Простая физика – EASY-PHYSIC
По определению, давление – это сила, приходящаяся на единицу площади поверхности. Если речь идет о давлении некоторой силы на некоторую поверхность – то берут составляющую силы, направленную перпендикулярно поверхности, если говорят о давлении жидкостей и газов – то по закону Паскаля давление в этих средах передается во все стороны одинаково.
Давление измеряется в Паскалях – [Па], [Па]=[Н/м]. Эта единица измерения является единицей СИ. Также давление (атмосферное) измеряют в мм рт. ст., а большие давления – в атмосферах или барах. Нормальное атмосферное давление – это давление величиной Па, или 760 мм рт.ст.
Галилео Галилей изобрел насос для полива и обнаружил, что столб воды в трубке никогда не поднимается выше 10 м, и не мог объяснить этот факт. Потом Торичелли, ученик Галилео, проводил опыты со ртутью, и ртуть поднималась в запаянной трубке на 760 мм. Торичелли доказал, что воздух имеет вес, и атмосфера, таким образом, давит на поверхность планеты с определенной силой.
Это вызвано силой гравитации. Именно давление окружающего воздуха и заставляет ртуть из чашки подниматься вверх по трубке на определенную высоту. Высота этого столба зависит от плотности жидкости: чем она плотнее, тем столбик ниже. Далее Блез Паскаль доказал, что, чем выше поднимаешься над поверхностью земли, тем меньше атмосферное давление.
Отто фон Герике, бургомистр Магдебурга, наглядно доказал существование атмосферного давления, поставив свой опыт с магдебургскими полушариями (под таким названием мы теперь их и знаем). Плотно прижав полушария друг к другу, он откачал воздух изнутри, и даже две восьмерки лошадей не смогли разъединить их.
Задача 1. Выразить давление 1 мм рт. ст. в единицах СИ.
Известно, что нормальное давление может быть выражено в мм рт.ст., и тогда оно равно 760 мм рт.ст., или в Паскалях – единицах СИ, и тогда нормальным считают давление в Па.
Приравняем эти две величины: мм рт.ст Па, откуда мм рт.ст Па.
Сила давления
Задача 2. Определить давление, которое оказывает шило на брусок, если оно действует с силой 100 Н и площадь его острия равна мм
Давление – это сила, приходящаяся на единицу площади: . Сила дана в единицах СИ – ньютонах, а площадь – нет, поэтому выразим площадь в квадратных метрах: в одном метре – 1000 мм, следовательно, в одном квадратном метре – мм, или мм. У нас площадь – всего четыре сотых мм, или из миллиона:
Теперь найдем давление:
Мы определили давление в Па, а давление, равное Па, еще называют одной атмосферой или баром. Тогда ответ этой задачи можно выразить еще в атмосферах (барах): , или 25000 атмосфер.
Задача 3. Цилиндрические сосуды уравновешены на весах. В сосуды наливают одинаковую массу воды. Нарушится ли равновесие весов? Одинаково ли будет давление воды на дно сосудов?
Сосуды с водой на весах
Так как весы были уравновешены, то после добавления на обе их чаши одинаковой массы они из равновесия не выйдут.
Поскольку из картинки понятно, что сосуды разного диаметра, то понятно, что одна и та же масса воды, имеющая один и тот же объем, при разных диаметрах образует разной высоты слои в этих сосудах. То есть высота столба жидкости будет больше в узком сосуде, чем в широком. Так как давление воды прямо зависит от высоты столба , то в широком сосуде давление воды на дно меньше, чем в узком.
Задача 4. Рассчитать давление воды на самой большой глубине Тихого океана – 11035 м, на наибольшей глубине Азовского моря – 14 м. Принять плотность воды в Азовском море равной 1020 кг/м. Атмосферное давление считать нормальным.
Давление в открытых сосудах (к ним можно отнести и моря с океанами) равно сумме атмосферного давления и давления столба жидкости. Таким образом, давление на самой большой глубине океана равно (с учетом плотности морской воды 1030 кг/м):
Это давление в Па, а в атмосферах – 1137,6 атм.
То есть каждые 10 метров водяного столба создают давление ровно в 1 атмосферу – вот почему в изобретенном Галилеем насосе вода не поднималась выше 10 метров, как он ни старался.
Давление в Азовском море:
Или 2,42 атмосферы.
Ответ: в океане Па, или 1137,6 атм, в Азовском море Па, или 2,42 атмосферы.
Задача 5. Определить высоту уровня воды в водонапорной башне, если манометр, установленный у ее основания, показывает давление Па. Атмосферное давление считать нормальным.
Существенное отличие этой задачи от предыдущей в том, что башня – не открытый сосуд, то есть манометр будет показывать только давление столба жидкости. Отсюда, зная плотность воды, находим высоту столба:
Ответ: 22,4 метра
Задача 6. Желоб, до краев наполненный водой, имеет высоту см, ширину нижнего основания см и верхнего см. Определить силу давления воды на м длины боковой стенки. Атмосферное давление считать нормальным.
Желоб с водой
Так как желоб открыт, то давление будет складываться из атмосферного давления и давления столба жидкости.
Причем на верхний край боковой стенки жидкость не давит совсем (глубина равна 0, или, что то же самое – высота столба), а на нижний край жидкость давит как раз полной высотой столба. Поэтому, для того чтобы рассчитать давление, при расчете возьмем среднее давление – то есть давление на половине глубины желоба.
