Знак давления в физике: Давление в физике – Физика

Содержание

Единицы измерения давления

Единицы измерения давления

Программа КИП и А

Международная система единиц (СИ)

Давлением P называется физическая величина силы F, действующая на единицу поверхности площади S, направленная перпендикулярно этой поверхности.
  т.е. P = F / S.

В международной системе единиц (СИ) давление измеряется в Паскалях:
  Па – русское обозначение.
  Pa – международное.
  1 Па = 1 Ньютон / 1 кв. метр (1 Н/м²)

Для практических измерений в КИП и А, 1 Па часто оказывается слишком маленькой величиной давления, и для оперирования реальными данными применяются умножающие приставки – (кило, Мега), умножающие значения в 1тыс. и 1млн. раз соответственно.
  1 МПа = 1000 кПа = 1000000 Па
  Также, шкалы приборов для измерения давления могут быть непосредственно градуированы в величинах Ньютон / метр, или их производных:
  Килоньютон, Меганьютон / м², см², мм².

Тогда получаем следующее соответствие:

  1 МПа = 1 МН/м² = 1 Н/мм² = 100 Н/см² = 1000 кН/м² = 1000 кПа = 1000000 Н/м² = 1000000 Па

В России и Европе также широкое применение для измерения давления находят единицы бар (bar) и кгс/м² (kgf/m²), а также их производные (mbar, кгс/см²).
  1 бар – это внесистемная единица, равная 100000 Па.
  1 кгс/см² – это единица измерения давления в системе МКГСС, и широко применяется в промышленных измерениях давления.
  1 кгс/см² = 10000 кгс/м² = 0.980665 бар = 98066.5 Па

Атмосфера

Атмосфера – это внесистемная единица измерения давления приблизительно равная атмосферному давлению Земли на уровне Мирового океана.
  Существует два понятия атмосферы для измерения давления:

  • Физическая (атм) – равна давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0° C. 1 атм = 101325 Па
  • Техническая (ат) – равна давлению, производимому силой в 1 кгс на площадь 1 см². 1 ат = 98066,5 Па = 1 кгс/см²

В России для использования в измерениях допущена только техническая атмосфера, и срок ее действия ограничен по некоторым данным 2016 годом.

Водяной столб

Метр водяного столба — внесистемная единица измерения давления, применяемая в ряде производств.
  Физически он равен давлению столба воды высотой в 1 м при температуре около 4° C и стандартном для калибровки ускорении свободного падения – 9,80665 м/сек².

  м вод. ст. – русское обозначение.
  mH2O – международное.

Производными единицами являются см вод. ст. и мм вод. ст.
  1 м вод. ст. = 100 см вод. ст. = 1000 мм вод. ст.
  Соотносится к другим единицам измерения давления соответствующим образом:
  1 м вод. ст. = 1000 кгс/м² = 0.0980665 бар = 9.80665 Па = 73.55592400691 мм рт. ст.

Ртутный столб

Миллиметр ртутного столба – внесистемная единица измерения давления, равная 133.3223684 Па. Синоним – Торр (Torr).
  мм рт. ст. – русское обозначение.
  mmHg. – международное.
  Использование в России – не ограничено, но не рекомендовано. Применяется в ряде областей техники.

  Соотношение к водному столбу: 1 мм рт. ст. = 13.595098063 мм вод. ст.

Единицы США и Британии

В США и Британии применяются также другие единицы измерения давления.

  Это связано с тем, что длины выражаются в футах и дюймах, а вес в фунтах, британских и американских тоннах.
  Примеры некоторых из них:
  • Дюйм водного столба
      Обозначение: inH2O = 249.08891 Па.
  • Фут водного столба
      Обозначение: ftH2O = 2989.006692 Па.
  • Дюйм ртутного столба
      Обозначение: inHg = 3386.38815789474 Па.
  • Фунт на квадратный дюйм
      Обозначение: psi = 6894.757293178 Па.
  • 1000 фунтов на квадратный дюйм
      Обозначение: ksi = 6894757.2931783 Па.
  • Фунт на квадратный фут
      Обозначение: psf = 47.8802589803 Па.
  • Американская (короткая) тонна на квадратный дюйм
      Обозначение: tsi = 13789514.58633672267344 Па.
  • Американская (короткая) тонна на квадратный фут
      Обозначение: tsf = 95760.51796067168523226 Па.
  • Британская (длинная) тонна на квадратный дюйм
      Обозначение: br.tsi = 15444256.3366971 Па.
  • Британская (длинная) тонна на квадратный фут
      Обозначение: br.tsf = 107251.780115952 Па.

Приборы для измерения давления

Для измерения давления применяются манометры, дифманометры (разность давлений), вакуумметры (измерение разряжения).

 

Давление и сила давления | Физика

Проделаем опыт. Возьмем небольшую доску, в углы которой вбиты четыре гвоздя, и поместим ее остриями вверх на песок. Сверху на нее положим гирю (рис. 81). Мы увидим, что шляпки гвоздей лишь незначительно вдавятся в песок. Если же мы перевернем доску и снова поставим ее (вместе с гирей) на песок, то теперь гвозди войдут в него значительно глубже (рис. 82). В обоих случаях вес доски был одним и тем же, однако эффект оказался разным. Почему?Вся разница в рассматриваемых случаях заключалась в том, что площадь поверхности, на которую опирались гвозди, в одном случае была больше, а в другом меньше. Ведь сначала песка касались шляпки гвоздей, а затем их острия.

Мы видим, что результат воздействия зависит не только от силы, с которой тело давит на поверхность, но и от площади этой поверхности. Именно по этой причине человек, способный скользить по рыхлому снегу на лыжах, сразу же проваливается в него, как только их снимет (рис. 83).Но дело не только в площади. Важную роль играет и величина прикладываемой силы. Если, например, на ту же. доску (см. рис. 81) положить еще одну гирю, то гвозди (при той же площади опоры) погрузятся в песок еще глубже.

Силу, прикладываемую перпендикулярно поверхности, называют силой давления на эту поверхность.

Силу давления не следует путать с давлением. Давление — это физическая величина, равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности:

,(32.1)

где

р — давление, F — сила давления, S — площадь.

Итак, чтобы определить давление, надо силу давления разделить на площадь поверхности, на которую оказывается давление.

При одной и той же силе давление больше в том случае, когда площадь опоры меньше, и, наоборот, чем больше площадь опоры, тем давление меньше.

В тех случаях, когда силой давления является вес находящегося на поверхности тела (F = P = mg), давление, оказываемое телом, можно найти по формуле

Если давление р и площадь S известны, то можно определить силу давления F; для этого надо давление умножить на площадь:

    F = pS    (32.2)

Сила давления (как и любая другая сила) измеряется в ньютонах. Давление же измеряется в паскалях. Паскаль (1 Па) — это такое давление, которое производит сила давления в 1 Н, будучи приложенной к поверхности площадью 1 м

2:

1 Па = 1 Н/м2.

Используются также другие единицы давления — гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа):

1 гПа = 100 Па, 1 кПа = 1000 Па.

1. Приведите примеры, показывающие, что результат действия силы зависит от площади опоры, на которую действует эта сила. 2. Почему человек, идущий на лыжах, не проваливается в снег? 3. Почему острая кнопка легче входит в дерево, чем тупая? 4. Что называют давлением? 5. Какие вы знаете единицы давления? 6. Чем отличается давление от силы давления? 7. Как можно найти силу давления, зная давление и площадь поверхности, к которой приложена сила?

Калькулятор соотношений единиц давления

В технической системе единиц МКГСС (метр, килограммсила, секунда) сила измеряется в килограммах силы (1 кгс ≈ 9.8 Н). Единицы давления в МГКСС – кгс/м

2 и кгс/см2; единица кгс/см2 получила название технической, или метрической атмосферы (ат). В случае измерения в единицах технической атмосферы избыточного давления используется обозначение «ати».

В физической системе единиц СГС (сантиметр, грамм, секунда) единицей силы является дина (1 дин = 10-5 Н). В рамках СГС введена единица давления бар (1 бар=1 дин/см2). Существует од­но­и­мен­ная внесистемная, ме­те­о­ро­ло­ги­чес­кая единица бар, или стандартная атмосфера (1 бар = 10

6 дин/см2; 1 мбар = 10-3 бар = 103 дин/см2), что иногда, вне контекста, вызывает путаницу. Кроме указанных единиц на практике используется такая внесистемная единица, как физическая, или нормальная атмосфера (атм), которая эквивалентна уравновешивающему столбу 760 мм рт. ст.

Паскаль (обозначение: Па, Pa) — единица измерения давления (механического напряжения) в СИ.
Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно рас­пре­де­лённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.

1 Па = 1 Н/м² ≡ 1 Дж/м³ ≡ 1 кг/(м·(с²))
Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.

1 кПа = 1000 Па
Паскаль (обозначение: Па, Pa) — единица измерения давления (механического напряжения) в СИ.
Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно рас­пре­де­лённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.
1 Па = 1 Н/м² ≡ 1 Дж/м³ ≡ 1 кг/(м·(с²))
Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.

1 МПа = 1000000 Па
Паскаль (обозначение: Па, Pa) — единица измерения давления (механического напряжения) в СИ.
Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно рас­пре­де­лённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.
1 Па = 1 Н/м² ≡ 1 Дж/м³ ≡ 1 кг/(м·(с²))
Единица названа в честь французского физика и математика Блеза Паскаля.

Техническая атмосфера (ат, at, кгс/см²) — равна давлению, производимому силой 1 кгс, направленной перпендикулярно и равномерно распределённой по плоской поверхности площадью 1 см² (98 066,5 Па).

Стандартная, нормальная или физическая атмосфера (атм, atm) — в точности равна 101325 Па или 760 миллиметрам ртутного столба. Давление, уравновешиваемое столбом ртути высотой 760 мм при 0 °C, плотность ртути 13595.1 кг/м³ и нормальное ускорение свободного падения 9.80665 м/с².

Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст., mm Hg) — внесистемная единица измерения давления, равная 101325 / 760 ≈ 133.3223684 Па; иногда называется «торр» (русское обозначение — торр, международное — Torr) в честь Эванджелиста Торричелли.

Миллиметр водяного столба, внесистемная единица давления, применяемая в ряде отраслей техники (главным образом в гидравлике).
Обозначения: русское: мм вод. ст., международное: mm H2O.
1 мм вод. ст. равен гидростатическому давлению столба воды высотой в 1 мм при наибольшей плотности воды (то есть при температуре около 4 °C) и ускорении свободного падения g = 9.80665 м/сек².

