filmen kommer vätskenivån i manometerknäet som är anslutet i lådan att minska, och i det andra knäet kommer det att öka. Vad förklarar detta?
Genom att trycka på filmen ökar lufttrycket i lådan. Enligt Pascals lag överförs denna tryckökning till vätskan i det knä på tryckmätaren, som är fäst vid lådan. Därför kommer trycket på vätskan i detta knä att vara större än i det andra, där endast atmosfärstryck verkar på vätskan. Under kraften av detta övertryck kommer vätskan att börja röra sig. I knäet med tryckluft kommer vätskan att falla, i den andra kommer den att stiga. Vätskan kommer till jämvikt (stopp) när övertrycket i den komprimerade luften balanseras av det tryck som överskottsvätskekolonnen producerar i manometerns andra ben.
Ju starkare trycket är på filmen, desto högre är överskottsvätskekolonnen, desto högre är dess tryck. Följaktligen, tryckförändringen kan bedömas av höjden på denna överskottskolonn.
Figuren visar hur en sådan tryckmätare kan mäta trycket inuti en vätska. Ju djupare röret är nedsänkt i vätskan, desto större blir skillnaden i höjderna på vätskekolonnerna i manometerknäna., så därför, och vätska ger mer tryck.
Om du installerar apparatlådan på något djup inuti vätskan och vänder den med en film uppåt, i sidled och nedåt, ändras inte tryckmätarens värden. Det är så det ska vara, för på samma nivå inuti en vätska är trycket detsamma i alla riktningar.
Bilden visar metall manometer . Huvuddelen av en sådan tryckmätare är ett metallrör böjt i ett rör 1 , vars ena ände är stängd. Den andra änden av röret med en kran 4 kommunicerar med kärlet i vilket trycket mäts. När trycket ökar böjs röret. Rörelse av dess stängda ände med en spak 5 och växlar 3 passerade till skytten 2 rör sig runt instrumentets skala. När trycket minskar, återgår röret, på grund av sin elasticitet, till sitt tidigare läge, och pilen återgår till nolldelning av skalan.
Kolvvätskepump.
I det försök vi tidigare övervägt (§ 40) fann man att vatten i ett glasrör under inverkan av atmosfärstryck steg upp bakom kolven. Denna åtgärd är baserad kolv pumps.
Pumpen visas schematiskt i figuren. Den består av en cylinder, inuti vilken går upp och ner, tätt fäster vid kärlets väggar, kolven 1 . Ventiler är installerade i den nedre delen av cylindern och i själva kolven. 2 öppnar endast uppåt. När kolven rör sig uppåt kommer vatten in i röret under påverkan av atmosfärstryck, lyfter bottenventilen och rör sig bakom kolven.
När kolven rör sig ner trycker vattnet under kolven på bottenventilen och den stänger. Samtidigt, under tryck från vattnet, öppnas en ventil inuti kolven, och vattnet rinner in i utrymmet ovanför kolven. Med kolvens nästa rörelse uppåt stiger också vattnet ovanför den på plats med den, som rinner ut i utloppsröret. Samtidigt stiger en ny del vatten bakom kolven, som, när kolven därefter sänks, kommer att vara ovanför den, och hela denna procedur upprepas gång på gång medan pumpen är igång.
Hydraulisk press.
Pascals lag tillåter dig att förklara handlingen hydraulisk maskin (från grekiska. hydraulicos- vatten). Dessa är maskiner vars verkan är baserad på rörelselagarna och vätskors jämvikt.
Huvuddelen av den hydrauliska maskinen är två cylindrar med olika diametrar, utrustade med kolvar och ett anslutningsrör. Utrymmet under kolvarna och röret är fyllt med vätska (vanligtvis mineralolja). Vätskepelarnas höjder i båda cylindrarna är desamma så länge det inte finns några krafter som verkar på kolvarna.