Сила давления , рассчитаем давление и площадь боковой стенки:
см или 0,08 м, тогда
Желоб: детализация
Наконец, определяем силу:
Ответ: 14400 Н
Задача 7. Шар перекрывает отверстие радиусом в плоской стенке, разделяющей жидкости, давление которых и . С какой силой жидкость прижимает шар к отверстию?
Силу, зная давление, можно найти как произведение давления на площадь: .
Шарик, закрывающий отверстие
На шарик будут давить обе жидкости, но, поскольку их давления разные, то и давить они будут по-разному. Первая будет давить с силой , и сила эта направлена вниз.
Вторая будет давить с силой , и эта сила направлена уже вверх. Тогда суммарная сила давления на шарик будет: , направлена вниз.
Ответ: , направлена вниз.
Задача 8. Коническая пробка перекрывает сразу два отверстия в плоском сосуде, заполненном жидкостью с давлением . Радиусы отверстий и . С какой силой жидкость действует на пробку?
Треугольная пробка в двух отверстиях
Аналогично предыдущей задаче, жидкость будет давить на пробку во всех направлениях, но давление на боковую поверхность «справа» будет компенсировать давление на боковую поверхность «слева», в результате чего различие будет только в давлении, которое оказывает жидкость на «верх» и «низ» пробки. На верхнее основание пробки – то есть на площадь пробки в отверстии – – жидкость будет давить вверх, пытаясь эту пробку вытолкнуть, с силой . На нижнее основание пробки – то есть на площадь пробки в отверстии – – жидкость будет давить вниз, пытаясь эту пробку втолкнуть поглубже, с силой .
Суммарная сила давления жидкости на пробку – разность этих двух сил, и, так как верхнее основание пробки больше нижнего, то в итоге жидкость больше будет давить вверх, чем вниз: , направлена вверх.
Ответ: , направлена вверх.
Задача 8. Плоскодонная баржа получила пробоину в дне площадью см. С какой силой нужно давить на пластырь, которым закрывают отверстие, чтобы сдержать напор воды на глубине м? Вес пластыря не учитывать.
Пробоина в барже
Так как баржа, как и водонапорная башня – сосуд, закрытый сверху, то атмосферное давление не учитываем. Таким образом, вода будет давить на пробоину с силой, равной произведению давления столба воды на глубине пробоины на площадь пробоины. Давление столба воды на такой глубине равно кПа, а сила, с которой надо будет удерживать пластырь, по третьему закону Ньютона равна силе давления воды:
Ответ: 360 Н
Урок физики в 7 классе по теме «Атмосферное давление» | Физика
Автор: Сабирьянов Игорь Газинурович
Организация: МБОУ СОШ№5
Населенный пункт: ЯНАО, г.
Губкинский
Цель: сформировать представления об атмосферном давлении и его роли в жизни человека и животных.
Задачи:
Образовательные:
- способствовать усвоению понятий: атмосфера, вес воздуха, атмосферное давление;
- совершенствовать умения извлекать из текста необходимую информацию, высказывать свое мнение.
Развивающие:
- развивать умение работать с новой информацией;
- развивать навык систематизации полученных знаний;
- стимулировать навык критического мышления и самостоятельного осмысления текста;
- формировать навыки поисковой деятельности.
Воспитательные:
- пробудить интерес к предмету, расширить кругозор учащихся;
- научить видеть вокруг физические явления, уметь их правильно объяснять;
- совершенствовать навыки учебного сотрудничества
Тип урока – Изучение нового материала.
Методы обучения – Беседа, проблемный.
Оборудование: Компьютер с мультимедийным проектором, учебник “Физика, 7 класс”, УМК А.В.Перышкина, барометр-анероид, план-конспект урока, презентация к уроку, раздаточный материал (текст, карточки), гиря (гантеля), палетка, чашки –Петри, стеклянный стакан, монетка, свечка, Модель Дондерса или материал для ее изготовления: большая воронка с короткой выводной трубкой; нитки или резиновые кольца; пружина от шариковой авторучки или тонкая стеклянная трубка, которую можно вставить в выводную трубку воронки; два резиновых шарика; прозрачная липкая лента или лейкопластырь
План урока.
- Организационный момент.
- Мотивация и целеполагание.
- Актуализация знаний. Атмосфера.
- Изучение нового материала. Атмосферное давление.
- Физкультминутка.
- Закрепление знаний.
- Подведение итогов.
- Рефлексия.
Мотивация и целеполагание
Наше занятие хочется начать с решения одной задачи. Итак, перед вами чашки-Петри с водой, в них монетки. Ваша задача, используя только то, что есть на столе, а именно: стакан, спички, свеча, достать монету не замочив рук. Монету можно брать только руками, а тарелку поднимать со стола нельзя!
(решают задачу)
Правильное решение
Зажечь свечку , поставить ее в чашку Петри и накрыть ее перевернутым стеклянным стаканом. Через несколько секунд огонь потухнет и вода начнет втягиваться внутрь стакана. При этом оголится участок блюдца, на котором вы оставили монетку, и ее можно будет забрать, не намочив рук.
Учитель: Почему же это произошло? Почему вода втянулась в стакан? Чем это можно объяснить?
