Гідростатичний тиск

Калькулятор знаходить невідомі величини за заданими за допомогою формули тиску стовпа рідини.

Нижче калькулятор призначений для розрахунку невідомої величини за заданими, використовуючи формулу тиску стовпа рідини.
Сама формула:

Калькулятор дозволяє знайти

• тиск стовпа рідини за відомими щільністю рідини, висотою стовпа рідини та прискоренням вільного падіння
• висоту стовпа рідини за відомим тиском рідини, щільністю рідини та прискоренням вільного падіння
• щільність рідини за відомим тиском рідини, висотою стовпа рідини та прискоренням вільного падіння
• прискорення вільного падіння за відомим тиском рідини, щільністю рідини та висотою стовпа рідини

Висновок формул для всіх випадків тривіальний. Для густини за замовчуванням використовується значення густини води, для прискорення вільного падіння - земне прискорення, і для тиску - величина дорівнює тиску в одну атмосферу. Небагато теорії, як водиться, під калькулятором.

Гідростатичний тиск

Гідростатичний тиск - Тиск стовпа води над умовним рівнем.

Формула гідростатичного тиску виводиться досить просто

З цієї формули видно, що тиск не залежить від площі судини або її форми. Воно залежить лише від щільності та висоти стовпа конкретної рідини. З чого випливає, що, збільшивши висоту судини, ми можемо за невеликого обсягу створити досить високий тиск.
У 1648 р. це продемонстрував Блез Паскаль. Він вставив у закриту бочку, наповнену водою, вузьку трубку і, піднявшись на балкон другого поверху, влив у цю трубку кухоль води.Через малу товщину трубки вода в ній піднялася до великої висоти, і тиск у бочці збільшився настільки, що кріплення бочки не витримали, і вона тріснула.

Також це призводить до такого явища, як гідростатичний парадокс.

Гідростатичний парадокс - явище, при якому сила вагового тиску налитої в посудину рідини на дно судини може відрізнятись від ваги налитої рідини. У судинах з поперечним перерізом, що збільшується догори, сила тиску на дно судини менше ваги рідини, в судинах з поперечним перерізом, що зменшується догори, сила тиску на дно судини більше ваги рідини. Сила тиску рідини на дно судини дорівнює вазі рідини лише судини циліндричної форми.

На малюнку вгорі тиск на дно судини завжди однакова і залежить від ваги налитої рідини, лише від її рівня. Причина гідростатичного феномена полягає в тому, що рідина тисне не тільки на дно, та й на стінки судини. Тиск рідини на похилі стінки має вертикальну складову. У посудині, що розширюється догори, вона спрямована вниз, в судині, що звужується догори, вона спрямована вгору. Вага рідини в посудині дорівнюватиме сумі вертикальних складових тиску рідини по всій внутрішній площі судини

7 клас

Глава 3. Тиск твердих тіл, рідин та газів
§ 40. Розрахунок тиску рідини на дно та стінки судини

Розглянемо, як можна розрахувати тиск рідини на дно та стінки судини. Розв'яжемо спочатку задачу для посудини, що має форму прямокутного паралелепіпеда (рис. 112).

Сила F, з якою рідина, налита в цю посудину, тисне на його дно, що дорівнює вазі P рідини, що знаходиться у посудині. Вагу рідини можна визначити, знаючи її масу m. Масу, як відомо, можна вирахувати за формулою m = ρѴ. Об'єм рідини, налитої у вибрану нами посудину, легко розрахувати. Якщо висоту стовпа рідини, що знаходиться в посудині, позначити літерою h, а площа дна судини S, то V = Sh.

Маса рідини m = ρѴ, або m = ρSh.

Вага цієї рідини P = gm, або P = gρSh.

Так як вага стовпа рідини дорівнює силі, з якою рідина тисне на дно судини, то розділивши вагу P на площу S, отримаємо тиск рідини p:

Ми отримали формулу для розрахунку тиску рідини на дно судини. З цієї формули видно, що тиск рідини на дно судини залежить тільки від щільності та висоти стовпа рідини.

