Fizyczne ciśnienie cieczy i gazów. Czy ciśnienie zależy od gęstości cieczy? Cele lekcji: powtórzenie i przetestowanie wiedzy zdobytej podczas badania ciśnienia w cieczach i gazach oraz znajomości wzorów fizycznych niezbędnych do rozwiązywania problemów

Cząsteczki gazu, wykonując losowy, chaotyczny ruch, nie są związane lub bardzo słabo związane siłami oddziaływania, dlatego poruszają się swobodnie i w wyniku zderzeń mają tendencję do rozpraszania się we wszystkich kierunkach, wypełniając całą dostarczoną im objętość, tj. objętość gazu zależy od objętości naczynia, które przyjmuje gaz.

Podobnie jak gaz, ciecz przyjmuje postać naczynia, w którym jest zamknięta. Ale w cieczach, w przeciwieństwie do gazów, średnia odległość między cząsteczkami pozostaje prawie stała, więc ciecz ma prawie stałą objętość.

Chociaż właściwości cieczy i gazów różnią się pod wieloma względami, w wielu zjawiskach mechanicznych o ich zachowaniu decydują te same parametry i identyczne równania. Dlatego hydroaeromechanika - dział mechaniki zajmujący się badaniem równowagi i ruchu cieczy i gazów, ich interakcji między sobą a ciałami stałymi, którymi opływają - wykorzystuje ujednolicone podejście do badania cieczy i gazów.

W mechanice, z dużą dokładnością, ciecze i gazy uważa się za ciągłe, rozłożone w sposób ciągły w zajmowanej przez nie części przestrzeni. Gęstość cieczy w niewielkim stopniu zależy od ciśnienia. Gęstość gazów w znacznym stopniu zależy od ciśnienia. Z doświadczenia wiadomo, że w wielu problemach można pominąć ściśliwość cieczy i gazu i można zastosować ujednoliconą koncepcję cieczy nieściśliwej - ciecz, której gęstość jest wszędzie taka sama i nie zmienia się w czasie.

Jeśli cienka płytka zostanie umieszczona w płynie w stanie spoczynku, to części płynu znajdujące się wzdłuż różne strony z niej będzie działać na każdy z jej elementów Δ S z siłami Δ, które niezależnie od orientacji płyty będą miały wartość bezwzględną i będą skierowane prostopadle do powierzchni Δ S, ponieważ obecność sił stycznych wprawiłaby cząstki płynu w ruch.

Wielkość fizyczna określona przez siłę normalną F n działające od strony cieczy na jednostkę powierzchni nazywa się nacisk ciekły ( p = F n/ S).

Jednostką ciśnienia jest Pascal (Pa): 1 Pa jest równy ciśnieniu wytworzonemu przez siłę 1 N, równomiernie rozłożoną na powierzchni 1 m 2 normalnej do niej.

Niesystemowe jednostki ciśnienia to 1 Bar = 105 Pa, 1 atmosfera fizyczna (1 atm = 760 mm Hg, gdzie 1 mm Hg = 133 Pa).

Ciśnienie w równowadze cieczy (gazów) jest zgodne Prawo Pascala: ciśnienie w dowolnym miejscu płynu w spoczynku jest takie samo we wszystkich kierunkach, a ciśnienie jest równomiernie przenoszone w całej objętości zajmowanej przez płyn w spoczynku.

Zastanówmy się, jak ciężar płynu wpływa na rozkład ciśnienia wewnątrz nieściśliwego płynu w spoczynku. Gdy ciecz jest w równowadze, ciśnienie poziome jest zawsze takie samo, w przeciwnym razie nie byłoby równowagi. Dlatego swobodna powierzchnia płynu w spoczynku jest zawsze pozioma od ścian naczynia. Jeżeli płyn jest nieściśliwy, to jego gęstość jest niezależna od ciśnienia. Następnie dla przekroju S słupa cieczy jego wysokość h i gęstość ρ waga P = ρgSh, i nacisk na dolną podstawę

p = P/S = ρgSh/S = ρgh, (6.1)

tj. ciśnienie zmienia się liniowo wraz z wysokością. Nacisk ρgh nazywa ciśnienie hydrostatyczne.