Ученик: Огонь нагрел воздух внутри стакана. В результате чего значит выросло давление этого воздуха. В итоге часть воздуха из стакана начала выходить.
Когда огонь потух, воздух остыл и снова уменьшился в объеме, а значит его давление тоже уменьшилось и стало меньше атмосферного. Именно поэтому атмосферное давление и вдавило воду внутрь стакана, обнажив нашу монету.
Ученик : Нет.
Учитель: Почему же мы этого не чувствуем?
Ученик : Потому что , повидиму, это действие очень маленькое.
Учитель: Давайте с вами попробуем оценить силу, с которой атмосфера действует на нашу ладонь. Что нам необходимо знать для этого?
Ученик : Чтобы вычислить силу необходимо давление атмосферы умножить на площадь ладони. Нормальное атмосферное давление равно 760 мм. рт. ст. или 100 000 Па, площадь ладони можно измерить с помощью палетки.
(Решают задачу)
Учитель: Итак, несмотря на то, что воздух очень легкий, он производит значительное давление – на 1 см2 давит с силой в 10 Н.
Поверхность человека в среднем составляет 1,5 м2.
Давайте оценим, с какой силой атмосфера действует на нас.
Ученик:: 1,5 м2 = 15000 см2, получается что атмосфера действует на нас с силой в 150000 Н.
Учитель: Наши расчеты показывают что это очень большая сила. Почему мы не замечаем, что на нас давит вертикальный столб воздуха?
Ученик: Может быть, за долгое время существования человечества, мы просто привыкли к действию этой силы поэтому ее не замечаем?
Учитель: Раз мы привыкли к действию такой большой силы и не чувствуем ее, то почему же мы чувствуем действия меньших сил. Например, если взять в руки восьми килограммовую гирю, то мы почувствуем, как она действует на нашу руку, а это всего 80 Н.
Чтоб ответить на этот вопрос поработаем с информацией, которую я вам подготовил. (работа с текстом)
Ученик: Внутри организма тоже есть воздух. Внешнее и внутреннее давление как бы уравновешиваются и мы его не замечаем.
Физкультминутка.
Учитель: Устали? Давайте сделаем дыхательные упражнения. Правильное дыхание способствует поступлению кислорода к головному мозгу.
Положите руки на диафрагму и сделайте 3-4 глубоких вдоха и выдохов.
Учитель: Задумывались ли вы над тем, как мы дышим? При вдохе диафрагма увеличивает объем легких, поэтому давление воздуха в легких уменьшается. Оно становится меньше чем атмосферное и атмосферный воздух проникает в легкие.
.(Демонстрация на модели. Для того чтобы показать вдох, оттягиваем резиновое дно диафрагмы вниз. Это вызывает падение давления в пространстве между стенками воронки и шариком, изображающим легкие (т. е. в плевральной полости). Шарик, изображающий легкое, раздувается, в него втягивается атмосферный воздух )
При выдохе, диафрагма сжимает легкие, объем легких уменьшается, давление воздуха в легких возрастает. Оно становится больше чем атмосферное, поэтому воздух из легких выходит наружу.
(Демонстрация на модели. Отпустить резиновое дно, а еще лучше вдавить его внутрь воронки. Давление в “плевральной полости” поднимается, шарик спадается, и находящийся там воздух выталкивается).
Человеческое тело функционирует лучше всего на высоте уровня моря, где атмосферное давление равно 101,325 кПа, или 1013,25 мбар (т. е. равно 1 атм). Атмосферное давление убывает с увеличением высоты, в то время как доля O
Закрепление знаний.
Учитель: Зачем нам знать о существовании атмосферного давления? Пригодится ли нам это знание в нашей жизни?
Ученик: Атмосферное давление о многом может поведать.
Прежде всего, оно помогает предсказывать погоду. А ее знание необходимо людям разных профессий – летчикам, агрономам, радистам, полярникам, медикам, ученым. В зонах повышенных значений атмосферного давления погода имеют спокойный характер, в небе почти нет облаков, а ветровые порывы несильные. Наблюдается засушливая и жаркая погода. В зонах низкого давления много облаков, дождливо и ветрено. За счёт таких областей летом приходит прохлада с дождями, в небе масса облаков, а зимой идут снегопады. Большое различие в двух зонах служит фактором, вызывающим ураганы и штормы.
Учитель: Попробуем с вами предсказать погоду, хотя бы направление ветра .
(работа с картинками)
Рефлексия
Мы с вами прошли трудный путь от предположения о существовании атмосферного давления к доказательствам. Цели нашего исследования достигнуты. В ходе нашего исследования вы показали себя хорошими наблюдательными учеными-теоретиками и экспериментаторами, способными не только подмечать вокруг себя все новое и интересное, но и самостоятельно проводить научное исследование.
Наш урок подошёл к концу.
Давайте ответим на вопрос: «Что тебе понравилось на уроке?»
Список использованной литературы
- Пёрышкин А.В. Физика. 7 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений, — 13-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2009. — 192 с.: ил.;
- Якласс [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.yaklass.ru/p/fizika для доступа к информ. ресурсам требуется авторизация;
- Занимательная физика [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://class-fizika.ru/p11.html свободный;
- Высотная болезнь [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Высотная_болезнь свободный;
Приложение
Текст для работы с текстом. ( Вставьте пропущенные слова)
Над нашей планетой довлеет огромный воздушный океан. А на человека воздух давит с силой более _______. Представь, что на тебя навалились 3 грузовика, – вот какой это вес! Но эти «грузовики» никогда не раздавят человека.
