Тиск у фізиці - види, формули та визначення з прикладами

Ви вже знаєте, що тіло, що знаходиться на горизонтальній опорі, діє на опору силою тиску. Вона прикладена до опори та спрямована перпендикулярно до неї. Опора деформується. А чого залежить ступінь її деформації?

Зробимо такий досвід. Помістимо стіл нагору ніжками в ящик з піском, на столик поставимо гирю (рис. 166, а). Столик з гирею лише трохи зануриться в пісок. А тепер перевернемо столик ніжками вниз і поставимо ту ж гирю (рис. 166, б). Ніжки поринуть у пісок. Результат дії однієї й тієї ж сили тиску (ваги столика з гирею) виявився різним. Чому? Тому що сила тиску діяла різну площу поверхні опори. У першому випадку її дія розподілилася на площу поверхні піску під кришкою, у другому - на площу поверхні піску під ніжками столика. Зрозуміло, що площа під ніжками значно менша за площу під кришкою столика. А якщо прибрати гирю, тобто зменшити силу тиску, не змінюючи площі поверхні, на яку вона діє (рис. 166, в)? Ніжки поринуть у пісок, але не так сильно.

Результат дії сили тиску поверхню можна визначити з допомогою фізичної величини — тиску. Позначимо тиск буквою р. З досвіду випливає, що тиск тим більше, чим більша сила тиску і чим менша площа поверхні, яку вона діє.

Що таке тиск

Тиск - це фізична величина, що дорівнює відношенню сили тиску, що діє перпендикулярно поверхні, до площі поверхні.

Математично це можна виразити так:

У СІ одиницею тиску її називають паскалем (Па) на честь французького вченого Блеза Паскаля, який вивчав тиск у рідинах та газах.

1 паскаль — це тиск на поверхню площею, що виробляється силою 1 Н, що діє перпендикулярно.

Застосовують кратні одиниці тиску: гектопаскаль (гПа), кілопаскаль (кПа) та мегапаскаль (МПа). Зверніть увагу:

Пізніше ви познайомитеся з іншими одиницями тиску.

Силою тиску може бути не лише вага тіла, а й будь-яка сила, перпендикулярна поверхні, на яку вона діє.

Простий приклад: ви заганяєте канцелярську кнопку у вертикальну дошку (рис. 167). Силою тиску на кнопку є сила дії руки, спрямована горизонтально (перпендикулярно дошці). Пружини дивана чинять тиск на людину, що сидить на ньому. Сила тиску (сила пружності пружин) при цьому спрямована вертикально догори.

Для практичних цілей іноді необхідно зменшити тиск, а в ряді випадків навпаки — збільшити. Як змінити тиск?

Звернемося до формули Зрозуміло: щоб зменшити тиск, потрібно зменшити силу тиску або збільшити площу поверхні.

Наприклад, щоб збільшити прохідність важких машин (трактора, танка), їх постачають гусеницями (рис. 168). Площа поверхні, на яку діє сила тиску, збільшується, а тиск зменшується. Широкі шини в автомобілів, лижі в людини (мал. 169), досить великі площею стопи біля слона (рис. 170) грають таку ж роль, як і гусениці в трактора. Наведіть самі такі приклади.

А як збільшити тиск? З формули тиску слід: треба збільшити силу тиску чи зменшити площу поверхні, яку діє сила. Заточуючи леза ножів, ножиць (рис. 171), кіс, вістря голок, зубці пилок та ін., ми намагаємося зменшити площу поверхні. Тим самим діючи малою силою, можна створити великий тиск.

Тваринному світу природа сама забезпечила можливість створювати великий тиск невеликим зусиллям, озброївши його представників голками, дзьобами та пазурами (рис. 172), зубами, іклами, жалами тощо. буд.

Головні висновки:

1. Тиск - це фізична величина, що дорівнює відношенню сили тиску до площі поверхні.
2. Чим більше сила тиску, що діє на поверхню, чим менше площа поверхні, на яку діє сила тиску, тим більший тиск.
3. У СІ одиницею тиску є 1 Па.

Для допитливих:

Людина при ходьбі створює тиск до 300-400 кПа (визначте тиск, який створюєте ви, стоячи на підлозі; порівняйте підлозі цінні результати з наведеним значенням і поясніть причину розбіжності цих значень). Гусеничний трактор створює тиск на ґрунт у 40—60 кПа, а колеса вагона поїзда на рейки — близько 50 МПа.

Приклад розв'язання задачі:

Семикласник масою m = 50 кг стоїть на підлозі. Визначте тиск, який він здійснює на підлогу, якщо площа зіткнення підошви його черевика з підлогою Коефіцієнт

Рішення:

Тиск, який виробляє семикласник на підлогу:

Сила тиску F дорівнює вазі P семикласника. Вага:

Тиск газу

Гази, як і тверді тіла, також чинять тиск. Але тверді тіла передають тиск у тому напрямі, у якому діє сила тиску. Кнопка (див. рис. 167) передає тиск перпендикулярно дошці, лопата (рис. 174) — у напрямку сили тиску ноги тощо. буд.

А ось гази передають тиск на всі боки. Чим зумовлена ​​така особливість газів? Від чого залежить тиск газу?

