Druck ist eine physikalische Größe, die in der Natur und im menschlichen Leben eine besondere Rolle spielt. Dieses für das Auge nicht wahrnehmbare Phänomen wirkt sich nicht nur auf den Zustand aus Umfeld, sondern auch von allen sehr wohl gefühlt. Lassen Sie uns herausfinden, was es ist, welche Arten davon existieren und wie man den Druck (Formel) in verschiedenen Umgebungen findet.

Was heißt Druck in Physik und Chemie

Dieser Begriff bezieht sich auf eine wichtige thermodynamische Größe, die als Verhältnis der senkrecht ausgeübten Druckkraft zur Fläche, auf die sie wirkt, ausgedrückt wird. Dieses Phänomen ist unabhängig von der Größe des Systems, in dem es operiert, und bezieht sich daher auf intensive Mengen.

Im Gleichgewichtszustand ist der Druck an allen Punkten des Systems gleich.

In Physik und Chemie wird dies mit dem Buchstaben „P“ bezeichnet, der eine Abkürzung für den lateinischen Namen des Begriffs – pressūra – ist.

Wenn wir redenÜber den osmotischen Druck einer Flüssigkeit (das Gleichgewicht zwischen dem Druck innerhalb und außerhalb der Zelle) wird der Buchstabe "P" verwendet.

Druckeinheiten

Gemäß den Standards des Internationalen SI-Systems wird das betrachtete physikalische Phänomen in Pascal gemessen (in Kyrillisch - Pa, in Latein - Ra).

Basierend auf der Druckformel stellt sich heraus, dass ein Pa gleich einem N (Newton - geteilt durch einen Quadratmeter (eine Flächeneinheit) ist).

In der Praxis ist es jedoch ziemlich schwierig, Pascal zu verwenden, da diese Einheit sehr klein ist. Insofern kann dieser Wert neben den Standards des SI-Systems auch auf andere Weise gemessen werden.

Nachfolgend sind die bekanntesten Analoga aufgeführt. Die meisten von ihnen sind in der ehemaligen UdSSR weit verbreitet.

• Riegel. Ein Balken entspricht 105 Pa.
• Torres oder Millimeter Quecksilbersäule. Ungefähr ein Torr entspricht 133,3223684 Pa.
• Millimeter Wassersäule.
• Meter Wassersäule.
• technische Atmosphären.
• physikalische Atmosphären. Ein atm entspricht 101.325 Pa und 1,033233 at.
• Kilogramm-Kraft pro Quadratzentimeter. Es gibt auch Ton-Force und Gramm-Force. Zusätzlich gibt es eine analoge Pfund-Kraft pro Quadratzoll.

Allgemeine Druckformel (7. Klasse Physik)

Aus der Definition einer gegebenen physikalischen Größe kann man die Methode bestimmen, sie zu finden. Es sieht aus wie auf dem Foto unten.

Darin ist F die Kraft und S die Fläche. Mit anderen Worten, die Formel zum Auffinden von Druck ist seine Kraft dividiert durch die Oberfläche, auf die er wirkt.

Sie kann auch wie folgt geschrieben werden: P = mg / S oder P = pVg / S. Somit steht diese physikalische Größe in Beziehung zu anderen thermodynamischen Größen: Volumen und Masse.

Für den Druck gilt der Grundsatz: Je kleiner der Krafteinflussraum ist, desto größer ist die Druckkraft. Wenn jedoch die Fläche (bei gleicher Kraft) zunimmt, verringert sich der gewünschte Wert.

Hydrostatische Druckformel

Unterschiedlich aggregierte Zustände Substanzen, sorgen für das Vorhandensein unterschiedlicher Eigenschaften. Auf dieser Grundlage werden auch die Methoden zur Bestimmung von P in ihnen unterschiedlich sein.

Die Formel für den Wasserdruck (hydrostatisch) sieht beispielsweise so aus: P = pgh. Es gilt auch für Gase. Es kann jedoch nicht zur Berechnung verwendet werden Luftdruck, aufgrund der unterschiedlichen Höhen und Luftdichten.

In dieser Formel ist p die Dichte, g die Erdbeschleunigung und h die Höhe. Demnach gilt: Je tiefer der Gegenstand oder Gegenstand einsinkt, desto höher ist der Druck, der innerhalb der Flüssigkeit (Gas) auf ihn ausgeübt wird.

Die betrachtete Variante ist eine Adaption des klassischen Beispiels P = F / S.

Wenn wir uns daran erinnern, dass die Kraft gleich der Ableitung der Masse nach der Geschwindigkeit des freien Falls (F = mg) und die Masse der Flüssigkeit die Ableitung des Volumens nach der Dichte (m = pV) ist, dann die Druckformel kann als P = pVg / S geschrieben werden. In diesem Fall ist das Volumen die Fläche multipliziert mit der Höhe (V = Sh).

Wenn Sie diese Daten einfügen, stellt sich heraus, dass die Fläche im Zähler und Nenner reduziert werden kann und die Ausgabe die obige Formel ist: P \u003d pgh.

In Anbetracht des Drucks in Flüssigkeiten ist zu bedenken, dass bei ihnen im Gegensatz zu Festkörpern oft die Krümmung der Oberflächenschicht möglich ist. Und dies wiederum trägt zur Bildung von zusätzlichem Druck bei.

Für solche Situationen wird eine etwas andere Druckformel verwendet: P \u003d P 0 + 2QH. Dabei ist P 0 der Druck einer ungekrümmten Schicht und Q die Flüssigkeitsspannungsfläche. H ist die durchschnittliche Krümmung der Oberfläche, die durch das Laplace-Gesetz bestimmt wird: H \u003d ½ (1 / R 1 + 1 / R 2). Die Komponenten R 1 und R 2 sind die Radien der Hauptkrümmung.

Partialdruck und seine Formel

Obwohl die P = pgh-Methode sowohl auf Flüssigkeiten als auch auf Gase anwendbar ist, ist es besser, den Druck in letzteren etwas anders zu berechnen.

Tatsache ist, dass in der Natur in der Regel absolut Reine Substanzen, weil es von Mischungen dominiert wird. Und das gilt nicht nur für Flüssigkeiten, sondern auch für Gase. Und wie Sie wissen, übt jede dieser Komponenten einen anderen Druck aus, den man Partialdruck nennt.

Es ist ziemlich einfach zu definieren. Er ist gleich der Summe der Drücke jeder Komponente des betrachteten Gemisches (ideales Gas).

Daraus folgt, dass die Partialdruckformel folgendermaßen aussieht: P \u003d P 1 + P 2 + P 3 ... und so weiter, je nach Anzahl der Bestandteile.

Es gibt oft Fälle, in denen es notwendig ist, den Luftdruck zu bestimmen. Einige rechnen jedoch fälschlicherweise nur mit Sauerstoff nach dem Schema P = pgh. Aber Luft ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. Es enthält Stickstoff, Argon, Sauerstoff und andere Substanzen. Ausgehend von der aktuellen Situation ist die Luftdruckformel die Summe der Drücke aller ihrer Komponenten. Sie sollten also das oben erwähnte P \u003d P 1 + P 2 + P 3 nehmen ...

Die gebräuchlichsten Instrumente zur Druckmessung

Obwohl es nicht schwierig ist, die betrachtete thermodynamische Größe mit den obigen Formeln zu berechnen, bleibt manchmal einfach keine Zeit, um die Berechnung durchzuführen. Schließlich müssen Sie immer zahlreiche Nuancen berücksichtigen. Aus praktischen Gründen wurde daher über mehrere Jahrhunderte hinweg eine Reihe von Geräten entwickelt, um dies anstelle von Menschen zu tun.

Tatsächlich sind fast alle Geräte dieser Art eine Art Manometer (es hilft, den Druck in Gasen und Flüssigkeiten zu bestimmen). Sie unterscheiden sich jedoch in Design, Genauigkeit und Umfang.

• Der atmosphärische Druck wird mit einem Manometer gemessen, das als Barometer bezeichnet wird. Wenn es notwendig ist, das Vakuum (dh den Druck unter Atmosphärendruck) zu bestimmen, wird eine andere Version davon, ein Vakuummeter, verwendet.
• Um den Blutdruck einer Person herauszufinden, wird ein Blutdruckmessgerät verwendet. Den meisten ist es besser als nicht-invasives Tonometer bekannt. Es gibt viele Varianten solcher Geräte: von Quecksilber-Mechaniken bis hin zu vollautomatischen Digitalgeräten. Ihre Genauigkeit hängt von den Materialien ab, aus denen sie hergestellt sind, und vom Ort der Messung.
• Druckabfälle in der Umgebung (auf Englisch - Druckabfall) werden mit oder Difnamometern (nicht zu verwechseln mit Dynamometern) bestimmt.

Arten von Druck

Unter Berücksichtigung des Drucks, der Formel, um ihn zu finden, und seiner Variationen für verschiedene Substanzen, lohnt es sich, etwas über die Sorten dieses Wertes zu lernen. Es gibt fünf von ihnen.

• Absolut.
• barometrisch
• Überschuss.
• Vakuum.
• Differential.

Absolut

So bezeichnet man den Gesamtdruck, unter dem sich ein Stoff oder Gegenstand befindet, ohne Berücksichtigung des Einflusses anderer gasförmiger Bestandteile der Atmosphäre.

Er wird in Pascal gemessen und ist die Summe aus Über- und Atmosphärendruck. Es ist auch der Unterschied zwischen barometrischen und Vakuumtypen.

Es wird nach der Formel P = P 2 + P 3 oder P = P 2 - P 4 berechnet.

Als Bezugspunkt für den absoluten Druck unter den Bedingungen des Planeten Erde wird der Druck innerhalb des Behälters genommen, aus dem die Luft entfernt wird (also klassisches Vakuum).

Nur diese Art von Druck wird in den meisten thermodynamischen Formeln verwendet.

barometrisch

Dieser Begriff bezieht sich auf den Druck der Atmosphäre (Schwerkraft) auf alle darin befindlichen Gegenstände und Objekte, einschließlich der Erdoberfläche selbst. Die meisten kennen es auch unter dem Namen atmosphärisch.

Es wird darauf Bezug genommen und sein Wert variiert mit dem Ort und der Zeit der Messung sowie den Wetterbedingungen und der Lage über / unter dem Meeresspiegel.

Der Wert des barometrischen Drucks ist gleich dem Kraftmodul der Atmosphäre pro Flächeneinheit entlang der Normalen dazu.

In einer stabilen Atmosphäre ist dies der Wert physikalisches Phänomen gleich dem Gewicht einer Luftsäule auf einer Unterlage mit einer Fläche gleich eins.

Die Norm des barometrischen Drucks beträgt 101.325 Pa (760 mm Hg bei 0 Grad Celsius). Je höher das Objekt von der Erdoberfläche entfernt ist, desto geringer wird außerdem der Luftdruck darauf. Alle 8 km nimmt er um 100 Pa ab.

Dank dieser Eigenschaft kocht das Wasser im Wasserkocher in den Bergen viel schneller als zu Hause auf dem Herd. Tatsache ist, dass der Druck den Siedepunkt beeinflusst: Mit seiner Abnahme nimmt dieser ab. Umgekehrt. Die Arbeit solcher Küchengeräte wie ein Schnellkochtopf und ein Autoklav ist auf diesem Grundstück gebaut. Der Druckanstieg in ihnen trägt dazu bei, dass sich im Geschirr höhere Temperaturen bilden als in gewöhnlichen Pfannen auf dem Herd.

Die barometrische Höhenformel wird verwendet, um den atmosphärischen Druck zu berechnen. Es sieht aus wie auf dem Foto unten.

P ist der gewünschte Wert in der Höhe, P 0 ist die Luftdichte nahe der Oberfläche, g ist die Fallbeschleunigung, h ist die Höhe über der Erde, m ist die Molmasse des Gases, t ist die Temperatur des Systems , r ist die universelle Gaskonstante 8,3144598 J⁄ (mol x K) und e ist die Eclair-Zahl, gleich 2,71828.

Oft wird in der obigen Formel für den atmosphärischen Druck anstelle von R K verwendet - die Boltzmann-Konstante. Die universelle Gaskonstante wird oft als Produkt durch die Avogadro-Zahl ausgedrückt. Für Berechnungen ist es bequemer, wenn die Anzahl der Teilchen in Mol angegeben wird.

Bei Berechnungen lohnt es sich immer, die Möglichkeit von Änderungen der Lufttemperatur aufgrund einer Änderung der meteorologischen Situation oder beim Aufstieg über den Meeresspiegel sowie die geografische Breite zu berücksichtigen.

Gauge und Vakuum

Die Differenz zwischen atmosphärischem und gemessenem Umgebungsdruck wird als Überdruck bezeichnet. Je nach Ergebnis ändert sich der Name des Werts.

Ist er positiv, spricht man von Manometerdruck.

Wenn das erhaltene Ergebnis ein Minuszeichen hat, wird es als Vakuummeter bezeichnet. Es sei daran erinnert, dass es nicht mehr als barometrisch sein kann.

Differential

Dieser Wert ist die Druckdifferenz an verschiedenen Messpunkten. In der Regel wird es zur Bestimmung des Druckabfalls an Geräten verwendet. Dies gilt insbesondere in der Ölindustrie.

Nachdem wir herausgefunden haben, welche Art von thermodynamischer Größe Druck genannt wird und mit Hilfe welcher Formeln sie gefunden wird, können wir den Schluss ziehen, dass dieses Phänomen sehr wichtig ist und daher das Wissen darüber niemals überflüssig sein wird.

