Hidrauliku, me sa duket, nuk jep shumë arsye për të gërmuar në xhunglën e teknologjive, mekanizmave ose për t'u përfshirë në llogaritjet skrupuloze për ndërtimin skemat më komplekse. Por një vizion i tillë është një vështrim sipërfaqësor i hidraulikës. Industria e vërtetë hidraulike nuk është aspak inferiore në kompleksitet ndaj proceseve dhe, si shumë industri të tjera, kërkon qasje profesionale. Nga ana tjetër, profesionalizmi është një depo solide njohurish mbi të cilat bazohet hidraulika. Le të zhytemi (megjithëse jo shumë thellë) në rrymën e trajnimit të hidraulikës, në mënyrë që t'i afrohemi një hapi më afër statusit profesional të një hidraulik.
Baza themelore e hidraulikës moderne u formua kur Blaise Pascal zbuloi se veprimi i presionit të lëngut është konstant në çdo drejtim. Veprimi i presionit të lëngut drejtohet në kënde të drejta me sipërfaqen.
Nëse një pajisje matës (matës presioni) vendoset nën një shtresë lëngu në një thellësi të caktuar dhe elementi i saj i ndjeshëm drejtohet drejt anët e ndryshme, leximi i presionit do të mbetet i pandryshuar në çdo pozicion të matësit të presionit.
Kjo do të thotë, presioni i lëngut nuk varet në asnjë mënyrë nga ndryshimi i drejtimit. Por presioni i lëngut në çdo nivel varet nga parametri i thellësisë. Nëse matësi i presionit zhvendoset më afër sipërfaqes së lëngut, leximi do të ulet.
Prandaj, gjatë zhytjes, leximet e matura do të rriten. Për më tepër, në kushtet e dyfishimit të thellësisë, parametri i presionit gjithashtu do të dyfishohet.
Ligji i Paskalit tregon qartë efektin e presionit të ujit në kushtet më të njohura për jetën moderne.
Natyrisht, kur shpejtësia bëhet një faktor, drejtimi hyn në lojë. Një forcë e lidhur me shpejtësinë duhet të ketë gjithashtu një drejtim. Prandaj, ligji i Paskalit, si i tillë, nuk zbatohet për faktorët e fuqisë dinamike të rrjedhës së lëngut.
Shpejtësia e rrjedhës varet nga shumë faktorë, duke përfshirë ndarjen shtresë për shtresë të masës së lëngshme, si dhe rezistencën e krijuar nga faktorë të ndryshëm. Faktorët dinamikë të inercisë dhe fërkimit janë të lidhur me faktorë statikë. Koka e shpejtësisë dhe humbja e presionit janë të lidhura me kokën hidrostatike të lëngut. Sidoqoftë, një pjesë e kokës së shpejtësisë gjithmonë mund të shndërrohet në presion statik.
Forca, e cila mund të shkaktohet nga presioni ose presioni gjatë trajtimit të lëngjeve, është e nevojshme për të filluar lëvizjen e një trupi nëse ai është në qetësi dhe është i pranishëm në një formë ose në një tjetër kur.
Prandaj, sa herë që vendoset shpejtësia e lëvizjes së një lëngu, një pjesë e presionit statik fillestar të tij përdoret për të organizuar këtë shpejtësi, e cila më pas ekziston si shpejtësi presioni.
Vëllimi dhe shpejtësia e rrjedhës
Vëllimi i lëngut që kalon nëpër një pikë të caktuar në një kohë të caktuar konsiderohet si vëllimi i rrjedhës ose shpejtësia e rrjedhës. Vëllimi i rrjedhës zakonisht shprehet në litra në minutë (L/min) dhe lidhet me presionin relativ të lëngut. Për shembull, 10 litra në minutë në 2.7 atm.
Shpejtësia e rrjedhjes (shpejtësia e lëngut) përcaktohet si shpejtësi mesatare, në të cilën lëngu kalon përpara pikë e dhënë. Zakonisht shprehet në metra për sekondë (m/s) ose metra për minutë (m/min). Shpejtësia e rrjedhjes është faktor i rëndësishëm gjatë kalibrimit të linjave hidraulike.
Vëllimi dhe shpejtësia e rrjedhës së lëngut konsiderohen tradicionalisht tregues "të lidhur". Me të njëjtin vëllim transmetimi, shpejtësia mund të ndryshojë në varësi të seksionit kryq të kalimit Vëllimi dhe shpejtësia e rrjedhës shpesh konsiderohen njëkohësisht. Të gjitha gjërat e tjera duke qenë të barabarta (duke supozuar se vëllimi i hyrjes mbetet konstant), shpejtësia e rrjedhës rritet kur seksioni kryq ose madhësia e tubit zvogëlohet dhe shpejtësia e rrjedhjes zvogëlohet me rritjen e seksionit tërthor.
Kështu, një ngadalësim i shpejtësisë së rrjedhës vërehet në pjesë të gjera të tubacioneve, dhe në vende të ngushta, përkundrazi, shpejtësia rritet. Në të njëjtën kohë, vëllimi i ujit që kalon nëpër secilën prej këtyre pikave të kontrollit mbetet i pandryshuar.
Parimi i Bernulit
Parimi i mirënjohur i Bernulit bazohet në logjikën që rritja (rënia) e presionit të një lëngu shoqërohet gjithmonë me një ulje (rritje) të shpejtësisë. Në të kundërt, një rritje (ulje) e shpejtësisë së lëngut çon në një ulje (rritje) të presionit.
Ky parim qëndron në themel të një numri fenomenesh të zakonshme hidraulike. Si një shembull i parëndësishëm, parimi i Bernoulli është përgjegjës për shkaktimin e "tërheqjes së brendshme" të perdes së dushit kur përdoruesi ndez ujin.
Diferenca e presionit midis pjesës së jashtme dhe të brendshme shkakton një forcë në perden e dushit. Me këtë përpjekje të fuqishme, perdja tërhiqet nga brenda.
Tek të tjerët një shembull i qartëështë një shishe parfumi me një grykë spërkatës kur krijohet një zonë presion të ulët për shkak të shpejtësisë së lartë të ajrit. Dhe ajri mbart lëngun me vete.
Parimi i Bernoulli për një krah avioni: 1 - presion i ulët; 2 - presionin e lartë të gjakut; 3 - rrjedhje e shpejtë; 4 - rrjedhje e ngadaltë; 5 - krahu Parimi i Bernoulli gjithashtu tregon pse dritaret në një shtëpi priren të thyhen spontanisht gjatë uraganeve. Në raste të tilla është jashtëzakonisht shpejtësi të lartë ajri jashtë dritares çon në faktin se presioni jashtë bëhet shumë më i vogël se presioni brenda, ku ajri mbetet praktikisht i palëvizshëm.
Një ndryshim i rëndësishëm në forcë thjesht i shtyn dritaret nga jashtë, duke shkaktuar thyerjen e xhamit. Pra, kur të afrohet uragan i fortë Në thelb, ju duhet të hapni dritaret sa më gjerë të jetë e mundur për të barazuar presionin brenda dhe jashtë ndërtesës.
Dhe disa shembuj të tjerë kur funksionon parimi i Bernoulli: ngritja e një aeroplani me fluturim të mëvonshëm për shkak të krahëve dhe lëvizja e "topave të kurbës" në bejsboll.
Në të dyja rastet, krijohet një ndryshim në shpejtësinë e ajrit që kalon pranë objektit nga lart dhe poshtë. Për krahët e aeroplanit, ndryshimi në shpejtësi krijohet nga lëvizja e flapave në bejsboll, është prania e një skaji të valëzuar;
Praktika e hidraulikut në shtëpi
Një burrë me dhe pa ski.
Një person ecën në dëborë të lirshme me shumë vështirësi, duke u zhytur thellë në çdo hap. Por, pasi ka vendosur ski, ai mund të ecë pa rënë pothuajse në të. Pse? Me ose pa ski, një person vepron në dëborë me të njëjtën forcë të barabartë me peshën e tij. Megjithatë, efekti i kësaj force është i ndryshëm në të dyja rastet, sepse sipërfaqja në të cilën një person shtyp është e ndryshme, me ski dhe pa ski. Pothuajse 20 herë sipërfaqja e skive më shumë zonë thembra. Prandaj, kur qëndron në ski, një person vepron në çdo centimetër katror të sipërfaqes së borës me një forcë që është 20 herë më e vogël se kur qëndron në dëborë pa ski.
Një student, duke fiksuar një gazetë në tabelë me butona, vepron në secilin buton me forcë të barabartë. Megjithatë, një buton me një fund më të mprehtë do të hyjë më lehtë në dru.
Kjo do të thotë që rezultati i forcës varet jo vetëm nga moduli i saj, drejtimi dhe pika e aplikimit, por edhe nga zona e sipërfaqes në të cilën zbatohet (pingul me të cilën vepron).
Ky përfundim konfirmohet nga eksperimentet fizike.
Përvoja Rezultati i veprimit të një force të caktuar varet nga ajo forcë që vepron në një sipërfaqe njësi.
Ju duhet të ngjitni thonjtë në qoshet e një dërrase të vogël. Së pari, vendosni thonjtë e ngulur në dërrasë në rërë me pikat e tyre lart dhe vendosni një peshë në tabelë. Në këtë rast, kokat e thonjve shtypen vetëm pak në rërë. Më pas e kthejmë dërrasën dhe i vendosim thonjtë në buzë. Në këtë rast, zona e mbështetjes është më e vogël, dhe nën të njëjtën forcë thonjtë shkojnë dukshëm më thellë në rërë.
Përvoja. Ilustrimi i dytë.
Rezultati i veprimit të kësaj force varet nga ajo forcë që vepron në secilën njësi të sipërfaqes.
Në shembujt e konsideruar, forcat vepronin pingul me sipërfaqen e trupit. Pesha e burrit ishte pingul me sipërfaqen e borës; forca që vepron në buton është pingul me sipërfaqen e tabelës.
Sasia e barabartë me raportin e forcës që vepron pingul me sipërfaqen me sipërfaqen e kësaj sipërfaqe quhet presion.
Për të përcaktuar presionin, forca që vepron pingul me sipërfaqen duhet të ndahet me sipërfaqen:
presion = forcë / zonë.
Le të shënojmë sasitë e përfshira në këtë shprehje: presion - fq, forca që vepron në sipërfaqe është F dhe sipërfaqja - S.
Pastaj marrim formulën:
p = F/S
Është e qartë se një forcë më e madhe që vepron në të njëjtën zonë do të prodhojë presion më të madh.