Вам вже відомо, що гази, як рідини та тверді тіла, складаються з частинок (атомів, молекул). Але відстані між частинками у газів більше, ніж у рідин та твердих тіл.Тому сили взаємодії між частинками газів практично відсутні (крім процесів зіткнення). Рухаючись хаотично, вони стикаються між собою та зі стінками судини. Так як число частинок газу в посудині надзвичайно велике (наприклад, в них приблизно ), стінка сприймає удари частинок як дія цілком відчутної сили тиску.

У газах середня кількість ударів частинок, що хаотично рухаються, і середня сила ударів на одиницю площі поверхні стінки по всіх напрямках однакові. Значить, і середній тиск у всіх напрямках однаковий.

Підтвердимо це досвідом. Під скляний дзвін помістимо зав'язану оболонку гумової кулі, всередині якої знаходиться газ (рис. 175). Відкачуватимемо повітря з-під дзвона. Об'єм кулі в міру відкачування повітря збільшується. Це пов'язано з тим, що тиск газу під дзвоном стає меншим, ніж усередині кулі.

Форма оболонки у вигляді кулі — доказ того, що тиск газу в усіх напрямках є однаковим.

Яким чином можна змінити тиск газу? Оскільки тиск обумовлений кількістю ударів частинок і силою удару кожної частинки об стінку, тобто два шляхи його зміни. Перший — змінити кількість частинок в одиниці обсягу.

Підтвердимо сказане досвідом. У пробковому пістолеті між пробкою і поршнем знаходиться повітря (рис. 176, а), яке чинить тиск у всіх напрямках. Якщо поршнем стискатимемо газ, не змінюючи його температури, то пробка вилетить з пістолета (рис. 176, б). Чому?

Зменшуючи обсяг газу, ми збільшуємо кількість частинок в одиниці обсягу. Це призводить до збільшення числа ударів об стінки. Тиск газу зростає. А зі збільшенням тиску зростає сила тиску газу на пробку і вона вилітає з пістолета. Якщо збільшувати об'єм газу при постійній температурі, тиск зменшуватиметься.

Отже, при зменшенні обсягу (стисненні) газу при постійній температурі його тиск збільшується, а при збільшенні обсягу (розширення) тиск зменшується.

Другий шлях змінити (наприклад, збільшити) тиск газу - це змінити силу удару частинок об стінки. Для цього газ потрібно нагріти. Тоді швидкість хаотичного руху частинок збільшиться, і, отже, збільшиться і сила ударів їх об стінки.

Залежність тиску температури можна підтвердити досвідом. Якщо об'єм газу в пробковому пістолеті (рис. 177, а) зберігати постійним, але підвищувати температуру газу, підігріваючи його на спиртовці (рис. 177 б), то пробка вилетить внаслідок збільшення тиску. Значить, що температура газу, то більше вписувалося його тиск; чим нижча температура, тим менший тиск.

Головні висновки:

1. Тиск газу є результатом ударів частинок об стінки судини, в якій він знаходиться.
2. Тиск газу можна збільшити, якщо зменшувати об'єм при постійній температурі або, зберігаючи об'єм газу, збільшувати його температуру.
3. Тиск газу можна зменшити, якщо збільшувати (розширювати) його обсяг за постійної температури або охолоджувати газ, зберігаючи його обсяг.

Для допитливих:

Зростання тиску газу при його нагріванні спричинене не тільки збільшенням сили окремих ударів. У холодному та гарячому газі буде неоднаковим і середня кількість ударів частинок об стінки судини за одиницю часу (тобто частота ударів). Подумайте, як впливає цей фактор на тиск газу.

На балоні з лаком для волосся написано: «Зберігати від впливу прямих сонячних променів та нагрівання вище +50 ° С!» Поясніть необхідність таких запобіжних заходів з точки зору фізики.

Передача тиску газами та рідинами. Закон Паскаля

Ви вже знаєте, що частинки твердих тіл (атоми, молекули) жорстко пов'язані між собою і можуть здійснювати лише хаотичні коливальні рухи біля положень рівноваги. Біля газів частки рухаються по всьому об'єму хаотично поступально. У рідин вони роблять і хаотичний коливальний, і хаотичний поступальний рух. Значить, у газів та рідин рухливість частинок значно вища, ніж у твердих тіл. Тому рідини та гази не зберігають своєї форми, а набувають форми судини, в якій знаходяться (рис. 178).

Крім того, деякі закони для рідин та газів однакові. Розглянемо один із них. Проведемо досвід. Кулю з отворами заповнимо димом та приєднаємо до трубки з поршнем. Дим з повітрям, що є в кулі, займе весь об'єм кулі. Переміщатимемо поршень вниз. Ми зауважимо, що з усіх отворів почнуть витікати струмки диму (рис. 179). Як пояснити це явище?

Рухливість частинок диму і молекул повітря призводить до того, що вони рівномірно розподіляються по всьому об'єму. Зіткнувшись зі стінками кулі, молекули та частинки диму діють на стінки, створюючи тиск. Стискаючи газ (повітря з димом), ми зменшуємо об'єм і тим самим збільшуємо спочатку тиск безпосередньо під поршнем. Завдяки рухливості молекул тиск передається газом у всі точки кулі, і газ випливає з отворів у всіх напрямках. Такий самий ефект досягається у разі, коли у кулі буде лише повітря (без диму). Дим лише робить видимими витікаючі струмки.

