Formula presiunii mecanice. Presiunea pe un solid

Anul trecut am terminat munca de proiect pe tema „Presiunea și semnificația ei în activități practice”. Am devenit interesați de semnificația presiunii în lumea din jurul nostru. A fost interesant să găsim aplicarea cunoștințelor noastre în scopuri practice.

Ne place foarte mult să mergem la plimbări în pădurea de iarnă. A devenit interesant: de ce este posibil să cazi într-un râu de zăpadă în timp ce stai fără schiuri, dar pe schiuri poți aluneca pe orice tobogan cu zăpadă. Acasă, stând pe un scaun tare, nu este posibil să stai foarte mult timp, dar pe un scaun moale poți sta ore în șir. De ce?

Când ne uităm la diferite mașini, acordăm atenție diferitelor dimensiuni ale roților. De ce vehiculele grele și vehiculele de teren au anvelope foarte largi?

Conceptul de presiune.

Presiunea și forța de presiune

Am observat în mod repetat cum acțiunea aceleiași forțe duce la rezultate diferite. De exemplu, indiferent de cât de tare am apăsa pe tablă, este puțin probabil să reușim să o străpungem cu degetul. Dar, aplicând aceeași forță pe capul știftului, introducem ușor capătul ascuțit în aceeași placă. Pentru a evita căderea în zăpadă adâncă, o persoană își pune schiurile. Și, deși greutatea unei persoane nu se schimbă, ea nu apasă suprafața zăpezii în timp ce schiează.

Acestea și multe alte exemple arată că rezultatul unei forțe depinde nu numai de ea valoare numerică, dar și aria suprafeței, aceeași forță exercită o presiune diferită.

Presiunea este raportul dintre forța care acționează pe suprafața unui corp perpendicular pe această suprafață și aria acestei suprafețe:

PRESIUNE = FORȚĂ_

Presiunea este de obicei indicată cu litera p. Prin urmare, puteți scrie formula folosind notația cu litere (rețineți că forța este notă cu litera F și aria cu S): p = _F_

Presiunea arată cât de multă forță acționează asupra unei unități de suprafață a unui corp. Unitatea de măsură a presiunii este pascal (Pa). O presiune de un Pascal exercită o forță de un Newton pe o suprafață de unu metru patrat: 1 Pa = 1 N/1 m².

Forța care creează presiune pe orice suprafață se numește forță de presiune.

Dacă înmulțiți presiunea cu aria suprafeței, puteți calcula forța de presiune: forța de presiune = suprafața de presiune, sau același lucru în notație cu litere:

Pentru a reduce presiunea, este suficient să crești suprafața peste care acționează forța. De exemplu, creșterea zonei părții inferioare a fundației, reducând astfel presiunea casei pe sol. Tractoarele și tancurile au o suprafață mare de susținere a șenilelor, prin urmare, în ciuda greutății lor semnificative, presiunea lor asupra solului nu este atât de mare: aceste vehicule pot trece chiar și prin soluri mlăștinoase, mlăștinoase.

În cazurile în care este necesară creșterea presiunii, aria suprafeței este redusă (în timp ce forța de presiune rămâne aceeași). Deci, pentru a crește presiunea, instrumentele de perforare și tăiere sunt ascuțite - foarfece, cuțite, ace, tăietoare de sârmă.

2. Presiunea la adâncime

Un scafandru care poartă echipament ușor se poate scufunda în apă la o adâncime de aproximativ 80 de metri. Dacă este necesară o scufundare mai adâncă, se folosesc costume spațiale speciale și se folosesc vehicule speciale de adâncime, cum ar fi submarinele și batiscafele. Ele protejează o persoană de presiunea enormă care acționează asupra corpului, scufundat în adâncime. Cum apare această presiune?