Druck- eine physikalische Größe, die numerisch gleich der Kraft ist, die pro Flächeneinheit der Oberfläche senkrecht zu dieser Oberfläche wirkt. Das allgemein verwendete Symbol zur Darstellung von Druck ist P- von lat. Druck(Druck).

Der Druck auf der Oberfläche kann eine ungleichmäßige Verteilung haben, daher werden der Druck auf ein lokales Fragment der Oberfläche und der durchschnittliche Druck auf der gesamten Oberfläche unterschieden.

Der Druck auf den lokalen Oberflächenbereich ist definiert als das Verhältnis der Normalkomponente der Kraft dFn Einwirken auf dieses Fragment der Oberfläche auf den Bereich dieses Fragments dS:

Der mittlere Druck über die gesamte Fläche ist das Verhältnis der Normalkomponente der Kraft F n Einwirken auf eine gegebene Oberfläche zu seinem Bereich S:

Die Messung des Drucks von Gasen und Flüssigkeiten erfolgt mit Manometern, Differenzdruckmessern, Vakuummetern, Drucksensoren, Atmosphärendruck - Barometern.

Druckmesseinheiten haben eine lange Geschichte und sind unter Berücksichtigung unterschiedlicher Medien (Flüssigkeit, Gas, Feststoff) sehr vielfältig. Werfen wir einen Blick auf die wichtigsten.

Paskal

Im Internationalen Einheitensystem ( SI) wird in Pascal gemessen (russische Bezeichnung: Pa; International: Pa). Pascal ist gleich dem Druck, der durch eine Kraft von einem Newton verursacht wird, die gleichmäßig über eine dazu senkrechte Fläche mit einer Fläche von einem Quadratmeter verteilt ist.

1 Pa \u003d 1 N / m 2

Ein Pascal ist ein kleiner Druck. Ungefähr ein solcher Druck wird durch ein Blatt aus einem Schulheft erzeugt, das auf dem Tisch liegt. Daher werden häufig mehrere Druckeinheiten verwendet:

Dann erhalten wir folgende Zuordnung: 1 MPa = 1 MN/m² = 1 N/mm² = 100 N/cm².
Auch die Skalen von Instrumenten zur Druckmessung können in N/m2 oder N/mm2 skaliert werden.

Werteverhältnisse zu 1 Pa:

Dina

Dina(russische Bezeichnung: dyn, internationale Bezeichnung: dyn) ist eine Krafteinheit im CGS-Einheitensystem. Ein Dyn ist numerisch gleich der Kraft, die einem 1 Gramm schweren Körper eine Beschleunigung von einem Zentimeter pro Sekunde pro Sekunde verleiht.

1 Dyn \u003d 1 g cm / s 2 \u003d 10 -5 H \u003d 1,0197 10 -6 kgf

GHS(Zentimeter-Gramm-Sekunde) - ein Einheitensystem, das vor der Einführung des Internationalen Einheitensystems (SI) weit verbreitet war. Anderer Name - absolutes physikalisches Einheitensystem.

Bar (Bar, Bar)

Bar (russische Bezeichnung: Bar; International: Bar;) - nicht-systemische Druckeinheit, die ungefähr einer Atmosphäre entspricht und für Flüssigkeiten und Gase unter Druck verwendet wird.

Warum Bar und nicht Pascal? Zum Technische Messungen, wo vorhanden Hoher Drück, das Pascal ist eine zu kleine Einheit. Daher wurde eine größere Einheit eingeführt - 1 bar. Das ist ungefähr der Druck der Erdatmosphäre.

Bar ist eine nicht-systemische Einheit der Druckmessung.

Kilogramm-Kraft

Kilogramm-Kraft ist gleich der Kraft, die die Ruhemasse informiert, gleich der Masse des internationalen Prototyps des Kilogramms, eine Beschleunigung gleich der normalen Beschleunigung des freien Falls (9,80665 m / s 2).

1 kgf \u003d 1 kg * 9,80665 m / s 2 \u003d 9,80665 N

Die Kilogrammkraft ist ungefähr gleich der Kraft, mit der ein Körper mit einem Gewicht von 1 Kilogramm auf die Waage auf der Erdoberfläche drückt, daher ist es praktisch, dass sein Wert gleich dem Gewicht eines Körpers mit einem Gewicht von 1 kg ist kann man sich beispielsweise leicht vorstellen, was eine Kraft von 5 kgf ist.

Kilogram-force (russische Bezeichnung: kgf oder kg; International: kgf oder kg F ) ist eine Krafteinheit im MKGSS-Einheitensystem ( m etr - ZU Schlick g ramm- VON Schlick - VON Sekunde).

Technische Atmosphäre (at, at), kgf / cm 2

Technische Atmosphäre (russische Bezeichnung: at; international: at) - gleich dem Druck, der durch eine Kraft von 1 kgf erzeugt wird, gleichmäßig verteilt auf einer ebenen Fläche senkrecht dazu mit einer Fläche von 1 cm 2. Auf diese Weise,

1 bei = 98.066,5 Pa

Physikalische Atmosphäre (atm, atm)

Normale, Standard- oder physikalische Atmosphäre (russische Bezeichnung: atm; international: atm) - eine Einheit außerhalb des Systems, die dem Druck einer 760 mm hohen Quecksilbersäule auf ihrer horizontalen Basis bei einer Quecksilberdichte von 13.595,04 kg / m 3 entspricht einer Temperatur von 0°C und bei normale Beschleunigung freier Fall 9,80665 m/s 2 .

1 atm = 760 mmHg

Laut Definition:

Millimeter Quecksilbersäule

Ein Millimeter Quecksilbersäule (russische Bezeichnung: mm Hg; international: mm Hg) ist eine nicht-systemische Druckeinheit, die zu Ehren von Evangelista Torricelli manchmal „Torr“ (russische Bezeichnung – Torr, international – Torr) genannt wird.

1 mmHg ≈ 133,3223684 Pa

Atm Meereshöhe	760 mmHg
760 mmHg	101 325 Pa
1 mmHg	101 325 / 760 ≈ 133,3223684 Pa
1 mmHg	13,5951 mm WS

Der Ursprung dieser Einheit hängt mit der Methode zur Messung des atmosphärischen Drucks mit einem Barometer zusammen, bei dem der Druck durch eine Flüssigkeitssäule ausgeglichen wird. Quecksilber wird oft als Flüssigkeit verwendet, da es eine sehr hohe Dichte (≈13.600 kg/m3) und einen niedrigen Druck hat. gesättigter Dampf bei Raumtemperatur.

Millimeter Quecksilbersäule werden beispielsweise in der Vakuumtechnik, Wetterberichten und Blutdruckmessungen verwendet.

In den Vereinigten Staaten und Kanada ist die Maßeinheit "Zoll Quecksilbersäule" (Symbol - inHg). 1 inHg = 3,386389 kPa bei 0 °C.

Millimeter Wassersäule

Ein Millimeter Wassersäule (russische Bezeichnung: mm Wassersäule, mm H 2 O; international: mm H 2 O) ist eine nicht-systemische Einheit der Druckmessung. Entspricht dem hydrostatischen Druck einer 1 mm hohen Wassersäule, der auf eine ebene Unterlage bei einer Wassertemperatur von 4 °C ausgeübt wird.

IN Russische Föderation als nicht-systemische Druckmesseinheit ohne zeitliche Begrenzung mit dem Einsatzbereich „alle Bereiche“ zugelassen.

Gegenwärtig ist es üblich, Druck wie z physikalische Größe, die gleich dem Verhältnis der Kraft ist, die senkrecht zu einer bestimmten Oberfläche wirkt, direkt zur Fläche dieser Oberfläche. Nun, unter Druckkraft verstehen sie die Kraft, die senkrecht zu einer bestimmten, bestimmten Oberfläche wirkt. Es scheint, dass hier die Hauptunterschiede zwischen den beiden Konzepten enden. Tatsächlich ist dies absolut nicht der Fall, und wenn Sie an detaillierteren Nuancen bezüglich der Unterschiede zwischen diesen beiden Konzepten interessiert sind, müssten Sie etwas mehr Zeit damit verbringen, zu verstehen, in welchen Fällen sie am häufigsten verwendet werden.

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale von Druck und Druckkraft

Zunächst einmal ist darauf hinzuweisen Druck ist ein Skalar, die keine Richtung haben kann. Es ist allgemein anerkannt, dass Druck benötigt wird, um den Zustand des sogenannten "kontinuierlichen Mediums" zu charakterisieren. Aus diesem Grund wirkt ein solches Konzept als Diagonalkomponente des Spannungstensors. Letzterer ist ein Tensor zweiten Ranges. Sie besteht aus solchen neun Werten, die hier bereitgestellt werden, um die mechanische Spannung an einer beliebigen Stelle eines belasteten Körpers darzustellen.


Wie Sie wissen, ist Druck eine intensive physikalische Größe, für deren Bezeichnung sie das Symbol p verwenden, das vom lateinischen Wort stammt Druck, was wörtlich übersetzt Druck bedeutet. Es sei auch darauf hingewiesen, dass derzeit ein Wort wie "Druck" am ehesten angewendet werden kann verschiedene Bereiche Menschliche Aktivität. So ist es heute beispielsweise üblich, zwischen Begriffen wie Blutdruck, Atmosphärendruck, Lichtdruck und Diffusionsdruck zu unterscheiden.

Wenn die meisten der oben genannten Begriffe nicht populär genug sind und es völlig unangebracht ist, in unserer heutigen Rezension über Blutdruck zu sprechen, dann verdient der atmosphärische Druck etwas von Ihrer Aufmerksamkeit. Sie wird mit einem Barometer gemessen und entspricht dem Gewicht der darüber liegenden Luftsäule, deren Grundfläche Eins ist. Nun, wenn eine solche Kraft auf den Körper einwirkt, dass er unter ihrem Einfluss schließlich deformiert wird, dann ist ein solches Konzept durchaus angemessen, um die Druckkraft zu nennen.

Die Rolle der Druckkraft kann jede Kraft spielen. Als solches kann das Gewicht des Körpers verwendet werden, der problemlos die Stütze verformen könnte, oder eine solche Kraft, unter deren Einfluss ein bestimmter Körper gegen die Oberfläche gedrückt wird. Außerdem wird dieses Konzept wie jede andere Kraft normalerweise in Newton gemessen, was auf einen weiteren, nicht weniger wichtigen Unterschied zwischen den Konzepten hinweist, die wir heute betrachten, da der gewöhnliche Druck in Pascal gemessen wird.

Es sollte auch beachtet werden, dass die Rolle der Druckkraft neben dem Gewicht allein durch jede andere Elastizitätskraft übernommen werden kann. Übrigens, was direkt den Druck angeht. Sie können es nur dann auf die eine oder andere Weise ändern, wenn Sie die Druckkraft ändern oder zumindest die Oberfläche ändern, auf die diese Kraft wirkt.

Schlussfolgerungen

In Anbetracht all dessen, um sich ein gewisses Bild von dem zu machen, was passiert, und um Ihnen die Möglichkeit zu geben, noch eine Antwort auf die Frage zu geben: Wie unterscheidet sich Druck von Druckkraft, beeilen wir uns, Sie auf einige aufmerksam zu machen der wichtigsten Punkte. Vergessen Sie nicht, dass Druck eine physikalische Größe ist, die dem Verhältnis der Druckkraft entspricht, die auf eine bestimmte Oberfläche zur Fläche derselben Oberfläche ausgeübt wird. Gleichzeitig ist die Druckkraft die Kraft, die senkrecht zur Oberfläche aufgebracht wird.

Vor diesem Hintergrund können wir das sagen Druck pro Flächeneinheit, aber die Kraft bezieht sich bereits auf den gesamten unteren Bereich, der in der modernen Physik mit dem Buchstaben H bezeichnet wird. Auch wenn wir nicht berücksichtigen, dass bei diesen beiden Begriffen üblicherweise völlig unterschiedliche verwendet werden Maßeinheiten können wir sagen, dass diese Phänomene völlig unterschiedlich sind . Tatsächlich ist Druck eine gewöhnliche Eigenschaft, die mit Beleuchtung verglichen werden kann, während Druckkraft die direkte Wirkung ist, die durch ein solches Phänomen verursacht wurde.

Mann auf Skiern und ohne sie.

Auf losem Schnee geht eine Person mit großen Schwierigkeiten und sinkt bei jedem Schritt tief ein. Aber nachdem er die Skier angezogen hat, kann er laufen, fast ohne hineinzufallen. Warum? Auf Skiern oder ohne Skier wirkt eine Person auf den Schnee mit der gleichen Kraft, die ihrem eigenen Gewicht entspricht. Allerdings ist die Wirkung dieser Kraft in beiden Fällen unterschiedlich, weil die Fläche, auf die die Person drückt, mit und ohne Ski unterschiedlich ist. Die Oberfläche des Skis beträgt fast das 20-fache der Sohlenfläche. Auf Skiern stehend wirkt also auf jeden Quadratzentimeter der Schneefläche eine 20-mal geringere Kraft als beim Stehen auf dem Schnee ohne Skier.

Der Schüler, der eine Zeitung mit Knöpfen an die Tafel heftet, wirkt auf jeden Knopf mit der gleichen Kraft. Ein Knopf mit einem schärferen Ende lässt sich jedoch leichter in den Baum einfügen.

Das bedeutet, dass das Ergebnis der Wirkung einer Kraft nicht nur von ihrem Betrag, ihrer Richtung und ihrem Angriffspunkt abhängt, sondern auch von der Fläche der Oberfläche, auf die sie wirkt (senkrecht zu der sie wirkt).