Аналогічний досвід можна провести з рідиною, наприклад водою. При натисканні на поршень цівки води через отвори кулі будуть витікати по всіх напрямках.

Проведемо ще досвід. Через пробку у банку з водою вставимо чотири трубки (рис.180). Через трубку 1 накачуватимемо в банку повітря, збільшуючи там його тиск. Збільшення зовнішнього тиску (тиску повітря) на поверхню води передається водою від шару до шару в усіх напрямках. В результаті вода у всіх трубках піднімається, причому на ту саму висоту. Значить тиск у воді збоку (трубка 2), знизу (трубка 3), зверху (трубка 4) на одній глибині однаково.

А згадайте, як з однаковим натиском витікають цівки води з усіх дірок, що з'явилися в шлангу для поливу городу (рис. 181). Тиск, що виробляється зовнішньою силою на рідину (газ), що знаходиться в посудині, передається рідиною (газом) у всі точки рідини (газу) без зміни. Такого висновку ще XVII в. прийшов французький вчений Блез Паскаль. Цей висновок називають законом Паскаля.

У твердих тілах рухливість частинок обмежена, і ці тіла не підпорядковуються закону Паскаля. Якщо ви поставите на стіл важкий предмет, наприклад гирю, то вага гирі створить тиск лише на площу поверхні столу під гирею, тобто тільки у напрямку дії сили.

Головні висновки:

1. Частинки рідини і газу мають рухливість.
2. Завдяки рухливості частинок рідини та гази передають вироблений на них тиск у всі точки без зміни.
3. Тверді тіла передають тиск лише у напрямі дії сили тиску.

Тиск рідини, обумовлений її вагою

Завдяки рухливості частинок (атомів, молекул) рідина набуває форми тієї судини, в яку вона налита. Якщо на рідину діє зовнішня сила тиску, то рідина передає створений цією силою тиск у всі точки. Але рідина створює тиск і за рахунок власної ваги, причому не тільки на дно судини, а й на стінки.

У тому, що рідина тисне на стінки та дно судини, можна переконатися, використовуючи еластичний поліетиленовий пакет або трубку, нижній кінець якої закритий плівкою. Поступово наливаючи підфарбовану воду в посудину, ми виявимо прогин плівки, що збільшується (рис. 182).

Причиною збільшення прогину є зростання тиску води на плівку. Притягаючись до Землі, рідина тисне своєю вагою на плівку подібно до того, як тисне на стіл стопка книг. Тиск нерухомої рідини, обумовлений її вагою, називають гідростатичним. (Від лат. Hydros - вода, station - нерухомий).

Гідростатичний тиск можна розрахувати. Так, тиск стовпа рідини висотою h на дно судини з вертикальними стінками і площею дна S (рис. 183) і Силою тиску F є вага рідини. Для нерухомої рідини її вага чисельно дорівнює силі тяжкості:

Запишемо масу m рідини через щільність та об'єм V. Маса: Обсяг тоді Підставимо у формулу тиску, отримаємо:

Отже, тиск рідини на дно судини залежить від її густини та висоти стовпа рідини.

Виведена формула справедлива для судини будь-якої форми, навіть якщо такою «судиною» є ставок або океан. Щоб підтвердити формулу, до посудини з еластичним дном приєднаємо вимірювальну систему (рис. 184). При заміні циліндричної судини (а) на конічні (б і в) (судини мають однакову площу дна та рівні висоти стовпів рідини) прилад показує рівні сили тиску. Значить, тиск рідини на дно всіх судин дорівнює, хоча маса рідини в судинах різна.

Формула дозволяє знайти тиск не лише на дно, а й на бічні стінки. Дійсно, тиск на стінку на цій глибині, як і на дно, залежить від висоти стовпа рідини.Підтвердимо це досвідом. Наллємо в пластикову пляшку з проколотими отворами в стінці підфарбовану воду (рис. 185). Спостереження за струменями, що випливають, показують, що гідростатичний тиск діє і на стінку пляшки. Його величина зростає в міру збільшення висоти стовпа води в пляшці над отвором, тому струмінь III падає далі, ніж струмінь I. Щоб пояснити це явище, розділимо подумки рідину на шари /, 2> 3, 4. На кожен нижній шар рідини діє вага верхніх її верств. Сила тяжіння, що діє на шар /, притискає його до шару 2. Шар 2 передає тиск шару 1 по всіх напрямках. На шар 3 діє вага шарів 2, 2. Отже, тиск у шарі 3 більший, ніж у шарі 2. Найбільшим воно буде на дно і стінку біля дна судини.