Причина в том, что “воздушный столб” давит на нас не только сверху, а со _________ равномерно. Кроме того, внутри нас тоже есть воздух. И этот воздух находится под таким же давлением. Давление воздуха изнутри уравновешивает давление на организм снаружи. Вот почему мы не замечаем давления на свой организм.
В процессе эволюции живые организмы приспособились к давлению земной атмосферы, Наше внутреннее давление как раз ________ атмосферному . А вот, например, глубоководные рыбы, приспособились к еще более _______ давлению. Если такую рыбу вытащить из воды, то она “взрывается”, потому что давление внутри нее оказывается _________, чем давление атмосферы снаружи.
Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме на высокие горы (4000 м) многие люди чувствуют себя плохо, появляются приступы «горной болезни», становится трудно дышать, как бы не хватает воздуха, из ушей и носа нередко идет кровь, можно даже потерять сознание.
Так как благодаря атмосферному давлению суставные поверхности плотно прилегают друг к другу, то высоко в горах, где атмосферное давление _______ чем у подножья, действие суставов расстраивается, руки и ноги плохо «слушаются», легко получаются вывихи.
Атмосферное давление о многом может поведать. Прежде всего, оно помогает предсказывать погоду. В зонах ________значения атмосферного давления погода имеют спокойный характер, в небе почти нет облаков, а ветровые порывы несильные. Наблюдается засушливая и жаркая погода. В зонах _______ давления много облаков, дождливо и ветрено. За счёт таких областей летом приходит прохлада с дождями, в небе масса облаков, а зимой идут снегопады. Большое различие в двух зонах служит фактором, вызывающем ураганы и штормы.
Пропущенные слова:
Всех сторон; равно; больше; меньше; высокому; высокого; низкого;среднего; низкому; низкого;
Картинка для работы по определению направления ветра.
Приложения:
- file0.docx.. 478,5 КБ
11.9 Давление в теле – College Physics главы 1-17
11 Статистика жидкости
Резюме
- Объясните понятие давления в организме человека.
- Объясните значения систолического и диастолического артериального давления.
- Опишите давление в глазах, легких, позвоночнике, мочевом пузыре и костной системе.
Наряду с измерением температуры и веса человека измерение артериального давления является наиболее распространенным из всех медицинских обследований. Контроль высокого кровяного давления в значительной степени ответственен за значительное снижение смертности от сердечных приступов и инсультов, достигнутое за последние три десятилетия. Давление в различных частях тела может быть измерено и часто дает ценные медицинские показатели. В этом разделе мы рассмотрим несколько примеров вместе с некоторыми сопровождающими их физическими явлениями.
В таблице 5 перечислены некоторые из измеренных значений давления в мм рт. ст., наиболее часто используемые единицы измерения.
| Система кузова | Манометрическое давление в мм рт. ст. |
|---|---|
| Артериальное давление в крупных артериях (в покое) | |
| Максимум (систолический) | 100–140 |
| Минимум (диастолический) | 60–90 |
| Артериальное давление в крупных венах | 4–15 |
| Глаз | 12–24 |
| Мозг и спинномозговая жидкость (лежа) | 5–12 |
| Мочевой пузырь | |
| При заполнении | 0–25 |
| При заполнении | 100–150 |
| Грудная полость между легкими и ребрами | от -8 до -4 |
| Внутри легких | от -2 до +3 |
| Пищеварительный тракт | |
| Пищевод | −2 |
| Желудок | 0–20 |
| Кишечник | 10–20 |
| Среднее ухо | <1 |
Таблица 5. Типичное давление у человека | |
Обычные измерения артериального давления обычно дают значения 120 мм рт. ст. и 80 мм рт. ст. соответственно для систолического и диастолического давления. Оба давления имеют последствия для здоровья. Когда систолическое давление хронически высокое, увеличивается риск инсульта и сердечного приступа. Однако, если он слишком низкий, обмороки становятся проблемой. Систолическое давление резко возрастает во время физической нагрузки для увеличения кровотока и возвращается к норме после нее. Это изменение не вызывает никаких побочных эффектов и даже может благотворно сказаться на тонусе системы кровообращения. Диастолическое давление может быть индикатором баланса жидкости. Низкий уровень может указывать на то, что у человека внутреннее кровотечение и ему требуется переливание крови. И наоборот, высокое диастолическое давление указывает на вздутие кровеносных сосудов, которое может быть связано с переливанием слишком большого количества жидкости в кровеносную систему.
Высокое диастолическое давление также является признаком того, что кровеносные сосуды не расширяются должным образом для прохождения крови. Это может серьезно нагрузить сердце при попытке перекачивать кровь.