Diese Schlussfolgerung wird durch physikalische Experimente bestätigt.

Erfahrung Das Ergebnis dieser Kraft hängt davon ab, welche Kraft pro Flächeneinheit der Oberfläche wirkt.

Nägel müssen in die Ecken eines kleinen Brettes getrieben werden. Zuerst setzen wir die in das Brett getriebenen Nägel mit der Spitze nach oben in den Sand und beschweren das Brett. Dabei werden die Nagelköpfe nur leicht in den Sand gedrückt. Drehen Sie dann das Brett um und setzen Sie die Nägel auf die Spitze. In diesem Fall ist die Stützfläche kleiner und bei gleicher Kraft dringen die Nägel tief in den Sand ein.

Eine Erfahrung. Zweite Abbildung.

Das Ergebnis der Wirkung dieser Kraft hängt davon ab, welche Kraft auf jede Flächeneinheit wirkt.

In den betrachteten Beispielen wirkten die Kräfte senkrecht zur Körperoberfläche. Das Gewicht der Person stand senkrecht zur Schneeoberfläche; die auf den Taster wirkende Kraft steht senkrecht zur Platinenoberfläche.

Der Wert, der dem Verhältnis der senkrecht zur Oberfläche wirkenden Kraft zur Fläche dieser Oberfläche entspricht, wird als Druck bezeichnet.

Um den Druck zu bestimmen, muss die senkrecht zur Oberfläche wirkende Kraft durch die Fläche geteilt werden:

Druck = Kraft / Fläche.

Lassen Sie uns die in diesem Ausdruck enthaltenen Größen bezeichnen: Druck - P, die auf die Oberfläche wirkende Kraft, - F und die Fläche S.

Dann erhalten wir die Formel:

p = F/S

Es ist klar, dass eine größere Kraft, die auf dieselbe Fläche wirkt, mehr Druck erzeugt.

Als Druckeinheit wird der Druck angenommen, der eine Kraft von 1 N erzeugt, die auf eine Fläche von 1 m 2 senkrecht zu dieser Fläche wirkt.

Druckeinheit - Newton pro Quadratmeter(1N/m2). Zu Ehren des französischen Wissenschaftlers Blaise Paskal es heißt pascal Pa). Auf diese Weise,

1 Pa = 1 N / m2.

Es werden auch andere Druckeinheiten verwendet: Hektopascal (hPa) Und Kilopascal (kPa).

1 kPa = 1000 Pa;

1 hPa = 100 Pa;

1 Pa = 0,001 kPa;

1 Pa = 0,01 hPa.

Lassen Sie uns die Bedingung des Problems aufschreiben und es lösen.

Gegeben : m = 45 kg, S = 300 cm 2 ; p = ?

In SI-Einheiten: S = 0,03 m 2

Lösung:

P = F/S,

F = P,

P = g m,

P= 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,

P\u003d 450 / 0,03 N / m² \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa

"Antwort": p = 15000 Pa = 15 kPa

Möglichkeiten, den Druck zu reduzieren und zu erhöhen.

Ein schwerer Raupentraktor erzeugt einen Druck von 40-50 kPa auf den Boden, dh nur 2-3 mal mehr als der Druck eines 45 kg schweren Jungen. Denn durch den Raupenantrieb wird das Gewicht des Schleppers auf eine größere Fläche verteilt. Und das haben wir festgestellt Je größer die Fläche der Stütze ist, desto weniger Druck erzeugt die gleiche Kraft auf diese Stütze .

Je nachdem, ob Sie einen kleinen oder großen Druck benötigen, nimmt der Unterstützungsbereich zu oder ab. Damit der Boden beispielsweise dem Druck eines zu errichtenden Gebäudes standhält, wird die Fläche des unteren Teils des Fundaments vergrößert.

Lkw-Reifen und Flugzeugchassis werden deutlich breiter als Pkw gefertigt. Besonders breite Reifen sind für Wüstenautos gemacht.

Schwere Maschinen wie ein Traktor, ein Panzer oder ein Sumpf mit einer großen Auflagefläche der Gleise passieren sumpfiges Gelände, das eine Person nicht passieren kann.

Andererseits kann bei kleiner Fläche mit kleiner Kraft ein großer Druck erzeugt werden. Wenn wir beispielsweise einen Knopf in ein Brett drücken, wirken wir mit einer Kraft von etwa 50 N darauf ein. Da die Fläche der Knopfspitze ungefähr 1 mm 2 beträgt, ist der von ihr erzeugte Druck gleich:

p \u003d 50 N / 0,000001 m 2 \u003d 50.000.000 Pa \u003d 50.000 kPa.

Zum Vergleich: Dieser Druck ist 1000-mal höher als der Druck, den ein Raupenschlepper auf den Boden ausübt. Es lassen sich noch viele weitere solcher Beispiele finden.

Die Klinge von Schneid- und Stichwerkzeugen (Messer, Scheren, Cutter, Sägen, Nadeln etc.) ist speziell geschärft. Die geschärfte Kante einer scharfen Klinge hat eine kleine Fläche, sodass selbst eine kleine Kraft viel Druck erzeugt, und es ist einfach, mit einem solchen Werkzeug zu arbeiten.

Auch in Wildtieren findet man Schneid- und Stichgeräte: Das sind Zähne, Krallen, Schnäbel, Stacheln etc. – sie sind alle aus hartem Material, glatt und sehr scharf.

Druck

Es ist bekannt, dass sich Gasmoleküle zufällig bewegen.

Wir wissen bereits, dass Gase im Gegensatz zu Feststoffen und Flüssigkeiten das gesamte Gefäß ausfüllen, in dem sie sich befinden. Zum Beispiel eine Stahlflasche zur Aufbewahrung von Gasen, ein Autoreifenschlauch oder ein Volleyball. In diesem Fall übt das Gas Druck auf die Wände, den Boden und den Deckel des Zylinders, der Kammer oder eines anderen Körpers aus, in dem es sich befindet. Der Gasdruck hat andere Gründe als der Druck eines Festkörpers auf einem Träger.

Es ist bekannt, dass sich Gasmoleküle zufällig bewegen. Bei ihrer Bewegung kollidieren sie miteinander sowie mit den Wänden des Gefäßes, in dem sich das Gas befindet. Es gibt viele Moleküle im Gas, und daher ist die Anzahl ihrer Einschläge sehr groß. Beispielsweise wird die Anzahl der Treffer von Luftmolekülen in einem Raum auf einer Fläche von 1 cm 2 in 1 s als dreiundzwanzigstellige Zahl ausgedrückt. Obwohl die Aufprallkraft eines einzelnen Moleküls gering ist, ist die Wirkung aller Moleküle auf die Gefäßwände erheblich - sie erzeugt einen Gasdruck.

Damit, Gasdruck an den Gefäßwänden (und am in das Gas eingebrachten Körper) entsteht durch Stöße von Gasmolekülen .

Erwägen nächste Erfahrung. Legen Sie einen Gummiball unter die Luftpumpenglocke. Es enthält eine kleine Menge Luft und hat unregelmäßige Form. Dann pumpen wir mit einer Pumpe die Luft unter der Glocke hervor. Die Hülle der Kugel, um die herum die Luft immer dünner wird, schwillt allmählich an und nimmt die Form einer normalen Kugel an.

Wie ist diese Erfahrung zu erklären?

Für die Lagerung und den Transport von komprimiertem Gas werden spezielle langlebige Stahlflaschen verwendet.

In unserem Experiment treffen bewegte Gasmoleküle kontinuierlich von innen und außen auf die Wände der Kugel. Wenn Luft abgepumpt wird, nimmt die Anzahl der Moleküle in der Glocke um die Hülle der Kugel ab. Aber innerhalb der Kugel ändert sich ihre Anzahl nicht. Daher wird die Anzahl der Stöße von Molekülen auf die Außenwände der Schale geringer als die Anzahl der Stöße auf die Innenwände. Der Ballon wird aufgeblasen, bis die Elastizitätskraft seiner Gummihülle gleich der Druckkraft des Gases wird. Die Schale des Balls nimmt die Form einer Kugel an. Dies zeigt, dass Gas drückt gleichmäßig in alle Richtungen auf seine Wände. Anders ausgedrückt: Die Anzahl der molekularen Stöße pro Quadratzentimeter Oberfläche ist in alle Richtungen gleich. Der gleiche Druck in alle Richtungen ist charakteristisch für ein Gas und ist eine Folge der zufälligen Bewegung einer großen Anzahl von Molekülen.

Versuchen wir, das Gasvolumen zu reduzieren, aber so, dass seine Masse unverändert bleibt. Das bedeutet in jedem Kubikzentimeter Es werden mehr Gasmoleküle vorhanden sein, die Dichte des Gases wird zunehmen. Dann wird die Anzahl der Stöße von Molekülen auf die Wände zunehmen, d. H. Der Gasdruck wird zunehmen. Dies kann durch Erfahrung bestätigt werden.

Auf dem Bild aber Dargestellt ist ein Glasröhrchen, dessen eines Ende mit einem dünnen Gummifilm bedeckt ist. In das Rohr wird ein Kolben eingesetzt. Beim Einschieben des Kolbens verringert sich das Luftvolumen im Rohr, d.h. das Gas wird komprimiert. Der Gummifilm wölbt sich nach außen und zeigt damit an, dass der Luftdruck im Schlauch angestiegen ist.

Im Gegensatz dazu nimmt mit zunehmendem Volumen derselben Gasmasse die Anzahl der Moleküle in jedem Kubikzentimeter ab. Dadurch wird die Anzahl der Stöße auf die Gefäßwände verringert - der Druck des Gases wird geringer. Wenn der Kolben aus dem Rohr gezogen wird, nimmt das Luftvolumen zu, die Folie krümmt sich im Inneren des Gefäßes. Dies deutet auf eine Abnahme des Luftdrucks im Schlauch hin. Die gleichen Phänomene würden beobachtet, wenn statt Luft in der Röhre irgendein anderes Gas wäre.

Damit, Wenn das Volumen eines Gases abnimmt, steigt sein Druck, und wenn das Volumen zunimmt, nimmt der Druck ab, vorausgesetzt, dass Masse und Temperatur des Gases unverändert bleiben.

Wie ändert sich der Druck eines Gases, wenn es auf ein konstantes Volumen erhitzt wird? Es ist bekannt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit von Gasmolekülen bei Erwärmung zunimmt. Wenn sie sich schneller bewegen, treffen die Moleküle häufiger auf die Wände des Gefäßes. Außerdem wird jeder Aufprall des Moleküls auf die Wand stärker sein. Dadurch erfahren die Gefäßwände mehr Druck.

Folglich, Der Druck eines Gases in einem geschlossenen Gefäß ist umso größer, je höher die Temperatur des Gases ist, sofern sich die Masse des Gases und das Volumen nicht ändern.

Aus diesen Experimenten kann geschlossen werden, dass Je größer der Druck des Gases ist, desto öfter und stärker treffen die Moleküle auf die Gefäßwände .

Für die Lagerung und den Transport von Gasen werden sie hoch verdichtet. Gleichzeitig steigt ihr Druck, Gase müssen in speziellen, sehr langlebigen Zylindern eingeschlossen werden. Solche Flaschen enthalten zum Beispiel Druckluft in U-Booten, Sauerstoff, der beim Metallschweißen verwendet wird. Natürlich müssen wir immer daran denken, dass Gasflaschen nicht beheizt werden können, besonders wenn sie mit Gas gefüllt sind. Denn wie wir bereits wissen, kann eine Explosion mit sehr unangenehmen Folgen auftreten.

Pascalsches Gesetz.

Druck wird auf jeden Punkt der Flüssigkeit oder des Gases übertragen.

Der Druck des Kolbens wird auf jeden Punkt der Flüssigkeitsfüllung der Kugel übertragen.

Jetzt Benzin.

Im Gegensatz zu Festkörpern können sich einzelne Schichten und kleine Teilchen von Flüssigkeiten und Gasen frei in alle Richtungen relativ zueinander bewegen. Es genügt beispielsweise, in einem Glas leicht auf die Wasseroberfläche zu pusten, um das Wasser in Bewegung zu versetzen. Wellen erscheinen auf einem Fluss oder See bei der geringsten Brise.

Die Beweglichkeit von Gas- und Flüssigkeitsteilchen erklärt das der auf sie ausgeübte Druck wird nicht nur in Kraftrichtung, sondern an jedem Punkt übertragen. Betrachten wir dieses Phänomen genauer.

Auf dem Bild, aber Dargestellt ist ein Gefäß, das ein Gas (oder eine Flüssigkeit) enthält. Die Partikel werden gleichmäßig im Gefäß verteilt. Der Behälter wird durch einen Kolben verschlossen, der sich auf und ab bewegen kann.

Lassen Sie uns mit etwas Kraft den Kolben ein wenig nach innen bewegen und das Gas (Flüssigkeit) direkt darunter komprimieren. Dann befinden sich die Teilchen (Moleküle) an dieser Stelle dichter als zuvor (Abb. b). Aufgrund der Beweglichkeit des Gases bewegen sich die Teilchen in alle Richtungen. Dadurch wird ihre Anordnung wieder gleichmäßiger, aber dichter als zuvor (Abb. c). Daher wird der Druck des Gases überall zunehmen. Dadurch wird auf alle Teilchen eines Gases oder einer Flüssigkeit zusätzlicher Druck übertragen. Wenn also der Druck auf das Gas (Flüssigkeit) in der Nähe des Kolbens selbst um 1 Pa ansteigt, dann an allen Punkten Innerhalb Der Gas- oder Flüssigkeitsdruck wird um den gleichen Betrag höher sein als zuvor. Der Druck an den Behälterwänden, am Boden und am Kolben steigt um 1 Pa.

Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck wird an jedem Punkt gleichmäßig in alle Richtungen übertragen .

Diese Aussage heißt Pascalsches Gesetz.

Basierend auf dem Gesetz von Pascal ist es einfach, die folgenden Experimente zu erklären.

Die Abbildung zeigt eine Hohlkugel mit kleinen Löchern an verschiedenen Stellen. An der Kugel ist ein Rohr befestigt, in das ein Kolben eingesetzt wird. Wenn Sie Wasser in die Kugel ziehen und den Kolben in das Rohr drücken, fließt Wasser aus allen Löchern in der Kugel. Bei diesem Versuch drückt der Kolben auf die Wasseroberfläche im Rohr. Die Wasserpartikel unter dem Kolben kondensieren und übertragen seinen Druck auf andere tiefer liegende Schichten. Somit wird der Druck des Kolbens auf jeden Punkt der Flüssigkeitsfüllung der Kugel übertragen. Dadurch wird ein Teil des Wassers in Form von gleichen Strömen, die aus allen Löchern fließen, aus dem Ball gedrückt.

Wenn die Kugel mit Rauch gefüllt ist, treten beim Einschieben des Kolbens in das Rohr aus allen Löchern in der Kugel identische Rauchströme aus. Das bestätigt und Gase übertragen den auf sie ausgeübten Druck gleichmäßig in alle Richtungen.

Druck in Flüssigkeit und Gas.

Unter dem Gewicht der Flüssigkeit wird der Gummiboden im Röhrchen durchhängen.

Flüssigkeiten unterliegen, wie alle Körper auf der Erde, der Schwerkraft. Daher erzeugt jede in ein Gefäß gegossene Flüssigkeitsschicht mit ihrem Gewicht einen Druck, der sich nach dem Pascalschen Gesetz in alle Richtungen überträgt. Daher herrscht in der Flüssigkeit Druck. Dies kann durch Erfahrung überprüft werden.

Gießen Sie Wasser in ein Glasröhrchen, dessen unteres Loch mit einer dünnen Gummifolie verschlossen ist. Unter dem Gewicht der Flüssigkeit biegt sich der Boden des Röhrchens.

Die Erfahrung zeigt, je höher die Wassersäule über dem Gummifilm ist, desto mehr sackt er ab. Aber jedes Mal, wenn der Gummiboden durchhängt, kommt das Wasser in der Röhre ins Gleichgewicht (stoppt), weil zusätzlich zur Schwerkraft die elastische Kraft des gedehnten Gummifilms auf das Wasser wirkt.

Auf die Gummifolie einwirkende Kräfte

sind auf beiden Seiten gleich.

Illustration.

Der Boden bewegt sich aufgrund des Drucks aufgrund der Schwerkraft vom Zylinder weg.

Lassen Sie uns ein Rohr mit Gummiboden, in das Wasser gegossen wird, in ein anderes, breiteres Gefäß mit Wasser absenken. Wir werden sehen, dass sich der Gummifilm beim Absenken des Schlauchs allmählich glättet. Eine vollständige Begradigung der Folie zeigt, dass die von oben und unten auf sie einwirkenden Kräfte gleich sind. Eine vollständige Begradigung des Films tritt auf, wenn die Wasserstände in Rohr und Behälter übereinstimmen.

Das gleiche Experiment kann mit einem Schlauch durchgeführt werden, bei dem eine Gummifolie die seitliche Öffnung verschließt, wie in Abbildung a gezeigt. Tauchen Sie dieses Wasserrohr in ein anderes Wassergefäß, wie in der Abbildung gezeigt, B. Wir werden feststellen, dass sich der Film wieder aufrichtet, sobald die Wasserstände in Rohr und Gefäß gleich sind. Das bedeutet, dass die auf die Gummifolie einwirkenden Kräfte von allen Seiten gleich sind.

Nehmen Sie ein Gefäß, dessen Boden abfallen kann. Stellen wir es in ein Glas Wasser. In diesem Fall wird der Boden fest an den Gefäßrand gedrückt und fällt nicht ab. Es wird durch die Kraft des Wasserdrucks gepresst, der von unten nach oben gerichtet ist.

Wir werden vorsichtig Wasser in das Gefäß gießen und seinen Boden beobachten. Sobald der Wasserstand im Gefäß mit dem Wasserstand im Krug übereinstimmt, fällt es vom Gefäß ab.

Im Moment der Trennung drückt eine Flüssigkeitssäule im Gefäß auf den Boden, und der Druck wird von unten nach oben auf den Boden einer Flüssigkeitssäule gleicher Höhe übertragen, die sich jedoch im Gefäß befindet. Diese beiden Drücke sind gleich, aber der Boden bewegt sich aufgrund der Wirkung seiner eigenen Schwerkraft vom Zylinder weg.

Die Experimente mit Wasser wurden oben beschrieben, aber wenn wir anstelle von Wasser eine andere Flüssigkeit nehmen, werden die Ergebnisse des Experiments dieselben sein.

Experimente zeigen das also in der flüssigkeit herrscht druck, und auf gleicher höhe ist er in alle richtungen gleich. Der Druck nimmt mit der Tiefe zu.

Gase unterscheiden sich in dieser Hinsicht nicht von Flüssigkeiten, da sie auch ein Gewicht haben. Aber wir müssen bedenken, dass die Dichte eines Gases hundertmal geringer ist als die Dichte einer Flüssigkeit. Das Gewicht des Gases im Behälter ist gering, und in vielen Fällen kann sein „Gewichtsdruck“ vernachlässigt werden.

Berechnung des Flüssigkeitsdrucks auf den Boden und die Wände des Behälters.

Berechnung des Flüssigkeitsdrucks auf den Boden und die Wände des Behälters.

Überlegen Sie, wie Sie den Druck einer Flüssigkeit auf den Boden und die Wände eines Gefäßes berechnen können. Lösen wir zunächst das Problem für ein Gefäß mit der Form eines rechteckigen Parallelepipeds.

Stärke F, mit der die in dieses Gefäß eingegossene Flüssigkeit auf dessen Boden drückt, ist gleich dem Gewicht P die Flüssigkeit im Gefäß. Das Gewicht einer Flüssigkeit kann durch Kenntnis ihrer Masse bestimmt werden. m. Wie Sie wissen, kann die Masse nach folgender Formel berechnet werden: m = ρV. Das in das von uns gewählte Gefäß eingefüllte Flüssigkeitsvolumen lässt sich leicht berechnen. Wenn die Höhe der Flüssigkeitssäule im Gefäß mit dem Buchstaben bezeichnet wird h, und der Bereich des Bodens des Gefäßes S, dann V = S h.

Flüssige Masse m = ρV, oder m = ρ S h .

Das Gewicht dieser Flüssigkeit P = gr, oder P = g ρ S h.

Da das Gewicht der Flüssigkeitssäule gleich der Kraft ist, mit der die Flüssigkeit auf den Gefäßboden drückt, dividiert man dann das Gewicht P Zum Platz S, erhalten wir den Flüssigkeitsdruck P:

p = P/S , oder p = g ρ S h/S,

Wir haben eine Formel zur Berechnung des Drucks einer Flüssigkeit am Boden eines Gefäßes erhalten. Aus dieser Formel ist das ersichtlich Der Druck einer Flüssigkeit am Boden eines Gefäßes hängt nur von der Dichte und Höhe der Flüssigkeitssäule ab.

Daher ist es gemäß der abgeleiteten Formel möglich, den Druck der in das Gefäß gegossenen Flüssigkeit zu berechnen jede Form(Unsere Rechnung ist streng genommen nur für Gefäße mit der Form eines geraden Prismas und eines Zylinders geeignet. In Physikkursen des Instituts wurde bewiesen, dass die Formel auch für Gefäße beliebiger Form gilt). Außerdem kann damit der Druck auf die Behälterwände berechnet werden. Der Druck im Inneren der Flüssigkeit, also auch der Druck von unten nach oben, wird ebenfalls mit dieser Formel berechnet, da der Druck in gleicher Tiefe in alle Richtungen gleich ist.

Bei der Berechnung des Drucks mit der Formel p = gph Dichte brauchen ρ ausgedrückt in Kilogramm pro Kubikmeter (kg / m 3) und der Höhe der Flüssigkeitssäule h- in Metern (m), g\u003d 9,8 N / kg, dann wird der Druck in Pascal (Pa) ausgedrückt.

Beispiel. Bestimmen Sie den Öldruck am Tankboden bei einer Ölsäulenhöhe von 10 m und einer Dichte von 800 kg/m 3 .

Lassen Sie uns den Zustand des Problems aufschreiben und aufschreiben.

Gegeben :

ρ \u003d 800 kg / m 3

Lösung :

p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m ≈ 80.000 Pa ≈ 80 kPa.

Antworten : p ≈ 80 kPa.

Kommunizierende Gefäße.

Kommunizierende Gefäße.

Die Abbildung zeigt zwei Gefäße, die durch einen Gummischlauch miteinander verbunden sind. Solche Gefäße werden genannt kommunizieren. Eine Gießkanne, eine Teekanne, eine Kaffeekanne sind Beispiele für kommunizierende Gefäße. Aus Erfahrung wissen wir, dass Wasser, das beispielsweise in eine Gießkanne gegossen wird, im Auslauf und im Inneren immer auf gleicher Höhe steht.

Kommunizierende Gefäße sind uns gemeinsam. Das kann zum Beispiel eine Teekanne, eine Gießkanne oder eine Kaffeekanne sein.

In beliebig geformten kommunizierenden Gefäßen sind die Oberflächen einer homogenen Flüssigkeit auf gleicher Höhe eingebaut.

Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte.

Mit kommunizierenden Gefäßen lässt sich folgender einfacher Versuch durchführen. Zu Beginn des Experiments klemmen wir den Gummischlauch in die Mitte und gießen Wasser in einen der Schläuche. Dann öffnen wir die Klemme, und das Wasser fließt sofort in das andere Rohr, bis die Wasseroberflächen in beiden Rohren auf dem gleichen Niveau sind. Sie können einen der Röhren in einem Stativ befestigen und den anderen in verschiedene Richtungen anheben, absenken oder neigen. Und in diesem Fall gleichen sich die Flüssigkeitsspiegel in beiden Rohren aus, sobald sich die Flüssigkeit beruhigt hat.

In kommunizierenden Gefäßen beliebiger Form und Querschnitts sind die Oberflächen einer homogenen Flüssigkeit auf gleichem Niveau eingestellt(vorausgesetzt der Luftdruck über der Flüssigkeit ist gleich) (Abb. 109).

Dies lässt sich wie folgt begründen. Die Flüssigkeit ruht, ohne sich von einem Gefäß zum anderen zu bewegen. Das bedeutet, dass die Drücke in beiden Behältern auf jeder Ebene gleich sind. Die Flüssigkeit in beiden Gefäßen ist gleich, das heißt, sie hat die gleiche Dichte. Daher müssen auch seine Höhen gleich sein. Wenn wir ein Gefäß anheben oder Flüssigkeit hinzufügen, steigt der Druck darin und die Flüssigkeit fließt in ein anderes Gefäß, bis die Drücke ausgeglichen sind.

Wenn eine Flüssigkeit einer Dichte in eines der kommunizierenden Gefäße gegossen wird und eine andere Dichte in das zweite, dann sind die Niveaus dieser Flüssigkeiten im Gleichgewicht nicht gleich. Und das ist verständlich. Wir wissen, dass der Druck einer Flüssigkeit am Boden eines Gefäßes direkt proportional zur Höhe der Säule und der Dichte der Flüssigkeit ist. Und in diesem Fall sind die Dichten der Flüssigkeiten unterschiedlich.

Bei gleichen Drücken ist die Höhe einer Flüssigkeitssäule mit höherer Dichte geringer als die Höhe einer Flüssigkeitssäule mit geringerer Dichte (Abb.).

Eine Erfahrung. So bestimmen Sie die Luftmasse.

Luftgewicht. Atmosphärendruck.

Existenz atmosphärischen Drucks.

Der atmosphärische Druck ist größer als der Druck verdünnter Luft in einem Gefäß.

Die Schwerkraft wirkt auf die Luft sowie auf jeden Körper, der sich auf der Erde befindet, und daher hat die Luft ein Gewicht. Das Gewicht der Luft lässt sich leicht berechnen, wenn man ihre Masse kennt.

Wir werden durch Erfahrung zeigen, wie man die Luftmasse berechnet. Nehmen Sie dazu eine starke Glaskugel mit Korken und einen Gummischlauch mit Klemme. Wir pumpen mit einer Pumpe Luft heraus, klemmen den Schlauch mit einer Klemme fest und balancieren ihn auf der Waage. Öffnen Sie dann die Klemme am Gummischlauch und lassen Sie Luft hinein. In diesem Fall wird das Gleichgewicht der Waage gestört. Um es wiederherzustellen, müssen Sie Gewichte auf die andere Waagschale legen, deren Masse gleich der Luftmasse im Volumen des Balls ist.

Experimente haben ergeben, dass bei einer Temperatur von 0 ° C und normalem Atmosphärendruck die Luftmasse mit einem Volumen von 1 m 3 1,29 kg beträgt. Das Gewicht dieser Luft lässt sich leicht berechnen:

P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.