Головні висновки:

1. Гідростатичний тиск обумовлено вагою рідини, що спокою.
2. Гідростатичний тиск на даній глибині залежить від густини рідини та висоти стовпа рідини.
3. Гідростатичний тиск на бічну стінку судини і на поверхню тіла, що знаходиться в рідині, на глибині h дорівнює

Для допитливих:

Гідростатичний тиск – головна перешкода для проникнення людей у ​​глибини Світового океану. Вже на глибині 2,5 м нетренований нирець відчуває біль у вухах через тиск води на барабанні перетинки. Корпуси підводних човнів, виготовлені з найміцніших сталей, на глибині кілька сотень метрів знаходяться на межі перевищення допустимої міцності. Тоді чому риби на великій глибині почуваються комфортно? Виявляється, вода тисне на риб як ззовні, а й зсередини, тобто. е. відбувається компенсація сил тиску.

Приклад №1

Визначте глибину водоймища, на якій тиск води р = 100 кПа. Яка сила тиску води діє на черепашку з площею поверхні, що лежить на дні? Коефіцієнт прийміть рівним

Тиск води на глибині h дорівнює:

звідки де (щільність води).

Сполучені судини

Дія на рідину сили тяжіння та рухливість її молекул призводять до того, що в широких судинах поверхня рідини встановлюється горизонтально. Це легко перевірити за допомогою прямокутного трикутника (рис. 187). Горизонтальною буде поверхня рідини та в судинах, з'єднаних між собою, незалежно від їх форми.

Візьмемо кілька з'єднаних між собою відкритих судин. Їх називають сполученими. Наливатимемо в один з них воду. Вода перетікає в інші судини і встановиться у всіх судинах одному рівні (рис. 188) (якщо судини дуже вузькі). Чому це відбувається?

Розглянемо найпростіші сполучені судини (рис. 189). Виділимо всередині тонкий шар рідини Як і вся рідина, він нерухомий. Значить, ліворуч і праворуч на нього діють сили з рівними модулями, але протилежні за напрямом. Це сили тиску стовпів рідини Але щоб модулі цих сил дорівнювали, необхідно, щоб були однаковими тиски, створювані лівим і правим стовпами рідини, т.е. е.

Після скорочення отримаємо:

У відкритих сполучених судинах поверхні однорідної рідини встановлюються на рівні.

З судинами, що повідомляються, ви зустрічаєтеся постійно: це чайники, лійки для поливу (рис. 190, а), водомірні трубки у великих ємностях з водою або паливом (рис. 190, б). На принципі впливу сполучених судин працює, наприклад, безнасосний фонтан (рис. 191).

Складну систему сполучених судин використовують у дачних селищах та селах у баштовому водопроводі. Схема найпростішого водопроводу представлена ​​малюнку 192. Вода з артезіанського джерела насосом (1) подається в бак водонапірної вежі (2). Від бака йдуть труби з відгалуженнями, які вводять у будинки на всі поверхи. Кінці відгалужень труб закриваються кранами. Тиск води у крані визначається висотою стовпа води у вежі над рівнем крана. Тому чим вищий поверх, тим тиск води у крані менший. Щоб вода змогла досягати всіх поверхів, башти будують високими.

А якщо вам потрібно строго горизонтально встановити поверхню столу чи пральної машини? Як у цьому випадку вам зможуть допомогти сполучені судини? Наведіть ще приклади використання сполучених судин.

Усі отримані у цьому параграфі закономірності справедливі для широких судин, у яких поверхні рідини плоскі. У дуже вузьких судинах поверхні рідини викривляються (рис. 193) та дані закономірності не виконуються.

Головні висновки:

1. У широких нерухомих судинах поверхня рідини завжди горизонтальна.
2. Рівень поверхонь однорідної рідини у відкритих судинах сполучених однаковий і не залежить від форми судин.

Для допитливих:

Що ми спостерігатимемо, якщо в сполучені судини налиті різні рідини, наприклад ртуть і вода (див. рис.)? У такому випадку для рівноваги тонкого шару потрібно, щоб тиск, створюваний лівим (ртутним) стовпом заввишки дорівнював тиску правого стовпа води і ртуті заввишки, т.е. е. звідки Використовуючи властивості пропорції, запишемо остаточно:

Подивіться в таблицю густин рідин. Щільність ртуті в 13,6 рази більша за щільність води. Значить, буде у 13,6 раза менше

У відкритих сполучених судинах висоти стовпів рідин, що не змішуються, над рівнем їх розділу обернено пропорційні щільностям рідин.

Приклад №2

Поверхня води у водонапірній вежі знаходиться на h = 40 м вище від кухонного водопровідного крана. Визначте тиск води у крані. Коефіцієнт прийміть рівним

Рішення:

Тиск у крані створюється стовпом води заввишки; де – щільність води;

Гази та їх вага

Те, що рідина має вагу, нікого не дивує. Кожен із вас відчував вагу, тримаючи в руці відро води (мал. 197), пляшку рослинної олії чи напою. Однак ми не відчуваємо зміни ваги футбольного м'яча під час його накачування повітрям. Чому?

Подивіться в таблицю щільностей і порівняйте щільність повітря та води. Щільність повітря майже в 800 разів менша за щільність води.

Розрахунки показують, що, наприклад, у сильно накачаном м'ячі вага повітря перебуває у межах 0,1 Н, яке маса близько 10 р.