Бар (греч. βαρος — тяжесть) — внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере.
Один бар равен 105 Н/м² (ГОСТ 7664-61) или 106 дин/см² (в системе СГС).

Фунт на квадратный дюйм (обозн. Psi или lb.p.sq.in.), точнее, «фунт-сила на квадратный дюйм» (англ. pound-force per square inch, lbf/in²) — внесистемная единица измерения давления. В основном употребляется в США. Численно равна 6894.75729 Па.

Давление. Архимедова сила. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Давление

Если на тело действует сила и под действием этой силы тело деформируется, то эту силу часто называют силой  давления. Роль силы давления может играть любая сила (вес тела, деформирующий опору; сила, прижимающая тело к какой-либо поверхности и т.д.). Скалярная физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением: .

Единица давления в СИ называется паскаль (Па), в честь французского физика и философа Б.Паскаля.

 

 

 

Единица давления в СИ называется паскаль (Па), в честь французского физика и философа Б. Паскаля. Давление равно 1 Па, если на поверхность тела площадью 1м2 действует перпендикулярно ей сила 1 Н.

 

Архимедова (выталкивающая) сила.

1. Давление столба жидкости или газа.

, где S – площадь, h – высота столба жидкости или газа, ρ – плотность жидкости или газа.

Внимание! Давление столба жидкости или газа (гидростатическое давление) не зависит от  формы сосуда.

2. Причины возникновения выталкивающей силы.

p3=p4 , т.к. одинаковые глубины.

F2>F1, т.к. глубина h2>h1.

Fвыталкивающая=F– F1     –   причина возникновения выталкивающей силы в разности сил (давлений) на разных глубинах.

Внимание! Эта формула применима всегда!

Fвыталкивающая=p2S -p1S=Sgρ(h2 – h1)= gρV,

где ρ – плотность жидкости или газа,

V – объем погруженной части тела.

Т.к. m=ρV – масса жидкости, вытесненной телом, то Fвыт=FАрх.=mжg=Pж

На тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа), вытесненной телом.

 

3. Вес тела, погруженного в жидкость или газ.

В состоянии покоя P0=mg. Если тело погружено в жидкость или газ, тоP=P0-FАрх0 – Pж

Тело, погруженное в жидкость или газ,  теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость.

4. Условия плавания тел.

 Если:

  • FАрх >mg  – тело всплывает, до тех пор, пока силы не уравновесятся.
  • FАрх<mg   – тело тонет.
  • FАрх=mg   – тело плавает в любой точке жидкости (газа).

5. Подъемная сила.

Fп=FАрх-mg  – максимальный вес, который может поднять плавающее тело.

 

урок по физике на тему “Атмосферное давление” (7 класс)

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ


Атмосфера – воздушная оболочка Земли / высотой несколько тысяч километров /.

атмосфера Земли состоит из 5 слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы. Эти слои не везде имеют четкие границы, их толщина колеблется в зависимости от географической широты, места наблюдения и времени.

Ближайший к поверхности слой воздуха − тропосфера − наиболее хорошо изучен. Высота его над полярными областями 12 км, над умеренными широтами 15 км и экваториальными 20 км. В этом слое сосредоточено 80 % всей массы воздуха и основная масса влаги; слой хорошо пропускает солнечные лучи, поэтому воздух в нем нагрет от поверхности Земли. Температура воздуха с высотой непрерывно понижается. В верхних слоях тропосферы температура воздуха достигает −55 оС. Цвет неба в этом слое голубой. В тропосфере протекают почти все явления, определяющие погоду; именно здесь образуются грозы, ветры, облака, туманы, именно здесь идут процессы, приводящие к выпадению осадков в виде снега и дождя. 

Следующий слой − стратосфера − простирается примерно до высоты 50 км. В нем мало воздуха примерно 19 % от всей массы воздуха, почти нет влаги. В стратосфере часто возникают сильнейшие ветры, изредка здесь возникают перламутровые облака, состоящие из кристалликов льда. Цвет неба в стратосфере − темно-фиолетовый, почти черный.

На высоте от 50 до 80 км расположена мезосфера. Воздух здесь еще более разрежен (тут сосредоточено примерно 0,003 всей его массы). В мезосфере сгорают влетающие в земную атмосферу метеориты, здесь же образуются серебристые облака.

Над мезосферой, примерно до высоты 800 км, находится термосфера. Она характеризуется еще меньшей плотностью воздуха (здесь сосредоточено всего 0,0005 его массы), В термосфере образуются полярные сияния.
 Последний слой атмосферы − экзосфера − отличается постоянством температуры. Прежде считали, что атмосфера Земли простирается до определенной высоты примерно 1100 км, на которой обрывается, а за ней начинается пустота. Последние исследования позволили выдвинуть новое предположение: внешняя часть атмосферы погружена в исключительно разреженную солнечную атмосферу. Поэтому резкой границы между самыми верхними слоями земной атмосферы и солнечной атмосферой указать нельзя. Изучение атмосферы продолжается.

Лишившись атмосферы Земля стала бы такой же мертвой, как ее спутница Луна, где попеременно царят то испепеляющий зной, то леденящий холод – + 130 С днем и – 150 С ночью.

По подсчетам Паскаля атмосфера Земли весит столько же, сколько весил бы медный шар диаметром 10км – пять квадриллионов ( 5000000000000000 ) тонн!

Земная поверхность и все тела на ней испытывают давление толщи воздуха, т.е. испытывают атмосферное давление.

КАК БЫЛО ОТКРЫТО АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ ?

Итак, вспомни, воздух обладает весом …

В этом можно убедиться на опыте. Выкачав часть воздуха из шара, мы увидим, что он стал легче.

Впервые весомость воздуха привела людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами – вода не поднималась выше 10,3м.

Поиски причин упрямства воды и опыты с более тяжелой жидкостью – ртутью, предпринятые в 1643г. Торричелли, привели к открытию атмосферного давления.

Торричелли обнаружил, что высота столба ртути в его опыте не зависит ни от формы трубки, ни от ее наклона. На уровне моря высота ртутного столба всегда была около 760мм.

Ученый предположил, что высота столба жидкости уравновешивается давлением воздуха. Зная высоту столба и плотность жидкости, можно определить величину давления атмосферы.

Правильность предположения Торричелли была подтверждена в 1648г. опытом Паскаля на горе Пью-де-Дом. Паскаль доказал, что меньший столб воздуха оказывает меньшее давление. Вследствие притяжения Земли и недостаточной скорости молекулы воздуха не могут покинуть околоземное пространство. Однако они не падают на поверхность Земли , а парят над ней, т.к. находятся в непрерывном тепловом движении.

КАК МЕНЯЕТСЯ ДАВЛЕНИЕ С ВЫСОТОЙ?

Благодаря БЕСПОРЯДОЧНОМУ движению и притяжению молекул к Земле их распределение в атмосфере неравномерно. При высоте атмосферы в 2000-3000км 99% ее массы сосредоточено в нижнем ( до 30км ) слое. Воздух, как и другие газы, хорошо сжимаем. Нижние слои атмосферы в результате давления на них верхних слоев имеют большую плотность воздуха.

Для измерения давления пользуются различными единицами : мм ртутного столба, физическими атмосферами, в системе СИ – Паскалями.

Нормальное атмосферное давление на уровне моря в среднем составляет 760 мм рт.ст.= 101300Па.

С высотой давление и плотность воздуха уменьшаются.

На небольших высотах каждые 12м подъема уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт.ст. На больших высотах эта закономерность нарушается.

Происходит это потому, что высота воздушного столба, оказывающего давление, при подъеме уменьшается. Кроме того, в верхних слоях атмосферы воздух менее плотен.

НАДО ЖЕ !

Если бы атмосфера Земли не вращалась вместе с Землей вокруг ее оси, то на поверхности Земли возникли бы сильнейшие ураганы.

ЧТО ПРОИЗОШЛО БЫ НА ЗЕМЛЕ,

если бы воздушная атмосфера вдруг исчезла?

– на Земле установилась бы температура приблизительно -170 °С, замерзли бы все водные пространства, а суша покрылась бы ледяной корой.

– наступила бы полная тишина, так как звук в пустоте не распространяется; небо стало бы черным, поскольку окраска небесного свода зависит от воздуха; не стало бы сумерек, зорь, белых ночей.

– прекратилось бы мерцание звезд, а сами звезды были бы видны не только ночью, но и днем (днем мы их не видим из-за рассеивания частичками воздуха солнечного света).

– погибли бы животные и растения.

… некоторые планеты солнечной системы тоже имеют атмосферы, однако их давление не позволяет человеку находиться там без скафандра. На Венере, например, атмосферное давление около 100 атм, на Марсе – около 0,006 атм. из-за давления атмосферы на каждый квадратный сантиметр нашего тела действует сила 10 Н.

Урок физики в 7-м классе “Давление. Единицы давления”

5. Изучение основных понятий темы

1. Сила давления

 

 

 

 

2. Давление

 

 

3. Формула давления твёрдого тела

 

4. Единицы измерения   давления.

 

 

 

4.Давление вокруг нас.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Способы изменения давления.

 

 

 

 

 

 

 

6. Решение задач по теме «Давление»

До сегодняшнего урока мы изучали случаи, когда сила, действовавшая на тело, была приложена к телу лишь в одной точке. Мы так и говорили: «Точка приложения силы». Теперь мы приступаем к изучению ситуаций, когда сила, действующая на тело, приложена к телу во множестве точек, то есть действует на некоторую площадь поверхности этого тела.

Силу, прикладываемую перпендикулярно поверхности, называют силой давления. По своей природе сила давления может быть любой, кроме силы трения, которая направлена параллельно поверхности.
Необходимо добавить, что твердые тела передают силу давления, сохраняя ее направление. Благодаря этому свойству твердых тел, мы можем воздействовать твердым инструментом на обрабатываемое тело в нужном направлении: копать землю лопатой, резать ножом различные материалы, и т.д.

Величина, характеризующая действие силы в зависимости от площади, на которую она действует, называется давлением.

Давление – это скалярная физическая величина, равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности.

Обозначают давление прописной латинской буквой .

Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь этой поверхности. Запишем формулу: , где р – это давление, F – сила давления, S – площадь опоры.

