Siden tyngdekraften virker på en væske, har en flytende substans vekt. Vekt er kraften som den presser på støtten, det vil si på bunnen av karet som den helles i. Pascals lov sier: trykket på væsken overføres til et hvilket som helst punkt i det, uten å endre styrken. Hvordan beregne trykket til en væske på bunnen og veggene av et kar? Vi vil forstå artikkelen ved å bruke illustrerende eksempler.
Experience
La oss forestille oss at vi har et sylindrisk kar fylt med væske. Vi angir høyden på væskelaget h, arealet av bunnen av fartøyet - S, og tettheten til væsken - ρ. Ønsket trykk er P. Det beregnes ved å dele kraften som virker i en vinkel på 90 ° til overflaten med arealet av denne overflaten. I vårt tilfelle er overflaten bunnen av beholderen. P=F/S.
Væsketrykkets kraft på bunnen av karet er vekten. Det er lik trykkkraften. Væsken vår er stasjonær, så vekt er lik tyngdekraften(Fstrand) som virker på væsken, og derav trykkkraften (F=Fstyrke). Fheavy finnes som følger: multipliser massen til væsken (m) med akselerasjonen av fritt fall (g). Massen kan finnes hvis man vet hva som er tettheten til væsken og hva volumet er i karet. m=ρ×V. Karet har en sylindrisk form, så vi finner volumet ved å multiplisere grunnflaten til sylinderen med høyden på væskelaget (V=S×h).
Beregning av væsketrykk i bunnen av karet
Her er mengdene vi kan beregne: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. La oss erstatte dem med den første formelen og få følgende uttrykk: P=ρ×S×h×g/S. La oss redusere arealet S i telleren og nevneren. Det vil forsvinne fra formelen, noe som betyr at trykket på bunnen ikke avhenger av fartøyets område. I tillegg er det ikke avhengig av formen på beholderen.
Trykket som en væske skaper på bunnen av et kar kalles hydrostatisk trykk. "Hydro" er "vann" og statisk er fordi væsken er stille. Bruk formelen oppnådd etter alle transformasjoner (P=ρ×h×g), bestem trykket til væsken i bunnen av karet. Det kan sees av uttrykket at jo tettere væsken er, desto større er trykket på bunnen av karet. La oss analysere mer detaljert hva verdien h.
Trykk i væskekolonnen
La oss si at vi har økt bunnen av karet med en viss mengde, lagt til ekstra plass til væsken. Hvis vi legger en fisk i en beholder, vil trykket på den være det samme i karet fra forrige forsøk og i det andre, forstørrede? Vil trykket endre seg fra det som fortsatt er under fiskener det vann? Nei, fordi det er et visst lag med væske på toppen, virker tyngdekraften på det, som betyr at vann har vekt. Det som er nedenfor er irrelevant. Derfor kan vi finne trykket i selve tykkelsen av væsken, og h er dybden. Det er ikke nødvendigvis avstanden til bunnen, bunnen kan være lavere.
La oss forestille oss at vi snudde fisken 90° og la den ligge på samme dybde. Vil dette endre presset på henne? Nei, for på dypet er det likt i alle retninger. Hvis vi fører en fisk nær karveggen, vil trykket på den endres hvis den holder seg på samme dybde? Nei. I alle tilfeller vil trykket i dybden h bli beregnet med samme formel. Dette betyr at denne formelen lar oss finne væsketrykket på bunnen og veggene av karet i en dybde h, dvs. i væskens tykkelse. Jo dypere, jo større er den.
Trykk i skråstilt fartøy
La oss tenke oss at vi har et rør på ca 1 m. Vi heller væske i det slik at det blir helt fylt. La oss ta nøyaktig det samme røret, fylt til randen, og plassere det på skrå. Karene er identiske og fylt med samme væske. Derfor er massen og vekten til væsken i både det første og andre røret like. Vil trykket være det samme på punktene i bunnen av disse beholderne? Ved første øyekast ser det ut til at trykket P1 er lik P2, siden massen til væskene er den samme. La oss anta at dette er tilfellet, og la oss gjøre et eksperiment for å sjekke det ut.
Koble de nedre delene av disse rørene med et lite rør. Hvis envår antagelse om at P1 =P2 er riktig, vil væsken flyte et sted? Nei, fordi partiklene vil bli påvirket av krefter i motsatt retning, som vil kompensere hverandre.
La oss feste en trakt til toppen av det skrånende røret. Og på det vertikale røret lager vi et hull, setter inn et rør i det, som bøyer seg ned. Trykket i nivå med hullet er større enn helt på toppen. Dette betyr at væsken vil strømme gjennom et tynt rør og fylle trakten. Væskemassen i det skråstilte røret vil øke, væsken vil strømme fra det venstre røret til det høyre, så vil det stige og sirkulere i en sirkel.
Og nå skal vi installere en turbin over trakten, som vi skal koble til en elektrisk generator. Da vil dette systemet generere strøm på egen hånd, uten inngrep. Hun vil jobbe uavbrutt. Det ser ut til at dette er "evigbevegelsesmaskinen". Allerede på 1800-tallet nektet imidlertid det franske vitenskapsakademiet å akseptere slike prosjekter. Loven om bevaring av energi sier at det er umulig å lage en "evig bevegelsesmaskin". Så vår antagelse om at P1 =P2 er feil. Faktisk P1< P2. Hvordan beregner man da væsketrykket på bunnen og veggene av karet i et rør som er plassert i en vinkel?
Høyde på væskekolonne og trykk
For å finne det ut, la oss gjøre følgende tankeeksperiment. Ta en beholder fylt med væske. Vi legger to rør i den frametallnetting. Vi vil plassere den ene vertik alt, og den andre - skrått, slik at dens nedre ende vil være på samme dybde som bunnen av det første røret. Siden beholderne er på samme dybde h, vil trykket av væsken på bunnen og veggene av beholderen også være det samme.
Tett igjen alle hullene i rørene. På grunn av det faktum at de har blitt solide, vil trykket i de nedre delene endre seg? Nei. Selv om trykket er det samme, og karene er like store, er væskemassen i et vertik alt rør mindre. Dybden der bunnen av røret er plassert kalles høyden på væskekolonnen. La oss gi en definisjon av dette konseptet: det er avstanden målt vertik alt fra den frie overflaten til et gitt punkt i væsken. I vårt eksempel er høyden på væskekolonnen den samme, så trykket er det samme. I forrige forsøk er høyden på væskekolonnen i høyre rør større enn i venstre. Derfor er trykket P1 mindre enn P2.