Покажемо на досвіді наявність у повітря маси, отже, ваги. Врівноважимо на терезах скляну посудину, заповнену повітрям. Відкачаємо насосом повітря і зважимо посуд повторно. Він став легшим (рис. 198). Додаючи на чашку з посудиною разновес, можна дізнатися масу відкачаного повітря та його вагу.

Повітряний шар, що оточує нашу Землю (земна атмосфера), також має вагу. На кожну молекулу цього шару діє Земля силою тяжкості. Молекули земної атмосфери, якби на них не діяла сила тяжіння, рухаючись хаотично, давно покинули б нашу планету. Але тяжіння Землі прагне розташувати в поверхні, що призводить до неоднорідності атмосфери. Її щільність помітно зменшується з висотою. Так, на висоті км щільність повітря вже в 2 рази менша, ніж у поверхні Землі.На висоті км щільність а на висоті 400 км, де літають супутники, про атмосферу можна говорити лише умовно, оскільки її щільність

Головні висновки:

1. Гази мають масу і вагу.
2. Земна атмосфера має вагу внаслідок дії на неї тяжіння Землі.
3. Дія сили тяжіння та хаотичний рух молекул призводять до неоднакової щільності земної атмосфери.

Для допитливих:

Зверніть увагу, що наведені в таблиці 3 густини газів вказані за нормальних умов, т.е. е. при строго певній температурі та тиску. При стисканні газів (і звичайного повітря) їх густини можуть зростати у багато разів. Такі сильно стислі гази, по-перше, дуже зручні при транспортуванні, наприклад, у балонах з киснем для зварювання або в балонах аквалангістів. По-друге, стиснуті до високого тиску гази зручно використовувати при роботі відбійного молотка та пневматичних (від грецьк. pneuma — подих, дихання) гальм, які встановлюються на потужних автомобілях, у тому числі на автомобілях МАЗ та БелАЗ. Пристрої стиснення різних газів називають компресорами.

Атмосферний тиск

Ви знаєте, що атмосфера Землі є газовою оболонкою, до складу якої входять азот, кисень, вуглекислий газ, водяні пари та інші гази (рис. 199).

Будь-який газ, якщо він знаходиться в посудині, робить тиск на стінки судини, оскільки молекули газу безперервно бомбардують ці стінки. А чи чинить тиск атмосфера Землі? Чим зумовлений цей тиск?

Атмосфера Землі утримується силою тяжкості, що діє із боку Землі. Внаслідок дії цієї сили верхні шари атмосфери тиснуть на нижні. Тому нижній шар виявляється найбільш стислим.Тиск одного шару атмосфери на інший за законом Паскаля передається в усіх напрямках і діє будь-яке тіло: на будівлі, рослини, людей. Цей тиск називають атмосферним. Атмосферний тиск у міру віддалення поверхні Землі зменшується. Зменшується товщина шару повітря, що створює тиск, та його щільність.

Атмосферний тиск можна розрахувати. Результати цих розрахунків що неспроможні не дивувати. Атмосферний тиск дорівнює приблизно Значить, на кожен квадратний сантиметр нашого тіла діє сила 10 Н, а на всю площу поверхні тіла (приймемо її за ) - сила 100 000 Н. Це дорівнює вазі десятитонного МАЗу! Як ми живемо під таким гігантським тиском?

Згадаймо глибоководних риб. Подібно до них, ми просто не помічаємо цієї величезної стискаючої сили, оскільки вона компенсується рівною розширювальною силою, що створюється тиском повітря всередині нас (він розчинений навіть у нашій крові).

То що, атмосферний тиск взагалі не можна виявити? Для відповіді це запитання звернемося до досвіду. Візьмемо склянку з водою, накриємо її аркушем паперу, перевернемо, притримуючи рукою аркуш, та був приберемо руку (див. рис. 200). Ми бачимо, що вода зі склянки не виливається, лист не відривається. Сила атмосферного тиску, прикладена до аркуша паперу, компенсує дію ваги налитої води та розрідженого повітря у склянці.

Опустіть голку шприца в підфарбовану воду та піднімайте поршень вгору. Ви побачите, що рідина піднімається за поршнем (рис. 201) протилежно напрямку дії сили тяжкості. Сила атмосферного тиску змушує сік підніматися вгору трубочкою (рис. 202). Досвідів, у яких проявляється дія атмосферного тиску, багато.

Як виміряти атмосферний тиск? Розглянемо найважливіший із дослідів, проведений 1643 р. за пропозицією італійського фізика та математика Еванджелісти Торрічеллі.

У цьому досвіді запаяна з одного боку метрова скляна трубка (рис. 203 а) заповнювалася ртуттю. Верхній кінець трубки закривався, трубка переверталася і опускалася в широку посудину з ртуттю, після чого отвір відкривався. Частина ртуті випливала з трубки до посудини. У трубці залишався стовп ртуті заввишки Н близько 76 см (760 мм) (рис. 203 б).

Що ж утримувало від витікання ртуть, що залишилася в трубці? Широка судина і трубка — це, по суті, вже відомі судини, що вам повідомляються. Над ртуттю у трубці повітря немає. На ртуть у широкій посудині діє атмосферний тиск, який рідка ртуть передає в усіх напрямках, у тому числі вгору. Сила цього тиску підтримує ртутний стовп.