За единицу давления принимается давление, которое производит сила 1 Н, действующая на поверхность площадью 1м2  перпендикулярно этой поверхности. Эта единица имеет и собственное название и обозначение: .  Она называется паскалем в честь французского ученого Блеза Паскаля.

Посмотрите таблицу, в которой приведены примеры давлений, встречающихся в природе, быту и технике.

Величина давления имеет большое значение не только в жизни человека, но и в жизни животных. Например, заяц, оказывающий давление в 1,2 кПа может сравнительно легко убежать от волка, который оказывает давление 12 кПа, по рыхлому снегу, но не спасется от него на твердой почве.

Человеку тоже тяжело передвигаться по снегу, поэтому он использует лыжи.

Посмотрите внимательно на формулу давления .
Между силой давления и давлением существует прямо пропорциональная зависимость, то есть чем больше сила, тем больше давление и наоборот, чем меньше сила, тем меньше давление.

Если говорить о зависимости давления от площади опоры, то здесь наблюдается обратно пропорциональная зависимость, то есть чем больше площадь опоры, тем меньше давление и наоборот, чем меньше площадь соприкосновения тел, тем  давление больше.
Таким образом, можно сделать вывод: чтобы увеличить давление следует…..

Чтобы уменьшить давление следует…

Примеры увеличения и уменьшения давления.

Задание классу: Приведите свои примеры, когда давление необходимо увеличить или уменьшить.

 

Приложение 2

 

 

 

Записывают определение в тетрадь.

 

 

Слушают и смотрят интерактивный модуль

 

 

 

 

 

 

 

Записывают определение и формулу  в тетрадь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Записывают определение в тетрадь

 

 

 

 

Смотрят модуль о  «Давлении вокруг нас»

 

 

 

 

 

 

 

Обучающиеся продолжают мысль учителя – увеличить силу давления или уменьшить площадь опоры.

 

Обучающиеся продолжают мысль учителя – увеличить площадь опоры или уменьшить силу давления.

Приводят примеры.

 

 

 

Решают  задачи

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

Код и классификация направлений подготовки Код группы образовательной программы Наименование групп образовательных программ Количество мест
8D01 Педагогические науки   
8D011 Педагогика и психология D001 Педагогика и психология 45
8D012 Педагогика дошкольного воспитания и обучения D002 Дошкольное обучение и воспитание 5
8D013 Подготовка педагогов без предметной специализации D003 Подготовка педагогов без предметной специализации 22
8D014 Подготовка педагогов с предметной специализацией общего развития D005 Подготовка педагогов физической культуры 7
8D015 Подготовка педагогов по естественнонаучным предметам D010 Подготовка педагогов математики 30
D011 Подготовка педагогов физики (казахский, русский, английский языки) 23
D012 Подготовка педагогов информатики (казахский, русский, английский языки) 35
D013 Подготовка педагогов химии (казахский, русский, английский языки) 22
D014 Подготовка педагогов биологии (казахский, русский, английский языки) 18
D015 Подготовка педагогов географии 18
8D016 Подготовка педагогов по гуманитарным предметам D016 Подготовка педагогов истории 17
8D017 Подготовка педагогов по языкам и литературе D017 Подготовка педагогов казахского языка и литературы 37
D018 Подготовка педагогов русского языка и литературы 24
D019 Подготовка педагогов иностранного языка 37
8D018 Подготовка специалистов по социальной педагогике и самопознанию D020 Подготовка кадров по социальной педагогике и самопознанию 10
8D019 Cпециальная педагогика D021 Cпециальная педагогика 20
    Всего 370
8D02 Искусство и гуманитарные науки   
8D022 Гуманитарные науки D050 Философия и этика 20
D051 Религия и теология 11
D052 Исламоведение 6
D053 История и археология 33
D054 Тюркология 7
D055 Востоковедение 10
8D023 Языки и литература D056 Переводческое дело, синхронный перевод 16
D057 Лингвистика 15
D058 Литература 26
D059 Иностранная филология 19
D060 Филология 42
    Всего 205
8D03 Социальные науки, журналистика и информация   
8D031 Социальные науки D061 Социология 20
D062 Культурология 12
D063 Политология и конфликтология 25
D064 Международные отношения 13
D065 Регионоведение 16
D066 Психология 17
8D032 Журналистика и информация D067 Журналистика и репортерское дело 12
D069 Библиотечное дело, обработка информации и архивное дело 3
    Всего 118
8D04 Бизнес, управление и право   
8D041 Бизнес и управление D070 Экономика 39
D071 Государственное и местное управление 28
D072 Менеджмент и управление 12
D073 Аудит и налогообложение 8
D074 Финансы, банковское и страховое дело 21
D075 Маркетинг и реклама 7
8D042 Право D078 Право 30
    Всего 145
8D05 Естественные науки, математика и статистика      
8D051 Биологические и смежные науки D080 Биология 40
D081 Генетика 4
D082 Биотехнология 19
D083 Геоботаника 10
8D052 Окружающая среда D084 География 10
D085 Гидрология 8
D086 Метеорология 5
D087 Технология охраны окружающей среды 15
D088 Гидрогеология и инженерная геология 7
8D053 Физические и химические науки D089 Химия 50
D090 Физика 70
8D054 Математика и статистика D092 Математика и статистика 50
D093 Механика 4
    Всего 292
8D06 Информационно-коммуникационные технологии   
8D061 Информационно-коммуникационные технологии D094 Информационные технологии 80
8D062 Телекоммуникации D096 Коммуникации и коммуникационные технологии 14
8D063 Информационная безопасность D095 Информационная безопасность 26
    Всего 120
8D07 Инженерные, обрабатывающие и строительные отрасли   
8D071 Инженерия и инженерное дело D097 Химическая инженерия и процессы 46
D098 Теплоэнергетика 22
D099 Энергетика и электротехника 28
D100 Автоматизация и управление 32
D101 Материаловедение и технология новых материалов 10
D102 Робототехника и мехатроника 13
D103 Механика и металлообработка 35
D104 Транспорт, транспортная техника и технологии 18
D105 Авиационная техника и технологии 3
D107 Космическая инженерия 6
D108 Наноматериалы и нанотехнологии 21
D109 Нефтяная и рудная геофизика 6
8D072 Производственные и обрабатывающие отрасли D111 Производство продуктов питания 20
D114 Текстиль: одежда, обувь и кожаные изделия 9
D115 Нефтяная инженерия 15
D116 Горная инженерия 19
D117 Металлургическая инженерия 20
D119 Технология фармацевтического производства 13
D121 Геология 24
8D073 Архитектура и строительство D122 Архитектура 15
D123 Геодезия 16
D124 Строительство 12
D125 Производство строительных материалов, изделий и конструкций 13
D128 Землеустройство 14
8D074 Водное хозяйство D129 Гидротехническое строительство 5
8D075 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям) D130 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям) 11
    Всего 446
8D08 Сельское хозяйство и биоресурсы   
8D081 Агрономия D131 Растениеводство 22
8D082 Животноводство D132 Животноводство 12
8D083 Лесное хозяйство D133 Лесное хозяйство 6
8D084 Рыбное хозяйство D134 Рыбное хозяйство 4
8D087 Агроинженерия D135 Энергообеспечение сельского хозяйства 5
D136 Автотранспортные средства 3
8D086 Водные ресурсы и водопользование D137 Водные ресурсы и водопользования 11
    Всего 63
8D09 Ветеринария   
8D091 Ветеринария D138 Ветеринария 21
    Всего 21
8D11 Услуги   
8D111 Сфера обслуживания D143 Туризм 11
8D112 Гигиена и охрана труда на производстве D146 Санитарно-профилактические мероприятия 5
8D113 Транспортные услуги D147 Транспортные услуги 5
D148 Логистика (по отраслям) 4
8D114 Социальное обеспечение D142 Социальная работа 10
    Всего 35
    Итого 1815
    АОО “Назарбаев Университет” 65
    Стипендиальная программа на обучение иностранных граждан, в том числе лиц казахской национальности, не являющихся гражданами Республики Казахстан 10
    Всего 1890

14.1 Жидкости, плотность и давление

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Укажите различные фазы материи
  • Опишите характеристики фаз вещества на молекулярном или атомном уровне
  • Различать сжимаемые и несжимаемые материалы
  • Определение плотности и связанных с ней единиц СИ
  • Сравните и сопоставьте плотности различных веществ
  • Определение давления и связанных с ним единиц СИ
  • Объясните взаимосвязь между давлением и силой
  • Вычислить силу с учетом давления и площади

Материя чаще всего существует в твердом, жидком или газообразном состоянии; эти состояния известны как три общие фазы материи.В этом разделе мы подробно рассмотрим каждый из этих этапов.

Характеристики твердых тел

Твердые тела имеют определенные формы и объемы. Атомы или молекулы в твердом теле находятся в непосредственной близости друг от друга, и между этими молекулами существует значительная сила. Твердые тела будут принимать форму, определяемую природой этих сил между молекулами. Хотя настоящие твердые тела не являются несжимаемыми, тем не менее, для изменения формы твердого тела требуется большая сила.В некоторых случаях сила между молекулами может заставить молекулы организоваться в решетку, как показано на (Рисунок). Структура этой трехмерной решетки представлена ​​в виде молекул, связанных жесткими связями (смоделированными как жесткие пружины), которые обеспечивают ограниченную свободу движения. Даже большая сила вызывает лишь небольшие смещения в атомах или молекулах решетки, и твердое тело сохраняет свою форму. Твердые тела также сопротивляются силам сдвига. (Силы сдвига – это силы, прикладываемые по касательной к поверхности, как описано в разделе «Статическое равновесие и упругость».)

Характеристики жидкостей

Жидкости и газы считаются жидкостями , потому что они поддаются сдвиговым усилиям, тогда как твердые тела им сопротивляются. Как и в твердых телах, молекулы в жидкости связаны с соседними молекулами, но обладают гораздо меньшим количеством этих связей. Молекулы в жидкости не заблокированы на месте и могут двигаться относительно друг друга. Расстояние между молекулами аналогично расстояниям в твердом теле, поэтому жидкости имеют определенные объемы, но форма жидкости изменяется в зависимости от формы ее контейнера.Газы не связаны с соседними атомами и могут иметь большие расстояния между молекулами. У газов нет ни определенной формы, ни определенного объема, поскольку их молекулы движутся, чтобы заполнить емкость, в которой они содержатся ((Рисунок)).