Кровь покидает сердце под давлением около 120 мм рт. ст., но ее давление продолжает снижаться (почти до 0) по мере продвижения от аорты к более мелким артериям и к мелким венам (см. рис. 1). Перепады давления в системе кровообращения вызваны потоком крови через систему, а также положением человека. Для человека, стоящего, давление в ногах будет больше, чем в сердце из-за веса крови[латекс]\boldsymbol{(P=h\rho{g})}.[/latex] Если предположить что расстояние между сердцем и стопами человека в вертикальном положении равно 1,4 м, то прирост давления в стопах по отношению к давлению в сердце (для статического столба крови) равен 94\textbf{ Па}=108\textbf{ мм рт.ст.}}[/latex]
Длительное стояние может привести к скоплению крови в ногах и отечности. Это причина, по которой солдаты, которым приходится стоять неподвижно в течение длительного периода времени, часто теряют сознание.
Эластичные бинты вокруг голени могут помочь предотвратить это накопление, а также могут помочь обеспечить повышенное давление, чтобы вены могли отправлять кровь обратно к сердцу. По тем же причинам врачи рекомендуют носить плотные чулки при дальних перелетах.
Артериальное давление также можно измерять в крупных венах, камерах сердца, артериях головного мозга и легких. Но это давление обычно контролируют только во время операции или у пациентов в реанимации, поскольку измерения являются инвазивными. Чтобы получить эти измерения давления, квалифицированные медицинские работники вводят тонкие трубки, называемые катетерами, в соответствующие места для передачи давления на внешние измерительные устройства.
Сердце состоит из двух насосов: правый нагнетает кровь через легкие, а левый заставляет кровь течь по всему телу (рис. 1). Правожелудочковая недостаточность, например, приводит к повышению давления в полых венах и падению давления в артериях, ведущих к легким. Левосердечная недостаточность приводит к повышению давления в левой половине сердца и падению давления в аорте.
Влияние этих и других давлений на кровоток в системе кровообращения будет обсуждаться более подробно в главе 12 «Гидродинамика и ее биологические и медицинские приложения».
ДВА НАСОСА СЕРДЦА
Сердце состоит из двух насосов: правый нагнетает кровь через легкие, а левый заставляет кровь течь по всему телу.
Рис. 1. Схема кровеносной системы с указанием типичного давления. Два насоса в сердце повышают давление, и это давление снижается по мере того, как кровь течет по телу. Длительные отклонения от этих давлений имеют медицинские последствия, которые подробно обсуждаются в главе 12 «Гидродинамика и ее биологические и медицинские приложения». Неинвазивно можно измерить только аортальное или артериальное давление.
Форма глаза поддерживается давлением жидкости, называемым внутриглазным давлением , которое обычно находится в диапазоне от 12,0 до 24,0 мм рт.ст. Когда циркуляция жидкости в глазу блокируется, это может привести к повышению давления, состоянию, называемому глаукомой .
2)}.[/latex]Тогда вычисляем следующим образом: 92}[/латекс][латекс])[/латекс][латекс]\boldsymbol{=6.8\textbf{ Н.}}[/латекс]
Эта сила равна массе примерно 680 г. Массы в 680 г, лежащей на глазу (представьте, что на ваш глаз опирается 1,5 фунта), было бы достаточно, чтобы вызвать его повреждение. (Нормальной силой здесь будет вес около 120 г, что составляет менее одной четверти нашего исходного значения.)
Люди старше 40 лет подвергаются наибольшему риску развития глаукомы и должны регулярно проверять свое внутриглазное давление. Большинство измерений включают приложение силы к (анестезированному) глазу в некоторой области (давление) и наблюдение за реакцией глаза. При бесконтактном подходе используется струя воздуха и измеряется сила, необходимая для вдавливания глаза (рис. 2). Если внутриглазное давление высокое, глаз будет меньше деформироваться и быстрее восстанавливаться, чем обычно. Избыточное внутриглазное давление можно надежно обнаружить, а иногда и эффективно контролировать.
92},[/latex] рассчитайте максимально допустимое манометрическое давление на барабанную перепонку в ньютонах на квадратный метр и переведите его в миллиметры ртутного столба. б) На какой глубине в пресной воде барабанная перепонка этого человека разорвется, если предположить, что манометрическое давление в среднем ухе равно нулю?
Стратегия для (a)
Давление можно найти непосредственно из его определения, поскольку мы знаем силу и площадь. Ищем манометрическое давление.
Раствор для (а)
92}}[/latex][latex])[/latex][latex]\boldsymbol{=226\textbf{ мм рт.ст.}}.[/latex]Стратегия для (b)
Здесь мы будем использовать тот факт, что давление воды изменяется линейно с глубиной[латекс]\boldsymbol{h}[/латекс]под поверхностью.
Решение для (b)
[латекс]\boldsymbol{P=h\rho{g}}[/latex]и, следовательно,[латекс]\boldsymbol{h=P/\rho{g}}.[ /latex]Используя приведенное выше значение для [латекс]\boldsymbol{P},[/latex]мы имеем
[латекс]\boldsymbol{h\:=}[/latex][латекс]\boldsymbol{\frac{3.
3)(92)}}[/latex][latex]\boldsymbol{=\:3.06\textbf{ m.}}[/latex]
Обсуждение
Точно так же может возникать повышенное давление на барабанную перепонку со стороны среднего уха когда инфекция вызывает накопление жидкости.
Давление внутри легких увеличивается и уменьшается с каждым вдохом. Когда вы вдыхаете, давление падает ниже атмосферного (отрицательное манометрическое давление), в результате чего воздух поступает в легкие. Оно увеличивается выше атмосферного давления (положительное манометрическое давление), когда вы выдыхаете, вытесняя воздух.
