Memandangkan daya graviti bertindak ke atas cecair, bahan cecair mempunyai berat. Berat ialah daya yang ia menekan pada sokongan, iaitu, di bahagian bawah bekas tempat ia dituangkan. Hukum Pascal mengatakan: tekanan pada bendalir dihantar ke mana-mana titik di dalamnya, tanpa mengubah kekuatannya. Bagaimana untuk mengira tekanan cecair di bahagian bawah dan dinding kapal? Kami akan memahami artikel menggunakan contoh ilustrasi.
Pengalaman
Mari bayangkan kita mempunyai bekas silinder yang diisi dengan cecair. Kami menandakan ketinggian lapisan cecair h, kawasan bahagian bawah kapal - S, dan ketumpatan cecair - ρ. Tekanan yang dikehendaki ialah P. Ia dikira dengan membahagikan daya yang bertindak pada sudut 90 ° ke permukaan dengan luas permukaan ini. Dalam kes kami, permukaan adalah bahagian bawah bekas. P=F/S.
Daya tekanan cecair pada bahagian bawah kapal ialah berat. Ia sama dengan daya tekanan. Bendalir kita adalah pegun, jadi berat sama dengan graviti(Fstrand) bertindak ke atas cecair, dan oleh itu daya tekanan (F=Fstrength). Fberat didapati seperti berikut: darab jisim cecair (m) dengan pecutan jatuh bebas (g). Jisim boleh didapati jika diketahui apakah ketumpatan cecair dan berapa isipadunya di dalam bekas. m=ρ×V. Bekas itu mempunyai bentuk silinder, jadi kita akan mencari isipadunya dengan mendarabkan luas tapak silinder dengan ketinggian lapisan cecair (V=S×h).
Pengiraan tekanan cecair di bahagian bawah bekas
Berikut ialah kuantiti yang boleh kita kira: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Mari kita gantikannya ke dalam formula pertama dan dapatkan ungkapan berikut: P=ρ×S×h×g/S. Mari kita kurangkan luas S dalam pengangka dan penyebut. Ia akan hilang dari formula, yang bermaksud bahawa tekanan di bahagian bawah tidak bergantung pada kawasan kapal. Selain itu, ia tidak bergantung pada bentuk bekas.
Tekanan yang dihasilkan oleh cecair di bahagian bawah bekas dipanggil tekanan hidrostatik. "Hydro" ialah "air" dan statik adalah kerana bendalirnya diam. Menggunakan formula yang diperoleh selepas semua penjelmaan (P=ρ×h×g), tentukan tekanan cecair di bahagian bawah bekas. Ia dapat dilihat dari ungkapan bahawa lebih padat cecair, lebih besar tekanannya pada bahagian bawah kapal. Mari analisa dengan lebih terperinci apakah nilai h.
Tekanan dalam lajur cecair
Katakan kita telah meningkatkan bahagian bawah kapal dengan jumlah tertentu, menambah ruang tambahan untuk cecair. Jika kita meletakkan ikan di dalam bekas, adakah tekanan ke atasnya akan sama di dalam kapal dari eksperimen sebelumnya dan dalam yang kedua, yang diperbesarkan? Adakah tekanan akan berubah dari apa yang masih di bawah ikanada air? Tidak, kerana terdapat lapisan cecair tertentu di atas, graviti bertindak ke atasnya, yang bermaksud bahawa air mempunyai berat. Perkara di bawah tidak relevan. Oleh itu, kita boleh mencari tekanan dalam ketebalan cecair, dan h ialah kedalaman. Tidak semestinya jarak ke bawah, bahagian bawah boleh lebih rendah.
Mari bayangkan kita memusingkan ikan 90°, meninggalkannya pada kedalaman yang sama. Adakah ini akan mengubah tekanan ke atasnya? Tidak, kerana pada kedalaman ia adalah sama dalam semua arah. Jika kita membawa ikan dekat dengan dinding kapal, adakah tekanan ke atasnya akan berubah jika ia kekal pada kedalaman yang sama? Tidak. Dalam semua kes, tekanan pada kedalaman h akan dikira menggunakan formula yang sama. Ini bermakna formula ini membolehkan kita mencari tekanan cecair di bahagian bawah dan dinding kapal pada kedalaman h, iaitu, dalam ketebalan cecair. Lebih dalam, lebih besar.