Zgodnie ze wzorem (6.1) siła nacisku na dolne warstwy cieczy będzie większa niż na górnych, dlatego na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu określona wzorem Prawo Archimedesa: na ciało zanurzone w cieczy (gazu) z tej cieczy działa skierowana do góry siła wyporu, równa ciężarowi cieczy (gazu) wypartego przez ciało:

FA = ρgV,

gdzie ρ to gęstość cieczy, V- objętość ciała zanurzonego w cieczy.

Równanie ciągłości

Ruch płynów nazywa się pływ, oraz zbiór cząstek poruszającego się płynu - pływ. Graficznie ruch płynów jest przedstawiony za pomocą obecne linie, które są rysowane tak, aby styczne do nich pokrywały się wkrótce w kierunku wektora płyn w odpowiednich punktach w przestrzeni (ryc. 6.1). Linie prądu są rysowane w taki sposób, aby ich gęstość, która charakteryzuje się stosunkiem liczby linii do powierzchni prostopadłej do nich powierzchni, przez którą przechodzą, jest większa tam, gdzie prędkość przepływu płynu jest większa, oraz mniej tam, gdzie płyn płynie wolniej. W ten sposób, zgodnie z układem linii prądu, można ocenić kierunek i moduł prędkości w różnych punktach przestrzeni, czyli określić stan ruchu płynu. Linie opływowe w cieczy można „ujawnić”, na przykład przez domieszanie do niej wszelkich zauważalnych zawieszonych cząstek.

Część płynu ograniczona liniami prądu nazywa się aktualna rura. Nazywa się przepływ płynu przyjęty(lub stacjonarny), jeżeli kształt i położenie linii prądu, a także wartości prędkości w każdym z jej punktów nie zmieniają się w czasie. Rozważ dowolną rurkę prądu. Wybieramy dwie jego sekcje S 1 i S 2 , prostopadle do kierunku prędkości (rys.6.2).

W tym czasie Δ t przez sekcję S objętość przepływów cieczy SΔ t; dlatego w 1s do S 1 przekaże objętość cieczy S 1 υ 1 , gdzie υ 1 - S jeden . Przez sekcję S 2 przez 1 s przepuszcza objętość cieczy S 2 υ 2 , gdzie υ 2 - prędkość przepływu płynu w przekroju S 2 . Zakłada się tutaj, że prędkość płynu w przekroju jest stała. Jeśli płyn jest nieściśliwy ( ρ = const), następnie przez sekcję S 2 przepuszcza taką samą objętość cieczy jak przez sekcję S 1 , tj.

S 1 υ 1 =S 2 υ 2 = const . (6.2)

Dlatego iloczyn prędkości przepływu płynu nieściśliwego i przekrój poprzeczny prąd lampy jest stałą wartością dla danej lampy prądu. Relacja (6.2) nazywa się równanie ciągłości dla nieściśliwego płynu.

Płyn w hydraulice jest uważany za medium ciągłe bez pustych przestrzeni i szczelin. Ponadto nie bierze się pod uwagę wpływu poszczególnych cząsteczek, to znaczy uważa się, że nawet nieskończenie małe cząsteczki cieczy składają się z bardzo dużej liczby cząsteczek.

Z toku fizyki wiadomo, że ze względu na płynność cieczy tj. ruchliwość jego cząstek, nie dostrzega skoncentrowanych sił. Dlatego w cieczy działają tylko siły rozłożone, które mogą być rozłożone w objętości cieczy (siły masy lub ciała) lub na powierzchni (siły powierzchniowe).

Siły objętości (masy)

Siły objętościowe (masowe) obejmują siły grawitacyjne i bezwładności. Są proporcjonalne do masy i są zgodne z drugim prawem Newtona.

Siły powierzchniowe

Siły powierzchniowe powinny obejmować siły, z którymi sąsiednie objętości cieczy lub ciała działają na ciecz, ponieważ efekt ten jest realizowany przez powierzchnie. Rozważmy je bardziej szczegółowo.