Njësia e presionit merret si presioni i prodhuar nga një forcë prej 1 N që vepron në një sipërfaqe me një sipërfaqe prej 1 m2 pingul me këtë sipërfaqe..
Njësia e presionit - njuton per metër katror (1 N/m2). Për nder të shkencëtarit francez Blaise Pascal quhet pascal ( Pa). Kështu,
1 Pa = 1 N/m2.
Përdoren gjithashtu njësi të tjera presioni: hektopaskal (hPa) Dhe kilopaskal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Le të shkruajmë kushtet e problemit dhe ta zgjidhim atë.
E dhënë : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?
Në njësitë SI: S = 0,03 m2
Zgjidhja:
fq = F/S,
F = P,
P = g m,
P= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,
fq= 450/0,03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa
"Përgjigje": p = 15000 Pa = 15 kPa
Mënyrat për të ulur dhe rritur presionin.
Një traktor i rëndë zvarritës prodhon një presion në tokë të barabartë me 40 - 50 kPa, d.m.th. vetëm 2 - 3 herë më shumë se presioni i një djali që peshon 45 kg. Kjo shpjegohet me faktin se pesha e traktorit shpërndahet në një zonë më të madhe për shkak të lëvizjes së pistës. Dhe ne e kemi vërtetuar atë sa më e madhe të jetë zona mbështetëse, aq më pak presion prodhohet nga e njëjta forcë në këtë mbështetje .
Në varësi të faktit nëse nevojitet presion i ulët apo i lartë, zona e mbështetjes rritet ose zvogëlohet. Për shembull, në mënyrë që toka të përballojë presionin e ndërtesës që po ndërtohet, sipërfaqja e pjesës së poshtme të themelit rritet.
Gomat kamionë dhe mjetet e uljes së avionëve janë bërë shumë më të gjera se ato të makinave të pasagjerëve. Gomat e makinave të dizajnuara për vozitje në shkretëtirë janë bërë veçanërisht të gjera.
Mjetet e rënda, të tilla si një traktor, një tank ose një automjet kënetor, që kanë një zonë të madhe mbështetëse të gjurmëve, kalojnë nëpër zona moçalore që nuk mund të kalohen nga një person.
Nga ana tjetër, me një sipërfaqe të vogël, një sasi e madhe presioni mund të gjenerohet me një forcë të vogël. Për shembull, kur shtypim një buton në një tabelë, ne veprojmë mbi të me një forcë prej rreth 50 N. Meqenëse sipërfaqja e majës së butonit është afërsisht 1 mm 2, presioni i prodhuar prej tij është i barabartë me:
p = 50 N / 0,000 001 m 2 = 50,000,000 Pa = 50,000 kPa.
Për krahasim, ky presion është 1000 herë më i madh se presioni i ushtruar nga një traktor zvarritës në tokë. Mund të gjeni shumë shembuj të tjerë të tillë.
Tehet e instrumenteve prerëse dhe pikat e instrumenteve shpuese (thika, gërshërët, prerëset, sharrat, gjilpërat, etj.) janë të mprehura posaçërisht. Buza e mprehtë e një tehu të mprehtë ka një zonë të vogël, kështu që edhe një forcë e vogël krijon shumë presion dhe ky mjet është i lehtë për t'u punuar.
Pajisjet prerëse dhe shpuese gjenden edhe në natyrën e gjallë: këto janë dhëmbë, kthetra, sqepa, thumba, etj. - të gjitha janë prej materiali të fortë, të lëmuar dhe shumë të mprehtë.
Presioni
Dihet që molekulat e gazit lëvizin rastësisht.
Tashmë e dimë se gazrat, ndryshe nga trupat e ngurtë dhe të lëngët, mbushin të gjithë enën në të cilën ndodhen. Për shembull, cilindër për ruajtjen e gazit të çelikut, dhomë goma e makinës ose një volejboll. Në këtë rast, gazi ushtron presion në muret, fundin dhe kapakun e cilindrit, dhomës ose çdo trupi tjetër në të cilin ndodhet. Presioni i gazit shkaktohet nga faktorë të tjerë përveç presionit të ngurta mbi mbështetjen.
Dihet që molekulat e gazit lëvizin rastësisht. Ndërsa lëvizin, ato përplasen me njëra-tjetrën, si dhe me muret e enës që përmban gazin. Ka shumë molekula në një gaz, dhe për këtë arsye numri i ndikimeve të tyre është shumë i madh. Për shembull, numri i ndikimeve të molekulave të ajrit në një dhomë në një sipërfaqe me një sipërfaqe prej 1 cm 2 në 1 s shprehet si një numër njëzet e tre shifror. Megjithëse forca e ndikimit të një molekule individuale është e vogël, efekti i të gjitha molekulave në muret e enës është i rëndësishëm - krijon presion të gazit.
Pra, presioni i gazit në muret e enës (dhe në trupin e vendosur në gaz) shkaktohet nga ndikimet e molekulave të gazit .
Le të shqyrtojmë përvojën e radhës. Nën zile pompë ajri vendosni një top gome. Përmban një sasi të vogël ajri dhe ka formë të çrregullt. Pastaj nxjerrim ajrin nga poshtë ziles. Predha e topit, rreth së cilës ajri bëhet gjithnjë e më i rrallë, fryhet gradualisht dhe merr formën e një topi të rregullt.
Si të shpjegohet kjo përvojë?
Për ruajtjen dhe transportimin e gazit të ngjeshur përdoren cilindra të veçantë çeliku të qëndrueshëm.
Në eksperimentin tonë, molekulat e gazit në lëvizje godasin vazhdimisht muret e topit brenda dhe jashtë. Kur ajri pompohet, numri i molekulave në zile rreth guaskës së topit zvogëlohet. Por brenda topit numri i tyre nuk ndryshon. Prandaj, numri i ndikimeve të molekulave në muret e jashtme të guaskës bëhet më i vogël se numri i ndikimeve në muret e brendshme. Topi fryhet derisa forca elastike e guaskës së saj të gomës bëhet e barabartë me forcën e presionit të gazit. Predha e topit merr formën e një topi. Kjo tregon se gazi shtyp në muret e tij në të gjitha drejtimet në mënyrë të barabartë. Me fjalë të tjera, numri i ndikimeve molekulare për centimetër katror të sipërfaqes është i njëjtë në të gjitha drejtimet. I njëjti presion në të gjitha drejtimet është karakteristik për një gaz dhe është pasojë e lëvizjes së rastësishme të një numri të madh molekulash.
Le të përpiqemi të zvogëlojmë vëllimin e gazit, por në mënyrë që masa e tij të mbetet e pandryshuar. Kjo do të thotë se në çdo centimetër kub gaz do të ketë më shumë molekula, dendësia e gazit do të rritet. Atëherë numri i ndikimeve të molekulave në mure do të rritet, d.m.th., presioni i gazit do të rritet. Kjo mund të konfirmohet nga përvoja.
Në foto A tregon një tub qelqi, një fund i të cilit është i mbyllur me një film të hollë gome. Një pistoni futet në tub. Kur pistoni lëviz brenda, vëllimi i ajrit në tub zvogëlohet, d.m.th. gazi është i ngjeshur. Filmi i gomës përkulet nga jashtë, duke treguar se presioni i ajrit në tub është rritur.
Përkundrazi, me rritjen e vëllimit të së njëjtës masë të gazit, numri i molekulave në çdo centimetër kub zvogëlohet. Kjo do të zvogëlojë numrin e ndikimeve në muret e anijes - presioni i gazit do të bëhet më i vogël. Në të vërtetë, kur pistoni tërhiqet nga tubi, vëllimi i ajrit rritet dhe filmi përkulet brenda enës. Kjo tregon një ulje të presionit të ajrit në tub. Të njëjtat dukuri do të vëreheshin nëse në vend të ajrit do të kishte ndonjë gaz tjetër në tub.
Pra, kur vëllimi i një gazi zvogëlohet, presioni i tij rritet, dhe kur vëllimi rritet, presioni zvogëlohet, me kusht që masa dhe temperatura e gazit të mbeten të pandryshuara..
Si do të ndryshojë presioni i një gazi nëse ai nxehet me një vëllim konstant? Dihet se shpejtësia e molekulave të gazit rritet kur nxehet. Duke lëvizur më shpejt, molekulat do të godasin më shpesh muret e enës. Përveç kësaj, çdo ndikim i molekulës në mur do të jetë më i fortë. Si rezultat, muret e anijes do të pësojnë presion më të madh.
Prandaj, Sa më e lartë të jetë temperatura e gazit, aq më i madh është presioni i gazit në një enë të mbyllur, me kusht që masa dhe vëllimi i gazit të mos ndryshojnë.
Nga këto eksperimente përgjithësisht mund të konkludohet se Presioni i gazit rritet sa më shpesh dhe më fort molekulat godasin muret e enës .
Për të ruajtur dhe transportuar gazrat, ato janë shumë të ngjeshur. Në të njëjtën kohë, presioni i tyre rritet, gazrat duhet të mbyllen në cilindra të veçantë, shumë të qëndrueshëm. Cilindra të tillë, për shembull, përmbajnë ajër të kompresuar nëndetëset, oksigjeni i përdorur në saldimin e metaleve. Natyrisht, këtë duhet ta kujtojmë gjithmonë cilindra gazi nuk mund të ngrohen, veçanërisht kur ato janë të mbushura me gaz. Sepse, siç e kuptojmë tashmë, mund të ndodhë një shpërthim me pasoja shumë të pakëndshme.
Ligji i Paskalit.
Presioni transmetohet në çdo pikë të lëngut ose gazit.
Presioni i pistonit transmetohet në secilën pikë të lëngut që mbush topin.
Tani gaz.
Ndryshe nga trupat e ngurtë, shtresat individuale dhe grimcat e vogla të lëngut dhe gazit mund të lëvizin lirshëm në lidhje me njëra-tjetrën në të gjitha drejtimet. Mjafton, për shembull, të fryni lehtë në sipërfaqen e ujit në një gotë për të bërë që uji të lëvizë. Në një lumë ose liqen, flladi më i vogël bën që të shfaqen valëzime.
Lëvizshmëria e gazit dhe grimcave të lëngshme e shpjegon këtë presioni i ushtruar mbi to transmetohet jo vetëm në drejtim të forcës, por në çdo pikë. Le ta shqyrtojmë këtë fenomen në më shumë detaje.
Në foto, A përshkruan një enë që përmban gaz (ose lëng). Grimcat shpërndahen në mënyrë të barabartë në të gjithë enën. Anija mbyllet nga një pistoni që mund të lëvizë lart e poshtë.