Tekanan dalam bekas condong
Mari bayangkan kita mempunyai tiub sepanjang kira-kira 1 m. Kita tuangkan cecair ke dalamnya supaya ia terisi sepenuhnya. Mari kita ambil tiub yang sama, diisi hingga penuh, dan letakkan pada sudut. Bekas adalah sama dan diisi dengan cecair yang sama. Oleh itu, jisim dan berat cecair dalam kedua-dua tiub pertama dan kedua adalah sama. Adakah tekanan akan sama pada titik yang terletak di bahagian bawah bekas ini? Pada pandangan pertama, nampaknya tekanan P1 adalah sama dengan P2, kerana jisim cecair adalah sama. Mari kita anggap perkara ini berlaku dan mari kita lakukan percubaan untuk menyemaknya.
Sambungkan bahagian bawah tiub ini dengan tiub kecil. Sekiranyaandaian kami bahawa P1 =P2 adalah betul, adakah cecair akan mengalir ke suatu tempat? Tidak, kerana zarahnya akan dipengaruhi oleh daya dalam arah yang bertentangan, yang akan mengimbangi satu sama lain.
Mari pasang corong pada bahagian atas tiub condong. Dan pada tiub menegak kami membuat lubang, masukkan tiub ke dalamnya, yang membongkok ke bawah. Tekanan pada paras lubang lebih besar daripada di bahagian paling atas. Ini bermakna cecair akan mengalir melalui tiub nipis dan memenuhi corong. Jisim cecair dalam tiub condong akan bertambah, cecair akan mengalir dari tiub kiri ke kanan, kemudian ia akan naik dan beredar dalam bulatan.
Dan sekarang kami akan memasang turbin di atas corong, yang akan kami sambungkan kepada penjana elektrik. Kemudian sistem ini akan menjana elektrik dengan sendirinya, tanpa sebarang campur tangan. Dia akan bekerja tanpa henti. Nampaknya ini adalah "mesin gerakan kekal". Walau bagaimanapun, seawal abad ke-19, Akademi Sains Perancis enggan menerima sebarang projek sedemikian. Undang-undang pemuliharaan tenaga mengatakan bahawa adalah mustahil untuk mencipta "mesin gerakan kekal". Jadi andaian kami bahawa P1 =P2 adalah salah. Sebenarnya P1< P2. Bagaimana, kemudian, untuk mengira tekanan cecair di bahagian bawah dan dinding bekas dalam tiub yang terletak pada sudut?
Ketinggian lajur cecair dan tekanan
Untuk mengetahui, mari lakukan eksperimen pemikiran berikut. Ambil bekas berisi cecair. Kami meletakkan dua tiub di dalamnya darijaringan logam. Kami akan meletakkan satu secara menegak, dan yang lain - secara serong, supaya hujung bawahnya berada pada kedalaman yang sama dengan bahagian bawah tiub pertama. Memandangkan bekas berada pada kedalaman h yang sama, tekanan cecair pada bahagian bawah dan dinding kapal juga akan sama.
Sekarang tutup semua lubang dalam tiub. Kerana fakta bahawa mereka telah menjadi pepejal, adakah tekanan di bahagian bawah mereka berubah? Tidak. Walaupun tekanan adalah sama, dan saiz kapal adalah sama, jisim cecair dalam tiub menegak adalah kurang. Kedalaman di mana bahagian bawah tiub terletak dipanggil ketinggian lajur cecair. Mari kita berikan definisi kepada konsep ini: ia adalah jarak yang diukur secara menegak dari permukaan bebas ke titik tertentu dalam cecair. Dalam contoh kami, ketinggian lajur cecair adalah sama, jadi tekanan adalah sama. Dalam eksperimen sebelumnya, ketinggian lajur cecair di dalam tiub kanan adalah lebih besar daripada di sebelah kiri. Oleh itu, tekanan P1 adalah kurang daripada P2.