Давление в легких контролируется несколькими механизмами. Для вдоха необходима работа мышц диафрагмы и грудной клетки; это мышечное действие увеличивает объем легких, тем самым снижая давление внутри них. Рисунок 3. Поверхностное натяжение в альвеолах создает положительное давление, противодействующее вдоху. (См. главу 11.8 Когезия и адгезия в жидкостях: поверхностное натяжение и капиллярное действие.
) Вы можете выдохнуть без мышечной деятельности, позволяя поверхностному натяжению в альвеолах создавать собственное положительное давление. Мышечная деятельность может добавить к этому положительному давлению, чтобы вызвать форсированный выдох, например, когда вы надуваете воздушный шар, задуваете свечу или кашляете.
Легкие действительно разрушились бы из-за поверхностного натяжения альвеол, если бы они не были прикреплены к внутренней стороне грудной стенки жидкостным прилипанием. Таким образом, манометрическое давление в жидкости, прикрепляющей легкие к внутренней части грудной клетки, отрицательно и колеблется от [латекс]\boldsymbol{-4}[/latex]до [латекс]\boldsymbol{-8\textbf{ мм рт.ст.} }[/latex]при выдохе и вдохе соответственно. Если воздух попадает в грудную полость, он разрывает соединение, и одно или оба легких могут коллапсировать. Отсасывание применяется к грудной полости хирургических пациентов и пострадавших от травм, чтобы восстановить отрицательное давление и раздуть легкие.
Позвоночник и череп
В норме давление жидкости, окружающей головной мозг и заполняющей позвоночник, составляет от 5 до 12 мм рт. Эта спинномозговая жидкость служит многим целям, одной из которых является обеспечение плавучести мозга. Выталкивающая сила, обеспечиваемая жидкостью, почти равна весу мозга, поскольку их плотности почти равны.
Если есть потеря жидкости, мозг опирается на внутреннюю часть черепа, вызывая сильные головные боли, сужение кровотока и серьезные повреждения. Давление спинномозговой жидкости измеряется с помощью иглы, вставленной между позвонками, которая передает давление на подходящее измерительное устройство. 93}.[/latex]Это давление вызывает рефлекс мочеиспускания , который стимулирует чувство позыва к мочеиспусканию. Более того, это также заставляет мышцы вокруг мочевого пузыря сокращаться, повышая давление до более чем 100 мм рт.ст., усиливая ощущение. Кашель, напряжение, напряжение в холодную погоду, ношение узкой одежды и простое нервное напряжение могут увеличить давление в мочевом пузыре и вызвать этот рефлекс. То же самое можно сказать и о весе плода беременной женщины, особенно если он энергично брыкается или давит головой! Давление в мочевом пузыре можно измерить с помощью катетера или путем введения иглы через стенку мочевого пузыря и передачи давления на соответствующее измерительное устройство.
Одна из опасностей высокого давления в мочевом пузыре (иногда вызванного обструкцией) заключается в том, что такое давление может заставить мочу вернуться в почки, что может привести к серьезному повреждению. 92}[/latex]или около 50 атм! Это давление может повредить как позвоночные диски (хрящи между позвонками), так и сами костные позвонки. Даже в нормальных условиях силы между позвонками в позвоночнике достаточно велики, чтобы создать давление в несколько атмосфер. Большинства причин чрезмерного давления на костную систему можно избежать, правильно поднимая тяжести и избегая экстремальных физических нагрузок. (См. главу 9.6 Силы и крутящие моменты в мышцах и суставах.)
Есть много других интересных и важных с медицинской точки зрения давлений в организме. Например, давление, вызванное различными мышечными движениями, продвигает пищу и отходы через пищеварительную систему. Давление в желудке во многом похоже на давление в мочевом пузыре и связано с ощущением голода. Давление в расслабленном пищеводе обычно отрицательное, потому что давление в грудной полости обычно отрицательное.
Таким образом, положительное давление в желудке может привести к попаданию кислоты в пищевод, вызывая «изжогу». Давление в среднем ухе может привести к значительному давлению на барабанную перепонку, если оно сильно отличается от атмосферного давления, например, при подводном плавании. Уменьшение внешнего давления заметно и при полетах на самолетах (из-за уменьшения веса воздуха над землей по сравнению с весом у поверхности Земли). Евстахиевы трубы соединяют среднее ухо с горлом и позволяют уравнять давление в среднем ухе, чтобы избежать дисбаланса силы на барабанную перепонку.
Многие давления в организме человека связаны с потоком жидкости. Течение жидкости будет подробно обсуждаться в главе 12 «Гидродинамика и ее биологические и медицинские приложения».
- Измерение артериального давления является одним из наиболее распространенных медицинских обследований.
- Давление в различных частях тела может быть измерено и часто является ценным медицинским индикатором. 2}.[/latex](b) Чему равно результирующая сила, действующая на череп? 92}?[/latex](b) Преобразуйте это давление в миллиметры ртутного столба и определите, достаточно ли оно само по себе, чтобы вызвать рефлекс мочеиспускания (оно будет добавляться к любому давлению, уже существующему в мочевом пузыре).