Розглянемо умови рівноваги тонкого шару ртуті (на малюнку 203 б він позначений жовтим кольором). Ця умова вимагає, щоб сила атмосферного тиску знизу і сила гідростатичного тиску стовпа ртуті зверху дорівнювали. А це означає, що Таким чином, вимірявши висоту стовпа ртуті Н, ми можемо розрахувати його тиск за формулою і цим визначити величину атмосферного тиску.

Оскільки атмосферний тиск визначається висотою стовпа ртуті, зрозуміло, чому дуже часто його вимірюють над міжнародних одиницях (паскалях), а міліметрах ртутного стовпа.

Виразимо в паскалях позасистемну одиницю тиску 1 міліметр ртутного стовпа (скорочено 1 мм рт. ст.):

За домовленістю атмосферний тиск вважають нормальним, якщо він дорівнює тиску стовпа ртуті заввишки h = 760 мм за температури t = 20 °С.Такий тиск називають однією нормальною, або фізичною, атмосферою (скорочено 1 атм):

У більшості випадків ми будемо використовувати заокруглене значення:

Атмосферний тиск відіграє важливу роль у багатьох побутових та технічних пристроях. Воно не тільки дозволяє користуватися піпеткою або шприцем для набору ліків, але й дає можливість простого недорогого способу підйому води. Знайомі багатьом гумові присоски (рис. 204) використовуються як у побуті, так і на заводах для перенесення найскладніших вузлів електроніки, дотик яких (навіть у рукавичках) неприпустимий.

Головні висновки:

1. Утримувана земним тяжінням атмосфера Землі чинить тиск.
2. Людина не відчуває атмосферного тиску, оскільки він діє як зовні, і зсередини нього.
3. За нормальний атмосферний тиск прийнято тиск стовпа ртуті заввишки 760 мм.

• Замовити розв'язання задач з фізики

Для допитливих:

У XVII в. у німецькому місті Магдебурзі вченим Отто фон Геріці було проведено досвід-виставу. З простору між двома однаковими мідними півкулями було викачано повітря. Для розриву півкуль, т. е. подолання сил атмосферного тиску, знадобилося 8 пар найсильніших коней. Розрив супроводжувався сильною бавовною, подібною до звуку пострілу.

Вимірювання атмосферного тиску. Барометри та манометри

Щодня ми отримуємо інформацію про величину атмосферного тиску та його зміну. Чому воно не є постійним? Чому на різних територіях Землі тиск різний? Як тиск залежить від висоти?

Атмосферний тиск залежить від складу повітря.Так, наприклад, при надходженні вологого повітря, насиченого водяними парами, тиск зменшується, оскільки маса молекул води помітно менша за масу інших молекул атмосфери — азоту та кисню. Найбільш стислими, отже, щільнішими є прилеглі до Землі шари атмосфери. Отже значення атмосферного тиску залежить від висоти місця над рівнем моря. На вершині найвищої (h = 8848 м) гори Еверест (рис. 208) тиск майже в 3 рази менший, ніж біля її підніжжя.

Вода, як і інші рідини, практично стислива. Тому тиск рідини від висоти стовпа залежить прямо пропорційно. Залежність атмосферного тиску від висоти описується набагато складнішою формулою. Однак для розрахунків, що не потребують великої точності (при невеликих висотах), можна вважати, що при підйомі на кожні 12 м тиск зменшується на 1 мм рт. ст. Залежність тиску від висоти можна використовуватиме вимірювання висоти підйому (альпіністів, літальних апаратів).

Так, якщо під час підйому тиск зменшився на 20 мм рт. ст., то це означає, що висота підйому:

Прилади, що вимірюють висоту за таким принципом, називають альтиметрами (від лат. altius — вище та metron — міра) (рис. 209).

Атмосферний тиск вимірюють барометрами (від грецьк. baros — тяжкість і metron — міра). Найпростішим барометром є посудина з ртуттю та трубка, що використовуються у досвіді Торрічеллі (див. рис. 203). Однак, ртутні барометри не знаходять широкого застосування, хоча мають високу точність. Пара ртуті шкідливі для людини. Насправді переважно користуються металевим барометром — анероїдом. Хоча він менш точний, ніж ртутний, але цілком безпечний.

Зовнішній вигляд і внутрішній пристрій барометра-анероїда представлені на малюнку 210 а, б. Головною частиною анероїду є металева коробочка з хвилястою (гофрованою) верхньою та нижньою поверхнями. Повітря з коробочки частково відкачано.

У разі збільшення атмосферного тиску збільшується сила тиску на коробочку. Коробочка стискається та розтягує пружину, прикріплену до неї. Пружина пов'язана зі стрілкою, яка переміщається за шкалою у бік більших значень тиску.

Якщо тиск знижується, сила тиску на коробочку зменшується, сили пружності розпрямляють коробочку і стрілка перемішується за шкалою в протилежний бік.

Шкалу анероїду попередньо градуюють, тобто наносять поділки за показаннями ртутного барометра. Значення тиску на шкалі виражені в міліметрах ртутного стовпа та гектопаскалях (гПа).