Låt oss nu anta att krafterna F 1 och F 2 - krafter som verkar på kolvarna, S 1 och S 2 - områden med kolvar. Trycket under den första (lilla) kolven är sid 1 = F 1 / S 1 , och under den andra (stor) sid 2 = F 2 / S 2. Enligt Pascals lag överförs trycket av en vätska i vila lika i alla riktningar, d.v.s. sid 1 = sid 2 eller F 1 / S 1 = F 2 / S 2 , varifrån:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Därför styrkan F 2 så mycket mer kraft F 1 , Hur många gånger större är arean av den stora kolven än arean av den lilla kolven?. Till exempel, om arean på den stora kolven är 500 cm 2 och den lilla är 5 cm 2 och en kraft på 100 N verkar på den lilla kolven, då kommer en kraft 100 gånger större att verka på den större kolv, det vill säga 10 000 N.
Med hjälp av en hydraulisk maskin är det alltså möjligt att balansera en stor kraft med en liten kraft.
Attityd F 1 / F 2 visar ökningen i styrka. Till exempel, i exemplet ovan, är förstärkningen i kraft 10 000 N / 100 N = 100.
Den hydrauliska maskinen som används för pressning (pressning) kallas hydraulisk press .
Hydrauliska pressar används där det krävs mycket kraft. Till exempel för att pressa olja från frön på oljekvarnar, för att pressa plywood, kartong, hö. Stålverk använder hydrauliska pressar för att tillverka stålmaskinaxlar, järnvägshjul och många andra produkter. Moderna hydrauliska pressar kan utveckla en kraft på tiotals och hundratals miljoner newton.
Anordningen för den hydrauliska pressen visas schematiskt i figuren. Kroppen som ska pressas 1 (A) placeras på en plattform ansluten till en stor kolv 2 (B). Den lilla kolven 3 (D) skapar ett stort tryck på vätskan. Detta tryck överförs till varje punkt i vätskan som fyller cylindrarna. Därför verkar samma tryck på den andra, stora kolven. Men eftersom arean av den andra (stora) kolven är större än arean för den lilla, kommer kraften som verkar på den att vara större än kraften som verkar på kolven 3 (D). Under denna kraft kommer kolven 2 (B) att höjas. När kolven 2 (B) reser sig vilar kroppen (A) mot den fasta övre plattformen och komprimeras. Tryckmätaren 4 (M) mäter vätsketrycket. Säkerhetsventil 5 (P) öppnas automatiskt när vätsketrycket överstiger det tillåtna värdet.
Från en liten cylinder till en stor vätska pumpas genom upprepade rörelser av den lilla kolven 3 (D). Detta görs på följande sätt. När den lilla kolven (D) lyfts öppnas ventil 6 (K) och vätska sugs in i utrymmet under kolven. När den lilla kolven sänks under inverkan av vätsketrycket stänger ventil 6 (K) och ventil 7 (K") öppnas och vätskan passerar in i ett stort kärl.
Verkan av vatten och gas på en kropp nedsänkt i dem.
Under vatten kan vi enkelt lyfta en sten som knappt kan lyftas i luften. Om du sänker korken under vatten och släpper den från händerna kommer den att flyta. Hur kan dessa fenomen förklaras?
Vi vet (§ 38) att vätskan trycker på kärlets botten och väggar. Och om någon fast kropp placeras inuti vätskan, kommer den också att utsättas för tryck, som kärlets väggar.
Tänk på krafterna som verkar från sidan av vätskan på kroppen nedsänkt i den. För att göra det lättare att resonera väljer vi en kropp som har formen av en parallellepiped med baser parallella med vätskans yta (Fig.). Krafterna som verkar på kroppens sidoytor är parvis lika och balanserar varandra. Under påverkan av dessa krafter komprimeras kroppen. Men krafterna som verkar på kroppens övre och nedre ytor är inte desamma. På det övre ansiktet trycker man uppifrån med kraft F 1 kolonn vätska hög h ett . På nivån av den nedre ytan producerar trycket en vätskekolonn med en höjd h 2. Detta tryck, som vi vet (§ 37), överförs inuti vätskan i alla riktningar. Därför på undersidan av kroppen nerifrån och upp med en kraft F 2 pressar en vätskekolonn högt h 2. Men h 2 till h 1, därav kraftmodulen F 2 ytterligare kraftmoduler F ett . Därför trycks kroppen ut ur vätskan med en kraft F vyt, lika med kraftskillnaden F 2 - F 1, dvs.
|
|
Men S·h = V, där V är volymen av parallellepipeden, och ρ W ·V = m W är massan av vätska i volymen av parallellepipeden. Följaktligen, F vyt \u003d g m väl \u003d P väl, dvs. flytkraften är lika med vikten av vätskan i volymen av kroppen nedsänkt i den(Flytkraften är lika med vikten av en vätska med samma volym som volymen av kroppen nedsänkt i den). Förekomsten av en kraft som trycker ut en kropp ur en vätska är lätt att upptäcka experimentellt. På bilden a visar en kropp upphängd i en fjäder med en pilpekare i slutet. Pilen markerar fjäderspänningen på stativet. När kroppen släpps ut i vattnet drar fjädern ihop sig (fig. b). Samma sammandragning av fjädern kommer att erhållas om du verkar på kroppen nedifrån och upp med viss kraft, till exempel trycker på den med handen (lyft upp den). Därför bekräftar erfarenheten det en kraft som verkar på en kropp i en vätska trycker ut kroppen ur vätskan. För gaser gäller som vi vet även Pascals lag. Det är därför kroppar i gasen utsätts för en kraft som trycker ut dem ur gasen. Under påverkan av denna kraft stiger ballongerna upp. Förekomsten av en kraft som trycker ut en kropp ur en gas kan också observeras experimentellt. Vi hänger en glaskula eller en stor kolv stängd med en kork till en förkortad skalpanna. Vågen är balanserad. Sedan placeras ett brett kärl under kolven (eller kulan) så att den omger hela kolven. Kärlet är fyllt med koldioxid, vars densitet är större än luftens densitet (därför sjunker koldioxid ner och fyller kärlet och förskjuter luft från det). I detta fall störs vågens balans. En kopp med en upphängd kolv reser sig (Fig.). En kolv nedsänkt i koldioxid upplever en större flytkraft än den som verkar på den i luft. Kraften som trycker ut en kropp ur en vätska eller gas är riktad motsatt tyngdkraften som appliceras på denna kropp. Därför prolcosmos). Detta förklarar varför vi i vattnet ibland lätt lyfter kroppar som vi knappt kan hålla i luften. En liten hink och en cylindrisk kropp är upphängda i fjädern (Fig., a). Pilen på stativet markerar fjäderns förlängning. Den visar kroppens vikt i luften. Efter att ha lyft kroppen placeras ett avloppskärl under det, fyllt med vätska till nivån på avloppsröret. Därefter är kroppen helt nedsänkt i vätskan (Fig., b). Vart i en del av vätskan, vars volym är lika med kroppens volym, hälls ut från ett hällkärl i ett glas. Fjädern drar ihop sig och fjäderns pekare stiger för att indikera minskningen av kroppens vikt i vätskan. I det här fallet, förutom tyngdkraften, verkar en annan kraft på kroppen och trycker ut den ur vätskan. Om vätskan från glaset hälls i den övre hinken (d.v.s. den som förskjutits av kroppen), kommer fjäderpekaren att återgå till sitt ursprungliga läge (fig. c).
Baserat på denna erfarenhet kan man dra slutsatsen att kraften som trycker en kropp helt nedsänkt i en vätska är lika med vikten av vätskan i denna kropps volym . Samma slutsats kom vi till i § 48. Om ett liknande experiment gjordes med en kropp nedsänkt i lite gas skulle det visa det kraften som trycker ut kroppen ur gasen är också lika med vikten av gasen i kroppens volym . Den kraft som trycker ut en kropp ur en vätska eller gas kallas Arkimedisk styrka, för att hedra vetenskapsmannen Arkimedes som först pekade på dess existens och beräknade dess betydelse. Så erfarenhet har bekräftat att den arkimediska (eller flytande) kraften är lika med vätskans vikt i kroppens volym, dvs. F A = P f = g m och. Massan av vätska m f , förskjuten av kroppen, kan uttryckas i termer av dess densitet ρ w och volymen av kroppen V t nedsänkt i vätskan (eftersom V l - volymen av vätskan som förträngs av kroppen är lika med V t - volymen av kroppen nedsänkt i vätskan), dvs m W = ρ W V t. Då får vi: F A= g ρ och · V t Därför beror den arkimediska kraften på tätheten hos vätskan som kroppen är nedsänkt i och på volymen av denna kropp. Men det beror till exempel inte på densiteten av ämnet i en kropp nedsänkt i en vätska, eftersom denna mängd inte ingår i den resulterande formeln. Låt oss nu bestämma vikten av en kropp nedsänkt i en vätska (eller gas). Eftersom de två krafterna som verkar på kroppen i det här fallet är riktade i motsatta riktningar (gravitationen är nere och den arkimedeiska kraften är upp), så kommer kroppens vikt i vätskan P 1 att vara mindre än vikten av kroppen i vakuum P = g m till den arkimedeiska styrkan F A = g m w (var m w är massan av vätska eller gas som förträngs av kroppen). På det här sättet, om en kropp är nedsänkt i en vätska eller gas, så förlorar den i sin vikt lika mycket som vätskan eller gasen som förträngs av den väger. Exempel. Bestäm den flytkraft som verkar på en sten med en volym av 1,6 m 3 i havsvatten. Låt oss skriva ner tillståndet för problemet och lösa det. När den flytande kroppen når vätskans yta, kommer den arkimedeiska kraften att minska med sin ytterligare uppåtgående rörelse. Varför? Men eftersom volymen av den del av kroppen som är nedsänkt i vätskan kommer att minska, och den arkimediska kraften är lika med vikten av vätskan i volymen av den del av kroppen som är nedsänkt i den. När den arkimedeiska kraften blir lika med tyngdkraften kommer kroppen att stanna och flyta på vätskans yta, delvis nedsänkt i den. Den resulterande slutsatsen är lätt att verifiera experimentellt. Häll vatten i avloppskärlet upp till nivån för avloppsröret. Efter det, låt oss sänka ner den flytande kroppen i kärlet, efter att tidigare ha vägt den i luften. Efter att ha gått ner i vattnet förskjuter kroppen en volym vatten som är lika med volymen av den del av kroppen som är nedsänkt i den. Efter att ha vägt detta vatten finner vi att dess vikt (arkimediska kraften) är lika med tyngdkraften som verkar på en flytande kropp, eller vikten av denna kropp i luft. Efter att ha gjort samma experiment med andra kroppar som flyter i olika vätskor - i vatten, alkohol, saltlösning, kan du se till att om en kropp flyter i en vätska, är vikten av vätskan som förträngs av den lika med vikten av denna kropp i luft. Det är lätt att bevisa det om densiteten hos ett fast fast ämne är större än en vätskas densitet, då sjunker kroppen i en sådan vätska. En kropp med lägre densitet flyter i denna vätska. En bit järn sjunker till exempel i vatten men flyter i kvicksilver. Kroppen, å andra sidan, vars densitet är lika med vätskans densitet, förblir i jämvikt inuti vätskan. Is flyter på vattenytan eftersom dess densitet är mindre än vattens. Ju lägre kroppens densitet jämfört med vätskans densitet, desto mindre del av kroppen är nedsänkt i vätskan . Med lika tätheter av kroppen och vätskan flyter kroppen inuti vätskan på vilket djup som helst. Två oblandbara vätskor, till exempel vatten och fotogen, finns i ett kärl i enlighet med deras densitet: i den nedre delen av kärlet - tätare vatten (ρ = 1000 kg / m 3), på toppen - lättare fotogen (ρ = 800 kg/m 3) . Den genomsnittliga tätheten av levande organismer som bor i vattenmiljön skiljer sig lite från densiteten av vatten, så deras vikt är nästan helt balanserad av den arkimedeiska kraften. Tack vare detta behöver vattenlevande djur inte så starka och massiva skelett som marklevande. Av samma anledning är vattenväxternas stammar elastiska. En fisks simblåsa ändrar lätt sin volym. När fisken med hjälp av muskler går ner till ett stort djup, och vattentrycket på den ökar, drar bubblan ihop sig, volymen på fiskens kropp minskar, och den trycker sig inte uppåt utan simmar i djupet. Därmed kan fisken, inom vissa gränser, reglera djupet på sitt dyk. Valar reglerar sitt dykdjup genom att dra ihop sig och utöka sin lungkapacitet. Segelbåtar.Fartyg som flyter på floder, sjöar, hav och hav är byggda av olika material med olika densitet. Fartygsskrovet är vanligtvis tillverkat av stålplåt. Alla invändiga fästelement som ger fartyg styrka är också gjorda av metall. För konstruktion av fartyg används olika material, som jämfört med vatten har både högre och lägre densitet. Hur flyter, tar fartyg ombord och bär stora laster? Ett försök med en flytande kropp (§ 50) visade att kroppen tränger undan så mycket vatten med sin undervattensdel att detta vatten är lika i vikt som kroppens vikt i luft. Detta gäller även för alla fartyg. Vikten av vatten som förskjuts av fartygets undervattensdel är lika med vikten av fartyget med last i luften eller tyngdkraften som verkar på fartyget med last. Djupet till vilket ett fartyg är nedsänkt i vatten kallas förslag . Det djupaste tillåtna djupgåendet är markerat på fartygets skrov med en röd linje som kallas vattenlinje (från holländska. vatten- vatten). Vikten av vatten som förskjuts av fartyget när det är nedsänkt i vattenlinjen, lika med tyngdkraften som verkar på fartyget med last, kallas fartygets förskjutning. För närvarande byggs fartyg med en deplacement på 5 000 000 kN (5 10 6 kN) och mer för transport av olja, dvs med en massa på 500 000 ton (5 10 5 t) och mer tillsammans med lasten. Om vi subtraherar själva fartygets vikt från förskjutningen, så får vi detta fartygs bärförmåga. Bärkapacitet visar vikten av lasten som fartyget bär. Skeppsbyggnad fanns i det antika Egypten, i Fenicien (man tror att fenicierna var en av de bästa skeppsbyggarna), det antika Kina. I Ryssland uppstod skeppsbyggandet vid 1600- och 1700-talens skift. Främst byggdes krigsfartyg, men det var i Ryssland som den första isbrytaren, fartyg med förbränningsmotor, och kärnisbrytaren Arktika byggdes. Aeronautik.
Ritning som beskriver ballongen av bröderna Montgolfier 1783: "Visa och exakta mått på ballongklotet, som var den första." 1786 Sedan urminnes tider har människor drömt om att kunna flyga över molnen, simma i lufthavet när de seglade på havet. För flygteknik Till en början användes ballonger, som fylldes antingen med uppvärmd luft, eller med väte eller helium. För att en ballong ska kunna stiga upp i luften är det nödvändigt att den arkimedeiska kraften (flytkraft) F A, som agerar på bollen, var mer än gravitationen F tung, d.v.s. F A > F tung När bollen stiger minskar den arkimedeiska kraften som verkar på den ( F A = gρV), eftersom densiteten i den övre atmosfären är mindre än den för jordens yta. För att stiga högre tappas en speciell ballast (vikt) från bollen och detta lättar upp bollen. Så småningom når bollen sin maximala lyfthöjd. För att sänka kulan frigörs en del av gasen från dess skal med hjälp av en speciell ventil. I horisontell riktning rör sig ballongen endast under inverkan av vinden, så kallas det ballong (från grekiska luft- luft, stato- stående). För inte så länge sedan användes enorma ballonger för att studera de övre lagren av atmosfären, stratosfären - stratostater . Innan de lärde sig att bygga stora flygplan för att transportera passagerare och gods med flyg, användes kontrollerade ballonger - luftskepp. De har en långsträckt form, en gondol med en motor är upphängd under kroppen, som driver propellern. Ballongen reser sig inte bara av sig själv, utan kan också lyfta en del last: en hytt, människor, instrument. Därför, för att ta reda på vilken typ av belastning en ballong kan lyfta, är det nödvändigt att bestämma den. lyftkraft. Låt till exempel en ballong med en volym på 40 m 3 fylld med helium skjutas upp i luften. Massan av helium som fyller bollens skal kommer att vara lika med: Det betyder att denna kula kan lyfta en last som väger 520 N - 71 N = 449 N. Detta är dess lyftkraft. En ballong med samma volym, men fylld med väte, kan lyfta en last på 479 N. Det betyder att dess lyftkraft är större än den för en ballong fylld med helium. Men fortfarande används helium oftare, eftersom det inte brinner och därför är säkrare. Väte är en brännbar gas. Det är mycket lättare att höja och sänka en ballong fylld med varmluft. För detta är en brännare placerad under hålet i den nedre delen av kulan. Med hjälp av en gasbrännare kan du styra temperaturen på luften inuti bollen, vilket innebär dess densitet och flytkraft. För att bollen ska stiga högre räcker det att värma luften i den starkare, vilket ökar brännarens låga. När brännarlågan minskar, sjunker temperaturen på luften i bollen, och bollen går ner. Det är möjligt att välja en sådan temperatur på bollen vid vilken vikten av bollen och kabinen kommer att vara lika med flytkraften. Då kommer bollen att hänga i luften, och det blir lätt att göra observationer från den. När vetenskapen utvecklades skedde det också betydande förändringar inom flygtekniken. Det blev möjligt att använda nya skal till ballonger, som blev tåliga, frosttåliga och lätta. Framsteg inom området radioteknik, elektronik, automation gjorde det möjligt att designa obemannade ballonger. Dessa ballonger används för att studera luftströmmar, för geografisk och biomedicinsk forskning i de lägre lagren av atmosfären.
glida 2 Upprepning av tidigare lärt
glida 3
glida 4 Har luft vikt?Hur mycket väger luft? glida 5
Bild 7 Medeltrycket vid havsnivån vid t 0°C är 760 mm Hg. - normalt atmosfärstryck. Bild 8 Under XVII-talet föreslog Robert Hooke att förbättra barometernAtt använda en kvicksilverbarometer är obekvämt och osäkert, så aneroidbarometern uppfanns. Bild 9 Varför förändras kvicksilvernivån i ett rör med höjden?Bild 10 glida 11 glida 12 För 100 m uppstigning sjunker trycket med 10 mm Hg.
Bild 14 Punkter på kartan med samma atmosfärstryck förbinder linjer - isobarer glida 15 Cykloner och anticykloner
glida 16 Så här ser dessa virvlar ut från rymdenBild 17 Atmosfäriskt tryck (rekord)
Bild 18 Indianer i Peru bor på en höjd av 4000 mBild 19 Vi kommer att lösa problem
Bild 20
glida 21
glida 22
Visa alla bilder Fysik, årskurs 7. Lektionssammanfattning Lektionens ämne Atmosfärstryck.Lektionstyp Att lära sig nytt material Klass 7 Ämne Fysik WMC"Fysik" Att avslöja definitionen av atmosfärstryck, för att studera orsakerna till atmosfärstryck; atmosfäriska fenomen Planerade resultat Personlig: bildandet av färdigheter för att hantera sin pedagogiska verksamhet, bildandet av intresse för fysik i analysen av fysiska fenomen, bildandet av motivation genom att avslöja sambandet mellan teori och erfarenhet, utvecklingen av logiskt tänkande. Ämne: bildandet av idéer om atmosfärstryck, bildandet av färdigheter att förklara atmosfärstryckets inverkan på levande organismer, att använda kunskap om atmosfärstryck i vardagen. Metasubject: att utveckla förmågan att fastställa mål och mål för aktiviteter, att bilda förmåga att analysera fakta när man observerar och förklarar fenomen, att genomföra observationer, experiment, generalisera och dra slutsatser. Kommunikation mellan ämne Geografi, biologi, litteratur. Former för organisering av kognitiv aktivitet Frontal, grupp, individuell Lär ut metoder Reproduktiv, problematisk, heuristisk. Didaktiska verktyg Fysik. Årskurs 7: lärobok A.V. Peryshkina, presentation för lektionen, kort med uppgifter för individuellt, par- och grupparbete, CER "Bustard, Grade 7". Utrustning Lärobok, dator, projektor, för en grupp - ett glas vatten, pipetter, pappersark. Under lektionerna I. Organisatoriskt ögonblick.Lärare: Hej! Sitt ner! Jag är glad att välkomna alla närvarande! Jag tror att lektionen kommer att bli jättebra, och att alla kommer att vara på bra humör. II. Kunskapsuppdatering Lärare: Kommer du ihåg vad vi lärde oss i förra lektionen? Elever: Kommunicerande kärl. Lärare: Vilka kärl kallas kommunicerande? Elever: Två kärl förbundna med ett gummirör kallas kommunicerande. Lärare: Några av er har gjort modeller av fontäner och kommunicerande kärl. (visning av sina arbeten av studenter). Lärare: Du har kort med uppgifter med olika svårighetsnivåer på dina bord: låg, medel, hög. (Bilaga 1) Välj svårighetsgrad för uppgiften och slutför den. Byt anteckningsböcker efter avslutad och kontrollera uppgiften på skärmen. Ge betyg. (Samla selektivt några få verk) III. målsättning Lärare: Killar, lyssna noga, nu ska jag ge er gåtor, och ni försöker gissa dem. Gör, barnfilt, För att täcka hela jorden? Att ha tillräckligt för alla Och dessutom syntes det inte? Varken vika eller veckla ut Känn eller se? Släpp igenom regn och ljus Finns det, men är det inte? Vad är det här? Studenter: Atmosfär Lärare: Lika krafter två killar Brädorna slogs ner och här är resultatet: Spetsen på nageln föll ner till hatten, Hatten lämnade en liten buckla, Tillsammans viftade vänner med en slägga, Brädorna sprack i två delar. Vilken fysisk mängd pratar vi om? Studenter: Press. Lärare. Korrekt. Vad blir ämnet för dagens lektion? Elever: Atmosfärstryck. Lärare: Vad är syftet med lektionen? Elever: Lär dig vad atmosfärstryck är. Lärare: Försök att identifiera ett antal frågor som du och jag måste svara på under lektionen. Elever: Vad är atmosfärstryck, varför finns det, var fungerar atmosfärstryck osv. Lärare: Mycket av det du sa är relevant för vår lektion idag, vi kommer att försöka hitta svar på dessa frågor. 1. Vatten hälls i kommunicerande kärl. Vad kommer att hända och varför om lite vatten läggs till vänster sida av det U-formade röret; lägga till vatten i det mellersta kärlet på det trebenta röret? Häll vatten i ett glas, täck det med ett pappersark och vänd glaset upp och ner, stödja arket med handen. Ta bort handen från papperet. Vattnet kommer inte att rinna ut ur glaset. Förklara varför? (Se fig. 133, s. 132) Bilaga 3 Kort "Hur vi dricker"Inandning av vätska genom munnen orsakar utvidgning av bröstkorgen och försämring av luft både i lungorna och i munnen. Atmosfärstrycket utanför blir högre än inuti. Och under dess verkan rusar vätskan in i munnen. Kort "Varför går flugor i taket" Flugorna klättrar vertikalt på fönstrets släta glas och strövar fritt i taket. Hur gör dom det? Allt detta är tillgängligt för dem tack vare de små sugkopparna som flugans fötter är utrustade med. Hur fungerar dessa sugkoppar? Ett förtärt luftrum skapas i dem, och atmosfärstryck håller sugkoppen mot ytan som den är fäst vid. Kort "Vem har lättare att gå i leran" Det är mycket svårt för en häst med fast hov att få upp foten ur djup lera. Under benet, när hon höjer det, bildas ett tömt utrymme och atmosfäriskt tryck hindrar benet från att dras ut. I det här fallet fungerar benet som en kolv i en cylinder. Externt, enormt i jämförelse med trycket som har uppstått, atmosfärstryck tillåter dig inte att höja benet. Samtidigt kan tryckkraften på benet nå 1000 N. Det är mycket lättare för idisslare att röra sig genom sådan lera, där hovarna består av flera delar och när man drar ut benen ur leran komprimeras de, passerar luft in i den bildade fördjupningen. Bilaga 4 Kort för individuellt arbete Runt jorden finns _________________, som hålls på grund av ________________. Luftskiktet som gränsar till jorden är komprimerat och, enligt lagen om ___________, överför ___________ producerade till det i alla riktningar. När höjden ökar, atmosfärstrycket __________________. Kort för individuellt arbete för barn med funktionsnedsättning (tyngdkraft, tryck, atmosfär, minskningar, Pascal) Ladda ner sammanfattning av en fysiklektion, årskurs 7. Atmosfärstryck § 42. Luftens vikt. Atmosfäriskt tryck - Fysik klass 7 (Peryshkin) Kort beskrivning: Vi märker inte luften, eftersom vi alla lever i den. Det är svårt att föreställa sig, men luft har vikt på samma sätt som alla kroppar på jorden. Detta beror på att gravitationen verkar på den. Luft kan till och med vägas på en våg genom att placera den i en glaskula. Punkt fyrtiotvå beskriver hur man gör detta. Vi märker inte luftens tyngd, naturen ordnade det så.
Mer om ämnet
|