Рис. 14.2 (a) Атомы в твердом теле всегда находятся в тесном контакте с соседними атомами, удерживаясь на месте силами, представленными здесь пружинами. (б) Атомы в жидкости также находятся в тесном контакте, но могут скользить друг по другу. Силы между атомами сильно сопротивляются попыткам сжать атомы.(c) Атомы в газе перемещаются свободно и разделены большими расстояниями. Газ должен храниться в закрытом контейнере, чтобы предотвратить его свободное расширение и утечку.

Жидкости легко деформируются при напряжении и не возвращаются к своей первоначальной форме после снятия силы. Это происходит потому, что атомы или молекулы в жидкости могут свободно перемещаться и менять соседей. То есть текут жидкости (так что они представляют собой тип жидкости), а молекулы удерживаются вместе за счет взаимного притяжения. Когда жидкость помещается в емкость без крышки, она остается в емкости.Поскольку атомы плотно упакованы, жидкости, как и твердые тела, сопротивляются сжатию; для изменения объема жидкости необходимо чрезвычайно большое усилие.

Напротив, атомы в газах разделены большими расстояниями, и поэтому силы между атомами в газе очень слабые, за исключением случаев, когда атомы сталкиваются друг с другом. Это позволяет относительно легко сжимать газы и позволяет им течь (что делает их жидкими). При помещении в открытый контейнер газы, в отличие от жидкостей, улетучиваются.

В этой главе мы обычно называем газы и жидкости просто жидкостями, проводя различие между ними только тогда, когда они ведут себя по-разному. Существует еще одна фаза вещества, плазма, которая существует при очень высоких температурах. При высоких температурах молекулы могут диссоциировать на атомы, а атомы диссоциировать на электроны (с отрицательными зарядами) и протоны (с положительными зарядами), образуя плазму. Плазма не будет подробно обсуждаться в этой главе, потому что плазма имеет очень разные свойства от трех других общих фаз материи, обсуждаемых в этой главе, из-за сильных электрических сил между зарядами.

Плотность

Предположим, что латунный блок и деревянный брусок имеют одинаковую массу. Если оба блока упали в резервуар с водой, почему дерево всплывает, а латунь тонет ((Рисунок))? Это происходит потому, что латунь имеет большую плотность, чем вода, тогда как древесина имеет меньшую плотность, чем вода.

Рис. 14.3 (a) Латунный блок и деревянный брусок имеют одинаковый вес и массу, но деревянный брусок имеет гораздо больший объем. (b) При помещении в аквариум, наполненный водой, латунный куб тонет, а деревянный брусок плавает.(Деревянный брусок на обеих фотографиях одинаковый; он был повернут набок, чтобы поместиться на шкале.)

Плотность – важная характеристика веществ. Это очень важно, например, при определении того, тонет ли объект в жидкости или плавает.

Плотность

Средняя плотность вещества или объекта определяется как его масса на единицу объема,

[латекс] \ rho = \ frac {m} {V} [/ латекс]

, где греческая буква [латекс] \ rho [/ latex] (rho) обозначает плотность, м – масса, а V – объем.{3} [/ латекс]

Как вы можете видеть, изучив (рисунок), плотность объекта может помочь определить его состав. Плотность золота, например, примерно в 2,5 раза больше плотности железа, что примерно в 2,5 раза больше плотности алюминия. Плотность также кое-что говорит о фазе материи и ее субструктуре. Обратите внимание, что плотности жидкостей и твердых тел примерно сопоставимы, что согласуется с тем фактом, что их атомы находятся в тесном контакте.Плотность газов намного меньше, чем у жидкостей и твердых тел, потому что атомы в газах разделены большим количеством пустого пространства. Газы отображаются для стандартной температуры [латекс] 0,0 \ text {°} \ text {C} [/ latex] и стандартного давления 101,3 кПа, при этом плотность сильно зависит от температуры и давления. Отображаемые плотности твердых и жидких тел даны для стандартной температуры [латекс] 0,0 \ text {°} \ text {C} [/ latex], а плотности твердых и жидких веществ зависят от температуры.Плотность твердых тел и жидкостей обычно увеличивается с понижением температуры.

(рисунок) показывает плотность воды в различных фазах и температуре. Плотность воды увеличивается с понижением температуры, достигая максимума при [латексе] 4.0 \ text {°} \ text {C,} [/ latex], а затем уменьшается, когда температура падает ниже [латекс] 4. {3}) [/ латекс] Лед [латекс] (0 \ text {° C}) [/ латекс] [латекс] 9.{3} [/ латекс]

Плотность вещества не обязательно постоянна во всем объеме вещества. Если плотность во всем веществе постоянна, это вещество называется гомогенным веществом . Твердый железный пруток – это пример однородного вещества. Плотность постоянна повсюду, а плотность любого образца вещества равна его средней плотности. Если плотность вещества непостоянна, вещество называется гетерогенным веществом .Кусок швейцарского сыра является примером неоднородного материала, содержащего как твердый сыр, так и заполненные газом пустоты. Плотность в определенном месте внутри неоднородного материала называется локальной плотностью и задается как функция местоположения, [латекс] \ rho = \ rho (x, y, z) [/ latex] ((Рисунок)) .

Рис. 14.4 Плотность может варьироваться в неоднородной смеси. Локальная плотность в точке получается делением массы на объем в небольшом объеме вокруг данной точки.

Локальная плотность может быть получена с помощью процесса ограничения, основанного на средней плотности в небольшом объеме вокруг рассматриваемой точки, принимая предел, при котором размер объема приближается к нулю,

[латекс] \ rho = \ underset {\ text {Δ} V \ to 0} {\ text {lim}} \ frac {\ text {Δ} m} {\ text {Δ} V} [/ latex]

, где [латекс] \ rho [/ latex] – это плотность, м, – масса, а V, – объем.

Так как газы могут свободно расширяться и сжиматься, плотность газов значительно меняется с температурой, тогда как плотность жидкостей мало меняется с температурой.Поэтому плотности жидкостей часто считаются постоянными, при этом плотность равна средней плотности.

Плотность – это размерная характеристика; поэтому при сравнении плотностей двух веществ необходимо учитывать единицы измерения. По этой причине для сравнения плотностей часто используется более удобная безразмерная величина, называемая удельным весом. Удельный вес определяется как отношение плотности материала к плотности воды в [латексе] 4.{3} [/ latex]), но его удельный вес составляет 2,7 независимо от единицы плотности. Удельный вес является особенно полезной величиной с точки зрения плавучести, которую мы обсудим позже в этой главе.

Давление

Вы, несомненно, слышали слово «давление», используемое по отношению к крови (высокое или низкое кровяное давление) и к погоде (погодные системы с высоким и низким давлением). Это только два из многих примеров давления в жидкости. (Напомним, что мы ввели идею давления в статическое равновесие и упругость в контексте объемных напряжений и деформаций.)

Давление

Давление ( p ) определяется как нормальная сила F на единицу площади A , к которой прилагается сила, или

[латекс] p = \ frac {F} {A}. [/ латекс]

Чтобы определить давление в определенной точке, давление определяется как сила dF , оказываемая жидкостью на бесконечно малый элемент площади dA , содержащий точку, в результате чего [латекс] p = \ frac {dF} { dA} [/ латекс].

Данная сила может иметь существенно различный эффект в зависимости от области, на которую действует сила.{2}. [/ latex] Вот почему острая игла способна протыкать кожу при приложении небольшой силы, но приложение той же силы пальцем не протыкает кожу ((Рисунок)).

Рис. 14.5 (a) Человек, которого тыкают пальцем, может раздражать, но сила не имеет длительного эффекта. (b) Напротив, той же силы, приложенной к области размером с острый конец иглы, достаточно, чтобы сломать кожу.

Обратите внимание, что хотя сила – это вектор, давление – это скаляр.{2}. [/ латекс]

Для измерения давления используются несколько других единиц, которые мы обсудим позже в этой главе.

Изменение давления с глубиной в жидкости постоянной плотности

Давление определено для всех состояний вещества, но особенно важно при обсуждении жидкостей. Важной характеристикой жидкостей является отсутствие значительного сопротивления компоненту силы, приложенной параллельно поверхности жидкости. Молекулы жидкости просто текут, чтобы приспособиться к горизонтальной силе.Сила, приложенная перпендикулярно к поверхности, сжимает или расширяет жидкость. Если вы попытаетесь сжать жидкость, вы обнаружите, что сила реакции развивается в каждой точке внутри жидкости во внешнем направлении, уравновешивая силу, приложенную к молекулам на границе.

Рассмотрим жидкость постоянной плотности, как показано на (Рисунок). Давление в нижней части контейнера возникает из-за давления атмосферы [латекс] ({p} _ {0}) [/ латекс] плюс давление, обусловленное весом жидкости.Давление, создаваемое жидкостью, равно весу жидкости, деленному на площадь. Вес жидкости равен ее массе, умноженной на ускорение свободного падения.

Рисунок 14.6 Дно этого контейнера поддерживает весь вес жидкости в нем. Вертикальные стороны не могут оказывать восходящее усилие на жидкость (поскольку она не может выдерживать силу сдвига), поэтому дно должно поддерживать все это.

Поскольку плотность постоянна, вес можно рассчитать, используя плотность:

[латекс] w = mg = \ rho Vg = \ rho Ahg.[/ латекс]

Следовательно, давление на дне контейнера равно атмосферному давлению, добавленному к весу жидкости, разделенному на площадь:

[латекс] p = {p} _ {0} + \ frac {\ rho Ahg} {A} = {p} _ {0} + \ rho hg. [/ латекс]

Это уравнение применимо только для давления на глубине для жидкости постоянной плотности.

Давление на глубине для жидкости постоянной плотности

Давление на глубине в жидкости постоянной плотности равно давлению атмосферы плюс давление, обусловленное весом жидкости, или

[латекс] p = {p} _ {0} + \ rho hg, [/ latex]

Где p – давление на определенной глубине, [латекс] {p} _ {0} [/ latex] – давление атмосферы, [латекс] \ rho [/ latex] – плотность жидкости, g – это ускорение свободного падения, а h – это глубина.

Рис. 14.7 Плотина «Три ущелья», возведенная на реке Янцзы в центральном Китае в 2008 году, создала массивный водохранилище, в результате которого было перемещено более одного миллиона человек. (кредит: «Le Grand Portage» / Flickr)

Пример

Какую силу должна выдержать плотина?