Man nennt die Lufthülle, die die Erde umgibt Atmosphäre (aus dem Griechischen. Atmosphäre Dampf, Luft u Kugel-Kugel).

Atmosphäre wie durch Flugbeobachtungen gezeigt künstliche satelliten Erde, erstreckt sich bis zu einer Höhe von mehreren tausend Kilometern.

Aufgrund der Schwerkraft komprimieren die oberen Schichten der Atmosphäre, ähnlich wie das Meerwasser, die unteren Schichten. Die unmittelbar an die Erde angrenzende Luftschicht wird am stärksten komprimiert und überträgt den auf sie ausgeübten Druck nach dem Pascalschen Gesetz in alle Richtungen.

Dadurch erfahren die Erdoberfläche und die darauf befindlichen Körper den Druck der gesamten Luftdicke oder, wie man in solchen Fällen gewöhnlich sagt, erfahren Atmosphärendruck .

Die Existenz des atmosphärischen Drucks kann durch viele Phänomene erklärt werden, denen wir im Leben begegnen. Betrachten wir einige von ihnen.

Die Abbildung zeigt ein Glasröhrchen, in dessen Innerem sich ein Kolben befindet, der eng an die Wände des Röhrchens anliegt. Das Ende der Röhre wird in Wasser getaucht. Wenn Sie den Kolben anheben, steigt das Wasser dahinter.

Dieses Phänomen wird in Wasserpumpen und einigen anderen Geräten verwendet.

Die Abbildung zeigt ein zylindrisches Gefäß. Es wird mit einem Korken verschlossen, in den ein Rohr mit Hahn eingeführt wird. Luft wird durch eine Pumpe aus dem Behälter gepumpt. Das Ende des Röhrchens wird dann in Wasser getaucht. Wenn Sie nun den Wasserhahn öffnen, dann spritzt das Wasser in einer Fontäne ins Innere des Gefäßes. Wasser tritt in das Gefäß ein, weil der atmosphärische Druck größer ist als der Druck der verdünnten Luft im Gefäß.

Warum existiert die Lufthülle der Erde?

Wie alle Körper werden die Gasmoleküle, aus denen die Lufthülle der Erde besteht, von der Erde angezogen.

Aber warum fallen sie dann nicht alle auf die Erdoberfläche? Wie wird die Lufthülle der Erde, ihre Atmosphäre, erhalten? Um dies zu verstehen, müssen wir berücksichtigen, dass sich die Moleküle von Gasen in kontinuierlicher und zufälliger Bewegung befinden. Aber dann stellt sich eine andere Frage: Warum fliegen diese Moleküle nicht in den Weltall, dh in den Weltraum?

Um die Erde vollständig zu verlassen, muss das Molekül, wie Raumschiff oder eine Rakete, muss eine sehr hohe Geschwindigkeit haben (mindestens 11,2 km / s). Diese sog zweite Fluchtgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit der meisten Moleküle in der Lufthülle der Erde ist viel geringer Raumgeschwindigkeit. Daher sind die meisten von ihnen durch die Schwerkraft an die Erde gebunden, nur eine vernachlässigbare Anzahl von Molekülen fliegt über die Erde hinaus in den Weltraum.

Die zufällige Bewegung von Molekülen und die Wirkung der Schwerkraft auf sie führen dazu, dass Gasmoleküle im Weltraum in der Nähe der Erde "schweben" und eine Lufthülle oder die uns bekannte Atmosphäre bilden.

Messungen zeigen, dass die Luftdichte mit der Höhe schnell abnimmt. In einer Höhe von 5,5 km über der Erde ist die Luftdichte also zweimal geringer als an der Erdoberfläche, in einer Höhe von 11 km - viermal geringer usw. Je höher, desto seltener die Luft. Und schließlich in den meisten obere Schichten(Hunderte und Tausende von Kilometern über der Erde) verwandelt sich die Atmosphäre allmählich in einen luftleeren Raum. Die Lufthülle der Erde hat keine klare Grenze.

Streng genommen ist die Dichte des Gases in jedem geschlossenen Gefäß aufgrund der Schwerkraftwirkung nicht über das gesamte Volumen des Gefäßes gleich. Am Boden des Gefäßes ist die Dichte des Gases größer als in den oberen Teilen, und daher ist der Druck im Gefäß nicht derselbe. Es ist am Boden des Gefäßes größer als oben. Für das im Behälter enthaltene Gas ist dieser Dichte- und Druckunterschied jedoch so gering, dass er in vielen Fällen völlig vernachlässigt werden kann, seien Sie sich dessen bewusst. Aber für eine Atmosphäre, die sich über mehrere tausend Kilometer erstreckt, ist der Unterschied erheblich.

Messung des atmosphärischen Drucks. Das Torricelli-Erlebnis.

Es ist unmöglich, den atmosphärischen Druck mit der Formel zur Berechnung des Drucks einer Flüssigkeitssäule (§ 38) zu berechnen. Für eine solche Berechnung müssen Sie die Höhe der Atmosphäre und die Dichte der Luft kennen. Aber die Atmosphäre hat keine bestimmte Grenze, und die Luftdichte in verschiedenen Höhen ist unterschiedlich. Der atmosphärische Druck kann jedoch mit einem Experiment gemessen werden, das im 17. Jahrhundert von einem italienischen Wissenschaftler vorgeschlagen wurde. Evangelista Torricelli ein Schüler von Galileo.

Torricellis Experiment sieht folgendermaßen aus: Ein etwa 1 m langes, an einem Ende verschlossenes Glasrohr wird mit Quecksilber gefüllt. Dann wird das zweite Ende des Rohrs fest verschlossen, es wird umgedreht und in einen Becher mit Quecksilber abgesenkt, wo dieses Ende des Rohrs unter dem Quecksilberspiegel geöffnet wird. Wie bei jedem Flüssigkeitsexperiment wird ein Teil des Quecksilbers in den Becher gegossen und ein Teil davon verbleibt in der Röhre. Die Höhe der im Rohr verbleibenden Quecksilbersäule beträgt ca. 760 mm. Über dem Quecksilber im Inneren der Röhre befindet sich keine Luft, es gibt einen luftleeren Raum, daher übt kein Gas von oben Druck auf die Quecksilbersäule in dieser Röhre aus und beeinflusst die Messungen nicht.

Torricelli, der die oben beschriebene Erfahrung vorschlug, gab auch seine Erklärung ab. Die Atmosphäre drückt auf die Oberfläche des Quecksilbers im Becher. Merkur ist im Gleichgewicht. Das bedeutet, dass der Druck in der Röhre ist äh 1 (siehe Abbildung) entspricht dem atmosphärischen Druck. Wenn sich der atmosphärische Druck ändert, ändert sich auch die Höhe der Quecksilbersäule in der Röhre. Mit zunehmendem Druck verlängert sich die Säule. Wenn der Druck abnimmt, nimmt die Höhe der Quecksilbersäule ab.

Der Druck im Rohr auf Höhe aa1 entsteht durch das Gewicht der Quecksilbersäule im Rohr, da sich über dem Quecksilber im oberen Teil des Rohres keine Luft befindet. Daraus folgt das Atmosphärendruck ist gleich dem Druck der Quecksilbersäule in der Röhre , d.h.

P ATM = P Quecksilber.

Je höher der atmosphärische Druck, desto höher die Quecksilbersäule in Torricellis Experiment. Daher kann der atmosphärische Druck in der Praxis anhand der Höhe der Quecksilbersäule (in Millimetern oder Zentimetern) gemessen werden. Wenn beispielsweise der atmosphärische Druck 780 mm Hg beträgt. Kunst. (man sagt "Millimeter Quecksilbersäule"), das bedeutet, dass die Luft den gleichen Druck erzeugt wie eine vertikale Quecksilbersäule von 780 mm Höhe.

Daher wird in diesem Fall 1 Millimeter Quecksilbersäule (1 mm Hg) als Einheit des atmosphärischen Drucks verwendet. Lassen Sie uns die Beziehung zwischen dieser Einheit und der uns bekannten Einheit finden - paskal(Pa).

Der Druck einer Quecksilbersäule ρ aus Quecksilber mit einer Höhe von 1 mm beträgt:

P = g ρ h, P\u003d 9,8 N / kg 13.600 kg / m 3 0,001 m ≈ 133,3 Pa.

Also 1 mmHg. Kunst. = 133,3 Pa.

Derzeit wird der atmosphärische Druck üblicherweise in Hektopascal (1 hPa = 100 Pa) gemessen. Wetterberichte können zum Beispiel melden, dass der Druck 1013 hPa beträgt, was 760 mmHg entspricht. Kunst.

Torricelli beobachtete täglich die Höhe der Quecksilbersäule in der Röhre und entdeckte, dass sich diese Höhe ändert, dh der atmosphärische Druck ist nicht konstant, er kann zunehmen und abnehmen. Torricelli bemerkte auch, dass der atmosphärische Druck mit Wetteränderungen zusammenhängt.

Wenn Sie eine vertikale Skala an das in Torricellis Experiment verwendete Quecksilberrohr anbringen, erhalten Sie das einfachste Gerät - Quecksilberbarometer (aus dem Griechischen. Baros- Schwere, Meter- messen). Es wird verwendet, um den atmosphärischen Druck zu messen.

Barometer - Aneroid.

In der Praxis wird zur Messung des atmosphärischen Drucks ein sogenanntes Metallbarometer verwendet Aneroid (übersetzt aus dem Griechischen - Aneroid). Das Barometer heißt so, weil es kein Quecksilber enthält.

Das Aussehen des Aneroids ist in der Abbildung dargestellt. Sein Hauptteil ist ein Metallkasten 1 mit einer gewellten (gewellten) Oberfläche (siehe andere Abb.). Aus diesem Kasten wird Luft gepumpt, und damit der atmosphärische Druck den Kasten nicht zusammendrückt, wird sein Deckel 2 durch eine Feder hochgezogen. Wenn der atmosphärische Druck zunimmt, biegt sich der Deckel nach unten und spannt die Feder. Wenn der Druck nachlässt, richtet die Feder den Deckel auf. An der Feder ist mittels eines Übertragungsmechanismus 3 ein Pfeilzeiger 4 befestigt, der sich bei Druckänderung nach rechts oder links bewegt. Unter dem Pfeil ist eine Skala befestigt, deren Teilung nach den Angaben eines Quecksilberbarometers markiert ist. Die Zahl 750, auf der die Aneroidnadel steht (siehe Abb.), zeigt also, dass im Quecksilberbarometer zu diesem Zeitpunkt die Höhe der Quecksilbersäule 750 mm beträgt.

Daher beträgt der atmosphärische Druck 750 mm Hg. Kunst. oder ≈ 1000 hPa.

Der Wert des Luftdrucks ist sehr wichtig für die Vorhersage des Wetters für die kommenden Tage, da Änderungen des Luftdrucks mit Änderungen des Wetters verbunden sind. Ein Barometer ist ein notwendiges Instrument für meteorologische Beobachtungen.

Luftdruck in verschiedenen Höhen.

In einer Flüssigkeit hängt der Druck bekanntlich von der Dichte der Flüssigkeit und der Höhe ihrer Säule ab. Aufgrund der geringen Kompressibilität ist die Dichte der Flüssigkeit in verschiedenen Tiefen nahezu gleich. Daher betrachten wir bei der Berechnung des Drucks seine Dichte als konstant und berücksichtigen nur die Höhenänderung.

Bei Gasen ist die Situation komplizierter. Gase sind stark komprimierbar. Und je mehr das Gas komprimiert wird, desto größer ist seine Dichte und desto größer ist der Druck, den es erzeugt. Schließlich entsteht der Druck eines Gases durch den Aufprall seiner Moleküle auf der Körperoberfläche.

Die Luftschichten nahe der Erdoberfläche werden durch alle darüber liegenden Luftschichten komprimiert. Aber je höher die Luftschicht von der Oberfläche ist, desto schwächer wird sie komprimiert, desto geringer ist ihre Dichte. Daher wird weniger Druck erzeugt. Wenn zum Beispiel Luftballonüber die Erdoberfläche steigt, dann wird der Luftdruck auf der Kugel geringer. Dies geschieht nicht nur, weil die Höhe der Luftsäule darüber abnimmt, sondern auch, weil die Luftdichte abnimmt. Es ist oben kleiner als unten. Daher ist die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe komplizierter als die von Flüssigkeiten.

Beobachtungen zeigen, dass der atmosphärische Druck in Gebieten, die auf Meereshöhe liegen, durchschnittlich 760 mm Hg beträgt. Kunst.

Atmosphärendruck, der dem Druck einer 760 mm hohen Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 0 ° C entspricht, wird als normaler Atmosphärendruck bezeichnet..

normaler atmosphärischer Druck entspricht 101 300 Pa = 1013 hPa.

Je höher die Höhe, desto geringer der Druck.

Bei kleinen Anstiegen nimmt der Druck im Durchschnitt alle 12 m Anstieg um 1 mm Hg ab. Kunst. (oder 1,33 hPa).

In Kenntnis der Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe ist es möglich, die Höhe über dem Meeresspiegel zu bestimmen, indem man die Messwerte des Barometers ändert. Aneroiden mit einer Skala, auf der man direkt die Höhe über dem Meeresspiegel messen kann, nennt man Aneroide Höhenmesser . Sie werden in der Luftfahrt und beim Bergsteigen eingesetzt.

Manometer.

Wir wissen bereits, dass Barometer verwendet werden, um den atmosphärischen Druck zu messen. Um Drücke zu messen, die größer oder kleiner als der atmosphärische Druck sind, die Manometer (aus dem Griechischen. manos- selten, unauffällig Meter- messen). Manometer sind Flüssigkeit Und Metall.