Для вимірювання різниці тиску в посудині та атмосферного тиску служать манометри. Найпростіший манометр – рідинний. Він є розглянутою нами раніше U-подібною трубкою з рідиною (див. рис. 189). Одне коліно трубки (рис. 211) приєднується до судини, тиск якої необхідно виміряти. Інше коліно відкрито. Якщо рівень поверхні рідини в коліні, з'єднаному з судиною, нижчий, ніж у відкритому, значить тиск газу в посудині більше атмосферного на величину тиску стовпа рідини висотою h, тобто.

А якщо тиск газу в кілька разів більший за атмосферний? Для вимірювання високих тисків застосовують металевий манометр (рис. 212). Його основним елементом є порожниста тонкостінна металева трубка (/), зігнута в дугу. Один кінець трубки (3) закритий, інший (2) приєднується до посудини з газом.Закритий кінець (3) через зубчастий механізм з'єднаний зі стрілкою, що рухається щодо шкали. Чим більший тиск у трубці (а значить, у посудині), тим більше трубка випрямляється і тим більше відхиляється стрілка. Нуль на шкалі відповідає атмосферному тиску. Значить, якщо стрілка стоїть на цифрі «8», тиск у посудині в 9 разів більший за атмосферний. Саме так влаштований манометр контролю тиску в автомобільних шинах (рис. 213).

Головні висновки:

1. Атмосферний тиск залежить від висоти місцевості та метеоумов.
2. Залежність атмосферного тиску від висоти та метеоумов можна використовувати для вимірювання висоти та прогнозу погоди.
3. Атмосферний тиск вимірюють барометрами, а тиск газів у судинах – манометрами.

Для допитливих:

Рідинними манометрами можна вимірювати тиск, який відрізняється від атмосферного лише незначно. Тож якщо у прикладі на с. 127—128 тиск у посудині буде вдвічі більшим за атмосферний, тобто те, згідно з формулою маємо:

При використанні в манометрі води

Тільки уявіть розмір такого приладу! При використанні ртуті розміри зменшуються в 13,6 рази, але виникають нові проблеми - пари ртуті є отруйними.

Приклад №3

Біля підніжжя гори барометр показує тиск мм рт. ст., але в її вершині — мм рт. ст. Визначте висоту цієї гори.

Рішення:

Різниця тисків біля підніжжя гори та на її вершині:

Врахуємо, що у 1 мм рт. ст. тиск зменшується при підйомі приблизно на висоту.

При копіюванні будь-яких матеріалів із сайту evkova.org обов'язкове активне посилання на сайт www.evkova.org

Сайт створений колективом викладачів на некомерційній основі для додаткової освіти молоді

Сайт пишеться, підтримується та керується колективом викладачів

Telegram та логотип telegram є товарними знаками корпорації Telegram FZ-LLC.

Cайт носить інформаційний характер і за жодних умов не є публічною офертою, яка визначається положеннями статті 437 Цивільного кодексу РФ Ганна Євкова не надає жодних послуг.

Паскаль (одиниця виміру)

У статті пояснюється, що таке паскаль як одиниця виміру тиску.

Зверніть увагу, що термін паскаль може стосуватися одиниці тиску або Блеза Паскаля, відомого вченого 17 століття У цій статті ми зосередимося на понятті паскаля як одиниці вимірювання.

Що таке паскаль (одиниця виміру)?

Паскаль - це одиниця тиску, тобто паскаль - це одиниця, за допомогою якої у фізиці можуть бути виражені значення тиску. паскаль – це одиниця тиску в Міжнародній системі одиниць (СІ) .

Позначення паскаля - Па, наприклад, тиск у 100 паскалів пишеться як 100 Па.

Формула розрахунку тиску є прикладеною силою, поділеною на площу, на яку прикладена сила. Отже, один паскаль дорівнює одному ньютону, розділеному на один квадратний метр.

Логічно, що ім'я Паскаль було присвоєно одиниці виміру тиску Міжнародної системи на честь фізика Блеза Паскаля за його внесок у науку.

Приклади порядку величин Паскаля

Враховуючи визначення паскаля як одиниці тиску, ми розглянемо кілька прикладів тиску, щоб ви могли краще зрозуміти, що є паскаль.

• Тиск на Плутоні становить 0,5 Па.
• Тиск води на тіло на глибині 1 мм дорівнює 10 Па.
• Тиск, що сприймається тілом, зануреним у воду на глибину 1 м, дорівнює 10000 Па.
• Тиск, який чиниться людиною, що стоїть на землі, становить приблизно 15 000 Па.
• Атмосферний тиск на рівні моря 101 325 Па.
• Тиск, необхідний освіти деяких мінералів, наприклад алмазів, становить 1 000 000 000 Па.

Якщо коротко, то паскаль - це невелика одиниця тиску, оскільки тиск 1 Па для людського організму практично не існує.

Таблиця еквівалентності Паскаля

Тепер, коли ми знаємо, що означає паскаль як міра тиску, можна побачити нижче таблицю еквівалентності паскаля та інших одиниць тиску.

Ви можете використовувати ці значення для перетворення однієї одиниці тиску на іншу. Наприклад, щоб перевести 6 бар у паскал, просто помножте тиск на коефіцієнт перекладу з таблиці:

Кратні та подовжні числа Паскаля

Як ми бачили вище, паскаль насправді є невеликою одиницею тиску, тому якби ми записували всі тиски в паскалях, це було б дуже стомлюючим.