7: Если давление в пищеводе [латекс]\boldsymbol{-2.00\textbf{ мм рт.ст.}}[/latex],а в желудке [латекс]\boldsymbol{+20.0\textbf{ мм Hg}},[/latex]на какую высоту может подняться желудочная жидкость в пищеводе при плотности 1,10 г/мл? (Этого движения не произойдет, если мышца, закрывающая нижний конец пищевода, работает правильно.)
8: Давление в спинномозговой жидкости измеряется, как показано на рисунке 4. Если давление в спинномозговой жидкости составляет 10,0 мм рт. ст.: (а) Каково показание водяного манометра в см водяного столба? б) Каковы будут показания, если человек сядет, поместив верхнюю часть жидкости на 60 см выше уровня крана? Плотность жидкости составляет 1,05 г/мл.
92}?[/latex]11: Когда человек сидит прямо, увеличив вертикальное положение своего мозга на 36,0 см, сердце должно продолжать качать кровь к мозгу с той же скоростью. а) Каков прирост потенциальной энергии гравитации 100 мл крови, поднятой на высоту 36,0 см? б) Чему равно падение давления без учета потерь на трение? (c) Обсудите, как связаны увеличение гравитационной потенциальной энергии и уменьшение давления.
12: а) На какую высоту поднимется вода в стеклянном капилляре радиусом 0,500 мм? б) Сколько гравитационной потенциальной энергии приобретает вода? в) Обсудите возможные источники этой энергии.
13: Иногда с помощью устройства, показанного на рис. 5, может быть достигнуто отрицательное давление 25,0 атм до отделения воды. а) На какую высоту может подняться вода при таком отрицательном манометрическом давлении? б) На сколько растянется стальная проволока того же диаметра и длины, что и этот капилляр, если ее подвесить сверху?
Рис. 5. (a) Когда поршень поднимается, он немного растягивает жидкость, создавая натяжение и отрицательное абсолютное давление P=−F/A (b) Жидкость в конце концов разделяется, давая экспериментальный предел отрицательному давлению в этой жидкости.14: Предположим, вы ударили молотком весом 0,500 кг по стальному гвоздю, который первоначально двигался со скоростью[latex]\boldsymbol{15,0\textbf{ м/с}}[/latex] и останавливался на расстоянии 2,80 мм. а) Какая средняя сила действует на гвоздь? б) На сколько сжался ноготь, если его диаметр 2,50 мм, а длина 6,00 см? в) Какое давление создается на кончике гвоздя диаметром 1,00 мм?
15: Рассчитайте давление океана на дно Марианской впадины у Филиппин, учитывая ее глубину[latex]\boldsymbol{11,0\textbf{км}}[/latex]и плотность морской воды постоянна на всем пути вниз. (b) Рассчитайте процентное уменьшение объема морской воды из-за такого давления, предполагая, что ее объемный модуль такой же, как у воды, и является постоянным.
в) На сколько процентов увеличится его плотность? Верно ли предположение о постоянной плотности? Будет ли фактическое давление больше или меньше рассчитанного при этом предположении?16: Гидравлическая система обратной лопаты используется для подъема груза, как показано на рис. 6. (a) Рассчитайте усилие[латекс]\жирныйсимвол{F}[/латекс]рабочий цилиндр, чтобы поддерживать 400-килограммовый груз и 150-килограммовая скоба и лопата. б) Каково давление гидравлической жидкости, если рабочий цилиндр имеет диаметр 2,50 см? (c) Какую силу нужно было бы приложить к рычагу с механическим преимуществом 5,00, действующему на главный цилиндр диаметром 0,800 см, чтобы создать это давление?
Рисунок 6. Гидравлические и механические рычажные системы используются в тяжелых машинах, таких как эта задняя мотыга.17: Некоторые горняки хотят удалить воду из шахты. Труба опускается в воду на 90 м ниже и создается отрицательное давление для подъема воды.
а) Рассчитайте давление, необходимое для подъема воды. б) Что неразумного в этом давлении? в) Что неразумно в предпосылке?18: Вы накачиваете велосипедную шину ручным насосом, поршень которого имеет радиус 2,00 см. 95\textbf{ Pa}}[/latex](b) Что неразумного в этом (a) результате? (c) Какие посылки являются неразумными или непоследовательными?
19: Рассмотрим группу людей, пытающихся остаться на плаву после того, как их лодка наткнулась на бревно в озере. Составьте задачу, в которой вы подсчитаете количество людей, которые могут уцепиться за бревно и держать голову над водой. Среди переменных, которые необходимо учитывать, — размер и плотность бревна, а также то, что необходимо, чтобы держать голову и руки человека над водой, не плавая и не ступая по воде.
20: У пострадавших от эмфиземы альвеолы повреждаются и эффективно образуют мешочки большего размера. Постройте задачу, в которой вы вычисляете потерю давления из-за поверхностного натяжения в альвеолах из-за их большего среднего диаметра.