Рассмотрим давление и силу, действующие на плотину, удерживающую резервуар с водой ((рисунок)). Предположим, что плотина имеет ширину 500 м, а глубина воды у плотины составляет 80,0 м, как показано ниже. а) Каково среднее давление воды на плотину? (b) Рассчитайте силу, действующую на плотину.

Среднее давление p из-за веса воды – это давление на средней глубине h , равное 40,0 м, так как давление увеличивается линейно с глубиной. Сила, оказываемая водой на дамбу, равна среднему давлению, умноженному на площадь контакта, [латекс] F = pA. [/ латекс]

раствор
  1. Среднее давление из-за веса жидкости составляет

    [латекс] p = h \ rho g. [/ латекс]

    Вводя плотность воды из (Рисунок) и принимая h за среднюю глубину 40.{13} \ text {N} [/ latex] вес воды в резервуаре. На самом деле это всего 0,0800% от веса.

    Проверьте свое понимание

    Если водохранилище на (Рисунок) покрывает вдвое большую площадь, но сохраняется на той же глубине, потребуется ли перепроектировать плотину?

    Показать решение

    Давление, указанное в части (а) примера, полностью не зависит от ширины и длины озера; это зависит только от его средней глубины на плотине. Таким образом, сила зависит только от средней глубины воды и размеров плотины, а не от горизонтальной протяженности водохранилища.На диаграмме обратите внимание, что толщина дамбы увеличивается с глубиной, чтобы уравновесить возрастающую силу из-за увеличения давления.

    Давление в статической жидкости в однородном гравитационном поле

    Статическая жидкость – это жидкость, которая не движется. В любой точке статической жидкости давление со всех сторон должно быть одинаковым, иначе жидкость в этой точке отреагирует на результирующую силу и ускорится.

    Давление в любой точке статической жидкости зависит только от глубины в этой точке.Как уже говорилось, давление в жидкости около Земли изменяется с глубиной из-за веса жидкости над определенным уровнем. В приведенных выше примерах мы предполагали, что плотность постоянна, а средняя плотность жидкости является хорошим представлением плотности. Это разумное приближение для жидкостей, таких как вода, где для сжатия жидкости или изменения объема требуются большие силы. Например, в плавательном бассейне плотность примерно постоянна, и вода внизу очень слабо сжимается под весом воды наверху.Однако путешествие в атмосфере – это совсем другая ситуация. Плотность воздуха начинает значительно меняться на небольшом расстоянии от поверхности Земли.

    Чтобы вывести формулу для изменения давления с глубиной в резервуаре, содержащем жидкость плотностью ρ на поверхности Земли, мы должны исходить из предположения, что плотность жидкости непостоянна. Жидкость, расположенная на более глубоких уровнях, подвергается большей силе, чем жидкость, находящаяся ближе к поверхности, из-за веса жидкости над ней.Следовательно, давление, рассчитанное на данной глубине, отличается от давления, рассчитанного с использованием постоянной плотности.

    Представьте себе тонкий элемент жидкости на глубине х , как показано на (Рисунок). Пусть элемент имеет площадь поперечного сечения A и высоту [латекс] \ text {Δ} y [/ latex]. Силы, действующие на элемент, возникают из-за давлений p ( y ) выше и [латекс] p (y + \ text {Δ} y) [/ latex] под ним. Вес самого элемента также показан на диаграмме свободного тела.

    Рисунок 14.8 Силы, действующие на элемент массы внутри жидкости. Вес самого элемента показан на диаграмме свободного тела.

    Поскольку элемент жидкости между y и [latex] y + \ text {Δ} y [/ latex] не ускоряется, силы уравновешены. Используя декартову ось y , ориентированную вверх, мы находим следующее уравнение для компонента y :

    [латекс] p (y + \ text {Δ} y) A-p (y) A-g \ text {Δ} m = 0 (\ text {Δ} y> 0). [/ латекс]

    Обратите внимание, что если бы элемент имел ненулевую составляющую ускорения y , правая часть не была бы равна нулю, а вместо этого была бы массой, умноженной на ускорение y .Массу элемента можно записать через плотность жидкости и объем элементов:

    [латекс] \ text {Δ} m = | \ rho A \ text {Δ} y | = \ text {-} \ rho A \ text {Δ} y \ text {} (\ text {Δ} y> 0 ). [/ латекс]

    Помещая это выражение для [latex] \ text {Δ} m [/ latex] в (Рисунок), а затем разделив обе стороны на [latex] A \ text {Δ} y [/ latex], мы находим

    [латекс] \ frac {p (y + \ text {Δ} y) -p (y)} {\ text {Δ} y} = \ text {-} \ rho g. [/ латекс]

    Взяв предел бесконечно тонкого элемента [латекс] \ text {Δ} y \ до 0 [/ latex], мы получаем следующее дифференциальное уравнение, которое дает изменение давления в жидкости:

    [латекс] \ frac {dp} {dy} = \ text {-} \ rho g.[/ латекс]

    Это уравнение говорит нам, что скорость изменения давления в жидкости пропорциональна плотности жидкости. Решение этого уравнения зависит от того, является ли плотность ρ постоянной или изменяется с глубиной; то есть функция ρ ( y ).

    Если диапазон анализируемой глубины не слишком велик, мы можем считать плотность постоянной. Но если диапазон глубин достаточно велик, чтобы плотность могла заметно меняться, как, например, в случае атмосферы, плотность меняется с глубиной.В этом случае мы не можем использовать приближение постоянной плотности.

    Давление в жидкости постоянной плотности

    Давайте воспользуемся (рис.), Чтобы составить формулу для давления на глубине х от поверхности в резервуаре с жидкостью, такой как вода, где плотность жидкости можно считать постоянной.

    Нам нужно интегрировать (рисунок) из [latex] y = 0, [/ latex], где давление является атмосферным давлением [latex] ({p} _ {0}), [/ latex], в [latex] y = \ текст {-} h, [/ latex] y – координата глубины:

    [латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill {\ int} _ {{p} _ {0}} ^ {p} dp & = \ hfill & \ text {-} {\ int} _ {0} ^ {\ text {-} h} \ rho gdy \ hfill \\ \ hfill p- {p} _ {0} & = \ hfill & \ rho gh \ hfill \\ \ hfill p & = \ hfill & {p} _ {0} + \ rho gh.\ hfill \ end {array} [/ latex]

    Следовательно, давление на глубине жидкости на поверхности Земли равно атмосферному давлению плюс ρgh , если плотность жидкости постоянна по высоте, как мы обнаружили ранее.

    Обратите внимание, что давление в жидкости зависит только от глубины от поверхности, а не от формы контейнера. Таким образом, в контейнере, где жидкость может свободно перемещаться в различных частях, жидкость остается на одном уровне во всех частях, независимо от формы, как показано на (Рисунок).

    Рисунок 14.9 Если жидкость может свободно течь между частями контейнера, она поднимается на одинаковую высоту в каждой части. В изображенном контейнере давление внизу каждой колонки одинаковое; если бы это было не так, жидкость текла бы до тех пор, пока давления не сравнялись бы.

    Изменение атмосферного давления с высотой

    Особый интерес представляет изменение атмосферного давления с высотой. Предполагая, что температура воздуха постоянна и что закон термодинамики идеального газа описывает атмосферу в хорошем приближении, мы можем найти изменение атмосферного давления с высотой, когда температура постоянна.(Мы обсудим закон идеального газа в следующей главе, но мы предполагаем, что вы знакомы с ним из средней школы и химии.) Пусть p ( y ) будет атмосферным давлением на высоте y . Плотность [латекс] \ rho [/ latex] при y , температура T по шкале Кельвина (K) и масса m молекулы воздуха связаны с абсолютным давлением идеальным газом. закон, по форме

    [латекс] p = \ rho \ frac {{k} _ {\ text {B}} T} {m} \, \ text {(атмосфера),} [/ латекс]

    где [latex] {k} _ {\ text {B}} [/ latex] – постоянная Больцмана, значение которой равно [latex] 1.{-23} \ text {J / K} [/ латекс].

    Вы, возможно, встречали закон идеального газа в форме [латекс] pV = nRT [/ латекс], где n – число молей, а R – газовая постоянная. Здесь тот же закон был записан в другой форме, используя плотность [латекс] \ rho [/ latex] вместо объема V . Следовательно, если давление p изменяется с высотой, изменяется и плотность [латекс] \ rho. [/ latex] Используя плотность из закона идеального газа, скорость изменения давления с высотой определяется как

    [латекс] \ frac {dp} {dy} = \ text {-} p (\ frac {mg} {{k} _ {\ text {B}} T}), [/ latex]

    , где в скобках указаны постоянные количества.{y} \ hfill \\ \ hfill \ text {ln} (p) – \ text {ln} ({p} _ {0}) & = \ hfill & \ text {-} \ alpha y \ hfill \\ \ hfill \ text {ln} (\ frac {p} {{p} _ {0}}) & = \ hfill & \ text {-} \ alpha y \ hfill \ end {array} [/ latex]

    Это дает решение

    [латекс] p (y) = {p} _ {0} \ text {exp} (\ text {-} \ alpha y). [/ латекс]

    Таким образом, атмосферное давление экспоненциально падает с высотой, поскольку ось y направлена ​​вверх от земли, а y имеет положительные значения в атмосфере над уровнем моря.Давление падает в [латекс] \ frac {1} {e} [/ latex], когда высота равна [latex] \ frac {1} {\ alpha}, [/ latex], что дает нам физическую интерпретацию для [latex] \ alpha [/ latex]: Константа [latex] \ frac {1} {\ alpha} [/ latex] представляет собой шкалу длины, которая характеризует изменение давления с высотой и часто называется высотой шкалы давления.

    Мы можем получить приблизительное значение [латекс] \ альфа [/ латекс], используя массу молекулы азота в качестве заместителя для молекулы воздуха.{-23} \, \ text {J / K} \, × \, \ text {300 K}} = \ frac {1} {8800 \, \ text {m}}. [/ латекс]

    Таким образом, на каждые 8800 метров давление воздуха падает в 1/ или раз, или примерно на одну треть своего значения. Это дает нам лишь приблизительную оценку реальной ситуации, поскольку мы предположили и постоянную температуру, и постоянную температуру g на таких больших расстояниях от Земли, что в действительности не является правильным.