Niech siła R działa na płaską powierzchnię o polu S pod dowolnym kątem

Siłę R można rozłożyć na składowe styczne T i normalne F.

Siła tarcia

Składowa styczna nazywana jest siłą tarcia T i powoduje naprężenia ścinające (lub naprężenia tarcia) w płynie:

Jednostką SI dla naprężeń ścinających jest Pascal (Pa) - w odniesieniu do niutona metr kwadratowy(1 Pa \u003d 1 N / m 2).

Ciśnienie cieczy

Siła normalna F nazywana jest siłą nacisku i powoduje normalne naprężenia ściskające w cieczy, które są określone przez stosunek:

Naprężenia normalne powstające w cieczy pod działaniem siły zewnętrzne, nazywane są ciśnieniem hydromechanicznym lub po prostu ciśnieniem.

Systemy odniesienia ciśnienia

Rozważ systemy odniesienia ciśnienia. Istotny w rozwiązywaniu praktycznych problemów jest wybór układu odniesienia ciśnienia (skal ciśnieniowych). Początek skali można wziąć zero absolutne nacisk. Licząc ciśnienia od tego zera, nazywa się je bezwzględnymi - P abs.

Jednak, jak pokazuje praktyka, wygodniej jest rozwiązywać problemy techniczne za pomocą nadciśnienie Pest, tj. kiedy jest uważany za początek skali Ciśnienie atmosferyczne.

Ciśnienie mierzone „w dół” od atmosferycznego zera nazywa się podciśnieniem. Paczka lub próżni.

P abs \u003d P atm + P g

gdzie P atm- ciśnienie atmosferyczne mierzone barometrem.

Związek między ciśnieniem bezwzględnym P abs i podciśnienie Paczka można zamontować w ten sam sposób:

P abs \u003d P atm - P vac

Zarówno nadciśnienie, jak i podciśnienie są mierzone od jednego zera ( P atm), ale w różnych kierunkach.

W ten sposób ciśnienie bezwzględne, nadciśnieniowe i podciśnieniowe są ze sobą powiązane i pozwalają na przekształcenie jednego w drugie.

Jednostki ciśnienia

Praktyka wykazała, że ​​najwygodniej jest stosować nadmierne naciski do rozwiązywania problemów technicznych (stosowanych). Podstawową jednostką ciśnienia w układzie SI jest paskal (Pa), który jest równy ciśnieniu powstającemu przy przyłożeniu siły 1 N do powierzchni 1 m2 (1 Pa = 1 N/m2).

Jednak częściej stosuje się większe jednostki: kilopaskal (1 kPa = 10 3 Pa) i megapaskal (1 MPa = 106 Pa).

W technologii rozpowszechniła się jednostka pozasystemowa - atmosfera techniczna (w), która jest równa ciśnieniu, które występuje, gdy siła 1 kgf działa na powierzchnię 1 cm2 (1 w = 1 kgf / cm 2).

Zależności między najczęściej używanymi jednostkami są następujące:

10 przy = 0,981 MPa ≈ 1 MPa lub 1 przy = 98,1 kPa ≈ 100 kPa.

W literaturze zagranicznej stosowana jest również jednostka ciśnienia bar.

(1 bar = 105 Pa).

W jakich innych jednostkach mierzone jest ciśnienie, możesz zobaczyć

Rozważmy niektóre właściwości cieczy, które mają największy wpływ na zachodzące w nich procesy i dlatego są uwzględniane w obliczeniach układów hydraulicznych.

Gęstość i ciężar właściwy

Najważniejsze cechy właściwości mechaniczne ciecze to jego gęstość i ciężar właściwy. Określają „wagę” cieczy.

Gęstość ρ (kg / m 3) jest rozumiana jako masa cieczy m, zamknięty w jednostce objętości V, tj.

Zamiast gęstości we wzorach można również zastosować ciężar właściwy γ (N/m3), tj. waga G = m⋅g na jednostkę objętości V:

γ = G / V = ​​m⋅g / V = ​​ρ⋅g

Zmiany gęstości i środek ciężkości ciecze o zmianach temperatury i ciśnienia są nieznaczne iw większości przypadków nie są brane pod uwagę.