Duke ushtruar njëfarë force, ne do ta detyrojmë pistonin të lëvizë pak nga brenda dhe të ngjesh gazin (lëngun) që ndodhet direkt nën të. Atëherë grimcat (molekulat) do të vendosen në këtë vend më të dendur se më parë (Fig, b). Për shkak të lëvizshmërisë, grimcat e gazit do të lëvizin në të gjitha drejtimet. Si rezultat, rregullimi i tyre do të bëhet përsëri uniform, por më i dendur se më parë (Fig. c). Prandaj, presioni i gazit do të rritet kudo. Kjo do të thotë që presioni shtesë transmetohet në të gjitha grimcat e gazit ose lëngut. Pra, nëse presioni në gaz (lëng) afër vetë pistonit rritet me 1 Pa, atëherë në të gjitha pikat brenda gaz ose lëng, presioni do të bëhet më i madh se më parë për të njëjtën sasi. Presioni në muret e anijes, në fund dhe në piston do të rritet me 1 Pa.
Presioni i ushtruar mbi një lëng ose gaz transmetohet në çdo pikë në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet .
Kjo deklaratë quhet Ligji i Paskalit.
Bazuar në ligjin e Paskalit, është e lehtë të shpjegohen eksperimentet e mëposhtme.
Fotografia tregon një top të zbrazët me vrima të vogla në vende të ndryshme. Një tub është ngjitur në topin në të cilin futet një pistoni. Nëse mbushni një top me ujë dhe shtyni një piston në tub, uji do të rrjedhë nga të gjitha vrimat në top. Në këtë eksperiment, një pistoni shtyp në sipërfaqen e ujit në një tub. Grimcat e ujit të vendosura nën piston, duke u kondensuar, transferojnë presionin e tij në shtresat e tjera që shtrihen më thellë. Kështu, presioni i pistonit transmetohet në secilën pikë të lëngut që mbush topin. Si rezultat, një pjesë e ujit shtyhet nga topi në formën e rrjedhave identike që rrjedhin nga të gjitha vrimat.
Nëse topi është i mbushur me tym, atëherë kur pistoni të shtyhet në tub, rrjedha të barabarta tymi do të fillojnë të dalin nga të gjitha vrimat në top. Kjo e vërteton atë gazrat transmetojnë presionin e ushtruar mbi to në të gjitha drejtimet në mënyrë të barabartë.
Presioni në lëng dhe gaz.
Nën ndikimin e peshës së lëngut, fundi i gomës në tub do të përkulet.
Lëngjet, si të gjithë trupat në Tokë, ndikohen nga graviteti. Prandaj, çdo shtresë lëngu e derdhur në një enë krijon presion me peshën e saj, e cila, sipas ligjit të Pascalit, transmetohet në të gjitha drejtimet. Prandaj, ka presion brenda lëngut. Kjo mund të verifikohet nga përvoja.
Derdhni ujë në një tub qelqi, vrima e poshtme e së cilës është e mbyllur me një film të hollë gome. Nën ndikimin e peshës së lëngut, pjesa e poshtme e tubit do të përkulet.
Përvoja tregon se sa më e lartë të jetë kolona e ujit mbi filmin e gomës, aq më shumë përkulet. Por çdo herë pasi pjesa e poshtme e gomës përkulet, uji në tub vjen në ekuilibër (ndalon), pasi, përveç forcës së gravitetit, në ujë vepron edhe forca elastike e filmit të shtrirë të gomës.
Forcat që veprojnë në filmin e gomës janë |
janë të njëjta në të dyja anët. |
Ilustrim.
Pjesa e poshtme largohet nga cilindri për shkak të presionit të gravitetit mbi të.
Le ta ulim tubin me një fund gome, në të cilin derdhet uji, në një enë tjetër më të gjerë me ujë. Do të shohim që ndërsa tubi ulet, filmi i gomës drejtohet gradualisht. Drejtimi i plotë i filmit tregon se forcat që veprojnë mbi të nga lart dhe poshtë janë të barabarta. Drejtimi i plotë i filmit ndodh kur nivelet e ujit në tub dhe enë përkojnë.
I njëjti eksperiment mund të kryhet me një tub në të cilin një shtresë gome mbulon vrimën anësore, siç tregohet në figurën a. Le ta zhysim këtë tub me ujë në një enë tjetër me ujë, siç tregohet në figurë, b. Do të vërejmë se filmi do të drejtohet përsëri sapo nivelet e ujit në tub dhe në enë të jenë të barabarta. Kjo do të thotë që forcat që veprojnë në filmin e gomës janë të njëjta në të gjitha anët.
Le të marrim një anije, fundi i së cilës mund të bjerë. Le ta vendosim në një kavanoz me ujë. Pjesa e poshtme do të shtypet fort në skajin e enës dhe nuk do të bjerë. Ai shtypet nga forca e presionit të ujit të drejtuar nga poshtë lart.
Ne do të derdhim me kujdes ujë në enë dhe do të shikojmë fundin e saj. Sapo niveli i ujit në enë të përkojë me nivelin e ujit në kavanoz, ai do të largohet nga ena.
Në momentin e ndarjes, një kolonë lëngu në enë shtyp nga lart poshtë, dhe presioni nga një kolonë lëngu me të njëjtën lartësi, por që ndodhet në kavanoz, transmetohet nga poshtë lart poshtë. Të dyja këto presione janë të njëjta, por pjesa e poshtme largohet nga cilindri për shkak të veprimit në të. forcën e vet gravitetit.
Eksperimentet me ujë u përshkruan më lart, por nëse merrni ndonjë lëng tjetër në vend të ujit, rezultatet e eksperimentit do të jenë të njëjta.
Pra, eksperimentet e tregojnë këtë Ka presion brenda lëngut, dhe në të njëjtin nivel është i barabartë në të gjitha drejtimet. Presioni rritet me thellësinë.
Gazet në këtë drejtim nuk ndryshojnë nga lëngjet, sepse kanë edhe peshë. Por duhet të kujtojmë se dendësia e gazit është qindra herë më e vogël se dendësia e lëngut. Pesha e gazit në enë është e vogël dhe presioni i "peshës" së tij në shumë raste mund të injorohet.
Llogaritja e presionit të lëngut në fund dhe muret e një anijeje.
Llogaritja e presionit të lëngut në fund dhe muret e një anijeje.
Le të shqyrtojmë se si mund të llogarisni presionin e një lëngu në fund dhe muret e një anijeje. Le të zgjidhim së pari problemin për një enë në formë të një paralelepipedi drejtkëndor.
Forca F, me të cilin lëngu i derdhur në këtë enë shtyp në fund të saj, është i barabartë me peshën P lëng në enë. Pesha e një lëngu mund të përcaktohet duke ditur masën e tij m. Masa, siç e dini, mund të llogaritet duke përdorur formulën: m = ρ·V. Vëllimi i lëngut të derdhur në enën që kemi zgjedhur është i lehtë për t'u llogaritur. Nëse lartësia e kolonës së lëngshme në një enë shënohet me shkronjë h, dhe zonën e pjesës së poshtme të anijes S, Kjo V = S h.
Masa e lëngshme m = ρ·V, ose m = ρ S h .
Pesha e këtij lëngu P = g m, ose P = g ρ S h.
Meqenëse pesha e një kolone lëngu është e barabartë me forcën me të cilën lëngu shtyp në fund të enës, atëherë duke e ndarë peshën P për sipërfaqe S, marrim presionin e lëngut fq:
p = P/S, ose p = g·ρ·S·h/S,
Ne kemi marrë një formulë për llogaritjen e presionit të lëngut në fund të enës. Nga kjo formulë del qartë se presioni i lëngut në fund të enës varet vetëm nga dendësia dhe lartësia e kolonës së lëngshme.
Prandaj, duke përdorur formulën e përftuar, mund të llogarisni presionin e lëngut të derdhur në enë çdo formë(në mënyrë të rreptë, llogaritja jonë është e përshtatshme vetëm për enët që kanë formën e një prizmi të drejtë dhe një cilindri. Në kurset e fizikës për institutin, u vërtetua se formula është e vërtetë edhe për një enë me formë arbitrare). Përveç kësaj, mund të përdoret për të llogaritur presionin në muret e anijes. Presioni brenda lëngut, duke përfshirë presionin nga poshtë lart, llogaritet gjithashtu duke përdorur këtë formulë, pasi presioni në të njëjtën thellësi është i njëjtë në të gjitha drejtimet.
Gjatë llogaritjes së presionit duke përdorur formulën p = gρh keni nevojë për densitet ρ shprehen në kilogramë për metër kub(kg/m 3), dhe lartësia e kolonës së lëngshme h- në metra (m), g= 9,8 N/kg, atëherë presioni do të shprehet në paskale (Pa).
Shembull. Përcaktoni presionin e vajit në fund të rezervuarit nëse lartësia e kolonës së vajit është 10 m dhe dendësia e tij është 800 kg/m 3.
Le të shkruajmë gjendjen e problemit dhe ta shkruajmë atë.
E dhënë :
ρ = 800 kg/m 3
Zgjidhje :
p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80,000 Pa ≈ 80 kPa.
Përgjigju : p ≈ 80 kPa.
Anije komunikuese.
Anije komunikuese.
Figura tregon dy enë të lidhura me njëra-tjetrën nga një tub gome. Anije të tilla quhen duke komunikuar. Një kanaçe uji, një çajnik, një tenxhere kafeje janë shembuj të enëve komunikuese. Nga përvoja e dimë se uji i derdhur, për shembull, në një kanaçe uji është gjithmonë në të njëjtin nivel në grykë dhe brenda.
Shpesh hasim enë komunikuese. Për shembull, mund të jetë një ibrik çaji, vaditëse ose tenxhere kafeje. |
Sipërfaqet e një lëngu homogjen janë instaluar në të njëjtin nivel në enët komunikuese të çdo forme. |
Lëngje me dendësi të ndryshme. |
Eksperimenti i mëposhtëm i thjeshtë mund të bëhet me enë komunikuese. Në fillim të eksperimentit, ne e shtrëngojmë tubin e gomës në mes dhe derdhim ujë në një nga tubat. Pastaj hapim kapësin dhe uji derdhet menjëherë në tubin tjetër derisa sipërfaqet e ujit në të dy tubat të jenë në të njëjtin nivel. Ju mund të lidhni një nga tubat në një trekëmbësh dhe ta ngrini, ulni ose anoni tjetrin në drejtime të ndryshme. Dhe në këtë rast, sapo lëngu të qetësohet, nivelet e tij në të dy tubat do të barazohen.
Në enët komunikuese të çdo forme dhe prerjeje tërthore, sipërfaqet e një lëngu homogjen vendosen në të njëjtin nivel.(me kusht që presioni i ajrit mbi lëngun të jetë i njëjtë) (Fig. 109).