Să împărțim mental lichidul în straturi orizontale. Stratul superior de lichide este afectat de gravitație, astfel încât greutatea stratului superior de lichid creează presiune asupra celui de-al doilea strat. Al doilea strat este, de asemenea, afectat de gravitație, iar greutatea celui de-al doilea strat creează presiune asupra celui de-al treilea strat. Cu toate acestea, conform legii lui Pascal, al doilea strat transferă, de asemenea, presiunea stratului superior către cel de-al treilea strat fără schimbare. Aceasta înseamnă că al treilea strat este sub o presiune mai mare decât al doilea. O imagine similară se observă cu straturile ulterioare: cu cât este mai adânc, cu atât presiunea este mai mare. Într-un lichid comprimat de această presiune ia naștere o forță elastică, care exercită presiune asupra pereților și fundului vasului și pe fundul suprafeței corpurilor scufundate în lichid.

Să calculăm presiunea exercitată de o coloană de lichid de înălțimea h pe fundul unui vas a cărui zonă este S. O greutate egală cu forța gravitațională exercită presiune pe fundul vasului. Calculăm forța gravitației folosind formula cunoscută nouă: F grea = m g, unde m este masa lichidului. Deși masa ne este necunoscută, o putem calcula din volum și densitate: m = p V

Să luăm densitatea din tabel și să calculăm volumul V. Volumul, după cum se știe, este egal cu produsul dintre aria bazei S și înălțimea h; V=s h. Masa lichidului va fi egală cu: m = p V= p S h

Să înlocuim masa în formula de calcul al forței gravitaționale:

Fstrand= m g = p S h g

Să determinăm presiunea lichidului la fundul vasului:

După cum se poate observa din formulă, presiunea lichidului din fundul vasului este direct proporțională cu înălțimea coloanei de lichid.

Folosind aceeași formulă, putem calcula presiunea unei coloane de lichid: atunci ca h trebuie să înlocuim adâncimea la care dorim să determinăm presiunea.

Deoarece legea lui Pascal este valabilă nu numai pentru lichide, ci și pentru gaze, toate raționamentele și concluziile de mai sus se aplică nu numai lichidelor, ci și gazelor.

Se spune adesea că trăim în partea de jos a stratului aerisit de aer care înconjoară Pământul. Acest - Presiunea atmosferică. Se știe că odată cu creșterea altitudinii deasupra nivelului mării, presiunea atmosferică scade. Acest lucru este ușor de explicat: cu cât ne ridicăm mai sus, cu atât înălțimea coloanei de aer h este mai mică și, prin urmare, presiunea pe care o creează este mai mică.

3. Transmiterea presiunii prin lichide și gaze

Solidele transmit presiunea exercitată asupra lor în direcția forței. De exemplu, un buton împinge placa în aceeași direcție în care degetul tău apasă pe ea.

Situația este complet diferită cu lichide și gaze. Dacă înșelăm balon, apoi cu respirația noastră exercităm presiune într-o direcție foarte specifică. Cu toate acestea, mingea se umflă în toate direcțiile.

În timp ce se joacă cu stropitoare de casă, băieții stoarce părțile laterale ale borcanelor de plastic umplute cu apă. În același timp, apa iese din orificiul dopului - direcția presiunii se schimbă. Aceste experimente și similare confirmă legea lui Pascal, care spune: lichidele și gazele transferă presiunea exercitată asupra lor fără modificare în fiecare punct al lichidului sau gazului.

Această proprietate a lichidelor și gazelor se explică prin structura lor. În locul lichidului sau gazului pe care se aplică presiunea, particulele substanței vor fi localizate mai dens decât înainte. Dar particulele de materie din lichide și gaze sunt mobile și, din acest motiv, nu pot fi localizate mai dens într-un loc decât în ​​altul. Prin urmare, particulele sunt din nou distribuite uniform, dar la o distanță mai apropiată unele de altele. Presiunea exercitată asupra unor particule ale unei substanțe este transmisă tuturor celorlalte particule.

Legea lui Pascal stă la baza proiectării mașinilor și dispozitivelor hidraulice și pneumatice.

Mașinile hidraulice se bazează pe două vase cilindrice de diferite diametre umplute cu lichid, de obicei ulei. Vasele sunt conectate între ele printr-un tub. Fiecare dintre vase are un piston care se potrivește strâns pe pereții vasului, dar în același timp se poate mișca liber în sus și în jos.

