Študujeme tlak kvapaliny. Vyvodiť závery

Aby sme sa zaoberali problémom "Fluid Pressure", začnime s klasickými príkladmi a postupne prejdeme k zložitejším a mätúcim možnostiam. Pre nádobu valcového tvaru, ktorej steny sú prísne zvislé a spodok je vodorovný, hydrostatický tlak kvapaliny naliaty do výšky h zostane nezmenený pre každý bod dna. Vzorec na výpočet tejto hodnoty bude vyzerať ako p = rgh, kde r je hustota tekutiny; G - zrýchlenie gravitácie; H je výška stĺpca kvapaliny. Hodnota p pre všetky body spodku je rovnaká.

Vstupom do oblasti dna nádoby S do vzorca môžeme vypočítať tlak F. Za predpokladu, že tlak tekutiny na dne nádoby je rovnaký v každom bode, logický záver je F = rghS.

Je ľahké vidieť, že v tomto prípade je tlaková sila na dne rovná hmotnosti tekutiny naliatej do valcovej nádoby s pravidelným tvarom. Zdá sa to paradoxné, ale má vedecké a logické vysvetlenie, ktoré hovorí, že vzorec F = rghS pracuje pre nádoby s veľmi odlišnými tvarmi. Inými slovami, pre rovnakú S - spodnú oblasť a h - výšku hladiny kvapaliny, tlak kvapaliny na dne je rovnaký pre všetky nádoby, bez ohľadu na to, koľko každej jednotlivej nádobe drží. V rovnakej dobe môže byť hmotnosť skutočne naliatej kvapaliny do nádob ľubovoľného tvaru menšia a väčšia než tlaková sila na dne, ale bude vždy spĺňať pravidlo opísané vyššie.

Podľa základného princípu fyziky, aby skontroloval teoretické závery v praxi, Pascal navrhol používať nástroj pomenovaný podľa jeho mena. Vrcholom tohto zariadenia je špeciálny stojan, ktorý vám umožňuje upevniť nádoby rôznych tvarov, ktoré nemajú dno. Spodok nádoby je pevne zatlačený pod doskou, ktorá je umiestnená na jednej strane ramena váhy.

Hmotnosť namontujeme na pohárik druhej kolískej a začneme plniť nádobu vodou. Keď tlak tekutiny vytvorí silu, ktorá presahuje hmotnosť závažia, kvapalina otvorí platňu a prebytok vytečie. Meraním výšky vodného stĺpca môžete vypočítať číselnú hodnotu sily jeho tlaku na dne a porovnať ho s hmotnosťou váhy.

Ak vezmeme do úvahy možnosť dosiahnuť väčšiu tlakovú silu s malým množstvom vody, iba zvýšenie výšky vodného stĺpca sa dá vysvetliť zaujímavé skúsenosti, ktoré opísal aj Pascal.

K hornému krytu nového starostlivo zvlhčeného hlaveň na hrany naplnené vodou bola pripevnená dlhá hadička, nad ktorou bola nalievaná voda. Skúmavka mala malý prierez, pár vodných pohárov stačilo na zdvihnutie vodného stĺpca do značnej výšky. V určitom momente nový pevný barel to nemohol vydržať a praskol vo švíkoch. Bez ohľadu na množstvo naliatej kvapaliny, bola výška vodného stĺpca, ktorá viedla k zvýšeniu tlaku na dno hlavne. V dôsledku toho vznikla kritická sila, ktorá viedla k pretrhnutiu nádrže.

Rozdiel v skutočnej hmotnosti tekutiny a tlakovej sily na dne nádoby je kompenzovaný silou, ktorá spôsobuje tlak kvapaliny na stenách nádoby. Je to sklon steny nádoby, ktorý vedie k tomu, že tento tlak je smerovaný smerom hore alebo dole, čím sa systém dostáva do rovnováhy.

Nádoba, ktorá má zúženie na vrchol, zažije tlak tekutiny nasmerovaný nahor. Zaujímavú skúsenosť možno urobiť jednoduchou inštaláciou. Je potrebné vložiť valec na pevný piest, ktorý prechádza do trubice inštalovanej zvisle. Napĺňaním vody cez hadicu pozorujeme, ako vyplnenie priestoru nad piestami vedie k vzostupu valca nahor.

Stručne povedané, termín "tlak" môže byť definovaný ako pomer sily, ktorá pôsobí kolmo na povrch, na jeho plochu. Jednotkový tlak je hodnota rovnajúca sa jednej Pascale (1 Pa) a zodpovedá pôsobeniu sily v jednom Newtone (1 H) na jeden štvorcový meter (1 m2).

Podľa Pascalovho zákona sa tlak, ktorý prechádza kvapalinou (plyn), prenáša nezmenený na každý bod objemu kvapaliny (plynu). Vnútorný tlak kvapaliny (plynu) je rovnaký v určitej výške. Pri hĺbke sa zvyšuje.