Kjo mund të justifikohet si më poshtë. Lëngu është në qetësi pa lëvizur nga një enë në tjetrën. Kjo do të thotë që presioni në të dy enët në çdo nivel është i njëjtë. Lëngu në të dy enët është i njëjtë, pra ka të njëjtën densitet. Prandaj, lartësitë e tij duhet të jenë të njëjta. Kur ngremë një enë ose i shtojmë lëng, presioni në të rritet dhe lëngu kalon në një enë tjetër derisa presionet të balancohen.
Nëse një lëng me një densitet derdhet në një nga enët komunikuese dhe një lëng me një densitet tjetër derdhet në të dytën, atëherë në ekuilibër nivelet e këtyre lëngjeve nuk do të jenë të njëjta. Dhe kjo është e kuptueshme. Ne e dimë se presioni i lëngut në fund të enës është drejtpërdrejt proporcional me lartësinë e kolonës dhe densitetin e lëngut. Dhe në këtë rast, dendësia e lëngjeve do të jetë e ndryshme.
Nëse presionet janë të barabarta, lartësia e një kolone lëngu me densitet më të lartë do të jetë më e vogël se lartësia e një kolone lëngu me densitet më të ulët (Fig.).
Përvoja. Si të përcaktohet masa e ajrit.
Pesha e ajrit. Presioni atmosferik.
Ekzistenca e presionit atmosferik.
Presioni atmosferik është më i madh se presioni i ajrit të rrallë në enë.
Ajri, si çdo trup në Tokë, ndikohet nga graviteti, dhe për këtë arsye ajri ka peshë. Pesha e ajrit është e lehtë për t'u llogaritur nëse e dini masën e tij.
Ne do t'ju tregojmë eksperimentalisht se si të llogarisni masën e ajrit. Për ta bërë këtë, ju duhet të merrni një top xhami të qëndrueshëm me një tapë dhe një tub gome me një kapëse. Le të pompojmë ajrin prej tij, të shtrëngojmë tubin me një kapëse dhe ta balancojmë atë në peshore. Pastaj, duke hapur kapësen në tubin e gomës, lëreni ajrin në të. Kjo do të prishë ekuilibrin e peshores. Për ta rivendosur atë, do të duhet të vendosni pesha në tavën tjetër të peshores, masa e së cilës do të jetë e barabartë me masën e ajrit në vëllimin e topit.
Eksperimentet kanë vërtetuar se në një temperaturë prej 0 °C dhe presion normal atmosferik, masa e ajrit me një vëllim prej 1 m 3 është e barabartë me 1.29 kg. Pesha e këtij ajri është e lehtë për t'u llogaritur:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
guaska ajrore, rrethon Tokën, thirri atmosferë (nga greqishtja atmosferë- avulli, ajri dhe sferë- top).
Atmosfera, siç tregohet nga vëzhgimet e fluturimit të satelitëve artificialë të Tokës, shtrihet në një lartësi prej disa mijëra kilometrash.
Për shkak të forcës së gravitetit, shtresat e sipërme të atmosferës, si uji i oqeanit, ngjeshin shtresat e poshtme. Shtresa e ajrit ngjitur drejtpërdrejt me Tokën është më e ngjeshur dhe, sipas ligjit të Paskalit, transmeton presionin e ushtruar mbi të në të gjitha drejtimet.
Si rezultat i kësaj, sipërfaqja e tokës dhe trupat e vendosur në të përjetojnë presion nga e gjithë trashësia e ajrit, ose, siç thuhet zakonisht në raste të tilla, përjetojnë presioni atmosferik .
Ekzistenca e presionit atmosferik mund të shpjegojë shumë fenomene që hasim në jetë. Le të shohim disa prej tyre.
Figura tregon një tub xhami, brenda të cilit ka një pistoni që përshtatet fort në muret e tubit. Fundi i tubit ulet në ujë. Nëse e ngrini pistonin, uji do të ngrihet pas tij.
Ky fenomen përdoret në pompat e ujit dhe disa pajisje të tjera.
Figura tregon një enë cilindrike. Mbyllet me një tapë në të cilën futet një tub me rubinet. Ajri pompohet nga ena me një pompë. Fundi i tubit më pas vendoset në ujë. Nëse tani hapni rubinetin, uji do të spërkat si një shatërvan në brendësi të enës. Uji hyn në enë sepse presioni atmosferik është më i madh se presioni i ajrit të rrallë në enë.
Pse ekziston mbështjellësi ajror i Tokës?
Ashtu si të gjithë trupat, molekulat e gazit që përbëjnë mbështjellësin ajror të Tokës tërhiqen nga Toka.
Por pse atëherë nuk bien të gjithë në sipërfaqen e Tokës? Si ruhet mbështjellja ajrore e Tokës dhe atmosfera e saj? Për ta kuptuar këtë, duhet të kemi parasysh se molekulat e gazit janë në lëvizje të vazhdueshme dhe të rastësishme. Por atëherë lind një pyetje tjetër: pse këto molekula nuk fluturojnë larg në hapësirën e jashtme, domethënë në hapësirë.
Në mënyrë që të largohet plotësisht nga Toka, një molekulë, si anije kozmike ose një raketë, duhet të ketë një shpejtësi shumë të madhe (jo më pak se 11.2 km/s). Ky është i ashtuquajturi shpejtësia e dytë e ikjes. Shpejtësia e shumicës së molekulave në guaskën e ajrit të Tokës është dukshëm më e vogël se kjo shpejtësia e arratisjes. Prandaj, shumica e tyre janë të lidhura me Tokën nga graviteti, vetëm një numër i papërfillshëm i molekulave fluturojnë përtej Tokës në hapësirë.
Lëvizja e rastësishme e molekulave dhe efekti i gravitetit mbi to rezulton në molekulat e gazit që "rri pezull" në hapësirën afër Tokës, duke formuar një mbështjellës ajri ose atmosferën e njohur për ne.
Matjet tregojnë se dendësia e ajrit zvogëlohet me shpejtësi me lartësinë. Pra, në një lartësi prej 5.5 km mbi Tokë, dendësia e ajrit është 2 herë më e vogël se dendësia e tij në sipërfaqen e Tokës, në një lartësi prej 11 km - 4 herë më pak, etj. Sa më e lartë të jetë, aq më e rrallë ajri. Dhe së fundi, në maksimum shtresat e sipërme(qindra e mijëra kilometra mbi Tokë) atmosfera gradualisht kthehet në hapësirë pa ajër. Zarfi ajror i Tokës nuk ka një kufi të qartë.
Në mënyrë rigoroze, për shkak të veprimit të gravitetit, dendësia e gazit në çdo enë të mbyllur nuk është e njëjtë në të gjithë vëllimin e enës. Në fund të enës, dendësia e gazit është më e madhe se në pjesët e sipërme të saj, prandaj presioni në enë nuk është i njëjtë. Është më i madh në fund të enës sesa në krye. Megjithatë, për një gaz që gjendet në një enë, ky ndryshim në densitet dhe presion është aq i vogël sa që në shumë raste mund të injorohet plotësisht, sapo dihet për të. Por për një atmosferë që shtrihet mbi disa mijëra kilometra, ky ndryshim është i rëndësishëm.
Matja e presionit atmosferik. Përvoja e Torricellit.
Është e pamundur të llogaritet presioni atmosferik duke përdorur formulën për llogaritjen e presionit të një kolone të lëngshme (§ 38). Për një llogaritje të tillë, duhet të dini lartësinë e atmosferës dhe densitetin e ajrit. Por atmosfera nuk ka një kufi të caktuar, dhe dendësia e ajrit në lartësi të ndryshme është e ndryshme. Megjithatë, presioni atmosferik mund të matet duke përdorur një eksperiment të propozuar në shekullin e 17-të nga një shkencëtar italian. Evangelista Torricelli , student i Galileos.
Eksperimenti i Torricellit përbëhet nga sa vijon: një tub qelqi rreth 1 m i gjatë, i mbyllur në njërën skaj, është i mbushur me merkur. Më pas, duke mbyllur fort skajin e dytë të tubit, ai përmbyset dhe ulet në një filxhan me merkur, ku ky skaj i tubit hapet nën nivelin e merkurit. Si në çdo eksperiment me lëng, një pjesë e merkurit derdhet në filxhan, dhe një pjesë e tij mbetet në tub. Lartësia e kolonës së merkurit të mbetur në tub është afërsisht 760 mm. Nuk ka ajër mbi merkur brenda tubit, ka një hapësirë pa ajër, kështu që asnjë gaz nuk ushtron presion nga lart në kolonën e merkurit brenda këtij tubi dhe nuk ndikon në matjet.
Torricelli, i cili propozoi eksperimentin e përshkruar më sipër, dha edhe shpjegimin e tij. Atmosfera shtyp mbi sipërfaqen e merkurit në filxhan. Mërkuri është në ekuilibër. Kjo do të thotë që presioni në tub është në nivel ahh 1 (shih figurën) është e barabartë me presionin atmosferik. Kur presioni atmosferik ndryshon, lartësia e kolonës së merkurit në tub gjithashtu ndryshon. Me rritjen e presionit, kolona zgjatet. Ndërsa presioni zvogëlohet, kolona e merkurit zvogëlon lartësinë e saj.
Presioni në tub në nivelin aa1 krijohet nga pesha e kolonës së merkurit në tub, pasi nuk ka ajër mbi merkur në pjesën e sipërme të tubit. Nga kjo rrjedh se presioni atmosferik është i barabartë me presionin e kolonës së merkurit në tub , d.m.th.
fq atm = fq merkuri
Sa më i lartë të jetë presioni atmosferik, aq më i lartë është kolona e merkurit në eksperimentin e Torricellit. Prandaj, në praktikë, presioni atmosferik mund të matet me lartësinë e kolonës së merkurit (në milimetra ose centimetra). Nëse, për shembull, presioni atmosferik është 780 mm Hg. Art. (thonë "milimetra merkur"), kjo do të thotë se ajri prodhon të njëjtin presion si një kolonë vertikale merkuri 780 mm e lartë.
Prandaj, në këtë rast, njësia e matjes për presionin atmosferik është 1 milimetër merkur (1 mm Hg). Le të gjejmë marrëdhënien midis kësaj njësie dhe njësisë së njohur për ne - paskal(Pa).
Presioni i një kolone merkuri ρ të merkurit me një lartësi prej 1 mm është e barabartë me:
fq = g·ρ·h, fq= 9,8 N/kg · 13,600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Pra, 1 mmHg. Art. = 133,3 Pa.
Aktualisht, presioni atmosferik matet zakonisht në hektopaskale (1 hPa = 100 Pa). Për shembull, raportet e motit mund të njoftojnë se presioni është 1013 hPa, që është e njëjtë me 760 mmHg. Art.
Duke vëzhguar lartësinë e kolonës së merkurit në tub çdo ditë, Torricelli zbuloi se kjo lartësi ndryshon, domethënë presioni atmosferik nuk është konstant, ai mund të rritet dhe të ulet. Torricelli vuri në dukje gjithashtu se presioni atmosferik është i lidhur me ndryshimet e motit.
Nëse bashkoni një shkallë vertikale në tubin e merkurit të përdorur në eksperimentin e Torricellit, ju merrni pajisjen më të thjeshtë - barometri i merkurit (nga greqishtja baros- rëndim, metreo- Unë mas). Përdoret për të matur presionin atmosferik.
Barometër - aneroid.
Në praktikë, një barometër metalik i quajtur barometër metalik përdoret për të matur presionin atmosferik. aneroid (përkthyer nga greqishtja - aneroid). Kështu quhet barometri sepse nuk përmban merkur.
Pamja e aneroidit është paraqitur në figurë. Pjesa kryesore e saj është një kuti metalike 1 me një sipërfaqe të valëzuar (të valëzuar) (shih figurën tjetër). Ajri pompohet nga kjo kuti dhe për të parandaluar shtypjen e presionit atmosferik të kutisë, kapaku i tij 2 tërhiqet lart nga një susta. Me rritjen e presionit atmosferik, kapaku përkulet dhe shtrëngon sustën. Ndërsa presioni zvogëlohet, susta drejton kapakun. Një shigjetë treguese 4 është ngjitur në pranverë duke përdorur një mekanizëm transmetimi 3, i cili lëviz djathtas ose majtas kur presioni ndryshon. Nën shigjetën ka një shkallë, ndarjet e së cilës janë shënuar sipas leximeve të barometrit të merkurit. Kështu, numri 750, kundrejt të cilit qëndron shigjeta aneroide (shih figurën), tregon se në për momentin në një barometër merkuri, lartësia e kolonës së merkurit është 750 mm.
Prandaj, presioni atmosferik është 750 mmHg. Art. ose ≈ 1000 hPa.
Vlera e presionit atmosferik është shumë e rëndësishme për parashikimin e motit për ditët në vijim, pasi ndryshimet në presionin atmosferik shoqërohen me ndryshime të motit. Një barometër është një instrument i nevojshëm për vëzhgimet meteorologjike.
Presioni atmosferik në lartësi të ndryshme.
Në një lëng, presioni, siç e dimë, varet nga dendësia e lëngut dhe lartësia e kolonës së tij. Për shkak të kompresueshmërisë së ulët, dendësia e lëngut në thellësi të ndryshme është pothuajse e njëjtë. Prandaj, gjatë llogaritjes së presionit, ne e konsiderojmë densitetin e tij konstant dhe marrim parasysh vetëm ndryshimin në lartësi.
Situata me gazrat është më e ndërlikuar. Gazrat janë shumë të kompresueshëm. Dhe sa më shumë të jetë i ngjeshur një gaz, aq më i madh është densiteti i tij dhe aq më i madh është presioni që prodhon. Në fund të fundit, presioni i gazit krijohet nga ndikimet e molekulave të tij në sipërfaqen e trupit.
Shtresat e ajrit në sipërfaqen e Tokës janë të ngjeshur nga të gjitha shtresat e sipërme të ajrit të vendosura mbi to. Por sa më e lartë të jetë shtresa e ajrit nga sipërfaqja, aq më e dobët është e ngjeshur, aq më e ulët është dendësia e saj. Prandaj, aq më pak presion prodhon. Nëse, për shembull, tullumbace ngrihet mbi sipërfaqen e Tokës, presioni i ajrit në top bëhet më i vogël. Kjo ndodh jo vetëm sepse zvogëlohet lartësia e kolonës së ajrit mbi të, por edhe sepse zvogëlohet dendësia e ajrit. Ajo është më e vogël në krye se në fund. Prandaj, varësia e presionit të ajrit nga lartësia është më komplekse se ajo e lëngjeve.
Vëzhgimet tregojnë se presioni atmosferik në zonat në nivelin e detit është mesatarisht 760 mm Hg. Art.
Presioni atmosferik i barabartë me presionin e një kolone merkuri 760 mm të lartë në një temperaturë prej 0 ° C quhet presion normal atmosferik..
Presioni normal atmosferikështë e barabartë me 101,300 Pa = 1013 hPa.
Sa më e lartë të jetë lartësia mbi nivelin e detit, aq më i ulët është presioni.
Me ngjitje të vogla, mesatarisht, për çdo 12 m ngritje, presioni ulet me 1 mmHg. Art. (ose me 1.33 hPa).
Duke ditur varësinë e presionit nga lartësia, ju mund të përcaktoni lartësinë mbi nivelin e detit duke ndryshuar leximet e barometrit. Aneroidet që kanë një shkallë me të cilën mund të matet drejtpërdrejt lartësia mbi nivelin e detit quhen lartësimatës . Ato përdoren në aviacion dhe ngjitje malore.
Matës presioni.
Ne tashmë e dimë se barometrit përdoren për të matur presionin atmosferik. Për të matur presione më të mëdha ose më të vogla se presioni atmosferik, përdoret matës presioni (nga greqishtja manos- e rrallë, e lirshme, metreo- Unë mas). Ka matës presioni lëngshme Dhe metalike.
|
|
Le të shohim së pari pajisjen dhe veprimin. hapur matës presioni të lëngshëm . Ai përbëhet nga një tub qelqi me dy këmbë në të cilin derdhet pak lëng. Lëngu është instaluar në të dy bërrylat në të njëjtin nivel, pasi vetëm presioni atmosferik vepron në sipërfaqen e tij në bërrylat e enës.
Për të kuptuar se si funksionon një matës i tillë presioni, ai mund të lidhet me një tub gome me një kuti të rrumbullakët të sheshtë, njëra anë e së cilës është e mbuluar me film gome. Nëse shtypni gishtin në film, niveli i lëngut në bërrylin e matësit të presionit të lidhur me kutinë do të ulet, dhe në bërrylin tjetër do të rritet. Çfarë e shpjegon këtë?
Kur shtypni filmin, presioni i ajrit në kuti rritet. Sipas ligjit të Paskalit, kjo rritje e presionit transmetohet edhe tek lëngu në bërrylin e matësit të presionit që lidhet me kutinë. Prandaj, presioni në lëngun në këtë bërryl do të jetë më i madh se në tjetrin, ku vetëm presioni atmosferik vepron në lëng. Nën forcën e këtij presioni të tepërt, lëngu do të fillojë të lëvizë. Në bërryl me ajër të ngjeshur lëngu do të bjerë, në tjetrin do të ngrihet. Lëngu do të vijë në ekuilibër (ndalon) kur presioni i tepërt ajri i kompresuar do të balancohet nga presioni i prodhuar nga kolona e tepërt e lëngut në këmbën tjetër të matësit të presionit.
Sa më shumë të shtypni filmin, aq më i lartë është kolona e lëngut të tepërt, aq më i madh është presioni i tij. Prandaj, ndryshimi i presionit mund të gjykohet nga lartësia e kësaj kolone të tepërt.
Figura tregon se si një matës i tillë presioni mund të masë presionin brenda një lëngu. Sa më i thellë tubi të zhytet në lëng, aq më i madh bëhet ndryshimi në lartësitë e kolonave të lëngshme në bërrylat e matësit të presionit., pra, dhe më shumë presion gjenerohet nga lëngu.
Nëse e instaloni kutinë e pajisjes në një thellësi brenda lëngut dhe e ktheni me film lart, anash dhe poshtë, leximet e matësit të presionit nuk do të ndryshojnë. Kështu duhet të jetë, sepse në të njëjtin nivel brenda një lëngu, presioni është i barabartë në të gjitha drejtimet.
Fotografia tregon matës presioni metalik . Pjesa kryesore e një matësi të tillë presioni është një tub metalik i përkulur në një tub 1 , një fund i të cilit është i mbyllur. Fundi tjetër i tubit duke përdorur një rubinet 4 komunikon me enën në të cilën matet presioni. Me rritjen e presionit, tubi hapet. Lëvizja e skajit të saj të mbyllur duke përdorur një levë 5 dhe dhëmbëzat 3 transmetohet te shigjeta 2 , duke lëvizur pranë shkallës së instrumentit. Kur presioni zvogëlohet, tubi, për shkak të elasticitetit të tij, kthehet në pozicionin e tij të mëparshëm dhe shigjeta kthehet në ndarjen zero të shkallës.
Pompë e lëngshme pistoni.
Në eksperimentin që diskutuam më parë (§ 40), u vërtetua se uji në tubin e qelqit, nën ndikimin e presionit atmosferik, ngrihej lart pas pistonit. Kjo është ajo në të cilën bazohet veprimi. pistoni pompat
Pompa është paraqitur në mënyrë skematike në figurë. Ai përbëhet nga një cilindër, brenda të cilit një pistoni lëviz lart e poshtë, ngjitur fort me muret e anijes. 1 . Valvulat janë instaluar në fund të cilindrit dhe në vetë piston 2 , duke u hapur vetëm lart. Kur pistoni lëviz lart, uji nën ndikimin e presionit atmosferik hyn në tub, ngre valvulën e poshtme dhe lëviz prapa pistonit.
Ndërsa pistoni lëviz poshtë, uji nën piston shtyp valvulën e poshtme dhe mbyllet. Në të njëjtën kohë, nën presionin e ujit, një valvul brenda pistonit hapet dhe uji derdhet në hapësirën mbi piston. Herën tjetër që pistoni lëviz lart, uji mbi të gjithashtu ngrihet dhe derdhet në tubin e daljes. Në të njëjtën kohë, një pjesë e re e ujit ngrihet pas pistonit, e cila, kur pistoni më pas ulet, do të shfaqet mbi të dhe e gjithë kjo procedurë përsëritet vazhdimisht ndërsa pompa është në punë.
Presë hidraulike.
Ligji i Paskalit shpjegon veprimin makinë hidraulike (nga greqishtja hidraulikë- ujë). Këto janë makina, funksionimi i të cilave bazohet në ligjet e lëvizjes dhe ekuilibrin e lëngjeve.
Pjesa kryesore e makinës hidraulike është dy cilindra diametra të ndryshëm, i pajisur me pistona dhe një tub lidhës. Hapësira nën pistonët dhe tubi janë të mbushura me lëng (zakonisht vaj mineral). Lartësitë e kolonave të lëngshme në të dy cilindrat janë të njëjta për sa kohë që nuk veprojnë forca mbi pistonët.
Le të supozojmë tani se forcat F 1 dhe F 2 - forcat që veprojnë në piston, S 1 dhe S 2 - zonat e pistonit. Presioni nën pistonin e parë (të vogël) është i barabartë me fq 1 = F 1 / S 1, dhe nën të dytin (i madh) fq 2 = F 2 / S 2. Sipas ligjit të Paskalit, presioni transmetohet në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet nga një lëng në qetësi, d.m.th. fq 1 = fq 2 ose F 1 / S 1 = F 2 / S 2, nga:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Prandaj, forca F 2 kaq shumë herë më shumë fuqi F 1 , Sa herë është sipërfaqja e pistonit të madh më e madhe se sipërfaqja e pistonit të vogël?. Për shembull, nëse sipërfaqja e pistonit të madh është 500 cm2, dhe e vogla është 5 cm2, dhe një forcë prej 100 N vepron në pistonin e vogël, atëherë një forcë 100 herë më e madhe, domethënë 10,000 N, do të veproni në piston më të madh.
Kështu, me ndihmën e një makine hidraulike, është e mundur të balancohet një forcë më e madhe me një forcë të vogël.
Qëndrimi F 1 / F 2 tregon fitimin në forcë. Për shembull, në shembullin e dhënë, fitimi në forcë është 10,000 N / 100 N = 100.
Një makinë hidraulike që përdoret për shtypje (shtrydhje) quhet presa hidraulike .
Presat hidraulike përdoren aty ku kërkohet forcë më e madhe. Për shembull, për shtrydhjen e vajit nga farat në mullinj vaji, për shtypjen e kompensatës, kartonit, sanës. Në impiantet metalurgjike, presat hidraulike përdoren për të bërë boshte makinerish çeliku, rrota hekurudhore dhe shumë produkte të tjera. Presat hidraulike moderne mund të zhvillojnë forca prej dhjetëra dhe qindra miliona njutonësh.
Pajisja presa hidraulike treguar skematikisht në figurë. Trupi i shtypur 1 (A) vendoset në një platformë të lidhur me pistonin e madh 2 (B). Me ndihmën e një pistoni të vogël 3 (D) krijohet presion i lartë në lëng. Ky presion transmetohet në çdo pikë të lëngut që mbush cilindrat. Prandaj, i njëjti presion vepron në pistonin e dytë, më të madh. Por meqenëse zona e pistonit të dytë (të madh) është më e madhe se sipërfaqja e pistonit të vogël, forca që vepron mbi të do të jetë më e madhe se forca që vepron në pistonin 3 (D). Nën ndikimin e kësaj force, pistoni 2 (B) do të ngrihet. Kur pistoni 2 (B) ngrihet, trupi (A) mbështetet në platformën e sipërme të palëvizshme dhe ngjeshet. Matësi i presionit 4 (M) mat presionin e lëngut. Valvul sigurie 5 (P) hapet automatikisht kur presioni i lëngut tejkalon vlerën e lejuar.
Nga cilindri i vogël në atë të madh, lëngu pompohet nga lëvizjet e përsëritura të pistonit të vogël 3 (D). Kjo bëhet si më poshtë. Kur pistoni i vogël (D) ngrihet, valvula 6 (K) hapet dhe lëngu thithet në hapësirën nën piston. Kur pistoni i vogël ulet nën ndikimin e presionit të lëngut, valvula 6 (K) mbyllet dhe valvula 7 (K") hapet dhe lëngu derdhet në enën e madhe.
Efekti i ujit dhe gazit në një trup të zhytur në to.
Nën ujë ne mund të ngremë lehtësisht një gur që është i vështirë për t'u ngritur në ajër. Nëse vendosni një tapë nën ujë dhe e lëshoni nga duart, ajo do të notojë lart. Si mund të shpjegohen këto dukuri?
Ne e dimë (§ 38) se lëngu shtyp në fund dhe në muret e enës. Dhe nëse brenda lëngut vendoset një trup i ngurtë, ai gjithashtu do t'i nënshtrohet presionit, ashtu si muret e enës.
Le të shqyrtojmë forcat që veprojnë nga lëngu në një trup të zhytur në të. Për ta bërë më të lehtë arsyetimin, le të zgjedhim një trup që ka formën e një paralelepipedi me baza paralele me sipërfaqen e lëngut (Fig.). Forcat që veprojnë në fytyrat anësore trupat janë të barabartë në çifte dhe balancojnë njëri-tjetrin. Nën ndikimin e këtyre forcave, trupi tkurret. Por forcat që veprojnë në skajet e sipërme dhe të poshtme të trupit nuk janë të njëjta. Skaji i sipërm shtypet me forcë nga lart F 1 kolonë e lartë e lëngshme h 1. Në nivelin e skajit të poshtëm, presioni prodhon një kolonë lëngu me një lartësi h 2. Ky presion, siç e dimë (§ 37), transmetohet brenda lëngut në të gjitha drejtimet. Rrjedhimisht, në pjesën e poshtme të fytyrës së trupit nga poshtë lart me forcë F 2 shtyp një kolonë të lëngshme të lartë h 2. Por h 2 te tjera h 1, pra, moduli i forcës F 2 modul të tjerë të energjisë F 1. Prandaj, trupi shtyhet nga lëngu me forcë F Vt, e barabartë me diferencën në forca F 2 - F 1, d.m.th.
|
|
Por S·h = V, ku V është vëllimi i paralelopipedit dhe ρ f ·V = m f është masa e lëngut në vëllimin e paralelopipedit. Prandaj, F jashtë = g m w = P w, d.m.th. forca lëvizëse është e barabartë me peshën e lëngut në vëllimin e trupit të zhytur në të(forca lëvizëse është e barabartë me peshën e lëngut me vëllim të njëjtë me vëllimin e trupit të zhytur në të). Ekzistenca e një force që shtyn një trup nga një lëng është e lehtë për t'u zbuluar eksperimentalisht. Në foto A tregon një trup të varur nga një susta me një tregues shigjete në fund. Shigjeta shënon tensionin e sustës në trekëmbësh. Kur trupi lëshohet në ujë, burimi tkurret (Fig. b). E njëjta tkurrje e sustës do të arrihet nëse veproni në trup nga poshtë lart me njëfarë force, për shembull, shtypni me dorë (ngriteni). Prandaj, përvoja e konfirmon këtë mbi një trup në një lëng vepron një forcë që e shtyn trupin jashtë lëngut. Siç e dimë, ligji i Paskalit vlen edhe për gazet. Kjo është arsyeja pse trupat në gaz i nënshtrohen një force që i shtyn ata jashtë gazit. Nën ndikimin e kësaj force, balonat ngrihen lart. Ekzistenca e një force që shtyn një trup nga një gaz mund të vërehet gjithashtu eksperimentalisht. Nga tepsi i shkurtuar variojmë një top xhami ose një balonë të madhe të mbyllur me tapë. Peshoret janë të balancuara. Pastaj një enë e gjerë vendoset nën balonë (ose top) në mënyrë që të rrethojë të gjithë balonën. Ena është e mbushur me dioksid karboni, dendësia e të cilit është më e madhe se dendësia e ajrit (prandaj dioksid karboni bie poshtë dhe mbush enën, duke zhvendosur ajrin prej saj). Në këtë rast, ekuilibri i peshores është i shqetësuar. Kupa me balonën e varur ngrihet lart (Fig.). Një balonë e zhytur në dioksid karboni përjeton një forcë më të madhe lëvizëse sesa forca që vepron mbi të në ajër. Forca që shtyn një trup nga një lëng ose gaz është e drejtuar në kundërshtim me forcën e gravitetit të aplikuar në këtë trup.. Prandaj, prolkosmos). Kjo është pikërisht arsyeja pse në ujë ne ndonjëherë ngremë lehtësisht trupat që kemi vështirësi t'i mbajmë në ajër. Një kovë e vogël dhe një trup janë pezulluar nga burimi cilindrike(Fig., a). Një shigjetë në trekëmbësh shënon shtrirjen e pranverës. Tregon peshën e trupit në ajër. Pasi të keni ngritur trupin, një enë derdhjeje e mbushur me lëng në nivelin e tubit të derdhjes vendoset nën të. Pas së cilës trupi është zhytur plotësisht në lëng (Fig., b). Në të njëjtën kohë Një pjesë e lëngut, vëllimi i të cilit është i barabartë me vëllimin e trupit, derdhet jashtë nga ena e derdhjes në gotë. Susta tkurret dhe treguesi i sustës ngrihet, duke treguar një ulje të peshës trupore në lëng. NË në këtë rast Përveç gravitetit, një forcë tjetër vepron në trup, duke e shtyrë atë nga lëngu. Nëse lëngu nga një gotë derdhet në kovën e sipërme (d.m.th., lëngu që u zhvendos nga trupi), atëherë treguesi i pranverës do të kthehet në pozicionin e tij fillestar (Fig., c).
Bazuar në këtë përvojë mund të konkludohet se forca që shtyn jashtë një trup të zhytur plotësisht në një lëng është e barabartë me peshën e lëngut në vëllimin e këtij trupi . Ne morëm të njëjtin përfundim në § 48. Nëse do të kryhej një eksperiment i ngjashëm me një trup të zhytur në disa gaze, do ta tregonte këtë forca që shtyn një trup nga një gaz është gjithashtu e barabartë me peshën e gazit të marrë në vëllimin e trupit . Forca që shtyn një trup nga një lëng ose gaz quhet Forca e Arkimedit, për nder të shkencëtarit Arkimedi , i cili së pari vuri në dukje ekzistencën e tij dhe llogariti vlerën e tij. Pra, përvoja ka konfirmuar se forca e Arkimedit (ose lundruese) është e barabartë me peshën e lëngut në vëllimin e trupit, d.m.th. F A = P f = g m dhe. Masa e lëngut mf e zhvendosur nga një trup mund të shprehet përmes densitetit të tij ρf dhe vëllimit të trupit Vt të zhytur në lëng (pasi Vf - vëllimi i lëngut të zhvendosur nga trupi është i barabartë me Vt - vëllimi i trupit të zhytur në lëng), d.m.th. m f = ρ f · V t. F A= g·ρ dhe · V T Për rrjedhojë, forca e Arkimedit varet nga dendësia e lëngut në të cilin trupi është zhytur dhe nga vëllimi i këtij trupi. Por nuk varet, për shembull, nga dendësia e substancës së trupit të zhytur në lëng, pasi kjo sasi nuk përfshihet në formulën që rezulton. Le të përcaktojmë tani peshën e një trupi të zhytur në një lëng (ose gaz). Meqenëse dy forcat që veprojnë në trup në këtë rast janë të drejtuara në drejtime të kundërta (forca e gravitetit është poshtë, dhe forca e Arkimedit është lart), atëherë pesha e trupit në lëngun P 1 do të jetë më pak peshë trupat në vakum P = g m mbi forcën e Arkimedit F A = g m w (ku m g - masë e lëngut ose gazit të zhvendosur nga trupi). Kështu, nëse një trup është i zhytur në një lëng ose gaz, atëherë ai humbet aq peshë sa peshon lëngu ose gazi që ka zhvendosur. Shembull. Përcaktoni forcën lëvizëse që vepron në një gur me vëllim 1,6 m 3 në ujin e detit. Le të shkruajmë kushtet e problemit dhe ta zgjidhim atë. Kur trupi lundrues arrin në sipërfaqen e lëngut, atëherë me lëvizjen e tij të mëtejshme lart forca e Arkimedit do të ulet. Pse? Por për shkak se vëllimi i pjesës së trupit të zhytur në lëng do të ulet, dhe forca e Arkimedit është e barabartë me peshën e lëngut në vëllimin e pjesës së trupit të zhytur në të. Kur forca e Arkimedit bëhet e barabartë me forcën e gravitetit, trupi do të ndalet dhe do të notojë në sipërfaqen e lëngut, pjesërisht i zhytur në të. Përfundimi që rezulton mund të verifikohet lehtësisht në mënyrë eksperimentale. Derdhni ujë në enën e kullimit deri në nivelin e tubit të kullimit. Pas kësaj, ne do ta zhysim trupin lundrues në enë, pasi e kemi peshuar më parë në ajër. Pasi ka zbritur në ujë, një trup zhvendos një vëllim uji të barabartë me vëllimin e pjesës së trupit të zhytur në të. Pasi e kemi peshuar këtë ujë, zbulojmë se pesha e tij (forca e Arkimedit) është e barabartë me forcën e gravitetit që vepron në një trup lundrues, ose peshën e këtij trupi në ajër. Duke bërë të njëjtat eksperimente me çdo trup tjetër që noton në lëngje të ndryshme - ujë, alkool, tretësirë kripe, mund të bindeni se nëse një trup noton në një lëng, atëherë pesha e lëngut të zhvendosur prej tij është e barabartë me peshën e këtij trupi në ajër. Është e lehtë ta vërtetosh këtë nëse dendësia e një trupi të ngurtë është më e madhe se dendësia e një lëngu, atëherë trupi zhytet në një lëng të tillë. Një trup me densitet më të ulët noton në këtë lëng. Një copë hekuri, për shembull, zhytet në ujë, por noton në merkur. Një trup, dendësia e të cilit është e barabartë me densitetin e lëngut, mbetet në ekuilibër brenda lëngut. Akulli noton në sipërfaqen e ujit sepse dendësia e tij është më e vogël se dendësia e ujit. Sa më i ulët të jetë dendësia e trupit në krahasim me dendësinë e lëngut, aq më pak pjesë e trupit është zhytur në lëng. . Në dendësi të barabarta trupat dhe lëngjet një trup noton brenda një lëngu në çdo thellësi. Dy lëngje të papërziershme, për shembull uji dhe vajguri, ndodhen në një enë në përputhje me dendësinë e tyre: në pjesën e poshtme të enës - ujë më i dendur (ρ = 1000 kg/m3), sipër - vajguri më i lehtë (ρ = 800 kg. /m3) . Dendësia mesatare e organizmave të gjallë që banojnë në mjedisin ujor ndryshon pak nga dendësia e ujit, kështu që pesha e tyre është pothuajse plotësisht e balancuar nga forca e Arkimedit. Falë kësaj, kafshët ujore nuk kanë nevojë për skelete kaq të forta dhe masive si ato tokësore. Për të njëjtën arsye, trungjet e bimëve ujore janë elastike. Fshikëza e notit e një peshku ndryshon lehtësisht vëllimin e saj. Kur një peshk, me ndihmën e muskujve, zbret në një thellësi më të madhe dhe presioni i ujit mbi të rritet, flluska tkurret, vëllimi i trupit të peshkut zvogëlohet dhe ai nuk shtyhet lart, por noton në thellësi. Kështu, peshku mund të rregullojë thellësinë e zhytjes së tij brenda kufijve të caktuar. Balenat rregullojnë thellësinë e zhytjes së tyre duke ulur dhe rritur kapacitetin e tyre të mushkërive. Lundrimi i anijeve.Anijet që lundrojnë në lumenj, liqene, dete dhe oqeane janë ndërtuar nga materiale të ndryshme me dendësi të ndryshme. Trupi i anijeve zakonisht është bërë nga fletë çeliku. Të gjitha fiksimet e brendshme që i japin anijeve forcë janë gjithashtu prej metali. Përdoret për të ndërtuar anije materiale të ndryshme, duke pasur densitet më të lartë dhe më të ulët në krahasim me ujin. Si lundrojnë anijet, marrin në bord dhe transportojnë ngarkesa të mëdha? Një eksperiment me një trup lundrues (§ 50) tregoi se trupi zhvendos aq shumë ujë me pjesën e tij nënujore sa që pesha e këtij uji është e barabartë me peshën e trupit në ajër. Kjo është gjithashtu e vërtetë për çdo anije. Pesha e ujit të zhvendosur nga pjesa nënujore e anijes është e barabartë me peshën e anijes me ngarkesën në ajër ose forcën e gravitetit që vepron në anijen me ngarkesë. Thellësia në të cilën një anije është zhytur në ujë quhet draft . Drafti maksimal i lejuar shënohet në bykun e anijes me një vijë të kuqe të quajtur vijë ujore (nga holandishtja. ujë- ujë). Pesha e ujit të zhvendosur nga një anije kur zhytet në vijën e ujit, e barabartë me forcën e gravitetit që vepron në anijen e ngarkuar, quhet zhvendosja e anijes.. Aktualisht, anijet me një zhvendosje prej 5,000,000 kN (5 × 10 6 kN) ose më shumë po ndërtohen për transportin e naftës, domethënë që kanë një masë prej 500,000 ton (5 × 10 5 t) ose më shumë së bashku me ngarkesën. Nëse zbresim peshën e vetë anijes nga zhvendosja, marrim kapacitetin mbajtës të kësaj anijeje. Kapaciteti mbajtës tregon peshën e ngarkesës së transportuar nga anija. Ndërtimi i anijeve ekzistonte në Egjiptin e Lashtë, Feniki (besohet se fenikasit ishin një nga ndërtuesit më të mirë të anijeve) dhe Kinën e Lashtë. Në Rusi, ndërtimi i anijeve filloi në fund të shekujve 17 dhe 18. Kryesisht u ndërtuan anije luftarake, por ishte në Rusi që u ndërtuan akullthyesi i parë, anije me një motor me djegie të brendshme dhe akullthyesi bërthamor Arktika. Aeronautikë.
Vizatim që përshkruan balonën e vëllezërve Montgolfier nga viti 1783: “Pamje dhe dimensionet e sakta të balonës Globi"Kush ishte i pari." 1786 Që nga kohërat e lashta, njerëzit kanë ëndërruar mundësinë për të fluturuar mbi retë, për të notuar në oqeanin e ajrit, siç notonin në det. Për aeronautikën Në fillim, ata përdorën balona që ishin të mbushura me ajër të nxehtë, hidrogjen ose helium. Në mënyrë që një tullumbace të ngrihet në ajër, është e nevojshme që forca e Arkimedit (lundrueshmëria) F Një veprim mbi topin ishte më i madh se forca e gravitetit F e rëndë, d.m.th. F A > F i rëndë Ndërsa topi ngrihet lart, forca e Arkimedit që vepron mbi të zvogëlohet ( F A = gρV), që nga dendësia shtresat e sipërme atmosfera është më e vogël se ajo e sipërfaqes së Tokës. Për t'u ngritur më lart, një çakëll (peshë) e veçantë hidhet nga topi dhe kjo e lehtëson topin. Përfundimisht topi arrin lartësinë maksimale të ngritjes. Për të lëshuar topin nga guaska e tij, një pjesë e gazit lëshohet duke përdorur një valvul të veçantë. Në drejtimin horizontal, një tullumbace lëviz vetëm nën ndikimin e erës, prandaj quhet tullumbace (nga greqishtja ajror-ajri, stato- në këmbë). Jo shumë kohë më parë, balona të mëdha u përdorën për të studiuar shtresat e sipërme të atmosferës dhe stratosferës - balona stratosferike . Para se të mësonim se si të ndërtonim avionë të mëdhenj për transportin ajror të pasagjerëve dhe ngarkesave, u përdorën balona të kontrolluara - aeroplanët. Ata kanë një formë të zgjatur një gondolë me një motor është pezulluar nën trupin, i cili drejton helikën. Baloni jo vetëm që ngrihet vetë, por gjithashtu mund të ngrejë disa ngarkesa: kabinën, njerëzit, instrumentet. Prandaj, për të zbuluar se çfarë lloj ngarkese mund të ngrejë një tullumbace, është e nevojshme ta përcaktoni atë ashensori. Për shembull, le të lëshohet në ajër një tullumbace me vëllim 40 m 3 e mbushur me helium. Masa e heliumit që mbush guaskën e topit do të jetë e barabartë me: Kjo do të thotë se ky top mund të ngrejë një ngarkesë që peshon 520 N - 71 N = 449 N. Kjo është forca e tij ngritëse. Një tullumbace me të njëjtin vëllim, por e mbushur me hidrogjen, mund të ngrejë një ngarkesë prej 479 N. Kjo do të thotë se forca e tij ngritëse është më e madhe se ajo e një tullumbace të mbushur me helium. Por heliumi përdoret akoma më shpesh, pasi nuk digjet dhe për këtë arsye është më i sigurt. Hidrogjeni është një gaz i ndezshëm. Është shumë më e lehtë për të ngritur dhe ulur një tullumbace të mbushur me ajër të nxehtë. Për ta bërë këtë, një djegës është i vendosur nën vrimën e vendosur në pjesën e poshtme të topit. Me ndihmën djegës me gaz ju mund të rregulloni temperaturën e ajrit brenda topit, dhe për këtë arsye densitetin dhe forcën e tij lëvizëse. Për ta bërë topin të ngrihet më lart, mjafton të ngrohni ajrin në të më fort duke rritur flakën e djegësit. Ndërsa flaka e djegësit zvogëlohet, temperatura e ajrit në top zvogëlohet dhe topi zbret. Ju mund të zgjidhni një temperaturë të topit në të cilën pesha e topit dhe kabinës do të jetë e barabartë me forcën lëvizëse. Atëherë topi do të varet në ajër dhe do të jetë e lehtë të bësh vëzhgime prej tij. Ndërsa shkenca u zhvillua, ndryshime të rëndësishme ndodhën në teknologjinë aeronautike. U bë e mundur përdorimi i predhave të reja për balona, të cilat u bënë të qëndrueshme, rezistente ndaj ngricave dhe të lehta. Përparimet në fushën e inxhinierisë së radios, elektronikës dhe automatizimit kanë bërë të mundur projektimin e balonave pa pilot. Këto balona përdoren për të studiuar rrymat e ajrit, për kërkime gjeografike dhe biomjekësore në shtresat e poshtme të atmosferës. Llogaritësi i mëposhtëm është krijuar për të llogaritur një sasi të panjohur nga vlerat e dhëna duke përdorur formulën për presionin e një kolone të lëngshme. Llogaritësi ju lejon të gjeni
Nxjerrja e formulave për të gjitha rastet është e parëndësishme. Për densitetin, vlera e paracaktuar është dendësia e ujit, për përshpejtimin e gravitetit - nxitimi i tokës, dhe për presionin - një vlerë e barabartë me një atmosferë presioni. Një teori e vogël, si zakonisht, nën kalkulator. dendësia e presionit lartësia e përshpejtimit të gravitetit Presioni në lëng, Pa Lartësia e kolonës së lëngshme, m Dendësia e lëngut, kg/m3 Nxitimi i gravitetit, m/s2 Presioni hidrostatik- presioni i kolonës së ujit mbi nivelin konvencional. Formula për presionin hidrostatik është nxjerrë mjaft thjeshtë Nga kjo formulë është e qartë se presioni nuk varet nga zona e anijes ose forma e saj. Varet vetëm nga dendësia dhe lartësia e kolonës së një lëngu të caktuar. Nga e cila rezulton se duke rritur lartësinë e enës, mund të krijojmë një presion mjaft të lartë me një vëllim të vogël. Kjo çon edhe në fenomenin e paradoksit hidrostatik. Paradoksi hidrostatik- një fenomen në të cilin forca e presionit të peshës së një lëngu të derdhur në një enë në fund të enës mund të ndryshojë nga pesha e lëngut të derdhur. Në enët me një seksion kryq që rritet lart, forca e presionit në fund të enës është më e vogël se pesha e lëngut në enët me një seksion kryq që zvogëlohet lart, forca e presionit në fund të enës më shumë peshë lëngjeve. Forca e presionit të lëngut në fund të enës është e barabartë me peshën e lëngut vetëm për një enë cilindrike.