Dacă pe pistonul unui cilindru mic se aplică o forță F1, atunci, cunoscând aria lui (să o notăm S1), este ușor de calculat presiunea exercitată asupra acestuia:

Conform legii lui Pascal, lichidul va transfera această presiune către pistonul mare fără modificare: de jos, lichidul exercită presiune p asupra pistonului mare. Având în vedere că aria pistonului mare este S2, calculăm forța de presiune F2:

Să exprimăm presiunea din formula (2) și să obținem:

Să observăm că părțile stângi ale egalității (1) și (3) sunt egale între ele. Aceasta înseamnă că părțile drepte ale acestor egalități sunt, de asemenea, egale, adică:

De unde rezultă că

Astfel, am obținut următorul rezultat: de câte ori aria celui de-al doilea piston mai multă zonăÎn primul rând, mașina hidraulică oferă același număr de ori câștig de putere.

Se găsesc modele bazate pe principiul unei mașini hidraulice aplicare largăîn tehnologie.

Capitolul 2. Aplicare practică

1. Calculul presiunii umane pe și fără schiuri.

Greutatea mea este de 46 de kilograme. Știind că gravitația se calculează prin formula

Ft = mg; formula de bază va fi următoarea vedere: p = ; unde S este aria ambelor schiuri, cunoscând dimensiunea schiurilor, o calculăm.

Dimensiuni schi 1,6 m 0,04 m; apoi S1 = 1,6 0,04 = 0,064 (m²) (Aceasta este suprafața unui schi și avem două dintre ele). Ca urmare, formula finală de calcul va avea următoarea formă: p = = = 3593 = 3593Pa

Acum să calculăm presiunea pe care o exercit în timp ce stau pe podea. Să calculăm dimensiunile tălpii pantofului 26 cm * 10,5 cm, atunci

S2 = 0,26 m * 0,105 m = 0,027 m² (aceasta este suprafața unei tălpi, avem două dintre ele). Ca rezultat, formula finală de calcul va arăta astfel:

Р2 = = 8518 Pa

În urma calculelor, am aflat că presiunea pe schiuri este de 3595 Pa, iar presiunea fără schiuri pe suport este de 8518 Pa.

În urma calculelor obținute, aria schiurilor este de 0,128 m², iar aria tălpii este de 0,054 m².

0,128 m² > 0,054 m² de 2,3 ori.

Din aceasta putem trage următoarea concluzie: de câte ori creștem aria de sprijin, de aceeași cantitate scade presiunea pe care o creăm asupra suportului.

2. Calculul presiunii pe suport în diferite poziții ale barei.

Trebuie să facem acest lucru pentru a ne da seama cum să facem cărămidă într-o casă de țară? În ce caz se va exercita o presiune mai mică?

Să măsurăm bara experimental. Dimensiunile blocului sunt 10 cm * 6 cm * 4 cm Pentru calcule folosim urmatoarele formule: p = Ft = mg p =

Să găsim zonele fețelor:

S1 = 0,1 m * 0,06 m = 0,006 m²

S2 = 0,1 m * 0,04 m = 0,004 m²

S3 = 0,06 * 0,04 m = 0,0024 m²

Să cântărim blocul. m = 100g = 0,1 kg

Să efectuăm calculele necesare.

p1 = = Pa = 167 Pa p2 = = Pa = 250 Pa p3 = Pa = 417 Pa

După ce am examinat dependența presiunii de suprafața de sprijin, ajungem la concluzia: de câte ori creștem zona de sprijin, de același număr de ori scade presiunea pe care o creăm asupra suportului.

S1 (0,006 m²) > S2 (0,004 m²) > S3 (0,0024 m²)

3. Calculul presiunii lichidului la fundul vaselor.

În viața practică întâlnim vase de diferite forme: borcane marimi diferite, sticle, oale, căni. Să calculăm presiunea pe care o exercită o coloană de apă pe fundul vaselor de diferite forme.

Se toarnă apă într-un borcan de 3 litri și 1 litru de apă și se calculează presiunea lichidului din fundul vaselor. Înălțimea coloanei de lichid în borcane variază. Într-un borcan de 3 litri are 5 cm, iar într-un borcan de litri are 14 cm.