Gęstości najczęściej używanych cieczy i gazów (kg/m3):

Lepkość

Lepkość to zdolność płynu do opierania się ścinaniu, tj. właściwość, która jest przeciwieństwem płynności (bardziej lepkie płyny są mniej płynne). Lepkość objawia się występowaniem naprężeń ścinających (naprężeń tarcia).

Rozważ warstwowy przepływ płynu wzdłuż ściany (rysunek)

W takim przypadku przepływ płynu jest spowolniony ze względu na jego lepkość. Co więcej, prędkość płynu w warstwie jest tym mniejsza, im bliżej ściany. Zgodnie z hipotezą Newtona naprężenie ścinające powstające w warstwie cieczy w odległości y od ściany jest określone zależnością:

Prawo tarcia Newtona

gdzie dv/dy to gradient prędkości charakteryzujący intensywność wzrostu prędkości v wraz z odległością od ściany (wzdłuż osi y), μ to lepkość dynamiczna płynu.

Przepływ większości płynów używanych w układy hydrauliczne są zgodne z prawem tarcia Newtona i są nazywane płynami newtonowskimi.

Należy jednak pamiętać, że istnieją ciecze, w których prawo Newtona jest w pewnym stopniu naruszane. Takie płyny nazywane są nienewtonowskimi.

Wartość μ zawarta we wzorze (lepkość dynamiczna płynu) jest mierzona w Pa ⋅ z lub w puzach 1 P = 0,1 Pa ⋅ z. Poise (oznaczenie: P, do 1978 pz; międzynarodowy - P; z francuskiego poise) - jednostka lepkości dynamicznej w układzie jednostek CGS. Jeden puaz jest równy lepkości cieczy, która opiera się sile 1 dyny na wzajemny ruch dwóch warstw cieczy o powierzchni 1 cm², znajdujących się w odległości 1 cm od siebie i poruszających się wzajemnie z prędkością prędkość względna 1 cm / s.

1 P \u003d 1 g / (cm·s) \u003d 0,1 N·s / m²

Jednostka nosi imię J. L. M. Poiseuille'a. Poise ma odpowiednik w układzie SI - sekundę paskala (Pa s).

1 Pa·s = 10 P

Woda w temperaturze 20°C ma lepkość 0,01002 P, czyli około 1 centypuaz.

Jednak w praktyce więcej szerokie zastosowanie znaleziony

Lepkość kinematyczna:

Jednostką miary tego ostatniego w układzie SI jest m 2 / s lub mniejsza jednostka - cm 2 / s, potocznie nazywana Stokesem, 1 St = 1 cm 2 / s. Centystokes są również używane do pomiaru lepkości: 1 cSt = 0,01 St.

Lepkość cieczy w znacznym stopniu zależy od temperatury, a lepkość spadających cieczy maleje wraz ze wzrostem temperatury, natomiast lepkość gazów wzrasta (patrz rysunek).

Wyjaśnia to fakt, że w kroplach płynów, gdzie cząsteczki są blisko siebie, lepkość wynika z sił spójności molekularnej. Siły te słabną wraz ze wzrostem temperatury, a lepkość maleje. W gazach cząsteczki znajdują się znacznie dalej od siebie. Lepkość gazu zależy od intensywności chaotycznego ruchu cząsteczek. Wraz ze wzrostem temperatury intensywność ta wzrasta, a lepkość gazu wzrasta.

Lepkość cieczy również zależy od ciśnienia, ale zmiana ta jest nieznaczna iw większości przypadków nie jest brana pod uwagę.

Ściśliwość

Ściśliwość to zdolność cieczy do zmiany objętości pod ciśnieniem. Ściśliwość spadających cieczy i gazów znacznie się różni. Tak więc spadające ciecze bardzo nieznacznie zmieniają swoją objętość wraz ze zmianą ciśnienia. Przeciwnie, gazy mogą być znacznie sprężone pod ciśnieniem i rozszerzać się w nieskończoność w przypadku jego braku.

Aby wziąć pod uwagę ściśliwość gazów w różne warunki można wykorzystać równania stanu gazu lub zależności dla procesów politropowych.