Në foton e mësipërme, presioni në fund të enës është i njëjtë në të gjitha rastet dhe nuk varet nga pesha e lëngut të derdhur, por vetëm nga niveli i tij. Arsyeja e paradoksit hidrostatik është se lëngu shtyp jo vetëm në fund, por edhe në muret e enës. Presioni i lëngut në mure të pjerrëta ka një komponent vertikal. Në një enë që zgjerohet lart, drejtohet poshtë në një enë që ngushtohet lart, drejtohet lart; Pesha e lëngut në enë do të jetë e barabartë me shumën përbërës vertikal të presionit të lëngshëm në të gjithë zonën e brendshme të anijes Le të shqyrtojmë më në detaje eksperimentin me një piston që thith ujë në një tub. Në fillim të eksperimentit (Fig. 287), uji në tub dhe në filxhan është në të njëjtin nivel dhe pistoni prek ujin me sipërfaqen e tij të poshtme. Uji shtypet kundër pistonit nga poshtë nga presioni atmosferik që vepron në sipërfaqen e ujit në filxhan. Presioni atmosferik vepron gjithashtu në majë të pistonit (ne do ta konsiderojmë pa peshë). Nga ana e tij, pistoni, sipas ligjit të barazisë së veprimit dhe reagimit, vepron mbi ujin në tub, duke ushtruar mbi të një presion të barabartë me presionin atmosferik që vepron në sipërfaqen e ujit në filxhan.
Oriz. 287. Thithja e ujit në një tub. Fillimi i eksperimentit: pistoni është në nivelin e ujit në filxhan
Oriz. 288. a) Njësoj si në Fig. 287, por me piston të ngritur, b) Grafiku i presionit Le ta ngremë pistonin në një lartësi të caktuar; për ta bërë këtë, një forcë e drejtuar lart do të duhet të zbatohet në të (Fig. 288, a). Presioni atmosferik do të detyrojë ujin në tubin që ndjek pistonin; Tani kolona e ujit do të prekë pistonin, duke e shtypur atë me më pak forcë, domethënë, do të ushtrojë më pak presion mbi të se më parë. Prandaj, kundërpresioni i pistonit në ujin në tub do të jetë më i vogël. Presioni atmosferik që vepron në sipërfaqen e ujit në filxhan do të balancohet nga presioni i pistonit i shtuar në presionin e krijuar nga kolona e ujit në tub. Në Fig. 288, b tregon një grafik të presionit në një kolonë uji në rritje në një tub. Le ta ngremë pistonin lartësi më të madhe- uji gjithashtu do të rritet, duke ndjekur pistonin, dhe kolona e ujit do të bëhet më e lartë. Presioni i shkaktuar nga pesha e shtyllës do të rritet; për rrjedhojë, presioni i pistonit në skajin e sipërm të kolonës do të ulet, pasi që të dyja këto presione duhet të shtohen akoma në presionin atmosferik. Tani uji do të shtypet kundër pistonit me edhe më pak forcë. Për ta mbajtur pistonin në vend, tani do të duhet të aplikohet një forcë më e madhe: ndërsa pistoni ngrihet, presioni i ujit në sipërfaqen e poshtme të pistonit do të balancojë gjithnjë e më shumë presionin atmosferik në sipërfaqen e sipërme të tij. Çfarë ndodh nëse, duke marrë një tub me gjatësi të mjaftueshme, e ngrini pistonin gjithnjë e më lart? Presioni i ujit në piston do të bëhet gjithnjë e më pak; Së fundi, presioni i ujit në piston dhe presioni i pistonit në ujë do të shkojë në zero. Në këtë lartësi të kolonës, presioni i shkaktuar nga pesha e ujit në tub do të jetë e barabartë me presionin atmosferik. Llogaritja që do të paraqesim në paragrafin vijues tregon se lartësia e kolonës së ujit duhet të jetë e barabartë me 10.332 m (në presion normal atmosferik). Me ngritjen e mëtejshme të pistonit, niveli i kolonës së ujit nuk do të rritet më, pasi presioni i jashtëm nuk është në gjendje të balancojë kolonën më të lartë: hapësira boshe do të mbetet midis ujit dhe sipërfaqes së poshtme të pistonit (Fig. 289, a ).
Oriz. 289. a) Njësoj si në Fig. 288, por kur pistoni ngrihet mbi lartësinë maksimale (10,33 m). b) Grafiku i presionit për këtë pozicion pistoni. c) Në realitet, kolona e ujit nuk arrin lartësinë e saj të plotë, pasi avulli i ujit ka një presion prej rreth 20 mm Hg në temperaturën e dhomës. Art. dhe në përputhje me rrethanat ul nivelin e sipërm të kolonës. Prandaj, grafiku i vërtetë ka një majë të prerë. Për qartësi, presioni i avullit të ujit është i ekzagjeruar Në realitet, kjo hapësirë nuk do të jetë plotësisht e zbrazët: do të mbushet me ajër të lëshuar nga uji, në të cilin ka gjithmonë pak ajër të tretur; Përveç kësaj, në këtë hapësirë do të ketë edhe avuj uji. Prandaj, presioni në hapësirën midis pistonit dhe kolonës së ujit nuk do të jetë saktësisht zero, dhe ky presion do të zvogëlojë pak lartësinë e kolonës (Fig. 289, c). Pyetjet e përditshme se pse pompat nuk mund të thithin lëng nga një thellësi prej më shumë se 9 metrash më shtynë të shkruaj një artikull në lidhje me këtë. Askush nuk mund të shpjegonte se çfarë po ndodhte këtu derisa studenti i Galileos, E. Toricelli, sugjeroi që uji në sistem ngrihet nën ndikimin e gravitetit të atmosferës, e cila shtyp mbi sipërfaqen e liqenit. Një kolonë uji 10.3 m e lartë balancon saktësisht këtë presion, dhe për këtë arsye uji nuk ngrihet më lart. Toricelli mori një tub qelqi me një skaj të mbyllur dhe tjetrin të hapur dhe e mbushi me merkur. Pastaj mbylli vrimën me gisht dhe, duke e kthyer tubin, uli skajin e hapur në një enë të mbushur me merkur. Mërkuri nuk u derdh nga tubi, por vetëm ra pak.
Në të njëjtën mënyrë, nëse në një eksperiment me merkur në vend të tij derdhni ujë në tub, kolona e ujit do të jetë 10.3 metra e lartë. Kjo është arsyeja pse ata nuk bëjnë barometra uji, sepse... do të ishin shumë të mëdha.
Presioni i një kolone të lëngshme (P) është i barabartë me produktin e nxitimit të gravitetit (g), densitetin e lëngut (ρ) dhe lartësinë e kolonës së lëngshme:
Presioni atmosferik në nivelin e detit (P) supozohet të jetë i barabartë me 1 kg/cm2 (100 kPa). Dendësia e ujit në temperaturën 20°C është 1000 kg/m3. Nga kjo formulë është e qartë se sa më i ulët të jetë presioni atmosferik (P), aq më e ulët lartësia mund të rritet lëngu (d.m.th., sa më i lartë mbi nivelin e detit, për shembull në male, aq më e ulët është thellësia nga e cila mund të thithë pompa). Për shembull, i njëjti merkur, me kushte ideale, mund të ngrihet nga një lartësi prej jo më shumë se 760 mm. Pra, çfarë përfundimesh mund të nxirren nga e gjithë kjo: ku P është presioni atmosferik, është dendësia e lëngut. g – nxitimi gravitacional, x – vlera e humbjes (m). Shënim: Formula mund të përdoret për të llogaritur ngritjen e thithjes në kushte normale dhe temperatura deri në +30°C. Për shembull, kur temperatura e lëngut rritet në +60°C, lartësia e thithjes zvogëlohet pothuajse përgjysmë. Dhe gjëja më interesante është se të gjithë ne i kaluam të gjitha këto në një mësim fizik ndërsa studionim temën "presioni atmosferik".
|