Formula de calcul pentru găsirea presiunii într-un lichid:

Р = ρ g h ρ = 1000 kg/m² (densitatea apei) h1= 14 cm = 0,14 m h2 = 5 cm = 0,05 m

Presiune inferioară borcan de litru: P1 = 1000kg/m * 10N/kg * 0,14m = 1400N/m = 1400Pa

Presiune la fundul unui borcan de 3 litri: P2 = 1000kg/m * 10N/kg * 0.05m = 500N/kg = 500Pa h1 (0.14 m) > h2 (0.05m) p1 (1400 Pa) > p2 ( 500 Pa) )

În urma experimentului, am aflat că aceeași cantitate de apă exercită o presiune diferită pe fundul vaselor și depinde direct doar de înălțimea coloanei de lichid.

Capitolul 3. Presiunea în natură și tehnologie.

Când ne-am familiarizat cu literatura despre tema „Presiunea”, am învățat o mulțime de lucruri interesante și instructive.

1. Presiunea atmosferică în natura vie

Muștele și broaștele de copac se pot lipi de geamul ferestrei datorită ventuzelor minuscule care creează un vid, iar presiunea atmosferică ține ventuza de sticlă.

Peștii lipicios au o suprafață de aspirare constând dintr-o serie de pliuri care formează „buzunare” adânci. Când încercați să rupeți ventuza de suprafața de care este lipită, adâncimea buzunarelor crește, presiunea din ele scade, iar apoi presiunea exterioară apasă ventuza și mai tare.

Elefantul folosește presiunea atmosferică ori de câte ori vrea să bea. Gâtul lui este scurt și nu își poate apleca capul în apă, ci doar coboară trunchiul și trage aer. Sub influența presiunii atmosferice, trunchiul se umple cu apă, apoi elefantul îl îndoaie și îi toarnă apă în gură.

Efectul de aspirare al mlaștinii se explică prin faptul că, atunci când ridicați piciorul, sub acesta se formează un spațiu descărcat. Excesul de presiune atmosferică în acest caz poate ajunge la 1000 N pe suprafața piciorului adult. Cu toate acestea, copitele animalelor artiodactile, atunci când sunt scoase dintr-o mlaștină, permit aerului prin tăierea lor în spațiul descărcat rezultat. Presiunea de deasupra și de dedesubt copitei este egalizată, iar piciorul este îndepărtat fără mare dificultate.

2. Utilizarea presiunii în tehnologie.

Presiunea la adâncimea mării este foarte mare, așa că o persoană nu poate rămâne la adâncime fără echipament special. Cu scufundări o persoană poate coborî la o adâncime de aproximativ 100 de metri. Protejându-se cu corpul unui submarin, o persoană poate coborî până la un kilometru adâncime în mare. Și numai dispozitivele speciale - batiscafe și batisfere - vă permit să coborâți la adâncimi de câțiva kilometri.

Anul trecut, a avut loc explorarea în adâncuri a lacului nostru Baikal. Dispozitivul care s-a scufundat pe fundul lacului sacru se numește „Mir”. Au fost facute fotografii unice peisajul, flora și fauna lacului Baikal. Au fost prelevate probe de sol de pe fundul lacului. Se plănuiește continuarea lucrărilor începute pentru a studia cel mai adânc lac din lume.

Când se scufundă adânc cu echipament de scuba, o persoană trebuie să se protejeze de boala de decompresie. Apare dacă un scafandru se ridică rapid de la adâncime la suprafață. Presiunea apei scade brusc, iar aerul dizolvat în sânge se extinde. Bulele rezultate blochează vasele de sânge, interferând cu fluxul sanguin, iar persoana poate muri. Prin urmare, scafandrii urcă încet, astfel încât sângele să aibă timp să transporte bulele de aer rezultate în plămâni.

Atmosfera se rotește în jurul axei Pământului împreună cu Pământul. Dacă atmosfera ar fi nemișcată, atunci un uragan cu viteze ale vântului de peste 1500 km/h ar domni în mod constant pe Pământ.