Отже, за виведеною формулою, можна розраховувати тиск рідини, налитої в посудину будь-якої форми. Крім того, по ній можна обчислити тиск на стінки судини. Тиск усередині рідини, у тому числі тиск знизу вгору, також розраховується за цією формулою, оскільки тиск на одній і тій же глибині однаково в усіх напрямках.

При розрахунку тиску за формулою p = g?h. треба щільність ρ виражати у кілограмах на кубічний метр, а висоту стовпа рідини h - У метрах (м), g = 9,8 Н/кгтоді тиск буде виражено в паскалях (Па).

приклад. Визначте тиск нафти на дно цистерни, якщо висота стовпа нафти 10 м, а її щільність 800 .

Запишемо умову завдання і розв'яжемо її.

Запитання:

1. Виведіть формулу для розрахунку тиску рідини на дно судини, що має форму прямокутного паралелепіпеда.

2. Від яких величин та як залежить тиск рідини на дно судини?

3. За якою формулою розраховують тиск рідини на стінки судини, тиск усередині рідини?

Вправи:

Вправа №17

1. Визначте тиск на глибині 0,6 м у воді, гасі, ртуті.

2.Обчисліть тиск води на дно однієї з найглибших морських западин - Маріанської, глибина якої 10 900 м. Щільність морської води 1030 .

3. На малюнку 113 зображено футбольну камеру, з'єднану з вертикально розташованою скляною трубкою. У камері та трубці знаходиться вода. На камеру покладено дощечку, а на неї — гиря масою 5 кг. Висота стовпа води в трубці 1 м. Визначте площу зіткнення з камерою.

Завдання:

1. Візьміть високу посудину. У бічній поверхні його на різній висоті від дна зробіть три невеликі отвори. Закрийте сірниками отвори і наповніть посудину водою. Відкрийте отвори і простежте за струмками витікаючої води (рис. 114). Чому вода витікає з отворів? З чого випливає, що тиск збільшується із глибиною?

2. Налийте в скляну посудину (склянку або банку) довільну кількість води. Зробіть необхідні вимірювання та розрахуйте тиск води на дно судини.

Це цікаво.

Тиск на дні морів та океанів.

Дослідження морських глибин

Глибина океанів сягає кількох кілометрів. Тому на дні океану величезний тиск. Так, наприклад, на глибині 10 км (а є й більші глибини) тиск становить близько 100 000 000 Па.

Незважаючи на це, внаслідок малої стисливості води, щільність її на дні океанів лише трохи більша, ніж поблизу поверхні.

Як показують спеціальні дослідження, і на таких великих океанських глибинах живуть риби та деякі інші живі істоти. Організм цих риб пристосований до існування за умов великого тиску. Їхні тіла здатні витримати тиск у мільйони паскалів. Зрозуміло, що такий тиск існує і всередині самих риб.

Людина при спеціальному тренуванні може без особливих запобіжних засобів поринати на глибини до 80 м, тиск води на таких глибинах близько 800 кПа. На великих глибинах, якщо не вжити спеціальних заходів захисту, грудна клітина людини може не витримати тиск води.

При ремонті підводних частин кораблів, гребель, при підйомі суден, що затонули, людям доводиться працювати під водою на різній глибині. Для цього застосовують спеціальні водолазні костюми (рис. 115). Для глибоководних занурень (до 600 м) застосовують скафандри, що складаються із спеціального прогумованого костюма, мідного шолома, трубок, що підводять повітря, та повітряного насоса.

На глибину до 90 м водолази можуть опускатися під воду, беручи із собою запас стиснутого повітря, накачаного в сталеві сталеві балони. Таке спорядження називають аквалангом (рис. 115). Аквалангом користуються і спортсмени-плавці.

Для дослідження моря на великих глибинах використовують батисфери та батискафи (див. рис. 115). Батісферу опускають у море на сталевому тросі зі спеціального корабля. Батискаф не пов'язаний тросом із кораблем, він має власний двигун і може пересуватися на великій глибині у будь-якому напрямку.