    Направление давления в жидкости

    Давление жидкости не имеет направления, будучи скалярной величиной, тогда как силы, возникающие из-за давления, имеют четко определенные направления: они всегда действуют перпендикулярно любой поверхности.Причина в том, что жидкости не могут противостоять усилиям сдвига или проявлять их. Таким образом, в статической жидкости, заключенной в резервуар, сила, действующая на стенки резервуара, действует перпендикулярно внутренней поверхности. Точно так же давление действует перпендикулярно к поверхностям любого объекта в жидкости. (Рисунок) иллюстрирует давление, оказываемое воздухом на стенки шины и водой на тело пловца.

    Рис. 14.10 (a) Давление внутри этой шины оказывает силы, перпендикулярные всем поверхностям, с которыми она контактирует.Стрелки показывают направления и величины сил, действующих в различных точках. (b) Давление оказывается перпендикулярно всем сторонам этого пловца, так как вода текла бы в пространство, которое он занимает, если бы его там не было. Стрелки показывают направления и величины сил, действующих на пловца в различных точках. Обратите внимание, что силы снизу больше из-за большей глубины, что дает чистую восходящую или выталкивающую силу. Чистая вертикальная сила, действующая на пловца, равна сумме выталкивающей силы и веса пловца.

    11.3: Давление – Физика LibreTexts

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Определите давление.
    • Объясните взаимосвязь между давлением и силой.
    • Рассчитайте силу с учетом давления и площади.

    Вы, несомненно, слышали, что слово «давление» используется по отношению к крови (высокое или низкое кровяное давление) и по отношению к погоде (погодные системы с высоким и низким давлением).Это только два из многих примеров давления в жидкости.

    Определение: Давление

    Давление определяется как сила, деленная на площадь, перпендикулярную силе, к которой прилагается сила, или

    \ [P = \ dfrac {F} {A}. \ label {давление} \]

    , где \ (F \) – сила, приложенная к области \ (A \), перпендикулярной силе.

    Данная сила может иметь существенно различный эффект в зависимости от области, на которую действует сила, как показано на рисунке Рисунок \ (\ PageIndex {1} \).2 \, или \, psi) \) все еще иногда используется как мера давления в шинах, а миллиметры ртутного столба (мм рт. Ст.) Все еще часто используются для измерения артериального давления. 2 \).5 \, N. \ end {align *} \]

    Обсуждение

    Вау! Неудивительно, что танк должен быть сильным. Поскольку мы нашли \ (F = PA \), мы видим, что сила, оказываемая давлением, прямо пропорциональна площади воздействия, а также самому давлению.

    Сила, действующая на конец резервуара, перпендикулярна его внутренней поверхности. Это направление обусловлено тем, что сила создается статической или неподвижной жидкостью. Мы уже видели, что жидкости не могут выдерживать поперечные (боковые) силы ; они не могут также оказывать усилие сдвига .Давление жидкости не имеет направления, будучи скалярной величиной. Силы давления имеют четко определенные направления: они всегда действуют перпендикулярно любой поверхности. (См., Например, шину на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).)

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Давление внутри этой шины оказывает силы, перпендикулярные всем поверхностям, с которыми она контактирует. Стрелки показывают характерные направления и величины сил, действующих в различных точках. Обратите внимание на то, что статические жидкости не вызывают сдвиговых усилий.

    Наконец, обратите внимание, что давление действует на все поверхности.Пловцы, как и покрышка, ощущают давление со всех сторон (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)).

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Давление действует со всех сторон на этого пловца, так как вода текла бы в пространство, которое он занимает, если бы его там не было. Стрелки показывают направления и величины сил, действующих на пловца в различных точках. Обратите внимание, что силы снизу больше из-за большей глубины, что дает чистую восходящую или выталкивающую силу, которая уравновешивается весом пловца.

    ФЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: ГАЗОВЫЕ СВОЙСТВА

    Накачивайте молекулы газа в этом симуляторе в коробку и смотрите, что происходит, когда вы меняете объем, добавляете или удаляете тепло, изменяете гравитацию и многое другое. Измерьте температуру и давление и узнайте, как свойства газа меняются по отношению друг к другу.

    Резюме

    • Давление – это сила, приходящаяся на единицу перпендикулярной площади, к которой прилагается сила. 2.\)

    Глоссарий

    давление
    Сила на единицу площади, перпендикулярная силе, на которую действует сила

    Авторы и указание авторства

    • Пол Питер Урон (почетный профессор Калифорнийского государственного университета, Сакраменто) и Роджер Хинрикс (Государственный университет Нью-Йорка, колледж в Освего) с участвующими авторами: Ким Диркс (Оклендский университет) и Манджула Шарма (Сиднейский университет).Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

    Давление – AP Physics 2

    Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или больше ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее то информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

    Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

    Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

    Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

    Вы должны включить следующее:

    Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса – изображению, ссылке, тексту и т. д. – относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

    Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

    Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
    101 S. Hanley Rd, Suite 300
    St. Louis, MO 63105

    Или заполните форму ниже:

    Введение в давление в механике жидкости

    Введение в давление в механике жидкости

    Введение в давление в механике жидкостей
    • Давление всегда действует внутрь нормально к любому поверхность (даже воображаемые поверхности, как в контрольном объеме).
    • Давление является нормальным напряжением и, следовательно, имеет размеры силы на единица площади, или {ML -1 T -2 }. В английской системе единиц давление выражается как «psi». или фунт-сила / дюйм 2 . В метрической системе единиц давление выражается в паскалях. или Н / м 2 .
    • Стандартное атмосферное давление составляет 101,3 кПа (0,1013 МПа) или 14,69 фунтов на квадратный дюйм.
    Терминология по давлению
    В литературе описаны три различных типа давления: и важно знать терминологию:
    • Абсолютное давление измеряется относительно абсолютного нуля на шкала давления, представляющая собой идеальный вакуум.(Абсолютное давление может никогда не может быть отрицательным .) Абсолютное давление обозначается буквой p, и идентично известному термодинамическому давлению.
    • Измеряется избыточное давление (иногда обозначается как «избыточное давление»). относительно местного атмосферного давления. Таким образом, избыточное давление равно нулю. когда давление такое же, как атмосферное. (Возможно иметь отрицательное избыточное давление.) Избыточное давление обозначается значком p g , и относится к абсолютному давлению следующим образом: p g = p – p a , где p a – местный атмосферное давление.
      • Пример: датчик автомобильных шин измеряет давление в шинах. 32,0 фунтов на кв. дюйм. Местное атмосферное давление составляет 14,2 фунта на квадратный дюйм. Какие такое абсолютное давление воздуха в шине?
        Решение: манометр измеряет избыточное давление относительно местного значения. атмосферного давления. Таким образом, p = p g + p a = 32,0 + 14,2 фунта / кв. Дюйм = 46,2 фунта / кв. Дюйм. Обратите внимание, что в английской системе абсолютное давление в фунтах на квадратный дюйм часто обозначается как «psia», в то время как избыточное давление в фунтах на квадратный дюйм часто обозначается как «фунт / кв. дюйм».Там В метрической системе такого различия нет.
      • Пример: Избыточное давление изменяется с повышением?
        Решение: Нет. Поскольку избыточное давление всегда относительно местного значения атмосферного давления, манометрическое давление атмосферы всегда равно нулю, независимо от высоты. Обратите внимание, что абсолютное давление уменьшается с высотой, как вода. давление увеличивается с глубиной.
    • Давление вакуума также измеряется относительно местного атмосферного давления, но используется, когда избыточное давление отрицательное, т.е.е. когда абсолютное давление падает ниже местное атмосферное давление. (Положительное вакуумное давление означает, что избыточное давление отрицательное.) Давление вакуума обозначается значком p вакуум , и связан с абсолютным давлением следующим образом: p вакуум = p a – p, где p a – местное атмосферное давление.

    Уравнения распределения давления в жидкости

    • Рассмотрим небольшой жидкий элемент размеров dx, dy и dz как диаграмму свободного тела, на которой будут рассмотрены все силы, действующие на элемент.
    • Существует три вида сил, важных для механики жидкости: гравитация (сила тела), силы давления и силы вязкости (из-за трения). Сила тяжести

      показана на эскизе. Обратите внимание на соглашение, согласно которому гравитация действует в направлении минус z.
    • Представьте, что элемент жидкости сжимается до точки (dx, dy и дз все идут в ноль). Тогда чистая сила, действующая на элемент, уменьшится. до нуля. В таком случае, вместо силы, более уместно рассмотреть сила на единицу объема, которая будет обозначаться строчной буквой f.Итак, для гравитации
      – сила тяжести на единицу объема, действующего на элемент.
    • Затем рассмотрим чистую силу давления. На каждой из шести граней жидкостного элемента среднее давление будет действовать на нормальных и внутрь на поверхность. Поскольку p является полевой переменной, то есть p = p (x, y, z, t) в целом, среднее давление на одной стороне грани не обязательно будет идентично давлению на противоположной грани. Например, рассмотрим давления, действующие на две грани, которые лежат перпендикулярно оси x, т.е.е. силы давления в направлении x, как показано на эскизе

      Ряд Тейлора (усеченный до первого порядка) используется для учета изменения давления в направлении x на коротком расстоянии dx. Чистая составляющая силы давления на элемент в направлении x равна

      , где, поскольку давление – это напряжение (сила на единицу площади), давление необходимо умножить на площадь поверхности (dydz), чтобы получить размеры силы. Два члена в приведенном выше выражении отменяют, и
    • Аналогично, силы чистого давления в направлениях y и z находятся

      Здесь представляет интерес чистый вектор силы давления на единицу объем.Деление на объем элемента (dxdydz) и запись эти три компонента как единый вектор приводит к

      , где правая часть – отрицательное значение градиента давления. Таким образом, можно отметить, что это не само давление. что вызывает чистую силу давления, а давление градиент . Другими словами, на элемент жидкости отсутствует чистая сила давления. если давление не меняется с одной стороны элемента на другую.
    • В случаях, когда нет движения жидкости, единственные силы, действующие на жидкость Элементом являются сила тела (сила тяжести) и силы, обусловленные давлением.Поскольку ускорения нет, суммирование всех сил на элементе должно равно нулю; силы давления точно уравновешиваются силами тяжести. Эта ситуация известна как статика жидкости или гидростатика .