Datorită presiunii atmosferice, asupra fiecărui centimetru pătrat al corpului nostru acționează o forță de 10 N.

unele planete sistem solar au și atmosfere, dar presiunea lor nu permite unei persoane să fie acolo fără costum spațial. Pe Venus, de exemplu, presiunea atmosferică este de aproximativ 100 atm, pe Marte - aproximativ 0,006 atm.

Barometrele Torricelli sunt cele mai precise barometre. Sunt dotate cu stații meteorologice și, pe baza citirilor acestora, se verifică funcționarea barometrelor aneroide.

Un barometru aneroid este un instrument foarte sensibil. De exemplu, urcând la ultimul etaj din 9 clădire cu etaj, datorita diferentei de presiune atmosferica la diferite altitudini, vom constata o scadere a presiunii atmosferice cu 2-3 mmHg. Artă.

scăderea sau creșterea artificială a presiunii atmosferice în încăperi speciale - camere de presiune - se utilizează în scopuri medicinale. Una dintre metodele de baroterapie („terapie” greacă - tratament) este plasarea borcanelor medicale de sticlă acasă.

Prin introducerea unui ac sau a unui ac în material, creăm o presiune de aproximativ 100 MPa.

3. Fapte interesante

*De ce este greu să stai pe un simplu taburet, în timp ce pe un scaun, tot din lemn, deloc greu? De ce să stai întins moale într-un hamac de frânghie, care este țesut pe fundul unor șireturi destul de dure?*

Nu este greu de ghicit. Sezutul unui taburet simplu este plat; corpul nostru intră în contact cu el doar de-a lungul unei suprafețe mici, pe care se concentrează întreaga greutate a corpului. Scaunul are un scaun concav; vine în contact cu corpul pe o suprafață mare; Greutatea corpului este distribuită pe această suprafață: există mai puțină sarcină și mai puțină presiune pe unitatea de suprafață.

Anvelopele foarte largi sunt fabricate pentru vehicule grele. Acest lucru reduce presiunea pe drum. Presiunea trebuie redusă atunci când conduceți pe o suprafață mlăștinoasă. Pentru a face acest lucru, sunt așezate chagas din lemn pe care pot conduce chiar și tancurile.

Acele, lamele și obiectele tăiate sunt ascuțite astfel încât, cu forțe reduse, se creează multă presiune pe vârf. Aceste instrumente sunt mult mai ușor de lucrat.

Acest lucru poate fi observat și în lumea animală. Acestea sunt colți de animale, gheare, ciocuri etc.

Cum bem?

Este cu adevărat posibil să te gândești la asta? Cu siguranță. Punem un pahar sau o lingură de lichid la gură și „atragem” conținutul acestuia. Este această simplă „aspirare” de lichid cu care suntem atât de obișnuiți care trebuie explicată. De ce, de fapt, ne curge lichidul în gură? Ce o fascinează? Motivul este acesta: atunci când bem, extindem pieptul și, prin urmare, subțiem aerul din gură; sub presiunea aerului exterior, lichidul se repezi în spațiul în care presiunea este mai mică și astfel pătrunde în gura noastră.

Dimpotrivă, dacă apuci cu buzele gâtul unei sticle, nu vei „trage” apă din ea în gură cu niciun efort, deoarece presiunea aerului în gură și deasupra apei este aceeași.

Deci, strict vorbind, bem nu numai cu gura, ci și cu plămânii; la urma urmei, expansiunea plămânilor este motivul pentru care lichidul intră în gură.

Pe parcursul lucrărilor efectuate, am învățat profund conceptul de „Presiune” din punct de vedere fizic. Am examinat utilizarea sa în diverse situații de viață, în natură și tehnologie. Am învățat semnificația acestui concept pentru lumea animală, am examinat cazuri de aplicare practică a presiunii în viața umană și fauna sălbatică. Am calculat folosind abilitățile matematice și am studiat tiparele de manifestare a presiunii în următoarele situații:

Presiunea umană în diverse situații;

Presiunea lichidului la fundul vaselor;

Presiunea unui corp solid pe un suport;

Presiunea propriului corp într-o situație extremă.

În urma cercetării, s-au obținut următoarele concluzii:

1. La solide, presiunea poate fi redusă prin creșterea zonei de sprijin.

2. În lichide și gaze, presiunea depinde direct de înălțimea coloanei de lichid sau de gaz

Când un corp apasă pe suprafața altuia, acesta exercită o forță asupra acestuia, adică. forta de presiune. La rândul său, corpul asupra căruia un alt corp apasă experimentează acțiunea acestei forțe, adică. presiune.

Când o persoană stă pe o anumită suprafață, suprafața suferă presiune din cauza greutății persoanei (după cum știm, greutatea este forță). Când o persoană înființează un cui într-o ușă de lemn, ușa prin cui se confruntă cu presiunea din forța loviturilor persoanei.

Din aceste exemple putem concluziona că forta de presiune este indreptata perpendicular pe suprafata pe care se aplica. Forța are o direcție.

Presiunea este caracterizată doar de o valoare numerică. Nu are direcție, adică. presiunea este o mărime scalară. Presiunea se referă la suprafața pe care se aplică o forță (forța de presiune).

Este clar că cu cât presiunea este mai mare, cu atât presiunea va fi mai mare. Cu toate acestea, presiunea nu depinde numai de forță, ci și de suprafața pe care este aplicată acea forță. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât presiunea este mai mică pentru aceeași forță.. Ne putem imagina că aceeași forță este, parcă, „împrăștiată” pe un număr mai mare de puncte de pe suprafață și, prin urmare, fiecare punct primește mai puțină forță, astfel încât presiunea în fiecare punct este mai mică.

Astfel, presiunea depinde de forța de presiune în proporție directă și de aria de influență în proporție inversă. Dacă notăm presiunea cu litera p, forța cu F și aria cu litera S, atunci aceste relații pot fi exprimate prin formula:

Presiune este o mărime fizică egală cu raportul dintre forța de presiune care acționează pe o anumită zonă și această zonă.

Dacă dorim să creștem presiunea, atunci trebuie să creștem forța de presiune și (sau) să reducem aria de acțiune a forței. Dacă este necesar să se reducă presiunea, atunci este necesar să se reducă forța și (sau) să se mărească suprafața pe care se aplică presiunea.

În practică, zona este schimbată mai des, deoarece este mai ușor. De exemplu, pentru ca un vehicul de teren să poată merge prin zăpadă sau o mlaștină fără să cadă în ea, roțile sale sunt suficient de largi. În acest caz, greutatea vehiculului de teren este redistribuită pe o suprafață mai mare și forța de presiune pe fiecare unitate de suprafață devine mai mică. Sau, de exemplu, pentru a tăia mai bine un cuțit, îl ascuțesc și încearcă să-l subțieze. În acest caz, forța este redistribuită pe o suprafață mai mică și pune mai multă presiune asupra obiectului tăiat.

Deoarece unitatea de forță SI este newton (N) și aria este metru pătrat (m2), presiunea se măsoară în newtoni pe metru pătrat (N/m2). Totuși, în loc de N/m 2 se folosește unitatea de măsură Pa (pascal). Adică 1 N/m2 = 1 Pa.

O presiune de 1 Pa este o presiune foarte mică. Aproximativ aceasta este presiunea exercitată de o foaie de hârtie cu o suprafață de 1 m2 la suprafață. Prin urmare, presiunea este adesea măsurată în kPa (1 kPa = 1000 Pa) sau hPa (1 hPa = 100 Pa).

Hidro-(aero)statica studiază condițiile de echilibru ale lichidelor și gazelor și corpurile conținute în acestea.

În mecanică, lichidele și gazele sunt considerate continue, distribuite continuu în partea de spațiu pe care o ocupă. În multe probleme, compresibilitatea unui fluid poate fi neglijată. În acest caz, ei folosesc conceptul de fluid incompresibil - un fluid a cărui densitate este aceeași peste tot și nu se modifică în timp, adică. o anumită masă de lichid are un anumit volum, iar forma poate fi orice (forma unui vas).

Neglijând modificările volumelor de lichid și gaz, este necesar să se țină cont de forțele elastice care acționează între particulele sau straturile învecinate ale acestor substanțe. Spre deosebire de solide, unde forțele elastice apar atunci când dimensiunea și forma corpurilor se modifică, în lichide apar doar în timpul întinderii sau compresiunii, în gaze - doar în timpul compresiei. La schimbarea formei lichidelor și gazelor nu apar forțe elastice.