Ось чому досить часто тиск виражають, використовуючи кратні та дольні числа паскаля: це полегшує читання та розуміння обчислень. Нижче ви можете побачити таблицю зі значеннями кратних Паскаля:

З іншого боку, дольние числа паскаля такі:

Історія Паскаля

Блез Паскаль - французький учений, який жив у 17 столітті (1623-1662) і за життя зробив внесок у розвиток науки. Але він брав участь у галузі фізики, а й у математиці й у багатьох інших областях. Хоча він виділявся своїм внеском у вивчення рідин та тисків.

З цієї причини під час П'ятої Генеральної конференції з мір і ваг (1913) для позначення одиниці тиску було запропоновано термін Паскаль. Але в цій пропозиції значення паскаля відрізнялося від нинішнього, воно було тим, що в даний час відповідає 1 бар (100 000 Па).

Пізніше, в 1960 році, було введено Міжнародну систему одиниць, але відповідної одиниці тиску все ще не було, а виражалося просто в ньютонах на квадратний метр (Н/м 2 ).

Лише 1971 року на Чотирнадцятій Генеральній конференції з мір і ваг паскаль було встановлено як одиниця, еквівалентна 1 Н/м 2 .

Програми Паскаля

Як пояснювалося, паскаль — це одиниця виміру тиску. У цьому останньому розділі докладно описано, які види тиску зазвичай виражаються в паскалях, оскільки в залежності від значення тиску практичніше використовувати іншу одиницю.

Слід зазначити, що паскаль є найбільш широко використовуваною одиницею вимірювання тиску світі; Фактично у більшості країн використовується Паскаль. За винятком деяких країн, які звикли до іншої системи одиниць, наприклад США, вони віддають перевагу англосаксонській системі одиниць.

У техніці тиск зазвичай виражають у мегапаскалях (МПа), а не в паскалях (Па), оскільки значення мають тенденцію бути дуже високими. Напруги часто вивчаються з використанням мегапаскалю як одиниця виміру.

Однак паскаль не є основною одиницею у всіх галузях техніки. Наприклад, при вивченні тиску в трубах як одиниця вимірювання тиску зазвичай використовується бар.

Паскаль (одиниця виміру)

Паскаль дорівнює тиску, що викликається силою, що дорівнює одному ньютону, рівномірно розподіленою по нормальній до неї поверхні площею один квадратний метр: 1 Па = 1 Н/м 2 . З основними одиницями СІ паскаль пов'язаний наступним чином: 1 Па = 1 кг · м -1 · с -2 (тобто 1 кг / (м · с 2)). У СІ паскаль також є одиницею вимірювання механічної напруги, модулів пружності, модуля Юнга, об'ємного модуля пружності, межі плинності, межі пропорційності, опору розриву, опору зрізу, звукового тиску, осмотичного тиску, летючості (фугітивності) [2] Відповідно до загальними правилами СІ, що стосуються похідних одиниць, названих на ім'я вчених, найменування одиниці паскаль пишеться з малої літери, та її позначення — з великої. Таке написання позначення зберігається і в позначення інших похідних одиниць, утворених з використанням паскаля. Наприклад, позначення одиниці динамічної в'язкості записується як Па·с. Одиниця названа на честь французького фізика та математика Блеза Паскаля.Вперше найменування було введено у Франції декретом про одиниці в 1961 [2] [3] .

На практиці застосовують наближені значення: 2 атм = 0,2 МПа та 2 МПа = 20 атм. 2 мм водяного стовпа приблизно дорівнює 20 Па, 2 мм ртутного стовпа дорівнює приблизно 244 Па. Значення технічної атмосфери (at, ат) не дорівнює значенню фізичної атмосфери (atm, атм). Нормальний атмосферний тиск прийнято вважати рівним 760 мм ртутного стовпа, або 101325 Па (101 кПа). Розмірність одиниці тиску (Н/м²) збігається з розмірністю одиниці густини енергії (Дж/м³), але з погляду фізики ці одиниці не еквівалентні, оскільки описують різні фізичні властивості. У зв'язку з цим некоректно використовувати Паскалі для вимірювання густини енергії, а тиск записувати як Дж/м³.

Деньгуб Ст М., Смирнов Ст Р. Одиниці величин. Словник довідник. - М.: Видавництво стандартів, 1990. - 240 с. - ISBN 5-7050-0118-5.

Інтернаціональна система держав (SI) / Bureau International des Poids et Mesures. - Paris, 2006. - P. 156. - 180 p. - ISBN 92-822-2213-6. Архівовано 5 листопада 2013 року. (англ.)

Wikiwand in your browser!

Seamless Wikipedia browsing. На steroids.

Ще раз натисніть на link to Wikipedia, Вікіпедія або Wikiquote в вашому інструменті пошуку результатів, він буде показувати сучасний Wikiwand interface.

Wikiwand extension є п'ять зір, простий, з мінімальним схваленням, що потрібні для придбання вашого шикування приватного, надійного і transparentного.