    11.6 Манометрическое давление, абсолютное давление и измерение давления – Физика колледжа, главы 1-17

    Сводка

    • Определите избыточное и абсолютное давление.
    • Понимать работу анероидных барометров и барометров с открытой трубкой.

    Если вы прихрамываете на заправочной станции с почти спущенной шиной, вы заметите, что манометр на авиалинии показывает почти ноль, когда вы начинаете заправлять ее. Фактически, если бы в вашей шине было зияющее отверстие, датчик показывал бы ноль, даже если в шине существует атмосферное давление. Почему датчик показывает ноль? Здесь нет никакой загадки. Манометры просто предназначены для считывания нуля при атмосферном давлении и положительного значения, когда давление выше атмосферного.

    Точно так же атмосферное давление увеличивает кровяное давление во всех частях кровеносной системы.(Как отмечалось в главе 11.5 «Принцип Паскаля», полное давление в жидкости – это сумма давлений из разных источников, в данном случае сердца и атмосферы.) Но атмосферное давление не оказывает общего влияния на кровоток, поскольку оно добавляет к давлению. выходит из сердца и тоже возвращается в него. Важно то, насколько кровяное давление на больше атмосферного. Таким образом, измерения артериального давления, как и давления в шинах, производятся относительно атмосферного давления.

    Короче говоря, манометры очень часто игнорируют атмосферное давление, то есть считывают ноль при атмосферном давлении.Поэтому мы определяем манометрическое давление как давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление является положительным для давлений выше атмосферного и отрицательным для давлений ниже него.

    МАНОМЕТР ДАВЛЕНИЯ

    Манометрическое давление – это давление относительно атмосферного давления. Избыточное давление положительно для давлений выше атмосферного и отрицательно для давлений ниже него.

    Фактически, атмосферное давление действительно увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.Это происходит из-за принципа Паскаля. Полное давление или абсолютное давление , таким образом, представляет собой сумму манометрического давления и атмосферного давления: [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}} = P _ {\ textbf {g}} + P _ {\ textbf { atm}}} [/ latex] где [latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex] – абсолютное давление, [latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}}} [/ latex ] – манометрическое давление, а [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {atm}}} [/ latex] – атмосферное давление. Например, если ваш манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14 фунтов на квадратный дюйм.7 фунтов на квадратный дюйм ([латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {atm}}} [/ latex] в фунтах на квадратный дюйм) или 48,7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

    АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ


    Абсолютное давление – это сумма манометрического и атмосферного давления.

    По причинам, которые мы рассмотрим позже, в большинстве случаев абсолютное давление в жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не вытягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление равно нулю. (Отрицательное абсолютное давление – это натяжение.) Таким образом, минимально возможное избыточное давление равно [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}} = – P _ {\ textbf {atm}}} [/ latex] (это делает [ latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex] ноль).Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

    Существует множество устройств для измерения давления, от шинных манометров до манжет для измерения кровяного давления. Принцип Паскаля имеет большое значение в этих устройствах. Непрерывная передача давления через жидкость обеспечивает точное дистанционное измерение давления. Дистанционное зондирование часто удобнее, чем установка измерительного устройства в систему, например в артерию человека.

    На рис. 1 показан один из многих типов механических манометров, используемых сегодня.Во всех механических манометрах давление представляет собой силу, которая преобразуется (или преобразуется) в некоторый тип считывания.

    Рис. 1. В этом анероидном манометре используются гибкие сильфоны, соединенные с механическим индикатором для измерения давления.

    Целый класс манометров использует свойство, заключающееся в том, что давление, обусловленное весом жидкости, определяется выражением [latex] \ boldsymbol {P = h \ rho {g}}. [/ Latex] Рассмотрим U-образную трубку, показанную на рисунке 2, например. Эта простая трубка называется манометром .На рисунке 2 (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы. Таким образом, атмосферное давление одинаково снижается с каждой стороны, поэтому его эффект нивелируется. Если жидкость глубже с одной стороны, давление на более глубокой стороне больше, и жидкость течет от этой стороны до тех пор, пока глубины не сравняются.

    Давайте посмотрим, как манометр используется для измерения давления. Предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex], например, игрушечный воздушный шар на рис. 2 (b) или вакуумная упаковка. банка арахиса, показанная на Рисунке 2 (c).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. На рисунке 2 (b) [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex] превышает атмосферное давление, тогда как на рисунке 2 (c) [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex] меньше атмосферного давления. В обоих случаях [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex] отличается от атмосферного давления на величину [латекс] \ boldsymbol {h \ rho {g}}, [/ latex] где [ latex] \ boldsymbol {\ rho} [/ latex] – плотность жидкости в манометре.На рисунке 2 (b) [latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex] может поддерживать столб жидкости высотой [латекс] \ boldsymbol {h}, [/ latex] и поэтому должно оказывать давление [латекс] \ boldsymbol {h \ rho {g}} [/ latex], превышающее атмосферное давление (манометрическое давление [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}}} [/ latex] положительное ). На рисунке 2 (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой [латекс] \ boldsymbol {h}, [/ latex] и так [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}}} [/ latex ] меньше атмосферного давления на величину [латекс] \ boldsymbol {h \ rho {g}} [/ latex] (манометрическое давление [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}}} [/ latex] равно отрицательный).Манометр с одной стороной, открытой в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление составляет [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}} = h \ rho {g}} [/ latex] и определяется путем измерения [латекс] \ boldsymbol {h}. [/ Latex]

    Рис. 2. Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, иначе давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неодинаковым, и поток будет идти с более глубокой стороны. (b) Положительное избыточное давление P g = hρg , передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h .(c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления P g на величину hρg . Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис. Манометры

    Mercury часто используются для измерения артериального давления. Надувная манжета надевается на плечо, как показано на рисунке 3. Сжимая грушу, человек, производящий измерение, оказывает давление, которое передается в неизменном виде как на главную артерию руки, так и на манометр.Когда это приложенное давление превышает кровяное давление, кровоток под манжетой прекращается. Затем человек, производящий измерение, медленно снижает приложенное давление и ожидает возобновления кровотока. Артериальное давление пульсирует из-за перекачивающего действия сердца, достигая максимума, называемого систолическим давлением , , и минимума, называемого диастолическим давлением , , с каждым ударом сердца. Систолическое давление измеряется по значению [latex] \ boldsymbol {h} [/ latex], когда кровоток впервые начинается при понижении давления в манжете.Диастолическое давление измеряется по [latex] \ boldsymbol {h} [/ latex], когда кровь течет без перебоев. Типичное артериальное давление молодого взрослого человека поднимает ртуть до высоты 120 мм при систолическом и 80 мм при диастолическом. Обычно это 120 на 80 или 120/80. Первое давление соответствует максимальной мощности сердца; второй – из-за эластичности артерий в поддержании давления между ударами. Плотность ртутной жидкости в манометре 13.В 6 раз больше, чем у воды, поэтому высота жидкости будет 1 / 13,6 высоты водяного манометра. Эта уменьшенная высота может затруднить измерения, поэтому ртутные манометры используются для измерения более высоких давлений, например артериального давления. Плотность ртути такова, что [латекс] \ boldsymbol {1.0 \ textbf {мм рт. Ст.} = 133 \ textbf {Па}}. [/ Latex]

    СИСТОЛИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

    Систолическое давление – это максимальное артериальное давление.

    ДИАСТОЛИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

    Диастолическое давление – это минимальное кровяное давление.

    Рис. 3. При обычных измерениях артериального давления надувная манжета надевается на плечо на том же уровне, что и сердце. Кровоток определяется сразу под манжетой, и соответствующие значения давления передаются на манометр, заполненный ртутью. (Источник: фотография армии США, сделанная специалистом Мика Э. Клэр, 4TH BCT)

    Пример 1: Расчет высоты внутривенного мешка: артериальное давление и внутривенные инфузии

    Внутривенные инфузии обычно производятся с помощью силы тяжести.Предполагая, что плотность вводимой жидкости составляет 1,00 г / мл, на какой высоте следует разместить мешок для внутривенного вливания над точкой входа, чтобы жидкость просто попадала в вену, если артериальное давление в вене на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного. ? Предположим, что мешок для внутривенных вливаний складной.

    Стратегия для (а)

    Для того, чтобы жидкость просто попала в вену, ее давление на входе должно превышать кровяное давление в вене (на 18 мм рт. Ст. Выше атмосферного давления). Поэтому нам нужно найти высоту жидкости, которая соответствует этому манометрическому давлению.

    Решение

    Сначала нам нужно преобразовать давление в единицы СИ. Поскольку [latex] \ boldsymbol {1.0 \ textbf {mm Hg} = 133 \ textbf {Pa}}, [/ latex]

    [латекс] \ boldsymbol {P = 18 \ textbf {мм рт. Ст.} \ Times} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {133 \ textbf {Pa}} {1.0 \ textbf {мм рт. / latex] [латекс] \ boldsymbol {= 2400 \ textbf {Pa}}. [/ latex]

    Перестановка [latex] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}} = h \ rho {g}} [/ latex] для [latex] \ boldsymbol {h} [/ latex] дает [latex] \ boldsymbol {h = \ frac {P _ {\ textbf {g}}} {\ rho {g}}}.2)}} \\ {} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {0.24 \ textbf {m.}} \ End {array} [/ latex]

    Обсуждение

    Мешок для внутривенных вливаний должен быть размещен на высоте 0,24 м над точкой входа в руку, чтобы жидкость просто попала в руку. Обычно мешки для внутривенных вливаний размещаются выше. Возможно, вы заметили, что мешки, используемые для сбора крови, размещаются под донором, чтобы кровь могла легко течь от руки к сумке, что является противоположным направлением потока, чем требуется в представленном здесь примере.

    Барометр – это прибор для измерения атмосферного давления. Ртутный барометр показан на рисунке 4. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что [латекс] \ boldsymbol {h \ rho {g} = P _ {\ textbf {atm}}}. [/ Latex] Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает, что дает важные подсказки для синоптики. Барометр также можно использовать как высотомер, поскольку среднее атмосферное давление зависит от высоты.Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного давления и артериального давления часто используются в миллиметрах ртутного столба. В таблице 2 приведены коэффициенты пересчета для некоторых наиболее часто используемых единиц давления.