Ściśliwość spadających cieczy charakteryzuje się stopniem sprężania objętościowego β p (Pa -1):

gdzie dV jest zmianą objętości pod ciśnieniem; dr - zmiana ciśnienia; V to objętość cieczy.

Znak minus we wzorze wynika z faktu, że wraz ze wzrostem ciśnienia zmniejsza się objętość cieczy, tj. dodatni przyrost ciśnienia powoduje ujemny przyrost objętości.

Przy skończonych przyrostach ciśnienia i znanej początkowej objętości V 0 można wyznaczyć końcową objętość cieczy:

V 1 \u003d V 0 (1 - β p Δp)

jak również jego gęstość

Odwrotność współczynnika ściskania objętościowego β p nazywana jest objętościowym modułem sprężystości cieczy (lub moduł sprężystości) K = 1/ β p (Pa).

Wartość ta jest zawarta w uogólnionym prawie Hooke'a, które wiąże zmianę ciśnienia ze zmianą objętości

Moduł sprężystości spadających cieczy zmienia się wraz ze zmianami temperatury i ciśnienia. Jednak w większości przypadków K uważa się za wartość stałą, przyjmując za jej średnią wartość w danym zakresie temperatur lub ciśnień.

Moduł sprężystości niektórych cieczy (MPa):

Rozszerzalność cieplna

Zdolność cieczy do zmiany objętości wraz ze zmianą temperatury nazywana jest rozszerzalnością cieplną. Charakteryzuje się współczynnikiem rozszerzalności cieplnej β t:

gdzie dT to zmiana temperatury; dV to zmiana objętości pod wpływem temperatury; V to objętość cieczy.

Dla skończonych przyrostów temperatury:

V 1 \u003d V 0 (1 + β t ΔT)

Jak widać ze wzorów, wraz ze wzrostem temperatury objętość cieczy wzrasta, a gęstość maleje.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej cieczy zależy od ciśnienia i temperatury:

To znaczy w różne warunki współczynnik rozszerzalności cieplnej zmienił się 50 razy. Jednak w praktyce wartość średnia jest zwykle przyjmowana w zadanym zakresie temperatur i ciśnień, np. dla oleje mineralneβ t ≈ 800 10 -6 1/deg.

Gazy zmieniają swoją objętość dość znacząco wraz ze zmianą temperatury. Aby uwzględnić tę zmianę, stosuje się równania stanu gazów lub wzory na procesy politropowe.

Odparowanie

Każda upuszczająca ciecz może zmienić jej stan skupienia, w szczególności zamieniają się w parę. Ta właściwość upuszczania cieczy nazywana jest lotnością. w hydraulice najwyższa wartość ma stan, w którym rozpoczyna się intensywne parowanie w całej objętości - wrzenie cieczy.

Aby rozpocząć proces wrzenia, należy stworzyć określone warunki (temperatura i ciśnienie). Na przykład woda destylowana wrze przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze 100°C. Jest to jednak szczególny przypadek wrzącej wody. Ta sama woda może wrzeć w innej temperaturze, jeśli znajduje się pod wpływem innego ciśnienia, tj. dla każdej temperatury cieczy użytej w układzie hydraulicznym istnieje własne ciśnienie, przy którym wrze.

Ciśnienie, przy którym ciecz wrze, nazywa się prężnością pary nasyconej (p n.p.).

wartość p n.p. zawsze podawany jako ciśnienie bezwzględne i zależy od temperatury.

Na przykład rysunek pokazuje zależność ciśnienia nasyconych par wody od temperatury.

Na wykresie zaznaczono punkt A, odpowiadający temperaturze 100°C i normalnemu ciśnieniu atmosferycznemu pa. Jeśli na wolnej powierzchni wody stworzysz więcej wysokie ciśnienie p 1, to będzie gotować więcej wysoka temperatura T 1 (punkt B na rysunku). Odwrotnie, przy niskim ciśnieniu p 2 woda wrze w niższej temperaturze T 2 (punkt C).