Analogii punctelor materiale din solide în hidrostatică sunt porțiuni de lichid (gaz) cu volum destul de mic, a căror structură internă este neglijată.

După cum arată experiența, lichidele acționează cu anumite forțe pe orice suprafață a unui corp solid care o mărginește: pe fundul, pe pereții vasului în care se află lichidul, pe suprafața unui corp plasat într-un lichid, dintr-un strat. de lichid la altul. Aceste forțe se numesc forțe de presiune. Au o serie de caracteristici: 1) prin natura lor sunt forte elastice ale lichidelor comprimate; 2) fortele de presiune datorate fluiditatii sunt intotdeauna perpendiculare pe suprafata pe care actioneaza; 3) forțele de presiune sunt distribuite pe întreaga suprafață de contact dintre un solid și un lichid, deci forțele de presiune depind de dimensiunea acestei suprafețe.

Pentru a caracteriza distribuția forțelor de presiune de-a lungul suprafeței de contact se introduce conceptul de presiune.

Presiunea este o mărime fizică măsurată prin raportul dintre forța de presiune F care acționează asupra unei suprafețe și aria suprafeței S:

Unitatea SI de presiune este pascalul (Pa).

1 Pa este presiunea produsă de o forță de 1 N, distribuită uniform pe o suprafață perpendiculară pe aceasta cu o suprafață de 1 m2.

Experiența arată că presiunea într-o anumită locație nu depinde de orientarea sitului și de dimensiunea zonei sale. Depinde doar de gradul de compresie a lichidului. Un fluid poate fi comprimat pentru că are greutate sau pentru că este supus unor forțe externe de suprafață.

Aceasta este o mărime scalară fizică, care este determinată de formulă

Presiunea atmosferică

Atmosfera este învelișul de aer al Pământului, care este ținut de forțele gravitaționale. Atmosfera are greutate și pune presiune asupra tuturor corpurilor de pe Pământ. Presiunea atmosferică este de aproximativ 760 mmHg. sau 1 atm., sau 101325 Pa. Milimetru Mercur, atmosfera sunt diverse unități de presiune în afara sistemului. Presiunea atmosferică scade cu 1 mmHg. când se ridică deasupra Pământului la fiecare 11 m.

Care este presiunea de 1 atm? Strângerea de mână a unui bărbat puternic este de 0,1 atm, lovitura unui boxer este mai multe unități atmosferice. Presiunea unui toc stiletto este de 100 de atmosfere. Dacă puneți o greutate de 100 kg pe palmă, veți obține o presiune neuniformă de o atmosferă; dacă vă scufundați la 10 m sub apă, veți obține o presiune uniformă de 1 atmosferă. Presiunea uniformă este ușor tolerată de corpul uman. Presiunea atmosferică normală, care afectează fiecare persoană, este compensată de presiunea internă, așa că nu o observăm deloc, în ciuda faptului că este destul de semnificativă.

legea lui Pascal

Presiunea asupra unui lichid sau gaz este transmisă în mod egal în toate direcțiile.

Presiunea în interiorul unui lichid (gaz) la aceeași adâncimeîn mod egal în toate direcțiile (de la stânga la dreapta, în jos și în sus!)

Presiune hidrostatica

Aceasta este presiunea unei coloane de lichid în fundul vasului. Ce forță creează presiune? Lichidul are o greutate care apasă pe fund.

Presiunea lichidului în partea de jos

Presiunea din fundul vasului nu depinde de forma vasului, ci depinde de zona fundului acestuia. În acest caz, forța de presiune pe fund poate fi mai mare sau mai mică decât forța de gravitație a lichidului din vas. Aceasta este „paradox hidrostatic”.

Pe peretele vasului presiune hidrostatica distribuit neuniform: la suprafața lichidului este zero (fără a ține cont de presiunea atmosferică), în interiorul lichidului se modifică direct proporțional cu adâncimea și atinge o valoare la nivelul de jos. Această presiune variabilă poate fi înlocuită cu presiune medie

Vase comunicante

Acestea sunt vase care au un canal comun dedesubt.