Betrachten Sie zuerst das Gerät und die Aktion Flüssigkeitsmanometer öffnen. Es besteht aus einem zweibeinigen Glasrohr, in das etwas Flüssigkeit gegossen wird. Die Flüssigkeit wird in beiden Knien auf gleicher Höhe installiert, da auf ihre Oberfläche in den Knien des Behälters nur atmosphärischer Druck wirkt.

Um zu verstehen, wie ein solches Manometer funktioniert, kann man es mit einem Gummischlauch mit einem runden Flachkasten verbinden, dessen eine Seite mit einer Gummifolie bedeckt ist. Wenn Sie mit dem Finger auf den Film drücken, sinkt der Flüssigkeitsstand im Manometerknie, das mit der Box verbunden ist, und im anderen Knie steigt er an. Was erklärt das?

Durch das Andrücken der Folie erhöht sich der Luftdruck in der Box. Diese Druckerhöhung überträgt sich nach dem Pascalschen Gesetz auf die Flüssigkeit in dem Knie des Manometers, das an der Dose befestigt ist. Daher ist der Druck auf die Flüssigkeit in diesem Knie größer als in dem anderen, wo nur atmosphärischer Druck auf die Flüssigkeit wirkt. Unter der Kraft dieses Überdrucks beginnt sich die Flüssigkeit zu bewegen. Im Knie mit Druckluft fällt die Flüssigkeit, im anderen steigt sie auf. Die Flüssigkeit kommt zum Gleichgewicht (Stopp), wenn der Überdruck der Druckluft durch den Druck ausgeglichen wird, den die überschüssige Flüssigkeitssäule im anderen Schenkel des Manometers erzeugt.

Je stärker der Druck auf die Folie ist, desto höher ist die überschüssige Flüssigkeitssäule, desto größer ist ihr Druck. Folglich, die Druckänderung kann anhand der Höhe dieser Überstandssäule beurteilt werden.

Die Abbildung zeigt, wie ein solches Manometer den Druck in einer Flüssigkeit messen kann. Je tiefer das Rohr in die Flüssigkeit eintaucht, desto größer wird der Unterschied in der Höhe der Flüssigkeitssäulen in den Manometerknicken., also, also und Flüssigkeit erzeugt mehr Druck.

Wenn Sie die Gerätebox etwas tiefer in die Flüssigkeit einbauen und mit einer Folie nach oben, zur Seite und nach unten drehen, ändern sich die Manometerwerte nicht. So soll es sein, denn Auf gleichem Niveau in einer Flüssigkeit ist der Druck in alle Richtungen gleich.

Das Bild zeigt Manometer aus Metall . Der Hauptteil eines solchen Manometers ist ein zu einem Rohr gebogenes Metallrohr 1 , dessen eines Ende geschlossen ist. Das andere Ende des Rohres mit einem Hahn 4 kommuniziert mit dem Behälter, in dem der Druck gemessen wird. Wenn der Druck zunimmt, biegt sich der Schlauch. Bewegung seines geschlossenen Endes mit einem Hebel 5 und Zahnräder 3 an den Schützen weitergegeben 2 sich auf der Skala des Instruments bewegen. Wenn der Druck abnimmt, kehrt das Rohr aufgrund seiner Elastizität in seine vorherige Position zurück und der Pfeil kehrt zur Nullteilung der Skala zurück.

Kolbenflüssigkeitspumpe.

In dem früher betrachteten Versuch (§ 40) wurde gefunden, dass Wasser in einer Glasröhre unter Einwirkung des atmosphärischen Drucks hinter dem Kolben aufstieg. Diese Aktion basiert Kolben Pumps.

Die Pumpe ist in der Figur schematisch dargestellt. Es besteht aus einem Zylinder, der auf und ab geht und fest an den Wänden des Gefäßes, dem Kolben, haftet 1 . Ventile sind im unteren Teil des Zylinders und im Kolben selbst eingebaut. 2 Öffnung nur nach oben. Wenn sich der Kolben nach oben bewegt, tritt Wasser unter der Wirkung des atmosphärischen Drucks in das Rohr ein, hebt das Bodenventil an und bewegt sich hinter den Kolben.

Wenn sich der Kolben nach unten bewegt, drückt das Wasser unter dem Kolben auf das Bodenventil und es schließt sich. Gleichzeitig öffnet sich unter dem Druck des Wassers ein Ventil im Inneren des Kolbens und das Wasser fließt in den Raum über dem Kolben. Bei der nächsten Bewegung des Kolbens nach oben steigt an der Stelle auch das darüber liegende Wasser mit, das in das Auslaufrohr strömt. Gleichzeitig steigt hinter dem Kolben eine neue Portion Wasser auf, die beim anschließenden Absenken des Kolbens darüber steht, und dieser ganze Vorgang wiederholt sich immer wieder, während die Pumpe läuft.

Hydraulikpresse.

Mit dem Gesetz von Pascal können Sie die Aktion erklären hydraulische Maschine (aus dem Griechischen. Hydraulik- Wasser). Dies sind Maschinen, deren Wirkungsweise auf den Gesetzen der Bewegung und des Gleichgewichts von Flüssigkeiten beruht.

Der Hauptteil der hydraulischen Maschine sind zwei Zylinder mit unterschiedlichen Durchmessern, die mit Kolben und einem Verbindungsrohr ausgestattet sind. Der Raum unter den Kolben und das Rohr sind mit Flüssigkeit (normalerweise Mineralöl) gefüllt. Die Höhen der Flüssigkeitssäulen in beiden Zylindern sind gleich, solange keine Kräfte auf die Kolben wirken.

Nehmen wir nun an, dass die Kräfte F 1 und F 2 - auf die Kolben wirkende Kräfte, S 1 und S 2 - Bereiche der Kolben. Der Druck unter dem ersten (kleinen) Kolben ist P 1 = F 1 / S 1 und unter dem zweiten (groß) P 2 = F 2 / S 2. Nach dem Pascalschen Gesetz wird der Druck einer ruhenden Flüssigkeit in alle Richtungen gleichmäßig übertragen, d.h. P 1 = P 2 oder F 1 / S 1 = F 2 / S 2 , woher:

F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .

Daher die Stärke F 2 so viel mehr kraft F 1 , Wie viel mal größer ist die Fläche des großen Kolbens als die Fläche des kleinen Kolbens?. Wenn beispielsweise die Fläche des großen Kolbens 500 cm 2 und die des kleinen 5 cm 2 beträgt und auf den kleinen Kolben eine Kraft von 100 N wirkt, dann wirkt auf den eine 100-mal größere Kraft größeren Kolben, also 10.000 N.

So ist es mit Hilfe einer hydraulischen Maschine möglich, eine große Kraft mit einer kleinen Kraft auszugleichen.

Einstellung F 1 / F 2 zeigt den Kraftzuwachs. Im obigen Beispiel beträgt der Kraftgewinn beispielsweise 10.000 N / 100 N = 100.

Die zum Pressen (Quetschen) verwendete hydraulische Maschine wird genannt Hydraulikpresse .

Hydraulische Pressen werden dort eingesetzt, wo viel Kraft benötigt wird. Zum Beispiel zum Auspressen von Öl aus Samen in Ölmühlen, zum Pressen von Sperrholz, Pappe, Heu. Stahlwerke verwenden hydraulische Pressen, um Stahlmaschinenwellen, Eisenbahnräder und viele andere Produkte herzustellen. Moderne hydraulische Pressen können eine Kraft von mehreren zehn und mehreren hundert Millionen Newton entwickeln.

Die Vorrichtung der hydraulischen Presse ist schematisch in der Figur dargestellt. Der zu pressende Körper 1 (A) wird auf eine Plattform gestellt, die mit einem großen Kolben 2 (B) verbunden ist. Der kleine Kolben 3 (D) erzeugt einen großen Druck auf die Flüssigkeit. Dieser Druck wird auf jeden Punkt der Flüssigkeit übertragen, die die Zylinder füllt. Daher wirkt der gleiche Druck auf den zweiten, großen Kolben. Da die Fläche des 2. (großen) Kolbens jedoch größer ist als die Fläche des kleinen, ist die darauf wirkende Kraft größer als die auf den 3. Kolben (D) wirkende Kraft. Unter dieser Kraft steigt Kolben 2 (B). Wenn Kolben 2 (B) ansteigt, liegt der Körper (A) an der festen oberen Plattform an und wird zusammengedrückt. Das Manometer 4 (M) misst den Flüssigkeitsdruck. Das Sicherheitsventil 5 (P) öffnet automatisch, wenn der Flüssigkeitsdruck den zulässigen Wert überschreitet.

Aus einem kleinen Zylinder wird eine große Flüssigkeit durch wiederholte Bewegungen des kleinen Kolbens 3 (D) gepumpt. Dies geschieht auf folgende Weise. Wenn der kleine Kolben (D) angehoben wird, öffnet Ventil 6 (K) und Flüssigkeit wird in den Raum unter dem Kolben gesaugt. Wenn der kleine Kolben unter der Wirkung des Flüssigkeitsdrucks abgesenkt wird, schließt Ventil 6 (K), und Ventil 7 (K") öffnet, und die Flüssigkeit fließt in ein großes Gefäß.

Die Einwirkung von Wasser und Gas auf einen darin eingetauchten Körper.

Unter Wasser können wir leicht einen Stein heben, der in der Luft kaum zu heben ist. Wenn Sie den Korken unter Wasser tauchen und von Ihren Händen lösen, schwimmt er. Wie lassen sich diese Phänomene erklären?

Wir wissen (§ 38), dass die Flüssigkeit auf den Boden und die Wände des Gefäßes drückt. Und wenn ein fester Körper in die Flüssigkeit gebracht wird, dann wird auch er einem Druck ausgesetzt, wie die Wände des Gefäßes.

Betrachten Sie die Kräfte, die von der Seite der Flüssigkeit auf den darin eingetauchten Körper einwirken. Zur Vereinfachung wählen wir einen Körper, der die Form eines Parallelepipeds hat, dessen Grundflächen parallel zur Flüssigkeitsoberfläche verlaufen (Abb.). Die auf die Seitenflächen des Körpers wirkenden Kräfte sind paarweise gleich und gleichen sich aus. Unter dem Einfluss dieser Kräfte wird der Körper komprimiert. Aber die Kräfte, die auf die Ober- und Unterseite des Körpers wirken, sind nicht gleich. Auf die obere Fläche drückt von oben mit Kraft F 1 Flüssigkeitssäule hoch h ein . Auf Höhe der Unterseite entsteht durch den Druck eine Flüssigkeitssäule mit einer Höhe h 2. Dieser Druck wird, wie wir wissen (§ 37), innerhalb der Flüssigkeit nach allen Richtungen übertragen. Daher auf der Unterseite des Körpers von unten nach oben mit einer Kraft F 2 drückt eine Flüssigkeitssäule hoch h 2. Aber h 2 mehr h 1 , daher der Kraftmodul F 2 weitere Leistungsmodule F ein . Daher wird der Körper mit einer Kraft aus der Flüssigkeit herausgedrückt F vyt, gleich der Differenz der Kräfte F 2 - F 1, d.h.

Aber S·h = V, wobei V das Volumen des Parallelepipeds ist und ρ W ·V = m W die Masse der Flüssigkeit im Volumen des Parallelepipeds ist. Folglich, F vyt \u003d g m gut \u003d P gut, d.h. Die Auftriebskraft ist gleich dem Gewicht der Flüssigkeit im Volumen des darin eingetauchten Körpers(Die Auftriebskraft ist gleich dem Gewicht einer Flüssigkeit mit dem gleichen Volumen wie das Volumen des darin eingetauchten Körpers). Die Existenz einer Kraft, die einen Körper aus einer Flüssigkeit herausdrückt, ist experimentell leicht zu entdecken. Auf dem Bild aber zeigt einen an einer Feder aufgehängten Körper mit einem Pfeilzeiger am Ende. Der Pfeil markiert die Spannung der Feder am Stativ. Wenn der Körper ins Wasser gelassen wird, zieht sich die Feder zusammen (Abb. B). Die gleiche Kontraktion der Feder wird erreicht, wenn Sie mit etwas Kraft von unten nach oben auf den Körper einwirken, z. B. mit der Hand darauf drücken (anheben). Daher bestätigt die Erfahrung dies Eine Kraft, die auf einen Körper in einer Flüssigkeit wirkt, drückt den Körper aus der Flüssigkeit. Für Gase gilt bekanntlich auch das Pascalsche Gesetz. Deshalb Körper im Gas werden einer Kraft ausgesetzt, die sie aus dem Gas drückt. Unter dem Einfluss dieser Kraft steigen die Ballons auf. Die Existenz einer Kraft, die einen Körper aus einem Gas herausdrückt, kann auch experimentell beobachtet werden. Wir hängen eine Glaskugel oder einen großen, mit einem Korken verschlossenen Kolben an eine verkürzte Waagschale. Die Waage ist ausbalanciert. Dann wird ein breites Gefäß unter den Kolben (oder die Kugel) gestellt, so dass es den gesamten Kolben umgibt. Das Gefäß ist mit Kohlendioxid gefüllt, dessen Dichte größer ist als die Dichte von Luft (also Kohlendioxid sinkt und füllt das Gefäß, wobei Luft daraus verdrängt wird). In diesem Fall ist das Gleichgewicht der Waage gestört. Eine Tasse mit aufgehängtem Kolben erhebt sich (Abb.). Ein in Kohlendioxid getauchter Kolben erfährt eine größere Auftriebskraft als die, die an Luft auf ihn wirkt. Die Kraft, die einen Körper aus einer Flüssigkeit oder einem Gas herausdrückt, ist der auf diesen Körper wirkenden Schwerkraft entgegen gerichtet. Daher prolkosmos). Das erklärt, warum wir im Wasser manchmal leicht Körper anheben, die wir kaum in der Luft halten können. An der Feder hängen ein kleiner Eimer und ein zylindrischer Körper (Abb. a). Der Pfeil auf dem Stativ markiert die Ausdehnung der Feder. Es zeigt das Gewicht des Körpers in der Luft. Nach dem Anheben des Körpers wird ein Abflussgefäß darunter gestellt, das bis zur Höhe des Abflussrohrs mit Flüssigkeit gefüllt ist. Danach wird der Körper vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht (Abb. b). Dabei ein Teil der Flüssigkeit, dessen Volumen dem Körpervolumen entspricht, wird ausgegossen aus einem Gießgefäß in ein Glas. Die Feder zieht sich zusammen und der Zeiger der Feder steigt, um die Gewichtsabnahme des Körpers in der Flüssigkeit anzuzeigen. In diesem Fall wirkt zusätzlich zur Schwerkraft eine weitere Kraft auf den Körper, die ihn aus der Flüssigkeit drückt. Wenn die Flüssigkeit aus dem Glas in den oberen (d. h. vom Körper verdrängten) Eimer gegossen wird, kehrt der Federzeiger in seine Ausgangsposition zurück (Abb. c). Aus dieser Erfahrung lässt sich schließen Die Kraft, die einen vollständig in eine Flüssigkeit eingetauchten Körper drückt, ist gleich dem Gewicht der Flüssigkeit im Volumen dieses Körpers . Zu demselben Schluss kamen wir in § 48. Wenn ein ähnliches Experiment mit einem in Gas getauchten Körper durchgeführt würde, würde es dies zeigen Die Kraft, die den Körper aus dem Gas drückt, ist auch gleich dem Gewicht des Gases, das im Volumen des Körpers aufgenommen wird . Man nennt die Kraft, die einen Körper aus einer Flüssigkeit oder einem Gas herausdrückt Archimedische Kraft, zu Ehren des Wissenschaftlers Archimedes der zuerst auf seine Existenz hinwies und seine Bedeutung errechnete. Die Erfahrung hat also bestätigt, dass die archimedische (oder Auftriebs-) Kraft gleich dem Gewicht der Flüssigkeit im Volumen des Körpers ist, d.h. F A = P f = g m Gut. Die Masse der Flüssigkeit mf , die vom Körper verdrängt wird, kann durch ihre Dichte ρ w und das in die Flüssigkeit eingetauchte Volumen des Körpers V t ausgedrückt werden (da V l - das Volumen der vom Körper verdrängten Flüssigkeit gleich ist V t - das Volumen des Körpers, der in die Flüssigkeit eingetaucht ist), dh m W = ρ W V t. Dann erhalten wir: F A= g F · v T Daher hängt die archimedische Kraft von der Dichte der Flüssigkeit ab, in die der Körper eingetaucht ist, und vom Volumen dieses Körpers. Sie hängt aber beispielsweise nicht von der Dichte der Substanz eines in eine Flüssigkeit eingetauchten Körpers ab, da diese Größe in der resultierenden Formel nicht enthalten ist. Bestimmen wir nun das Gewicht eines Körpers, der in eine Flüssigkeit (oder ein Gas) eingetaucht ist. Da die beiden auf den Körper wirkenden Kräfte in diesem Fall in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind (die Schwerkraft ist nach unten und die archimedische Kraft nach oben), ist das Gewicht des Körpers in Flüssigkeit P 1 geringer als das Gewicht des Körpers im Vakuum P = gr zur archimedischen Streitmacht F A = g m w (wo m w ist die vom Körper verdrängte Masse der Flüssigkeit oder des Gases). Auf diese Weise, Taucht ein Körper in eine Flüssigkeit oder ein Gas ein, so verliert er an Gewicht so viel, wie die von ihm verdrängte Flüssigkeit oder Gas wiegt. Beispiel. Bestimmen Sie die Auftriebskraft, die auf einen Stein mit einem Volumen von 1,6 m 3 in Meerwasser wirkt. Lassen Sie uns die Bedingung des Problems aufschreiben und es lösen. Erreicht der Schwimmkörper die Flüssigkeitsoberfläche, so nimmt bei seiner weiteren Aufwärtsbewegung die archimedische Kraft ab. Warum? Aber weil das Volumen des in die Flüssigkeit eingetauchten Körperteils abnimmt und die archimedische Kraft gleich dem Gewicht der Flüssigkeit im Volumen des darin eingetauchten Körperteils ist. Wenn die archimedische Kraft gleich der Schwerkraft wird, hält der Körper an und schwimmt auf der Oberfläche der Flüssigkeit, die teilweise darin eingetaucht ist. Die daraus resultierende Schlussfolgerung lässt sich leicht experimentell verifizieren. Gießen Sie Wasser bis zur Höhe des Ablaufrohrs in das Ablaufgefäß. Lassen Sie uns danach den Schwimmkörper in das Gefäß eintauchen, nachdem wir ihn zuvor in der Luft gewogen haben. Beim Eintauchen ins Wasser verdrängt der Körper ein Wasservolumen, das dem Volumen des eingetauchten Körperteils entspricht. Nachdem wir dieses Wasser gewogen haben, stellen wir fest, dass sein Gewicht (archimedische Kraft) gleich der Schwerkraft ist, die auf einen schwimmenden Körper wirkt, oder dem Gewicht dieses Körpers in Luft. Nachdem Sie die gleichen Experimente mit anderen Körpern durchgeführt haben, die in verschiedenen Flüssigkeiten schwimmen - in Wasser, Alkohol, Salzlösung, können Sie dies sicherstellen schwimmt ein Körper in einer Flüssigkeit, so ist das Gewicht der von ihm verdrängten Flüssigkeit gleich dem Gewicht dieses Körpers in Luft. Das ist leicht zu beweisen ist die dichte eines festen festkörpers größer als die dichte einer flüssigkeit, dann sinkt der körper in einer solchen flüssigkeit. In dieser Flüssigkeit schwimmt ein Körper mit geringerer Dichte. Ein Stück Eisen zum Beispiel sinkt in Wasser, schwimmt aber in Quecksilber. Der Körper hingegen, dessen Dichte gleich der Dichte der Flüssigkeit ist, bleibt in der Flüssigkeit im Gleichgewicht. Eis schwimmt auf der Wasseroberfläche, weil seine Dichte geringer ist als die von Wasser. Wie weniger Dichte Körper im Vergleich zur Dichte der Flüssigkeit, der kleinere Teil des Körpers taucht in die Flüssigkeit ein . Bei gleicher Dichte von Körper und Flüssigkeit schwimmt der Körper in jeder Tiefe in der Flüssigkeit. Zwei nicht mischbare Flüssigkeiten, zum Beispiel Wasser und Kerosin, befinden sich in einem Gefäß entsprechend ihrer Dichte: im unteren Teil des Gefäßes - dichteres Wasser (ρ = 1000 kg / m 3), oben - leichteres Kerosin (ρ = 800 kg / m 3) . Die durchschnittliche Dichte der bewohnten lebenden Organismen aquatische Umgebung, unterscheidet sich kaum von der Dichte des Wassers, sodass ihr Gewicht fast vollständig durch die archimedische Kraft ausgeglichen wird. Dank dessen brauchen Wassertiere keine so starken und massiven Skelette wie Landtiere. Aus dem gleichen Grund sind die Stämme von Wasserpflanzen elastisch. Die Schwimmblase eines Fisches ändert leicht ihr Volumen. Wenn der Fisch mit Hilfe von Muskeln in große Tiefe abtaucht und der Wasserdruck darauf zunimmt, zieht sich die Blase zusammen, das Volumen des Fischkörpers nimmt ab und er drückt nicht nach oben, sondern schwimmt in der Tiefe. So kann der Fisch in gewissen Grenzen die Tiefe seines Tauchgangs regulieren. Wale regulieren ihre Tauchtiefe, indem sie ihre Lungenkapazität zusammenziehen und erweitern. Segelschiffe. Schiffe, die auf Flüssen, Seen, Meeren und Ozeanen schwimmen, werden aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlicher Dichte gebaut. Der Rumpf von Schiffen besteht in der Regel aus Stahlblech. Alle inneren Befestigungselemente, die Schiffen Festigkeit verleihen, bestehen ebenfalls aus Metall. Für den Bau von Schiffen werden verschiedene Materialien verwendet, die im Vergleich zu Wasser sowohl eine höhere als auch eine geringere Dichte aufweisen. Wie schwimmen Schiffe, nehmen an Bord und tragen große Lasten? Ein Versuch mit einem Schwimmkörper (§ 50) hat gezeigt, dass der Körper mit seinem Unterwasserteil so viel Wasser verdrängt, dass dieses Wasser an Gewicht gleich dem Gewicht des Körpers in Luft ist. Dies gilt auch für jedes Schiff. Das durch den Unterwasserteil des Schiffes verdrängte Wassergewicht ist gleich dem Gewicht des Schiffes mit Ladung in der Luft oder der auf das Schiff mit Ladung wirkenden Schwerkraft. Die Tiefe, bis zu der ein Schiff in Wasser getaucht ist, wird genannt Entwurf . Der tiefste zulässige Tiefgang ist auf dem Schiffsrumpf mit einer roten Linie gekennzeichnet Wasserlinie (aus dem Holländischen. Wasser- Wasser). Das Gewicht des Wassers, das vom Schiff verdrängt wird, wenn es bis zur Wasserlinie eingetaucht ist, gleich stark die auf ein beladenes Schiff wirkende Schwerkraft wird als Verdrängung des Schiffes bezeichnet. Derzeit werden für den Öltransport Schiffe mit einer Verdrängung von 5.000.000 kN (5 10 6 kN) und mehr gebaut, also mit einer Masse von 500.000 Tonnen (5 10 5 t) und mehr zusammen mit der Ladung. Wenn wir das Gewicht des Schiffes selbst von der Verdrängung abziehen, erhalten wir die Tragfähigkeit dieses Schiffes. Die Tragfähigkeit gibt das Gewicht der vom Schiff beförderten Fracht an. Seitdem gibt es Schiffbau Antikes Ägypten, in Phönizien (es wird angenommen, dass die Phönizier einer der besten Schiffsbauer waren), im alten China. In Russland entstand der Schiffbau um die Wende vom 17. zum 18. Jahrhundert. Hauptsächlich wurden Kriegsschiffe gebaut, aber in Russland entstanden die ersten Eisbrecher, Schiffe mit Verbrennungsmotor, nuklearer Eisbrecher"Arktis". Luftfahrt. Zeichnung, die den Ballon der Gebrüder Montgolfier von 1783 beschreibt: "Ansicht und genaue Abmessungen der Ballonkugel, die die erste war." 1786 Seit jeher träumen die Menschen davon, über den Wolken fliegen zu können, im Ozean der Luft zu schwimmen, wie sie auf dem Meer segelten. Für die Luftfahrt Zunächst wurden Ballons verwendet, die entweder mit erhitzter Luft oder mit Wasserstoff oder Helium gefüllt waren. Damit ein Ballon in die Luft aufsteigen kann, muss die archimedische Kraft (Auftrieb) F A, auf den Ball wirkend, war mehr als die Schwerkraft F schwer, d.h. F A > F schwer Wenn die Kugel aufsteigt, nimmt die auf sie wirkende archimedische Kraft ab ( F A = gρV), da die Dichte der oberen Atmosphäre geringer ist als die der Erdoberfläche. Um höher zu steigen, wird ein spezieller Ballast (Gewicht) von der Kugel abgeworfen und dies erleichtert die Kugel. Schließlich erreicht der Ball seine maximale Hubhöhe. Um die Kugel abzusenken, wird ein Teil des Gases über ein spezielles Ventil aus ihrer Hülle abgelassen. In horizontaler Richtung bewegt sich der Ballon nur unter dem Einfluss des Windes, so heißt es Ballon (aus dem Griechischen Luft- Luft, Zustand- stehen). Vor nicht allzu langer Zeit wurden mit riesigen Ballons die oberen Schichten der Atmosphäre, die Stratosphäre, untersucht - Stratostaten . Bevor sie lernten, wie man große Flugzeuge für den Transport von Passagieren und Fracht auf dem Luftweg baut, wurden gesteuerte Ballons verwendet - Luftschiffe. Sie haben eine längliche Form, unter der Karosserie ist eine Gondel mit Motor aufgehängt, die den Propeller antreibt. Der Ballon steigt nicht nur von selbst auf, sondern kann auch einige Fracht anheben: eine Kabine, Menschen, Instrumente. Um herauszufinden, welche Art von Last ein Ballon heben kann, ist es daher notwendig, sie zu bestimmen. Hubkraft. Lassen Sie zum Beispiel einen mit Helium gefüllten Ballon mit einem Volumen von 40 m 3 in die Luft schießen. Die Masse des Heliums, das die Hülle der Kugel füllt, ist gleich: m Ge \u003d ρ Ge V \u003d 0,1890 kg / m 3 40 m 3 \u003d 7,2 kg, und sein Gewicht ist: PGe = gmGe; P Ge \u003d 9,8 N / kg 7,2 kg \u003d 71 N. Die Auftriebskraft (Archimedisch), die auf diese Kugel in der Luft wirkt, ist gleich dem Gewicht von Luft mit einem Volumen von 40 m 3, d.h. FA \u003d g ρ Luft V; F A \u003d 9,8 N / kg 1,3 kg / m 3 40 m 3 \u003d 520 N. Das bedeutet, dass diese Kugel eine Last von 520 N - 71 N = 449 N heben kann. Dies ist ihre Hubkraft. Ein Ballon gleichen Volumens, aber gefüllt mit Wasserstoff, kann eine Last von 479 N heben. Das bedeutet, dass seine Auftriebskraft größer ist als die eines mit Helium gefüllten Ballons. Trotzdem wird Helium häufiger verwendet, da es nicht brennt und daher sicherer ist. Wasserstoff ist ein brennbares Gas. Es ist viel einfacher, einen mit heißer Luft gefüllten Ballon zu heben und zu senken. Dazu befindet sich ein Brenner unter dem Loch im unteren Teil der Kugel. Mit einem Gasbrenner können Sie die Temperatur der Luft im Inneren des Balls, dh ihre Dichte und ihren Auftrieb, steuern. Damit die Kugel höher steigt, reicht es aus, die Luft darin stärker zu erhitzen und die Flamme des Brenners zu erhöhen. Wenn die Brennerflamme abnimmt, nimmt die Temperatur der Luft in der Kugel ab und die Kugel geht nach unten. Es ist möglich, eine solche Temperatur des Balls zu wählen, bei der das Gewicht des Balls und der Kabine gleich der Auftriebskraft ist. Dann hängt der Ball in der Luft, und es ist einfach, Beobachtungen von ihm aus zu machen. Mit der Entwicklung der Wissenschaft gab es auch bedeutende Veränderungen in der Luftfahrttechnologie. Es wurde möglich, neue Schalen für Ballons zu verwenden, die haltbar, frostbeständig und leicht wurden. Erfolge auf dem Gebiet der Funktechnik, Elektronik und Automatisierung ermöglichten die Konstruktion unbemannter Ballons. Diese Ballons werden zur Untersuchung von Luftströmungen, für die geografische und biomedizinische Forschung in den unteren Schichten der Atmosphäre verwendet. Warum stürzt eine Person, die auf Skiern steht, nicht in losen Schnee? Warum hat ein Auto mit breiten Reifen mehr Auftrieb als ein Auto mit normalen Reifen? Warum braucht ein Traktor Raupen? Wir werden die Antwort auf diese Fragen finden, indem wir uns mit der physikalischen Größe namens Druck vertraut machen. Solider Körperdruck Wenn eine Kraft nicht auf einen Punkt des Körpers, sondern auf viele Punkte wirkt, dann wirkt sie auf die Oberfläche des Körpers. Man spricht in diesem Fall vom Druck, den diese Kraft auf die Oberfläche eines Festkörpers ausübt. In der Physik ist Druck eine physikalische Größe, numerisch gleich dem Verhältnis Kraft, die auf eine senkrecht dazu stehende Fläche wirkt, auf den Bereich dieser Fläche. p = F/S , wo R - Druck; F - auf die Oberfläche wirkende Kraft; S - Oberfläche. Druck entsteht also, wenn eine Kraft auf eine senkrecht dazu stehende Fläche einwirkt. Die Größe des Drucks hängt von der Größe dieser Kraft ab und ist ihr direkt proportional. Je größer die Kraft, desto größer der Druck, den sie pro Flächeneinheit erzeugt. Der Elefant ist schwerer als der Tiger und übt daher mehr Druck auf die Oberfläche aus. Das Auto drückt stärker auf die Straße als der Fußgänger. Der Druck eines Festkörpers ist umgekehrt proportional zur Fläche, auf die die Kraft wirkt. Jeder weiß, dass das Gehen im Tiefschnee schwierig ist, da die Beine ständig durchfallen. Aber Skifahren ist ziemlich einfach. Die Sache ist, dass eine Person in beiden Fällen mit der gleichen Kraft auf den Schnee einwirkt - der Schwerkraft. Diese Kraft verteilt sich aber auf Flächen mit unterschiedlichen Flächen. Da die Fläche der Skier größer ist als die Fläche der Schuhsohlen, wird das Gewicht einer Person in diesem Fall auf eine größere Fläche verteilt. Und die pro Flächeneinheit wirkende Kraft ist um ein Vielfaches kleiner. Daher übt eine Person, die auf Skiern steht, weniger Druck auf den Schnee aus und stürzt nicht hinein. Durch Ändern der Oberfläche können Sie den Druck erhöhen oder verringern. Beim Wandern wählen wir einen Rucksack mit breiten Trägern, um den Druck auf die Schulter zu reduzieren. Um den Druck des Gebäudes auf den Boden zu verringern, vergrößern Sie die Fläche des Fundaments. Lkw-Reifen sind breiter als Pkw-Reifen, damit sie weniger Druck auf den Boden ausüben. Aus dem gleichen Grund wird ein Traktor oder Panzer auf Ketten und nicht auf Rädern hergestellt. Messer, Klingen, Scheren, Nadeln werden scharf geschärft, damit sie eine möglichst kleine Fläche des schneidenden oder stechenden Teils haben. Und dann wird auch mit Hilfe einer kleinen aufgebrachten Kraft viel Druck erzeugt. Aus dem gleichen Grund hat die Natur Tiere mit scharfen Zähnen, Reißzähnen und Krallen ausgestattet. Druck ist eine skalare Größe. IN Feststoffe sie wird in Kraftrichtung übertragen. Die Einheit der Kraft ist Newton. Die Flächeneinheit ist m 2 . Daher ist die Druckeinheit N/m 2 . Dieser Wert im internationalen Einheitensystem wird SI genannt paskal (Pa oder Ra). Es erhielt seinen Namen zu Ehren des französischen Physikers Blaise Pascal. Ein Druck von 1 Pascal bewirkt eine Kraft von 1 Newton, die auf eine Fläche von 1 m 2 wirkt. 1 Pa = 1 N/m2 . Andere Systeme verwenden Einheiten wie Bar, Atmosphäre, mmHg. Kunst. (Millimeter Quecksilbersäule) usw. Druck in Flüssigkeiten Wenn in einem Festkörper Druck in Richtung der Kraft übertragen wird, dann gilt in Flüssigkeiten und Gasen nach dem Pascalschen Gesetz „ jeder auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck wird unverändert in alle Richtungen übertragen ». Lassen Sie uns eine Kugel mit winzigen Löchern, die mit einem schmalen Rohr in Form eines Zylinders verbunden sind, mit Flüssigkeit füllen. Lassen Sie uns die Kugel mit Flüssigkeit füllen, den Kolben in das Rohr einsetzen und ihn bewegen. Der Kolben drückt auf die Flüssigkeitsoberfläche. Dieser Druck wird auf jeden Punkt der Flüssigkeit übertragen. Flüssigkeit beginnt aus den Löchern in der Kugel zu fließen. Wenn wir den Ballon mit Rauch füllen, sehen wir das gleiche Ergebnis. Das bedeutet, dass auch in Gasen Druck in alle Richtungen übertragen wird. Auf die Flüssigkeit wirkt wie auf jeden Körper auf der Erdoberfläche die Schwerkraft. Jede Flüssigkeitsschicht im Behälter erzeugt durch ihr Eigengewicht Druck. Dies wird durch das folgende Experiment bestätigt. Wenn Wasser in ein Glasgefäß gegossen wird, dessen Boden nicht mit einer Gummifolie versehen ist, wird die Folie unter dem Gewicht des Wassers durchhängen. Und je mehr Wasser vorhanden ist, desto stärker biegt sich die Folie. Wenn wir dieses Gefäß mit Wasser allmählich in einen anderen Behälter eintauchen, der ebenfalls mit Wasser gefüllt ist, wird sich der Film beim Absinken aufrichten. Und wenn die Wasserstände in Gefäß und Behälter gleich sind, richtet sich die Folie vollständig auf. Auf gleichem Niveau ist der Druck in der Flüssigkeit gleich. Mit zunehmender Tiefe nimmt sie aber zu, da die Moleküle der oberen Schichten Druck auf die Moleküle der unteren Schichten ausüben. Und diese wiederum üben Druck auf die Moleküle der noch tiefer liegenden Schichten aus. Daher ist der Druck am tiefsten Punkt des Tanks am höchsten. Der Druck in der Tiefe wird durch die Formel bestimmt: p = ρ g h , wo P - Druck (Pa); ρ - Flüssigkeitsdichte (kg / m 3); g - Beschleunigung im freien Fall (9,81 m/s); h - Höhe der Flüssigkeitssäule (m). Aus der Formel ist ersichtlich, dass der Druck mit der Tiefe zunimmt. Je tiefer der Ozean sinkt tauchfähig desto mehr Druck wird es erfahren. Atmosphärendruck Evangelista Torricelli Wer weiß, wenn der Herzog der Toskana 1638 nicht beschlossen hätte, die Gärten von Florenz mit wunderschönen Springbrunnen zu schmücken, wäre der atmosphärische Druck nicht im 17. Jahrhundert entdeckt worden, sondern viel später. Wir können sagen, dass diese Entdeckung zufällig gemacht wurde. Damals glaubte man, dass das Wasser hinter dem Kolben der Pumpe aufsteigen würde, weil, wie Aristoteles sagte, „die Natur keine Leere duldet“. Die Veranstaltung war jedoch nicht erfolgreich. Das Wasser in den Brunnen stieg wirklich an und füllte die entstandene "Leere", aber in einer Höhe von 10,3 m hörte es auf. Sie wandten sich hilfesuchend an Galileo Galilei. Da er keine logische Erklärung finden konnte, wies er seine Schüler an - Evangelista Torricelli Und Vincenzo Viviani Experimente durchführen. Bei der Suche nach der Ursache des Versagens fanden die Schüler von Galileo heraus, dass verschiedene Flüssigkeiten hinter der Pumpe unterschiedlich hoch aufsteigen. Je dichter die Flüssigkeit ist, desto geringer kann sie aufsteigen. Da die Dichte von Quecksilber die 13-fache von Wasser ist, kann es auf eine 13-mal geringere Höhe steigen. Daher verwendeten sie in ihrem Experiment Quecksilber. 1644 wurde das Experiment durchgeführt. Das Glasrohr war mit Quecksilber gefüllt. Dann wurde es in einen Behälter geworfen, der ebenfalls mit Quecksilber gefüllt war. Nach einiger Zeit stieg die Quecksilbersäule in der Röhre an. Aber er füllte nicht die ganze Röhre. Über der Quecksilbersäule war ein leerer Raum. Es wurde später als "Torricellianische Leere" bezeichnet. Aber auch Quecksilber floss nicht aus der Röhre in den Behälter. Torricelli erklärte dies damit, dass atmosphärische Luft auf Quecksilber drückt und es in der Röhre hält. Und die Höhe der Quecksilbersäule in der Röhre zeigt die Größe dieses Drucks. Dies war das erste Mal, dass der atmosphärische Druck gemessen wurde. Die Atmosphäre der Erde ist ihre Lufthülle, die durch die Anziehungskraft in ihrer Nähe gehalten wird. Die Gasmoleküle, aus denen diese Hülle besteht, bewegen sich ständig und zufällig. Unter dem Einfluss der Schwerkraft drücken die oberen Schichten der Atmosphäre auf die unteren Schichten und komprimieren sie. Die unterste Schicht nahe der Erdoberfläche wird am stärksten komprimiert. Daher ist der Druck darin am größten. Nach dem Pascalschen Gesetz überträgt es diesen Druck in alle Richtungen. Es wird von allem erfahren, was sich auf der Erdoberfläche befindet. Dieser Druck wird aufgerufen Luftdruck . Da der atmosphärische Druck durch die darüber liegenden Luftschichten entsteht, nimmt er mit zunehmender Höhe ab. Es ist bekannt, dass es hoch in den Bergen weniger ist als am Fuße der Berge. Und tief unter der Erde ist es viel höher als an der Oberfläche. Normaler atmosphärischer Druck ist der Druck, der dem Druck einer 760 mm hohen Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 0 o C entspricht. Luftdruckmessung Da atmosphärische Luft in verschiedenen Höhen eine unterschiedliche Dichte hat, kann der Wert des atmosphärischen Drucks nicht durch die Formel bestimmt werdenP = ρ · g · h . Daher wird es mit speziellen Instrumenten bestimmt, die als bezeichnet werden Barometer . Unterscheiden Sie zwischen flüssigen Barometern und Aneroiden (nicht flüssig). Der Betrieb von Flüssigkeitsbarometern basiert auf der Änderung der Flüssigkeitsstandssäule unter dem Druck der Atmosphäre. Der Aneroid ist ein versiegelter Behälter aus Wellblech, in dem ein Vakuum erzeugt wird. Der Behälter zieht sich zusammen, wenn der atmosphärische Druck steigt, und richtet sich auf, wenn er abgesenkt wird. All diese Änderungen werden mittels einer federnden Metallplatte auf den Pfeil übertragen. Das Ende des Pfeils bewegt sich entlang der Skala. Indem man die Werte des Barometers ändert, kann man davon ausgehen, wie sich das Wetter in den kommenden Tagen entwickeln wird. Steigt der Luftdruck, ist mit klarem Wetter zu rechnen. Und wenn es untergeht, wird es bewölkt sein. Lesen Sie auch: 0 Parallelwelten existieren! 2022-03-27 19:24:26 0 Warum Pi. Die mysteriöse Zahl "pi". 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