(Частично способность легких выталкивать воздух является результатом давления, создаваемого поверхностным натяжением в альвеолах.) Среди факторов, которые следует учитывать, — нормальное поверхностное натяжение жидкости, выстилающей альвеолы, средний альвеолярный радиус у здоровых людей и его среднее значение при эмфиземе. страдальцы.Глоссарий
- диастолическое давление
- минимальное артериальное давление; индикатор баланса жидкости
- глаукома
- состояние, вызванное повышением давления жидкости в глазу
- внутриглазное давление
- давление жидкости в глазу
- рефлекс мочеиспускания
- стимулирует потребность в мочеиспускании, вызванную давлением мочевого пузыря
- систолическое давление
- максимальное артериальное давление; индикатор кровотока
Атмосферное давление
Ресурс
ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКАЯ СТАТЬЯРесурс
ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКАЯ СТАТЬЯ
Воздух вокруг вас имеет вес, и он давит на все, к чему прикасается.
Это давление называется атмосферным давлением или давлением воздуха.Классы
5 – 8
Предметы
Науки о Земле, метеорология, география, физическая география, физика
Идет загрузка…
Воздух вокруг вас имеет вес и давит на все, к чему прикасается. Это давление называется атмосферным давлением или давлением воздуха. Это сила, с которой воздух над ней действует на поверхность, когда гравитация притягивает его к Земле.
Атмосферное давление обычно измеряется барометром. В барометре столбик ртути в стеклянной трубке поднимается или опускается при изменении веса атмосферы. Метеорологи описывают атмосферное давление тем, насколько высоко поднимается ртуть.
Атмосфера (атм) — единица измерения, равная среднему атмосферному давлению на уровне моря при температуре 15 градусов Цельсия (59 градусов по Фаренгейту). Одна атмосфера составляет 1013 миллибар или 760 миллиметров (29,92 дюйма) ртутного столба.
Атмосферное давление падает с увеличением высоты. Атмосферное давление в Денали, Аляска, США, примерно вдвое меньше, чем в Гонолулу, Гавайи, США. Гонолулу — город на уровне моря. Денали, также известная как гора Мак-Кинли, является высочайшей вершиной Северной Америки.
По мере снижения давления количество кислорода, доступного для дыхания, также уменьшается. На очень больших высотах атмосферное давление и доступный кислород становятся настолько низкими, что люди могут заболеть и даже умереть.
Альпинисты используют баллоны с кислородом, когда поднимаются на очень высокие вершины. Им также требуется время, чтобы привыкнуть к высоте, потому что быстрый переход от более высокого давления к более низкому может вызвать декомпрессионную болезнь. Декомпрессионная болезнь, также называемая «изгибами», также является проблемой для аквалангистов, которые слишком быстро всплывают на поверхность.
Самолеты создают искусственное давление в салоне, чтобы пассажиры чувствовали себя комфортно во время полета.
Атмосферное давление является индикатором погоды. Когда система низкого давления перемещается в район, это обычно приводит к облачности, ветру и осадкам. Системы высокого давления обычно приводят к ясной, безветренной погоде.
Краткий факт
Почему в самолетах лопаются уши?
Когда вы поднимаетесь в самолете, атмосферное давление становится ниже, чем давление воздуха в ваших ушах. Ваши уши лопаются, потому что они пытаются выровнять или соответствовать давлению. То же самое происходит, когда самолет идет вниз, и ваши уши должны приспосабливаться к более высокому атмосферному давлению.Статьи и профили
PBS Nova: Lost On Everest – Atmosheric Diface
. , а видео указываются под медиаобъектом, за исключением рекламных изображений, которые обычно ссылаются на другую страницу, содержащую медиакредит. Правообладателем для СМИ является лицо или группа, указанные в титрах.Writers
Hilary Costa
Erin Sprout
Santani Teng
Melissa McDaniel
Jeff Hunt
Diane Boudreau
Tara Ramroop
Kim Rutledge
Hilary Hall
Illustrators
Mary Crooks, National Geographic Society
Тим Гюнтер
Редакторы
Джинни Эверс, Emdash Editing, Emdash Editing
Кара Уэст
Преподаватель-рецензент
Нэнси Винн
Производитель
Национальное географическое общество
другое
Последнее обновление
7 ноября 2022 г.
Медиа Если у вас есть вопросы о лицензировании контента на этой странице, свяжитесь с нами по адресу [email protected] для получения дополнительной информации и получения лицензии. Если у вас есть вопросы о том, как цитировать что-либо на нашем веб-сайте в вашем проекте или презентации в классе, обратитесь к своему учителю. Она или он лучше всего знает предпочтительный формат. Когда вы обратитесь к нему или к ней, вам потребуется название страницы, URL-адрес и дата доступа к ресурсу.Если медиаресурс можно загрузить, в углу средства просмотра медиа появится кнопка загрузки. Если кнопка не отображается, вы не можете загрузить или сохранить медиафайл.
ТекстТекст на этой странице можно распечатать и использовать в соответствии с нашими Условиями предоставления услуг.
ИнтерактивыЛюбые интерактивы на этой странице можно воспроизводить только во время посещения нашего веб-сайта.
2}.[/latex](b) Чему равно результирующая сила, действующая на череп? 92}?[/latex](b) Преобразуйте это давление в миллиметры ртутного столба и определите, достаточно ли оно само по себе, чтобы вызвать рефлекс мочеиспускания (оно будет добавляться к любому давлению, уже существующему в мочевом пузыре).
92}?[/latex]
5. (a) Когда поршень поднимается, он немного растягивает жидкость, создавая натяжение и отрицательное абсолютное давление P=−F/A (b) Жидкость в конце концов разделяется, давая экспериментальный предел отрицательному давлению в этой жидкости.