Un lichid omogen se stabilește în vasele comunicante la același nivel, indiferent de forma vaselor, după cum se poate observa în fotografie.

Lichide diferite sunt instalate în vase comunicante conform formulei

Presa hidraulica

O presă hidraulică este formată din două vase cilindrice comunicante. Pistoanele cu zone S 1 și S 2 se deplasează în vase. Cilindrii sunt umpluți cu ulei tehnic.

Volumul de lichid deplasat de pistonul mic intră în cilindrul mare.

O presă hidraulică oferă un câștig în forță de atâtea ori cât aria pistonului mai mare este mai mare decât aria celui mai mic. O presă hidraulică nu oferă niciun beneficiu în muncă.

În practică, datorită prezenței frecării:

Dacă forța este îndreptată la un unghi față de normală (perpendiculară), atunci presiunea este determinată de formula

Gazele și lichidele sub presiune sunt utilizate pe scară largă în tehnologia industrială. De exemplu, un ciocan pneumatic. Usile autobuzelor si metroului, franele trenurilor si camioanelor sunt actionate si cu aer comprimat.

Există și mecanisme care funcționează folosind fluid comprimat. Se numesc hidraulice. De exemplu, un dispozitiv hidraulic de presare.

Valoarea numerică a presiunii atmosferice a fost determinată experimental în 1643 de omul de știință italian E. Torricelli.

Un tub de sticlă lung de aproximativ un metru, sigilat la un capăt, este umplut până la vârf cu mercur. Apoi, închizând strâns orificiul cu degetul, tubul este răsturnat și coborât într-un vas cu mercur, după care degetul este îndepărtat. Mercurul începe să se reverse din tub, dar nu tot: ceea ce rămâne este o „coloană” de 76 cm înălțime, numărând de la nivelul din vas. Este de remarcat faptul că această înălțime nu depinde nici de lungimea tubului, nici de adâncimea de scufundare a acestuia.

Presiunea atmosferică echilibrează presiunea hidrostatică a coloanei de mercur. Conform legii lui Pascal, presiunea atmosferică împinge în sus pe coloana de mercur. Și coloana de mercur apasă în jos cu greutatea sa. Mercurul încetează să cadă atunci când aceste presiuni sunt aceleași. Calculând presiunea hidrostatică a mercurului la o altitudine cunoscută, am determinat presiunea atmosferică.

Tubul Torricelli cu riglă este cel mai simplu barometru– un dispozitiv pentru măsurarea presiunii atmosferice

De asemenea, sunt folosite pentru a măsura presiunea atmosferică. barometru aneroid.

Deoarece presiunea atmosferică scade odată cu distanța de la suprafața Pământului, scara aneroidă poate fi gradată în metri. În acest caz se numește altimetru.

Lasă o bară metalică dreptunghiulară cu suprafața bazei S și înălțimea h să se afle la fundul unui vas în care se toarnă apă la o înălțime H, H>h. Cum se determină forța de presiune a unui bloc pe fundul unui vas?

Există două cazuri posibile! Lăsați blocul să se potrivească lejer pe fundul vasului, atunci forța de presiune a fluidului acționează asupra blocului de jos. Această forță este mai mare decât forța presiunii fluidului de sus, deci apare forța lui Arhimede. Forța lui Arhimede este rezultatul diferenței de forță de presiune hidrostatică pe fața inferioară a blocului și pe fața superioară, în funcție de înălțimea blocului și de zona bazei.

Folosim legea a 2-a a lui Newton:

Să luăm în considerare al doilea caz posibil. Lăsați blocul să se potrivească atât de strâns pe fund încât lichidul să nu se scurgă sub el. Nu există presiune a fluidului de jos, prin urmare forța lui Arhimede este zero. De sus, asupra blocului acționează forța de presiune a lichidului și a atmosferei.

Folosim legea a 2-a a lui Newton pentru acest caz:

p 0 - presiunea atmosferică,
p este presiunea hidrostatică a unei coloane de lichid de înălțimea H-h.