Rozpuszczalność gazów

Wiele cieczy jest zdolnych do samodzielnego rozpuszczania gazów. Zdolność ta charakteryzuje się ilością rozpuszczonego gazu na jednostkę objętości cieczy, różni się dla różnych cieczy i zmienia się wraz ze wzrostem ciśnienia.

Względną objętość gazu rozpuszczonego w cieczy do całkowitego nasycenia można uznać, zgodnie z prawem Henry'ego, za wprost proporcjonalną do ciśnienia, to znaczy:

gdzie V g jest objętością rozpuszczonego gazu zredukowanego do normalnych warunków (p 0 , T 0);
V W - objętość cieczy;
k - współczynnik rozpuszczalności;
p to ciśnienie płynu.

Współczynnik k przyjmuje w temperaturze 20°C następujące wartości:

Przy obniżeniu ciśnienia gaz rozpuszczony w cieczy jest zresztą uwalniany intensywniej niż się w niej rozpuszcza. Zjawisko to może niekorzystnie wpłynąć na pracę układów hydraulicznych.

Jak wiecie, siła grawitacji działa na wszystkie ciała na Ziemi: stałe, płynne i gazowe.
Rozważ płyny. Wlej wodę do naczynia z elastyczną membraną zamiast dna. Obserwujemy, jak gumowa folia zaczyna zwisać. Łatwo zgadnąć, że pod działaniem grawitacji ciężar kolumny cieczy naciska na dno naczynia. Co więcej, im wyższy poziom wlewanej cieczy, tym bardziej rozciąga się gumowa membrana. Po tym jak gumowe dno się zapadnie, woda przestaje (dochodzi do równowagi), ponieważ oprócz grawitacji na wodę oddziałuje siła sprężystości gumowej membrany, która równoważy siłę naporu wody na dno.
Zastanów się, czy płyn naciska na ściany naczynia? Weź naczynie z otworami w bocznej ścianie. Wlejmy do niego wodę. I szybko otwórz dziury. Obserwujemy obraz bardzo podobny do doświadczenia z piłką Pascala. Ale jednocześnie nie ciśnienie zewnętrzne nie dostarczyliśmy płynu. Aby wyjaśnić to doświadczenie, trzeba przypomnieć prawo Pascala.
Każda warstwa cieczy, każda cząsteczka swoim ciężarem naciska na dolne warstwy. Co więcej, zgodnie z prawem Pascala, ciśnienie to jest przenoszone we wszystkich kierunkach i jednakowo, w przeciwieństwie do ciała stałe, którego waga działa tylko w jednym kierunku. Więc na dolne warstwy cieczy w naczyniu działa duża ilość cząsteczki cieczy niż na górnych - ciśnienie w dolnej części naczynia jest większe. W efekcie ciśnienie wody z dolnego otworu jest znacznie większe.
Zróbmy jeszcze jeden eksperyment. Umieśćmy kolbę z opadającym dnem w dużym naczyniu z wodą. Aby to zrobić, najpierw mocno dociśnij spód liną. Gdy statek znajdzie się w wodzie, możesz puścić linę. Do czego mocno docisnął dno naczynie cylindryczne? Dno naczynia zostało dociśnięte do ścianek ciśnieniem wody, które działa od dołu do góry.
Teraz powoli i ostrożnie zacznij dodawać wodę do pustego naczynia. Gdy tylko poziomy płynów w obu naczyniach się wyrównają, dno odpadnie z naczynia.
Ponieważ siły ciśnienia wody wewnątrz cylindra i na zewnątrz stały się takie same, dno będzie się zachowywać tak samo jak w powietrzu - jak tylko wypuścimy linę, dno opadnie grawitacyjnie.
W momencie rozdzielenia słupek cieczy w naczyniu naciska na dno, a ciśnienie jest przenoszone z dołu do góry na dno kolumny cieczy o tej samej wysokości, ale znajdującej się w słoiku.
Wszystkie te eksperymenty można również przeprowadzić z innymi cieczami. Wynik będzie taki sam.
Empirycznie ustaliliśmy, że wewnątrz cieczy panuje ciśnienie. Na tym samym poziomie jest taki sam we wszystkich kierunkach. Ciśnienie wzrasta wraz z głębokością. Gazy mają również wagę, która odpowiada za podobne właściwości przenoszenia ciśnienia zarówno cieczy, jak i gazów. Jednak gaz ma znacznie mniejszą gęstość niż ciecz. Porozmawiajmy o innym niesamowitym i pozornie niemożliwym zjawisku, które nazywa się „paradoksem hydrostatycznym”. Użyjmy specjalne urządzenie aby zademonstrować to zjawisko.
W eksperymencie używamy trzech naczyń różne kształty wypełniony płynem do jednego poziomu. Powierzchnia dna wszystkich naczyń jest taka sama i jest zamknięta gumową membraną. Wylany płyn rozciąga membranę. Zginając, gumowa folia naciska na dźwignię i odchyla strzałkę urządzenia.
Strzałka urządzenia we wszystkich trzech przypadkach odbiega jednakowo. Oznacza to, że ciśnienie wytwarzane przez ciecz jest takie samo i nie zależy od masy wlewanej cieczy. Ten fakt nazywa się paradoksem hydrostatycznym. Wyjaśnia to fakt, że ciecz, w przeciwieństwie do ciał stałych, przenosi również część ciśnienia na ścianki naczyń.

Ciecze i gazy przenoszą ciśnienie przyłożone do nich we wszystkich kierunkach. Stwierdza to prawo Pascala i doświadczenie praktyczne.

Ale jest też ciężar własny, który powinien również wpływać na ciśnienie panujące w cieczach i gazach. Waga własnych części lub warstw. Górne warstwy płynu naciskają na środkowe, środkowe na dolne, a ostatnie na dole. czyli my możemy mówić o istnieniu ciśnienia słupa cieczy w spoczynku na dnie.

Formuła ciśnienia w kolumnie cieczy

Wzór na obliczenie ciśnienia słupa cieczy o wysokości h jest następujący:

gdzie ρ jest gęstością cieczy,
g - przyspieszenie swobodnego spadania,
h to wysokość słupa cieczy.

Jest to wzór na tak zwane ciśnienie hydrostatyczne płynu.

Ciśnienie kolumny cieczy i gazu

Ciśnienie hydrostatyczne, czyli ciśnienie wywierane przez płyn w spoczynku, na dowolnej głębokości, nie zależy od kształtu naczynia, w którym znajduje się płyn. Ta sama ilość wody, znajdująca się w różnych naczyniach, będzie wywierać inny nacisk na dno. Dzięki temu nawet przy niewielkiej ilości wody możesz wytworzyć ogromne ciśnienie.

Wykazał to bardzo przekonująco Pascal w XVII wieku. W zamkniętej beczce pełne wody, włożył bardzo długą wąską rurkę. Wspinając się na drugie piętro, wlał do tej rury tylko jeden kubek wody. Beczka pękła. Woda w tubie, ze względu na jej niewielką grubość, podniosła się na bardzo dużą wysokość, a ciśnienie wzrosło do takich wartości, że lufa nie wytrzymała. To samo dotyczy gazów. Jednak masa gazów jest zwykle znacznie mniejsza niż masa cieczy, więc ciśnienie w gazach ze względu na ich wagę można często w praktyce ignorować. Ale w niektórych przypadkach trzeba się z tym liczyć. Na przykład ciśnienie atmosferyczne, które wywiera nacisk na wszystkie obiekty na Ziemi, bardzo ważne w niektórych procesach produkcyjnych.

Dzięki hydrostatycznemu ciśnieniu wody statki, które często ważą nie setki, ale tysiące kilogramów, mogą unosić się na wodzie, a nie tonąć, gdy woda napiera na nie, jakby je wypychała. Ale właśnie z powodu tego samego ciśnienia hydrostatycznego na dużych głębokościach nasze uszy są zablokowane i nie można zejść na bardzo duże głębokości bez urządzenia specjalne- kombinezon do nurkowania lub batyskaf. Tylko nieliczni mieszkańcy mórz i oceanów przystosowali się do życia w warunkach silnej presji na dużych głębokościach, ale z tego samego powodu nie mogą istnieć w górne warstwy wody i mogą umrzeć, jeśli spadną na płytką głębokość.