    Рис. 4. Ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, hρg , равно атмосферному давлению. Атмосфера способна вытеснить ртуть в трубке на высоту h , потому что давление над ртутью равно нулю.2} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {1.0 \ textbf {atm} = 1013 \ textbf {миллибар}} [/ латекс] Таблица 2. Коэффициенты преобразования для различных единиц давления
    • Манометрическое давление – это давление относительно атмосферного давления.
    • Абсолютное давление – это сумма манометрического и атмосферного давления.
    • Анероидный манометр измеряет давление с помощью сильфона и пружины, соединенного со стрелкой калиброванной шкалы.
    • Манометры с открытой трубкой имеют U-образную форму трубки, один конец которой всегда открыт. Он используется для измерения давления.
    • Ртутный барометр – это прибор, измеряющий атмосферное давление.

    Концептуальные вопросы

    1: Объясните, почему жидкость достигает одинаковых уровней с обеих сторон манометра, если обе стороны открыты для атмосферы, даже если трубки имеют разный диаметр.

    2: На рисунке 3 показано, как обычно измеряется артериальное кровяное давление.Влияет ли опускание манометра на измеряемое давление? Каков эффект от поднятия руки над плечом? Каков эффект наложения манжеты на верхнюю часть ноги при стоячем положении человека? Объясните свои ответы с точки зрения давления, создаваемого весом жидкости.

    3: Учитывая величину типичного артериального давления, почему для этих измерений используются ртутные, а не водяные манометры?

    Задачи и упражнения

    1: Найдите манометрическое и абсолютное давление в баллоне и банке с арахисом, показанные на рисунке 2, при условии, что манометр, подключенный к баллону, использует воду, а манометр, подключенный к банке, содержит ртуть.Выразите в сантиметрах воды для баллона и миллиметрах ртутного столба для банки, взяв для каждого [латекс] \ boldsymbol {h = 0,0500 \ textbf {m}} [/ латекс].

    2: (a) Преобразуйте нормальные показания артериального давления 120 на 80 мм рт. })} [/ latex], а не коэффициент преобразования. (б) Обсудите, почему артериальное давление у младенца может быть ниже, чем у взрослого.В частности, учитывайте меньшую высоту, на которую необходимо перекачивать кровь.

    3: Какой высоты должен быть манометр, заполненный водой, для измерения артериального давления до 300 мм рт.

    4: Скороварки существуют уже более 300 лет, хотя в последние годы их использование сильно сократилось (ранние модели имели неприятную привычку взрываться). Какое усилие должны выдерживать защелки, удерживающие крышку на скороварке, если круглая крышка изготовлена ​​из [латекса] \ boldsymbol {25.0 \ textbf {cm}} [/ latex] в диаметре и манометрическое давление внутри 300 атм? Не обращайте внимания на вес крышки.

    5: Предположим, вы измеряете артериальное давление стоящего человека, поместив манжету на его ногу на 0,500 м ниже сердца. Вычислите давление, которое вы бы наблюдали (в мм рт. Ст.), Если бы давление в сердце было 120 на 80 мм рт. Ст. Предположим, что нет потери давления из-за сопротивления в системе кровообращения (разумное предположение, поскольку основные артерии большие).

    6: Подводная лодка застряла на дне океана с люком на глубине 25,0 м. Рассчитайте усилие, необходимое для открытия люка изнутри, учитывая, что он круглый и имеет диаметр 0,450 м. Давление воздуха внутри подлодки – 1,00 атм.

    7: Предполагая, что велосипедные шины идеально гибкие и выдерживают вес велосипеда и водителя только за счет давления, рассчитайте общую площадь контакта шин с землей. Велосипед плюс райдер имеет массу 80.5 \ textbf {Pa}}. [/ Latex]

    Глоссарий

    абсолютное давление
    сумма манометрического давления и атмосферного давления
    диастолическое давление
    минимальное артериальное давление в артерии
    избыточное давление
    давление относительно атмосферного
    систолическое давление
    максимальное артериальное давление в артерии

    Решения

    Задачи и упражнения

    1:

    Воздушный шар:

    [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}} = 5.3 \ textbf {cm H} _2 \ textbf {O}.} [/ Latex]

    Банка:

    [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {g}} = – 50,0 \ textbf {мм рт. Ст.},} [/ Латекс]

    [латекс] \ boldsymbol {P _ {\ textbf {abs}} = 710 \ textbf {мм рт. Ст.} [/ Латекс]

    3:

    4,08 м

    5:

    [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {P} = 38,7 \ textbf {мм рт. Ст.},} [/ Латекс]

    [латекс] \ boldsymbol {\ textbf {Кровяное давление в ногах} = \ frac {159} {119}}. [/ Latex]

    7:

    [латекс] \ boldsymbol {22.2} [/ латекс]

    Давление | IOPSpark

    Давление

    Свойства материи

    Давление

    Глоссарий Определение для 16-19

    Описание

    Давление – это объемное свойство жидкостей (жидкостей и газов).Жидкость прикладывает силу, нормальную к любой поверхности, с которой она контактирует. Величина силы, действующей на поверхность, зависит от площади поверхности, а не от ее ориентации; в любом заданном положении величина силы на единицу площади постоянна. Давление не имеет определенного направления; это скалярная величина.

    Давление обычно обозначается символом p .

    Для плоской поверхности площадью A давление определяется как

    p = F A

    , где F – величина силы, оказываемой жидкостью на поверхность.

    Обсуждение

    Для жидкого тела, в котором можно пренебречь изменениями силы тяжести и температуры, давление почти одинаково во всех частях жидкости. Это позволяет преобразовать умеренную силу, приложенную к жидкости на небольшой площади, в гораздо большую силу, действующую на большей площади, которая составляет основу гидравлических систем, например, в тормозах транспортных средств.

    В газе микроскопическое происхождение давления можно понять с точки зрения движения его молекул.Молекулы газа свободно перемещаются, сталкиваясь друг с другом и стенками емкости. Когда молекула сталкивается со стенкой и отскакивает от нее с той же скоростью, происходит передача импульса стенке. Чтобы определить общую силу газа на стенку, складывается влияние всех молекул газа, сталкивающихся со стенкой. Эквивалентное давление зависит от массы каждой молекулы, m, количества их в единице объема, n , и среднего квадрата скорости молекул, < v 2 >, по формуле p = & equals; 13 n m < v 2 >.

    Обратите внимание, что неправильно использовать понятие давления при описании сил между двумя твердыми телами; давление должно быть строго зарезервировано для жидкостей и жидкостей, контактирующих с твердыми телами. При работе с твердыми телами релевантной величиной является напряжение.

    Единица СИ

    паскаль, Па

    Выражается в базовых единицах СИ

    кг м -1 с -2

    Другая часто используемая единица (и)

    Н · м -2 , (1 Н · м -2 & равно; 1 Па), бар (1 бар & равно; 10 5 Па), мм рт. ; 1.103 × 10 5 Па), торр (1 торр и равно 133 Па), фунт / кв.дюйм (1 фунт / кв.дюйм и равно 6,9 × 10 3 PS)

    Математические выражения
    • p = F A

      , где F – величина силы, которую жидкость оказывает на площадь A

    • Для идеального газа
    • p V & равно; n R T

      где V – объем, n – количество молей молекул газа, R – молярная газовая постоянная и T – температура, измеренная в кельвинах

      и

    • p V & равно; N k T , где N – количество молекул (число на единицу объема), а k – постоянная Больцмана

      и

    • p & равно; 13 n m v 2 >

      где n – количество молекул в единице объема, m – средняя масса каждой молекулы, а v 2 > – квадрат средней скорости молекул

    • В столбе жидкости изменение давления Δ p из-за увеличения высоты Δ h составляет

      Δ p & равно; ρ г Δ h

      где ρ – плотность жидкости, а г – гравитационное поле.

    Связанные записи
    В контексте

    Близко к уровню моря давление атмосферы Земли составляет около 1,01 × 10 5 Па.

    Мировой рекорд по свободному глубоководному погружению (без дыхательного аппарата) в настоящее время (февраль 2017 г.) принадлежит Герберту Нитчу, который в 2012 г. достиг глубины 253,2 м, где давление составляет 2,6 × 10 6 Па (26 атм. ).

    Внутри Солнца, где плотность около 2 × 10 57 м -3 и температура около 10 7 К, давление составляет около 2 × 10 14 Па.

    В межзвездном пространстве, где числовая плотность колеблется от примерно 10 5 до примерно 10 10 м -3 , а температура находится в диапазоне примерно от 3 К до 10 6 К, давление изменяется примерно на два порядка величина и большинство регионов имеют давления порядка 10 -13 Па.

    Номер ссылки
    • www.deeperblue.com/herbert-nitsch-the-deepest-man-on-earth/

    Что такое давление – Физика

    В общем, давление – это мера силы , приложенной на единицу площади на границах вещества.В гидродинамике и аэродинамике давление торможения (или давление Пито или полное давление ) представляет собой статическое давление в точке торможения в потоке жидкости. В точке торможения скорость жидкости равна нулю, и вся кинетическая энергия была преобразована в энергию давления (изоэнтропически). Этот эффект широко используется в аэродинамике (измерение скорости или забора набивного воздуха).

    Давление торможения равно сумме динамического давления набегающего потока и статического давления набегающего потока.

    Статическое давление и динамическое давление являются членами уравнения Бернулли:

    Эффект Бернулли вызывает понижение давления жидкости (статическое давление – p) в регионах, где скорость потока увеличивается . Это понижение давления в сужении пути потока может показаться нелогичным, но кажется менее очевидным, если вы рассматриваете давление как плотность энергии. В высокоскоростном потоке через сужение кинетическая энергия (динамическое давление – ½.ρ.v 2 ) должно увеличиваться за счет энергии давления (статическое давление – p).

    Упрощенную форму уравнения Бернулли можно резюмировать в следующем запоминающемся словесном уравнении:

    статическое давление + динамическое давление = полное давление (давление застоя)

    Общее и динамическое давление не являются давлениями в обычном смысле – они не могут измеряться с помощью анероида, трубки Бурдона или ртутной колонки.

    Давление торможения иногда называют давлением Пито, потому что оно измеряется с помощью трубки Пито.Трубка Пито – это прибор для измерения давления, используемый для измерения скорости потока жидкости. Скорость можно определить по следующей формуле:

    где:

    • u – скорость потока, измеряемая в м / с,
    • p с – застой или полное давление в Па,
    • p t – статическое давление в Па,
    • ρ – плотность жидкости в кг / м 3 .

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *