La pression est une grandeur physique qui joue un rôle particulier dans la nature et la vie humaine. Ce phénomène invisible n'affecte pas seulement la condition environnement, mais aussi très bien ressenti par tout le monde. Voyons ce que c'est, quels types il existe et comment trouver la pression (formule) dans environnements différents Oh.

Qu'est-ce que la pression en physique et en chimie ?

Ce terme fait référence à une grandeur thermodynamique importante, qui s'exprime dans le rapport de la force de pression exercée perpendiculairement à la surface sur laquelle elle agit. Ce phénomène ne dépend pas de la taille du système dans lequel il opère, et fait donc référence à des quantités intensives.

En état d’équilibre, la pression est la même en tous points du système.

En physique et en chimie, il est désigné par la lettre « P », qui est une abréviation du nom latin du terme – pressūra.

Si nous parlons deà propos de la pression osmotique d'un liquide (l'équilibre entre la pression à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule), la lettre « P » est utilisée.

Unités de pression

Selon les normes du Système International SI, le phénomène physique en question est mesuré en pascals (cyrillique - Pa, latin - Ra).

Sur la base de la formule de pression, il s'avère qu'un Pa est égal à un N (newton - divisé par un mètre carré(unité de surface).

Cependant, en pratique, il est assez difficile d'utiliser des pascals, car cette unité est très petite. À cet égard, en plus des normes SI, cette quantité peut être mesurée différemment.

Vous trouverez ci-dessous ses analogues les plus célèbres. La plupart d’entre eux sont largement utilisés dans l’ex-URSS.

• Barres. Une barre équivaut à 105 Pa.
• Torrs, ou millimètres de mercure. Environ un torr correspond à 133,3223684 Pa.
• Millimètres de colonne d'eau.
• Mètres de colonne d'eau.
• Ambiances techniques.
• Ambiances physiques. Un atm équivaut à 101 325 Pa et 1,033233 atm.
• Kilogramme-force par centimètre carré. On distingue également la tonne-force et la force-gramme. De plus, il existe un analogue de la livre-force par pouce carré.

Formule générale pour la pression (physique de 7e année)

A partir de la définition d'une grandeur physique donnée, on peut déterminer la méthode pour la trouver. Cela ressemble à la photo ci-dessous.

Dans celui-ci, F est la force et S est l'aire. En d’autres termes, la formule permettant de déterminer la pression est la force divisée par la surface sur laquelle elle agit.

Elle peut aussi s'écrire ainsi : P = mg/S ou P = pVg/S. Ainsi, cette grandeur physique s'avère être liée à d'autres variables thermodynamiques : volume et masse.

Pour la pression, le principe suivant s'applique : plus l'espace affecté par la force est petit, plus la force de pression qui s'y exerce est grande. Si la surface augmente (avec la même force), la valeur souhaitée diminue.

Formule de pression hydrostatique

Différent états d'agrégation substances, prévoient la présence de propriétés différentes les unes des autres. Sur cette base, les méthodes permettant de déterminer P seront également différentes.

Par exemple, la formule pour la pression de l'eau (hydrostatique) ressemble à ceci : P = pgh. Cela s'applique également aux gaz. Cependant, il ne peut pas être utilisé pour calculer pression atmosphérique, en raison des différences d'altitude et de densité de l'air.

Dans cette formule, p est la densité, g est l'accélération chute libre, et h est la hauteur. Sur cette base, plus un objet ou un objet est immergé profondément, plus la pression exercée sur lui à l'intérieur du liquide (gaz) est élevée.

L'option envisagée est une adaptation de l'exemple classique P = F / S.

Si l'on se souvient que la force est égale à la dérivée de la masse par la vitesse de chute libre (F = mg), et que la masse du liquide est la dérivée du volume par la densité (m = pV), alors la formule pression peut être écrit P = pVg / S. Dans ce cas, le volume est la surface multipliée par la hauteur (V = Sh).

Si nous insérons ces données, il s'avère que l'aire du numérateur et du dénominateur peut être réduite en sortie - la formule ci-dessus : P = pgh.

Lorsque l'on considère la pression dans les liquides, il convient de rappeler que, contrairement aux solides, une courbure de la couche superficielle y est souvent possible. Et cela, à son tour, contribue à la formation d’une pression supplémentaire.

Pour de telles situations, une formule de pression légèrement différente est utilisée : P = P 0 + 2QH. Dans ce cas, P 0 est la pression de la couche non incurvée et Q est la surface de tension du liquide. H est la courbure moyenne de la surface, qui est déterminée selon la loi de Laplace : H = ½ (1/R 1 + 1/R 2). Les composantes R 1 et R 2 sont les rayons de courbure principale.

Pression partielle et sa formule

Bien que la méthode P = pgh soit applicable aussi bien aux liquides qu'aux gaz, il est préférable de calculer la pression dans ces derniers d'une manière légèrement différente.

Le fait est que dans la nature, en règle générale, ce n'est absolument pas très courant substances pures, parce que les mélanges y prédominent. Et cela s’applique non seulement aux liquides, mais aussi aux gaz. Et comme vous le savez, chacune de ces composantes exerce une pression différente, dite partielle.

C'est assez simple à définir. Elle est égale à la somme des pressions de chaque composant du mélange considéré (gaz parfait).

Il s'ensuit que la formule de la pression partielle ressemble à ceci : P = P 1 + P 2 + P 3... et ainsi de suite, selon le nombre de composants constitutifs.

Il arrive souvent qu'il soit nécessaire de déterminer la pression atmosphérique. Cependant, certaines personnes effectuent par erreur des calculs uniquement avec de l'oxygène selon le schéma P = pgh. Mais l’air est un mélange de différents gaz. Il contient de l'azote, de l'argon, de l'oxygène et d'autres substances. Sur la base de la situation actuelle, la formule de la pression atmosphérique est la somme des pressions de tous ses composants. Cela signifie que nous devrions prendre le P = P 1 + P 2 + P 3 mentionné ci-dessus...

Les instruments les plus courants pour mesurer la pression

Bien qu'il ne soit pas difficile de calculer la grandeur thermodynamique en question à l'aide des formules mentionnées ci-dessus, on n'a parfois tout simplement pas le temps d'effectuer le calcul. Après tout, vous devez toujours prendre en compte de nombreuses nuances. Par conséquent, pour plus de commodité, un certain nombre d’appareils ont été développés au cours de plusieurs siècles pour effectuer cette tâche à la place des personnes.

En fait, presque tous les appareils de ce type sont une sorte de manomètre (aide à déterminer la pression dans les gaz et les liquides). Cependant, ils diffèrent par leur conception, leur précision et leur champ d'application.

• La pression atmosphérique est mesurée à l'aide d'un manomètre appelé baromètre. S'il est nécessaire de déterminer le vide (c'est-à-dire la pression inférieure à la pression atmosphérique), un autre type de celui-ci est utilisé, un vacuomètre.
• Afin de connaître la tension artérielle d'une personne, un sphygmomanomètre est utilisé. Il est mieux connu de la plupart des gens sous le nom de tensiomètre non invasif. Il existe de nombreuses variétés de tels appareils : du mercure mécanique au numérique entièrement automatique. Leur précision dépend des matériaux à partir desquels ils sont fabriqués et du lieu de mesure.
• Les chutes de pression dans l'environnement (en anglais - pression chute) sont déterminées à l'aide de manomètres différentiels (à ne pas confondre avec les dynamomètres).

Types de pression

Compte tenu de la pression, de la formule pour la trouver et de ses variations pour différentes substances, il vaut la peine de se renseigner sur les variétés de cette quantité. Il y en a cinq.

• Absolu.
• Barométrique
• Excessif.
• Métrique du vide.
• Différentiel.

Absolu

C'est le nom de la pression totale sous laquelle se trouve une substance ou un objet, sans tenir compte de l'influence des autres composants gazeux de l'atmosphère.

Elle se mesure en pascals et correspond à la somme de l’excès et de la pression atmosphérique. C'est aussi la différence entre les types barométriques et à vide.

Il est calculé selon la formule P = P 2 + P 3 ou P = P 2 - P 4.

Le point de départ de la pression absolue dans les conditions de la planète Terre est la pression à l'intérieur du récipient dont l'air a été retiré (c'est-à-dire un vide classique).

Seul ce type de pression est utilisé dans la plupart des formules thermodynamiques.

Barométrique

Ce terme fait référence à la pression de l'atmosphère (gravité) sur tous les objets et objets qui s'y trouvent, y compris la surface de la Terre elle-même. La plupart des gens le connaissent aussi comme étant atmosphérique.

Il est classé comme un et sa valeur varie en fonction du lieu et de l'heure de la mesure, ainsi que des conditions météorologiques et de l'emplacement au-dessus/au-dessous du niveau de la mer.

L'ampleur de la pression barométrique est égale au module de la force atmosphérique sur une surface d'une unité qui lui est normale.

Dans une atmosphère stable, la valeur de ceci phénomène physiqueégal au poids d'une colonne d'air sur une base d'aire égale à un.

La pression barométrique normale est de 101 325 Pa (760 mm Hg à 0 degré Celsius). De plus, plus l'objet est élevé par rapport à la surface de la Terre, plus la pression de l'air sur lui diminue. Tous les 8 km, elle diminue de 100 Pa.

Grâce à cette propriété, l'eau des bouilloires bout beaucoup plus vite en montagne que sur la cuisinière à la maison. Le fait est que la pression affecte le point d'ébullition : à mesure qu'elle diminue, ce dernier diminue. Et vice versa. Le fonctionnement d'appareils de cuisine tels qu'un autocuiseur et un autoclave est basé sur cette propriété. L'augmentation de la pression à l'intérieur d'eux contribue à la formation de températures plus élevées dans les récipients que dans les casseroles ordinaires sur la cuisinière.

La formule de l'altitude barométrique est utilisée pour calculer la pression atmosphérique. Cela ressemble à la photo ci-dessous.

P est la valeur souhaitée en altitude, P 0 est la densité de l'air près de la surface, g est l'accélération de la chute libre, h est la hauteur au-dessus de la Terre, m - masse molaire gaz, t est la température du système, r est la constante universelle des gaz 8,3144598 J⁄ (mol x K) et e est le nombre d'Eichler égal à 2,71828.

Souvent, dans la formule ci-dessus pour la pression atmosphérique, K est utilisé à la place de R - Constante de Boltzmann. La constante universelle des gaz est souvent exprimée par son produit par le nombre d'Avogadro. Il est plus pratique pour les calculs lorsque le nombre de particules est indiqué en moles.

Lors des calculs, vous devez toujours prendre en compte la possibilité de changements de température de l'air dus à un changement de situation météorologique ou à une augmentation de l'altitude au-dessus du niveau de la mer, ainsi que de la latitude géographique.

Jauge et vide

La différence entre la pression atmosphérique et la pression ambiante mesurée est appelée surpression. En fonction du résultat, le nom de la quantité change.

S’il est positif, on parle de pression manométrique.

Si le résultat obtenu présente un signe moins, on l'appelle vacuométrique. Il convient de rappeler qu’elle ne peut pas être supérieure à la valeur barométrique.

Différentiel

Cette valeur est la différence de pression aux différents points de mesure. En règle générale, il est utilisé pour déterminer la chute de pression sur n'importe quel équipement. Cela est particulièrement vrai dans l’industrie pétrolière.

Après avoir compris quel type de grandeur thermodynamique est appelée pression et avec quelles formules on la trouve, nous pouvons conclure que ce phénomène est très important et que sa connaissance ne sera donc jamais superflue.

Pression- une grandeur physique numériquement égale à la force agissant par unité de surface perpendiculaire à cette surface. Le symbole couramment utilisé pour indiquer la pression est p- du lat. pression(pression).

La pression sur la surface peut avoir une répartition inégale, c'est pourquoi on distingue la pression sur un fragment local de la surface et la pression moyenne sur l'ensemble de la surface.

La pression sur une surface locale est définie comme le rapport de la composante normale de la force dF n, agissant sur ce fragment de surface, à l'aire de ce fragment DS:

La pression moyenne sur toute la surface est le rapport de la composante normale de la force Fn, agissant sur une surface donnée, à son aire S:

La pression des gaz et des liquides est mesurée à l'aide de manomètres, de manomètres différentiels, de vacuomètres, de capteurs de pression et de baromètres de pression atmosphérique.

Les unités de mesure de pression ont une longue histoire et, compte tenu des différents milieux (liquide, gaz, solide), sont très diverses. Donnons les principaux.

Pascal

Dans le système international d'unités ( SI) se mesure en pascals (désignation russe : Pennsylvanie; international: Pennsylvanie). Pascal est égal à la pression provoquée par une force égale à un newton, uniformément répartie sur une surface qui lui est normale et d'une superficie d'un mètre carré.

1 Pa = 1 N/m 2

Un pascal est une petite pression. Approximativement, cette pression est créée par un morceau de papier d'un cahier d'écolier posé sur la table. Par conséquent, plusieurs unités de pression sont souvent utilisées :

On obtient alors la correspondance suivante : 1 MPa = 1 MN/m² = 1 N/mm² = 100 N/cm².
De plus, les échelles des instruments de mesure de pression peuvent être graduées en valeurs N/m 2 ou N/mm 2.

Rapports de valeurs à 1 Pa :

Dinah

Dinah(Désignation russe : din, désignation internationale : dyn) - une unité de force dans le système d'unités du SGH. Un dyne est numériquement égal à la force qui confère à un corps pesant 1 gramme une accélération d'un centimètre par seconde par seconde.

1 dyne = 1 g cm/s 2 = 10 -5 H = 1,0197 10 -6 kgf

SGH(centimètre-gramme-seconde) est un système de mesure largement utilisé avant l'adoption du Système international d'unités (SI). Autre nom - absolu système physique unités.

Bar Bar Bar)

Barreau (désignation russe : bar; international: bar;) - une unité de pression non systémique, approximativement égale à une atmosphère, utilisée pour les liquides et les gaz sous pression.

Pourquoi bar et pas pascal ? Pour mesures techniques, le cas échéant haute pression, pascal est une unité trop petite. Par conséquent, une unité plus grande a été introduite - 1 bar. C'est approximativement la pression de l'atmosphère terrestre.

Le bar est une unité de mesure de pression non systémique.

Kilogramme-force

Kilogramme-force est égale à la force qui confère à une masse au repos, égale à la masse du prototype international du kilogramme, une accélération égale à l'accélération normale de la gravité (9,80665 m/s 2).

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

Un kilogramme-force est approximativement égal à la force avec laquelle un corps pesant 1 kilogramme appuie sur une balance à la surface de la Terre, il est donc pratique que sa valeur soit égale au poids d'un corps pesant 1 kg, donc il Il est facile pour une personne d'imaginer, par exemple, ce qu'est une force de 5 kgf.

Kilogramme-force (désignation russe : kgf ou kg; international: kgf ou kg F ) - unité de force dans le système d'unités MKGSS ( M etr- À limon g bélier- AVEC ila - AVEC deuxième).

Atmosphère technique (at, at), kgf/cm 2

L'atmosphère technique (désignation russe : at ; internationale : at) est égale à la pression produite par une force de 1 kgf, uniformément répartie sur une surface plane perpendiculaire à celle-ci d'une superficie de 1 cm 2. Ainsi,

1 à = 98 066,5 Pa

Ambiance physique (atm, atm)

Atmosphère normale, standard ou physique (désignation russe : atm ; internationale : atm) - une unité non systémique, égale à la pression d'une colonne de mercure de 760 mm de haut sur sa base horizontale à une densité de mercure de 13 595,04 kg/m 3, à une température de 0°C et à accélération normale chute libre 9,80665 m/s 2.

1 guichet automatique = 760 mmHg.

D'après la définition :

Millimètre de mercure

Un millimètre de mercure (désignation russe : mm Hg ; international : mm Hg) est une unité de mesure de pression non systémique, parfois appelée « torr » (désignation russe - Torr, internationale - Torr) en l'honneur d'Evangelista Torricelli.

1 mmHg ≈ 133,3223684 Pa

niveau de la mer en atm	760 mmHg
760 mmHg	101 325 Pa
1 mmHg	101 325 / 760 ≈ 133,3223684 Pa
1 mmHg	Colonne d'eau de 13,5951 mm

L'origine de cette unité est liée à la méthode de mesure de la pression atmosphérique à l'aide d'un baromètre, dans laquelle la pression est équilibrée par une colonne de liquide. Le mercure est souvent utilisé sous forme liquide car il a une très haute densité (≈13 600 kg/m3) et une faible pression. vapeur saturéeà température ambiante.

Les millimètres de mercure sont utilisés, par exemple, dans la technologie du vide, dans les bulletins météorologiques et pour mesurer la tension artérielle.

L'unité de mesure « pouce de mercure » (symbole - inHg) est également utilisée aux États-Unis et au Canada. 1 inHg = 3,386389 kPa à 0 °C.

Millimètre de colonne d'eau

Un millimètre de colonne d'eau (désignation russe : mm colonne d'eau, mm H 2 O ; international : mm H 2 O) est une unité de mesure de pression non systémique. Égale à la pression hydrostatique d'une colonne d'eau de 1 mm de hauteur exercée sur une base plane à une température d'eau de 4 °C.

DANS Fédération Russe approuvé pour une utilisation comme unité de mesure de pression hors système sans limite de temps avec le champ d'application « tous les domaines ».

À l'heure actuelle, la pression est généralement appelée telle quantité physique, qui est égal au rapport de la force agissant perpendiculairement à une certaine surface directement sur l'aire de cette surface. Eh bien, par force, pression, ils désignent une force qui agit perpendiculairement par rapport à une surface spécifique. Il peut sembler que c'est là que s'arrêtent les principales différences entre ces deux concepts. En fait, ce n’est pas vrai du tout, et si vous êtes intéressé par des nuances plus détaillées concernant les différences entre ces deux concepts, vous devrez passer un peu plus de temps à comprendre dans quels cas ils sont le plus souvent utilisés.

Principales caractéristiques distinctives de la pression et de la force de pression

Tout d'abord, il convient de noter que la pression est une quantité scalaire, qui ne peut avoir aucune direction. Il est généralement admis que la pression est nécessaire pour caractériser l'état de ce que l'on appelle le « milieu continu ». Pour cette raison, un tel concept agit comme une composante diagonale du tenseur des contraintes. Ce dernier est un tenseur appartenant au second rang. Il se compose de neuf grandeurs fournies ici afin de représenter la contrainte mécanique en un point arbitraire d'un corps chargé.


Comme vous le savez, la pression est une grandeur physique intense, pour la désignation de laquelle on utilise le symbole p, qui vient du mot latin pression, dont la traduction littérale signifie pression. Il convient également de noter qu’à l’heure actuelle, un mot tel que « pression » peut s’appliquer aux plus différentes régions activité humaine. Ainsi, par exemple, il est désormais habituel de distinguer des concepts tels que la pression artérielle, la pression atmosphérique, la pression lumineuse et la pression de diffusion.

Si la plupart des termes mentionnés ci-dessus ne sont pas très populaires et qu'il est totalement inapproprié de parler de tension artérielle dans notre revue d'aujourd'hui, alors la pression atmosphérique mérite une partie de votre attention. Elle est mesurée par un baromètre et est égale au poids de la colonne d'air sus-jacente dont la surface de base est l'unité. Eh bien, si une telle force agit sur un corps qui, sous son influence, finit par se déformer, alors il est tout à fait approprié d'appeler un tel concept une force de pression.

Le rôle de force de pression peut être joué par n’importe quelle force. En tant que tel, on peut utiliser le poids d'un corps qui serait capable sans aucun problème de déformer le support ou une telle force, sous l'influence de laquelle un certain corps est pressé contre la surface. Comme toute autre force, ce concept est généralement mesuré en newtons, ce qui indique une autre différence non moins importante entre les concepts que nous considérons aujourd'hui, car la pression ordinaire est mesurée en pascals.

Il convient également de noter que le rôle de la force de pression, en plus du seul poids, peut être assuré par toute autre force élastique. Au fait, comme pour la pression elle-même. Vous ne pourrez le changer d'une manière ou d'une autre que si vous changez la force de pression, ou du moins changez la surface sur laquelle agit cette force.

conclusions

Au vu de tout ce qui précède, afin d'avoir une idée de ce qui se passe et de vous donner la possibilité de répondre encore à la question : en quoi la pression diffère-t-elle de la force de pression, nous nous empressons de présenter à votre attention plusieurs des points les plus importants. . N'oubliez pas que la pression est une grandeur physique égale au rapport de la force de pression appliquée sur une surface donnée à la surface de cette même surface. Dans le même temps, la force de pression est la force appliquée perpendiculairement à la surface.

En tenant compte de cela, nous pouvons dire que pression par unité de surface, mais la force fait déjà référence à toute la zone inférieure, qui dans la physique moderne est désignée par la lettre N. Même si l'on ne prend pas en compte le fait que dans le cas de ces deux concepts, il est d'usage d'utiliser des unités de mesure, on peut dire que ces phénomènes sont complètement différents. En fait, la pression est une caractéristique ordinaire qui peut être comparée à l’éclairage, tandis que la force de pression est l’effet direct provoqué par un tel phénomène.

Un homme avec et sans skis.

Une personne marche sur de la neige poudreuse avec beaucoup de difficulté, s'enfonçant profondément à chaque pas. Mais, après avoir chaussé des skis, il peut marcher sans presque y tomber. Pourquoi? Avec ou sans skis, une personne agit sur la neige avec la même force égale à son poids. Cependant, l’effet de cette force est différent dans les deux cas, car la surface sur laquelle une personne s’appuie est différente, avec et sans skis. La surface des skis est près de 20 fois plus grande que la surface de la semelle. Par conséquent, lorsqu'elle se tient sur des skis, une personne agit sur chaque centimètre carré de la surface de la neige avec une force 20 fois inférieure à celle lorsqu'elle se tient sur la neige sans skis.

Un élève, épinglant un journal au tableau avec des boutons, agit sur chaque bouton avec la même force. Cependant, un bouton avec une extrémité plus pointue pénétrera plus facilement dans le bois.

Cela signifie que le résultat de la force dépend non seulement de son module, de sa direction et de son point d'application, mais également de la surface de la surface sur laquelle elle est appliquée (perpendiculaire à laquelle elle agit).

Cette conclusion est confirmée par des expériences physiques.

Expérience : Le résultat de l’action d’une force donnée dépend de la force qui agit sur une unité de surface.

Vous devez enfoncer des clous dans les coins d'une petite planche. Tout d’abord, placez les clous enfoncés dans la planche sur le sable, pointe vers le haut, et placez un poids sur la planche. Dans ce cas, les têtes de clous ne sont que légèrement enfoncées dans le sable. Ensuite, nous retournons la planche et plaçons les clous sur le bord. Dans ce cas, la zone d'appui est plus petite et, sous la même force, les clous s'enfoncent beaucoup plus profondément dans le sable.

Expérience. Deuxième illustration.

Le résultat de l’action de cette force dépend de la force qui agit sur chaque unité de surface.

Dans les exemples considérés, les forces agissaient perpendiculairement à la surface du corps. Le poids de l'homme était perpendiculaire à la surface de la neige ; la force agissant sur le bouton est perpendiculaire à la surface de la planche.

La quantité égale au rapport de la force agissant perpendiculairement à la surface sur l'aire de cette surface est appelée pression.

Pour déterminer la pression, la force agissant perpendiculairement à la surface doit être divisée par la surface :

pression = force / surface.

Notons les grandeurs incluses dans cette expression : pression - p, la force agissant sur la surface est F et superficie - S.

On obtient alors la formule :

p = F/S

Il est clair qu’une force plus importante agissant sur la même zone produira une plus grande pression.

Par unité de pression, on entend la pression produite par une force de 1 N agissant sur une surface d'une superficie de 1 m2 perpendiculaire à cette surface..

Unité de pression - newton par mètre carré(1N/m2). En l'honneur du scientifique français Blaise Pascal ça s'appelle pascal ( Pennsylvanie). Ainsi,

1 Pa = 1 N/m2.

D'autres unités de pression sont également utilisées : hectopascal (hPa) Et kilopascal (kPa).

1 kPa = 1 000 Pa ;

1 hPa = 100 Pa ;

1 Pa = 0,001 kPa ;

1 Pa = 0,01 hPa.

Écrivons les conditions du problème et résolvons-le.

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

En unités SI : S = 0,03 m2

Solution:

p = F/S,

F = P.,

P. = g m,

P.= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,

p= 450/0,03 N/m2 = 15 000 Pa = 15 kPa

"Réponse" : p = 15 000 Pa = 15 kPa

Moyens de réduire et d'augmenter la pression.

Un tracteur à chenilles lourd produit une pression sur le sol égale à 40 à 50 kPa, soit seulement 2 à 3 fois plus que la pression d'un garçon pesant 45 kg. Cela s'explique par le fait que le poids du tracteur est réparti sur une plus grande surface grâce à la transmission par chenilles. Et nous avons établi que plus la surface d'appui est grande, moins la pression produite par la même force sur cet appui est importante .

Selon qu'une pression faible ou élevée est nécessaire, la zone d'appui augmente ou diminue. Par exemple, pour que le sol résiste à la pression du bâtiment en construction, la surface de la partie inférieure de la fondation est augmentée.

Les pneus de camion et les châssis d’avion sont beaucoup plus larges que les pneus de tourisme. Les pneus des voitures conçues pour rouler dans les déserts sont particulièrement larges.

Les véhicules lourds, tels qu'un tracteur, un char ou un véhicule marécageux, disposant d'une grande surface d'appui des chenilles, traversent des zones marécageuses qui ne peuvent être franchies par une personne.

D’un autre côté, avec une petite surface, une grande pression peut être générée avec une petite force. Par exemple, lorsque l'on appuie sur un bouton dans une planche, on agit dessus avec une force d'environ 50 N. La surface de la pointe du bouton étant d'environ 1 mm 2, la pression qu'il produit est égale à :

p = 50 N / 0,000 001 m2 = 50 000 000 Pa = 50 000 kPa.

A titre de comparaison, cette pression est 1000 fois supérieure à la pression exercée par un tracteur à chenilles sur le sol. Vous pouvez trouver de nombreux autres exemples de ce type.

Les lames des instruments coupants et les pointes des instruments de perçage (couteaux, ciseaux, cutters, scies, aiguilles, etc.) sont spécialement affûtées. Le bord aiguisé d'une lame tranchante a une petite surface, donc même une petite force crée beaucoup de pression, et cet outil est facile à utiliser.

Les appareils coupants et perçants se retrouvent également dans la nature vivante : ce sont des dents, des griffes, des becs, des pointes, etc. - ils sont tous constitués d'un matériau dur, lisse et très tranchant.

Pression

On sait que les molécules de gaz se déplacent de manière aléatoire.

Nous savons déjà que les gaz, contrairement aux solides et aux liquides, remplissent tout le récipient dans lequel ils se trouvent. Par exemple, une bouteille en acier pour stocker des gaz, une chambre à air de pneu de voiture ou un ballon de volley-ball. Dans ce cas, le gaz exerce une pression sur les parois, le fond et le couvercle de la bouteille, de la chambre ou de tout autre corps dans lequel il se trouve. La pression du gaz est due à des raisons autres que la pression d'un corps solide sur le support.

On sait que les molécules de gaz se déplacent de manière aléatoire. En se déplaçant, ils entrent en collision les uns avec les autres, ainsi qu'avec les parois du conteneur contenant le gaz. Il existe de nombreuses molécules dans un gaz et le nombre de leurs impacts est donc très important. Par exemple, le nombre d'impacts de molécules d'air dans une pièce sur une surface d'une superficie de 1 cm 2 en 1 s est exprimé par un nombre à vingt-trois chiffres. Bien que la force d'impact d'une molécule individuelle soit faible, l'effet de toutes les molécules sur les parois du récipient est important : elles créent une pression de gaz.

Donc, la pression du gaz sur les parois du récipient (et sur le corps placé dans le gaz) est provoquée par les impacts des molécules de gaz .

Considérons prochaine expérience. Placez une balle en caoutchouc sous la cloche de la pompe à air. Il contient une petite quantité d'air et a forme irrégulière. Ensuite, nous pompons l'air sous la cloche. La coque du ballon, autour de laquelle l'air se raréfie de plus en plus, se gonfle progressivement et prend la forme d'un ballon régulier.

Comment expliquer cette expérience ?

Des bouteilles en acier spéciales et durables sont utilisées pour stocker et transporter du gaz comprimé.

Dans notre expérience, les molécules de gaz en mouvement frappent continuellement les parois de la balle à l'intérieur et à l'extérieur. Lorsque l'air est pompé, le nombre de molécules dans la cloche autour de la coque de la balle diminue. Mais à l’intérieur du ballon, leur numéro ne change pas. Par conséquent, le nombre d’impacts de molécules sur les parois externes de la coque devient inférieur au nombre d’impacts sur les parois internes. Le ballon se gonfle jusqu'à ce que la force élastique de sa coque en caoutchouc devienne égale à la force de la pression du gaz. La coque du ballon prend la forme d'une balle. Cela montre que le gaz appuie également sur ses parois dans toutes les directions. En d’autres termes, le nombre d’impacts moléculaires par centimètre carré de surface est le même dans toutes les directions. La même pression dans toutes les directions est caractéristique d'un gaz et est une conséquence du mouvement aléatoire d'un grand nombre de molécules.

Essayons de réduire le volume de gaz, mais pour que sa masse reste inchangée. Cela signifie que dans chaque centimètre cube Il y aura plus de molécules de gaz, la densité du gaz augmentera. Ensuite, le nombre d’impacts des molécules sur les parois augmentera, c’est-à-dire que la pression du gaz augmentera. Cela peut être confirmé par l'expérience.

Sur l'image UN montre un tube de verre dont une extrémité est fermée par un mince film de caoutchouc. Un piston est inséré dans le tube. Lorsque le piston entre, le volume d'air dans le tube diminue, c'est-à-dire que le gaz est comprimé. Le film de caoutchouc se plie vers l'extérieur, indiquant que la pression de l'air dans le tube a augmenté.

Au contraire, à mesure que le volume d’une même masse de gaz augmente, le nombre de molécules dans chaque centimètre cube diminue. Cela réduira le nombre d'impacts sur les parois du récipient - la pression du gaz diminuera. En effet, lorsque le piston est retiré du tube, le volume d'air augmente et le film se courbe à l'intérieur de la cuve. Cela indique une diminution de la pression de l'air dans le tube. Le même phénomène serait observé si, à la place de l'air, il y avait un autre gaz dans le tube.

Donc, lorsque le volume d'un gaz diminue, sa pression augmente, et lorsque le volume augmente, la pression diminue, à condition que la masse et la température du gaz restent inchangées.

Comment la pression d’un gaz changera-t-elle s’il est chauffé à volume constant ? On sait que la vitesse des molécules de gaz augmente lorsqu’elles sont chauffées. En se déplaçant plus rapidement, les molécules heurteront plus souvent les parois du récipient. De plus, chaque impact de la molécule sur la paroi sera plus fort. En conséquence, les parois du récipient subiront une pression plus importante.

Ainsi, Plus la température du gaz est élevée, plus la pression du gaz dans un récipient fermé est élevée., à condition que la masse et le volume du gaz ne changent pas.

De ces expériences, on peut généralement conclure que La pression du gaz augmente à mesure que les molécules heurtent les parois du récipient plus souvent et plus fort. .

Pour stocker et transporter les gaz, ils sont fortement comprimés. Dans le même temps, leur pression augmente, les gaz doivent être enfermés dans des bouteilles spéciales très résistantes. De telles bouteilles, par exemple, contiennent de l'air comprimé dans les sous-marins et de l'oxygène utilisé dans le soudage des métaux. Bien entendu, il ne faut jamais oublier que les bouteilles de gaz ne peuvent pas être chauffées, surtout lorsqu'elles sont remplies de gaz. Car, comme nous l’avons déjà compris, une explosion peut survenir avec des conséquences très désagréables.

La loi de Pascal.

La pression est transmise à chaque point du liquide ou du gaz.

La pression du piston est transmise à chaque point du fluide remplissant la bille.

Maintenant du gaz.

Contrairement aux solides, les couches individuelles et les petites particules de liquide et de gaz peuvent se déplacer librement les unes par rapport aux autres dans toutes les directions. Il suffit par exemple de souffler légèrement sur la surface de l'eau dans un verre pour faire bouger l'eau. Sur une rivière ou un lac, la moindre brise fait apparaître des ondulations.

La mobilité des particules gazeuses et liquides explique que la pression exercée sur eux est transmise non seulement dans la direction de la force, mais en tout point. Considérons ce phénomène plus en détail.

Sur l'image, UN représente un récipient contenant du gaz (ou un liquide). Les particules sont réparties uniformément dans tout le récipient. Le récipient est fermé par un piston qui peut monter et descendre.

En appliquant une certaine force, nous forcerons le piston à se déplacer légèrement vers l'intérieur et à comprimer le gaz (liquide) situé directement en dessous de lui. Ensuite, les particules (molécules) seront localisées à cet endroit plus densément qu'auparavant (Fig, b). En raison de leur mobilité, les particules de gaz se déplacent dans toutes les directions. En conséquence, leur disposition redeviendra uniforme, mais plus dense qu’auparavant (Fig. c). Par conséquent, la pression du gaz augmentera partout. Cela signifie qu'une pression supplémentaire est transmise à toutes les particules de gaz ou de liquide. Ainsi, si la pression sur le gaz (liquide) à proximité du piston lui-même augmente de 1 Pa, alors en tout point à l'intérieur gaz ou liquide, la pression deviendra plus élevée qu’auparavant du même montant. La pression sur les parois du récipient, le fond et le piston augmentera de 1 Pa.

La pression exercée sur un liquide ou un gaz est transmise à n'importe quel point de manière égale dans toutes les directions .

Cette déclaration s'appelle la loi de Pascal.

En se basant sur la loi de Pascal, il est facile d'expliquer les expériences suivantes.

La photo montre une boule creuse avec de petits trous à divers endroits. Un tube est fixé à la bille dans lequel un piston est inséré. Si vous remplissez une boule d’eau et poussez un piston dans le tube, l’eau s’écoulera de tous les trous de la boule. Dans cette expérience, un piston appuie sur la surface de l'eau dans un tube. Les particules d'eau situées sous le piston, en se compactant, transfèrent leur pression vers d'autres couches plus profondes. Ainsi, la pression du piston est transmise à chaque point du fluide remplissant la bille. En conséquence, une partie de l’eau est expulsée du ballon sous la forme de flux identiques s’écoulant de tous les trous.

Si la balle est remplie de fumée, lorsque le piston est poussé dans le tube, des flux égaux de fumée commenceront à sortir de tous les trous de la balle. Cela confirme que les gaz transmettent également la pression exercée sur eux dans toutes les directions.

Pression dans le liquide et le gaz.

Sous l’influence du poids du liquide, le fond en caoutchouc du tube se pliera.

Les liquides, comme tous les corps sur Terre, sont affectés par la gravité. Ainsi, chaque couche de liquide versée dans un récipient crée avec son poids une pression qui, selon la loi de Pascal, se transmet dans toutes les directions. Il y a donc une pression à l’intérieur du liquide. Cela peut être vérifié par l'expérience.

Versez de l'eau dans un tube en verre dont le trou inférieur est fermé par un mince film de caoutchouc. Sous l’influence du poids du liquide, le fond du tube va se plier.

L'expérience montre que plus la colonne d'eau au-dessus du film de caoutchouc est élevée, plus celui-ci se plie. Mais chaque fois que le fond en caoutchouc se plie, l'eau dans le tube s'équilibre (s'arrête), car, en plus de la force de gravité, la force élastique du film de caoutchouc étiré agit sur l'eau.

Les forces agissant sur le film de caoutchouc sont

sont les mêmes des deux côtés.

Illustration.

Le fond s'éloigne du cylindre en raison de la pression de la gravité sur celui-ci.

Abaissons le tube avec un fond en caoutchouc, dans lequel l'eau est versée, dans un autre récipient plus large contenant de l'eau. Nous verrons qu'au fur et à mesure que le tube s'abaisse, le film de caoutchouc se redresse progressivement. Le redressement complet du film montre que les forces agissant sur lui d'en haut et d'en bas sont égales. Le redressement complet du film se produit lorsque les niveaux d'eau dans le tube et le récipient coïncident.

La même expérience peut être réalisée avec un tube dans lequel un film de caoutchouc recouvre le trou latéral, comme le montre la figure a. Plongons ce tube avec de l'eau dans un autre récipient contenant de l'eau, comme indiqué sur la figure, b. On remarquera que le film se redressera dès que les niveaux d'eau dans le tube et dans la cuve seront égaux. Cela signifie que les forces agissant sur le film de caoutchouc sont les mêmes de tous les côtés.

Prenons un récipient dont le fond peut s'effondrer. Mettons-le dans un pot d'eau. Le fond sera fermement pressé contre le bord du récipient et ne tombera pas. Il est pressé par la force de la pression de l'eau dirigée de bas en haut.

Nous verserons soigneusement de l'eau dans le récipient et surveillerons son fond. Dès que le niveau d’eau dans le récipient coïncide avec le niveau d’eau dans le pot, celui-ci s’éloignera du récipient.

Au moment de la séparation, une colonne de liquide dans le récipient appuie de haut en bas, et la pression d'une colonne de liquide de même hauteur, mais située dans le pot, est transmise de bas en haut vers le bas. Ces deux pressions sont identiques, mais le fond s'éloigne du cylindre sous l'action de sa propre gravité sur celui-ci.

Les expériences avec de l'eau ont été décrites ci-dessus, mais si vous prenez un autre liquide à la place de l'eau, les résultats de l'expérience seront les mêmes.

Ainsi, les expériences montrent que Il y a une pression à l’intérieur du liquide et, au même niveau, elle est égale dans toutes les directions. La pression augmente avec la profondeur.

Les gaz ne sont pas différents des liquides à cet égard, car ils ont aussi du poids. Mais il ne faut pas oublier que la densité du gaz est des centaines de fois inférieure à la densité du liquide. Le poids du gaz dans le récipient est faible et sa pression « pondérale » peut dans de nombreux cas être ignorée.

Calcul de la pression du liquide sur le fond et les parois d'un récipient.

Calcul de la pression du liquide sur le fond et les parois d'un récipient.

Voyons comment calculer la pression d'un liquide sur le fond et les parois d'un récipient. Résolvons d’abord le problème d’un récipient en forme de parallélépipède rectangle.

Forcer F, avec lequel le liquide versé dans ce récipient appuie sur son fond, est égal au poids P. liquide dans le récipient. Le poids d'un liquide peut être déterminé en connaissant sa masse m. La masse, comme vous le savez, peut être calculée à l'aide de la formule : m = ρ·V. Le volume de liquide versé dans le récipient que nous avons choisi est facile à calculer. Si la hauteur de la colonne de liquide dans un récipient est indiquée par la lettre h, et la surface du fond du récipient S, Que V = S h.

Masse liquide m = ρ·V, ou m = ρ S h .

Le poids de ce liquide P = gm, ou P = g ρ S h.

Puisque le poids d'une colonne de liquide est égal à la force avec laquelle le liquide appuie sur le fond du récipient, alors en divisant le poids P. Vers la place S, on obtient la pression du fluide p:

p = P/S, ou p = g·ρ·S·h/S,

Nous avons obtenu une formule pour calculer la pression du liquide au fond du récipient. De cette formule il ressort clairement que la pression du liquide au fond du récipient dépend uniquement de la densité et de la hauteur de la colonne de liquide.

Par conséquent, en utilisant la formule dérivée, vous pouvez calculer la pression du liquide versé dans le récipient n'importe quelle forme(à proprement parler, notre calcul ne convient qu'aux récipients qui ont la forme d'un prisme droit et d'un cylindre. Dans les cours de physique de l'institut, il a été prouvé que la formule est également vraie pour un récipient de forme arbitraire). De plus, il peut être utilisé pour calculer la pression sur les parois du récipient. La pression à l'intérieur du liquide, y compris la pression de bas en haut, est également calculée à l'aide de cette formule, puisque la pression à la même profondeur est la même dans toutes les directions.

Lors du calcul de la pression à l'aide de la formule p = gρh il faut de la densité ρ exprimé en kilogrammes par mètre cube (kg/m3), et la hauteur de la colonne de liquide h- en mètres (m), g= 9,8 N/kg, alors la pression sera exprimée en pascals (Pa).

Exemple. Déterminez la pression du pétrole au fond du réservoir si la hauteur de la colonne de pétrole est de 10 m et sa densité est de 800 kg/m 3.

Écrivons l'état du problème et notons-le.

Donné :

ρ = 800 kg/m 3

Solution :

p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.

Répondre : p ≈ 80kPa.

Vases communicants.

Vases communicants.

La figure montre deux récipients reliés entre eux par un tube en caoutchouc. De tels navires sont appelés communicant. Un arrosoir, une théière, une cafetière sont des exemples de vases communicants. Par expérience, nous savons que l’eau versée, par exemple, dans un arrosoir se trouve toujours au même niveau dans le bec et à l’intérieur.

On rencontre souvent des vases communicants. Par exemple, il peut s’agir d’une théière, d’un arrosoir ou d’une cafetière.

Les surfaces d'un liquide homogène sont installées au même niveau dans des vases communicants de toute forme.

Liquides de différentes densités.

L’expérience simple suivante peut être réalisée avec des vases communicants. Au début de l'expérience, nous fixons le tube en caoutchouc au milieu et versons de l'eau dans l'un des tubes. Ensuite, nous ouvrons la pince et l'eau s'écoule instantanément dans l'autre tube jusqu'à ce que les surfaces d'eau des deux tubes soient au même niveau. Vous pouvez monter l'un des combinés sur un trépied et élever, abaisser ou incliner l'autre différents côtés. Et dans ce cas, dès que le liquide se calmera, ses niveaux dans les deux tubes seront égalisés.

Dans les vases communicants de toute forme et section, les surfaces d'un liquide homogène sont placées au même niveau(à condition que la pression de l'air au-dessus du liquide soit la même) (Fig. 109).

Cela peut être justifié comme suit. Le liquide est au repos sans passer d'un récipient à l'autre. Cela signifie que la pression dans les deux récipients est la même à tous les niveaux. Le liquide dans les deux récipients est le même, c'est-à-dire qu'il a la même densité. Ses hauteurs doivent donc être les mêmes. Lorsque nous soulevons un récipient ou y ajoutons du liquide, la pression à l'intérieur augmente et le liquide se déplace dans un autre récipient jusqu'à ce que les pressions soient équilibrées.

Si un liquide d'une densité est versé dans l'un des vases communicants et qu'un liquide d'une autre densité est versé dans la seconde, alors à l'équilibre, les niveaux de ces liquides ne seront pas les mêmes. Et cela est compréhensible. On sait que la pression du liquide au fond de la cuve est directement proportionnelle à la hauteur de la colonne et à la densité du liquide. Et dans ce cas, les densités des liquides seront différentes.

Si les pressions sont égales, la hauteur d'une colonne de liquide de densité plus élevée sera inférieure à la hauteur d'une colonne de liquide de densité plus faible (Fig.).

Expérience. Comment déterminer la masse d'air.

Poids aérien. Pression atmosphérique.

L'existence de la pression atmosphérique.

La pression atmosphérique est supérieure à la pression de l'air raréfié dans le récipient.

L'air, comme tout corps sur Terre, est affecté par la gravité et a donc du poids. Le poids de l’air est facile à calculer si l’on connaît sa masse.

Nous allons vous montrer expérimentalement comment calculer la masse d'air. Pour ce faire, vous devez prendre une boule de verre durable avec un bouchon et un tube en caoutchouc avec une pince. Pompons l'air, fixons le tube avec une pince et équilibrons-le sur la balance. Ensuite, en ouvrant le collier du tube en caoutchouc, laissez entrer l'air. Cela bouleversera l’équilibre de la balance. Pour le restituer, vous devrez poser sur l'autre plateau de la balance des poids dont la masse sera égale à la masse d'air dans le volume de la boule.

Des expériences ont établi qu'à une température de 0 °C et à une pression atmosphérique normale, la masse d'air d'un volume de 1 m 3 est égale à 1,29 kg. Le poids de cet air est facile à calculer :

P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.

La coquille d'air qui entoure la Terre s'appelle atmosphère (du grec atmosphère- de la vapeur, de l'air et sphère- balle).

Atmosphère telle que montrée par les observations de vol satellites artificiels La Terre s'étend sur plusieurs milliers de kilomètres d'altitude.

En raison de la gravité, les couches supérieures de l’atmosphère, comme l’eau des océans, compriment les couches inférieures. La couche d'air adjacente directement à la Terre est la plus comprimée et, selon la loi de Pascal, transmet la pression exercée sur elle dans toutes les directions.

Par conséquent la surface de la terre et les corps qui s'y trouvent subissent la pression de toute l'épaisseur de l'air, ou, comme on dit habituellement dans de tels cas, subissent Pression atmosphérique .

L’existence de la pression atmosphérique peut expliquer de nombreux phénomènes que nous rencontrons dans la vie. Examinons quelques-uns d'entre eux.

La figure montre un tube de verre, à l'intérieur duquel se trouve un piston qui s'adapte étroitement aux parois du tube. L'extrémité du tube est plongée dans l'eau. Si vous soulevez le piston, l'eau montera derrière lui.

Ce phénomène est utilisé dans les pompes à eau et certains autres appareils.

La figure montre un récipient cylindrique. Il est fermé par un bouchon dans lequel est inséré un tube muni d'un robinet. L'air est pompé hors du récipient à l'aide d'une pompe. L'extrémité du tube est ensuite placée dans l'eau. Si vous ouvrez maintenant le robinet, l'eau jaillira comme une fontaine à l'intérieur du récipient. L'eau pénètre dans le récipient parce que la pression atmosphérique est supérieure à la pression de l'air raréfié dans le récipient.

Pourquoi l'enveloppe d'air de la Terre existe-t-elle ?

Comme tous les corps, les molécules de gaz qui composent l’enveloppe d’air terrestre sont attirées par la Terre.

Mais pourquoi alors ne tombent-ils pas tous à la surface de la Terre ? Comment l’enveloppe d’air de la Terre et son atmosphère sont-elles préservées ? Pour comprendre cela, il faut tenir compte du fait que les molécules de gaz sont en mouvement continu et aléatoire. Mais alors une autre question se pose : pourquoi ces molécules ne s’envolent-elles pas ? espace mondial, c'est-à-dire dans l'espace.

Afin de quitter complètement la Terre, une molécule, comme vaisseau spatial ou une fusée, doit avoir une vitesse très élevée (pas moins de 11,2 km/s). C'est ce qu'on appelle deuxième vitesse de fuite. La vitesse de la plupart des molécules présentes dans la coque aérienne de la Terre est nettement inférieure à cette vitesse. vitesse d'échappement. Par conséquent, la plupart d’entre elles sont liées à la Terre par gravité, seul un nombre négligeable de molécules volent au-delà de la Terre vers l’espace.

Le mouvement aléatoire des molécules et l’effet de la gravité sur elles font que les molécules de gaz « planent » dans l’espace près de la Terre, formant une enveloppe d’air, ou l’atmosphère que nous connaissons.

Les mesures montrent que la densité de l'air diminue rapidement avec l'altitude. Ainsi, à une altitude de 5,5 km au dessus de la Terre, la densité de l'air est 2 fois inférieure à sa densité à la surface de la Terre, à une altitude de 11 km - 4 fois inférieure, etc. Plus elle est élevée, plus elle est rare l'air. Et enfin, dans les couches les plus élevées (à des centaines et des milliers de kilomètres au-dessus de la Terre), l'atmosphère se transforme progressivement en espace sans air. L’enveloppe aérienne de la Terre n’a pas de frontière claire.

À proprement parler, en raison de l’action de la gravité, la densité du gaz dans tout récipient fermé n’est pas la même dans tout le volume du récipient. Au fond de la cuve, la densité du gaz est plus grande que dans ses parties supérieures, donc la pression dans la cuve n'est pas la même. Il est plus grand au fond du récipient qu'au sommet. Cependant, pour un gaz contenu dans un récipient, cette différence de densité et de pression est si faible que dans de nombreux cas, elle peut être complètement ignorée, simplement connue. Mais pour une atmosphère s’étendant sur plusieurs milliers de kilomètres, cette différence est significative.

Mesurer la pression atmosphérique. L'expérience de Torricelli.

Il est impossible de calculer la pression atmosphérique à l'aide de la formule de calcul de la pression d'une colonne de liquide (§ 38). Pour un tel calcul, vous devez connaître la hauteur de l'atmosphère et la densité de l'air. Mais l'atmosphère n'a pas de frontière définie et la densité de l'air à différentes altitudes est différente. Cependant, la pression atmosphérique peut être mesurée à l'aide d'une expérience proposée au XVIIe siècle par un scientifique italien. Évangéliste Torricelli , élève de Galilée.

L'expérience de Torricelli est la suivante : un tube de verre d'environ 1 m de long, scellé à une extrémité, est rempli de mercure. Ensuite, fermant hermétiquement la deuxième extrémité du tube, celui-ci est retourné et descendu dans une tasse de mercure, où cette extrémité du tube est ouverte sous le niveau du mercure. Comme dans toute expérience avec un liquide, une partie du mercure est versée dans la tasse et une partie reste dans le tube. La hauteur de la colonne de mercure restant dans le tube est d'environ 760 mm. Il n'y a pas d'air au-dessus du mercure à l'intérieur du tube, il y a un espace sans air, donc aucun gaz n'exerce de pression par le haut sur la colonne de mercure à l'intérieur de ce tube et n'affecte pas les mesures.

Torricelli, qui a proposé l'expérience décrite ci-dessus, a également donné son explication. L'atmosphère exerce une pression sur la surface du mercure dans la tasse. Mercure est en équilibre. Cela signifie que la pression dans le tube est au niveau ahh 1 (voir figure) est égal à la pression atmosphérique. Lorsque la pression atmosphérique change, la hauteur de la colonne de mercure dans le tube change également. À mesure que la pression augmente, la colonne s'allonge. À mesure que la pression diminue, la colonne de mercure diminue sa hauteur.

La pression dans le tube au niveau aa1 est créée par le poids de la colonne de mercure dans le tube, puisqu'il n'y a pas d'air au-dessus du mercure dans la partie supérieure du tube. Il s'ensuit que la pression atmosphérique est égale à la pression de la colonne de mercure dans le tube , c'est à dire.

p guichet automatique = p Mercure

Plus la pression atmosphérique est élevée, plus la colonne de mercure dans l'expérience de Torricelli est élevée. Ainsi, en pratique, la pression atmosphérique peut être mesurée par la hauteur de la colonne de mercure (en millimètres ou en centimètres). Si, par exemple, la pression atmosphérique est de 780 mm Hg. Art. (on dit « millimètres de mercure »), cela signifie que l'air produit la même pression qu'une colonne verticale de mercure de 780 mm de hauteur.

Par conséquent, dans ce cas, l’unité de mesure de la pression atmosphérique est 1 millimètre de mercure (1 mmHg). Trouvons la relation entre cette unité et l'unité que nous connaissons - pascal(Pennsylvanie).

La pression d'une colonne de mercure ρ de mercure d'une hauteur de 1 mm est égale à :

p = g·ρ·h, p= 9,8 N/kg · 13 600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.

Donc 1 mmHg. Art. = 133,3 Pa.

Actuellement, la pression atmosphérique est généralement mesurée en hectopascals (1 hPa = 100 Pa). Par exemple, les bulletins météorologiques peuvent annoncer que la pression est de 1 013 hPa, ce qui équivaut à 760 mmHg. Art.

En observant chaque jour la hauteur de la colonne de mercure dans le tube, Torricelli a découvert que cette hauteur change, c'est-à-dire que la pression atmosphérique n'est pas constante, elle peut augmenter et diminuer. Torricelli a également noté que la pression atmosphérique est associée aux changements météorologiques.

Si vous attachez une échelle verticale au tube de mercure utilisé dans l'expérience de Torricelli, vous obtenez l'appareil le plus simple : baromètre à mercure (du grec baros- la lourdeur, météo- Je mesure). Il est utilisé pour mesurer la pression atmosphérique.

Baromètre - anéroïde.

En pratique, un baromètre métallique appelé baromètre métallique est utilisé pour mesurer la pression atmosphérique. anéroïde (traduit du grec - anéroïde). C'est ainsi qu'on appelle un baromètre car il ne contient pas de mercure.

L'apparence de l'anéroïde est représentée sur la figure. Sa partie principale est une boîte métallique 1 à surface ondulée (voir autre figure). L'air est pompé hors de cette boîte, et pour éviter que la pression atmosphérique n'écrase la boîte, son couvercle 2 est tiré vers le haut par un ressort. À mesure que la pression atmosphérique augmente, le couvercle se baisse et resserre le ressort. Au fur et à mesure que la pression diminue, le ressort redresse le capuchon. Une flèche indicatrice 4 est fixée au ressort à l'aide d'un mécanisme de transmission 3, qui se déplace vers la droite ou la gauche lorsque la pression change. Sous la flèche se trouve une échelle dont les divisions sont marquées en fonction des lectures du baromètre à mercure. Ainsi, le nombre 750, contre lequel se dresse la flèche anéroïde (voir figure), montre qu'en ce moment dans un baromètre à mercure, la hauteur de la colonne de mercure est de 750 mm.

La pression atmosphérique est donc de 750 mmHg. Art. ou ≈ 1000 hPa.

La valeur de la pression atmosphérique est très importante pour prévoir la météo des prochains jours, car les changements de pression atmosphérique sont associés aux changements de temps. Un baromètre est un instrument nécessaire aux observations météorologiques.

Pression atmosphérique à différentes altitudes.

Dans un liquide, la pression, on le sait, dépend de la densité du liquide et de la hauteur de sa colonne. En raison de la faible compressibilité, la densité du liquide à différentes profondeurs est presque la même. Par conséquent, lors du calcul de la pression, nous considérons sa densité comme constante et ne prenons en compte que le changement de hauteur.

La situation avec les gaz est plus compliquée. Les gaz sont hautement compressibles. Et plus un gaz est comprimé, plus sa densité est grande et plus la pression qu’il produit est élevée. Après tout, la pression du gaz est créée par les impacts de ses molécules sur la surface du corps.

Les couches d’air à la surface de la Terre sont comprimées par toutes les couches d’air sus-jacentes situées au-dessus d’elles. Mais plus la couche d'air est élevée par rapport à la surface, plus elle est faiblement comprimée, plus sa densité est faible. Par conséquent, moins il produit de pression. Si, par exemple, ballon s'élève au-dessus de la surface de la Terre, la pression de l'air sur le ballon diminue. Cela se produit non seulement parce que la hauteur de la colonne d’air au-dessus diminue, mais aussi parce que la densité de l’air diminue. Il est plus petit en haut qu'en bas. Par conséquent, la dépendance de la pression atmosphérique à l’altitude est plus complexe que celle des liquides.

Les observations montrent que la pression atmosphérique dans les zones situées au niveau de la mer est en moyenne de 760 mm Hg. Art.

Une pression atmosphérique égale à la pression d'une colonne de mercure de 760 mm de hauteur à une température de 0°C est appelée pression atmosphérique normale.

Pression atmosphérique normale est égal à 101 300 Pa = 1 013 hPa.

Plus l’altitude au-dessus du niveau de la mer est élevée, plus la pression est faible.

Avec de petites montées, en moyenne, tous les 12 m de montée, la pression diminue de 1 mmHg. Art. (ou de 1,33 hPa).

Connaissant la dépendance de la pression à l'altitude, vous pouvez déterminer l'altitude au-dessus du niveau de la mer en modifiant les lectures du baromètre. Les anéroïdes qui ont une échelle permettant de mesurer directement la hauteur au-dessus du niveau de la mer sont appelés altimètres . Ils sont utilisés dans l'aviation et l'alpinisme.

Manomètres.

Nous savons déjà que les baromètres sont utilisés pour mesurer la pression atmosphérique. Pour mesurer des pressions supérieures ou inférieures à la pression atmosphérique, on utilise manomètres (du grec manos- rare, en vrac, météo- Je mesure). Il y a des manomètres liquide Et métal.

Examinons d'abord l'appareil et l'action. manomètre à liquide ouvert. Il s'agit d'un tube de verre à deux pieds dans lequel on verse un peu de liquide. Le liquide est installé dans les deux coudes au même niveau, puisque seule la pression atmosphérique agit à sa surface dans les coudes de la cuve.

Pour comprendre le fonctionnement d'un tel manomètre, il peut être relié par un tube en caoutchouc à une boîte plate ronde dont une face est recouverte d'un film de caoutchouc. Si vous appuyez votre doigt sur le film, le niveau de liquide dans le coude du manomètre relié au boîtier diminuera, et dans l'autre coude il augmentera. Qu'est-ce qui explique cela ?

En appuyant sur le film, la pression de l'air dans la boîte augmente. Selon la loi de Pascal, cette augmentation de pression est également transmise au fluide présent dans le coude manométrique relié au boîtier. Par conséquent, la pression sur le fluide dans ce coude sera plus grande que dans l’autre, où seule la pression atmosphérique agit sur le fluide. Sous la force de cette surpression, le liquide va se mettre en mouvement. Dans le coude à air comprimé le liquide va tomber, dans l'autre il va monter. Le fluide parviendra à l'équilibre (s'arrêtera) lorsque la surpression de l'air comprimé sera équilibrée par la pression produite par l'excès de colonne de liquide dans l'autre branche du manomètre.

Plus vous appuyez fort sur le film, plus la colonne de liquide en excès est élevée, plus sa pression est élevée. Ainsi, le changement de pression peut être jugé par la hauteur de cette colonne en excès.

La figure montre comment un tel manomètre peut mesurer la pression à l'intérieur d'un liquide. Plus le tube est immergé profondément dans le liquide, plus la différence de hauteur des colonnes de liquide dans les coudes du manomètre est grande., donc, et plus de pression est générée par le fluide.

Si vous installez le boîtier de l'appareil à une certaine profondeur à l'intérieur du liquide et que vous le tournez avec le film vers le haut, sur les côtés et vers le bas, les lectures du manomètre ne changeront pas. C'est comme ça que ça devrait être, parce que au même niveau à l'intérieur d'un liquide, la pression est égale dans toutes les directions.

L'image montre manomètre en métal . La partie principale d'un tel manomètre est un tube métallique plié dans un tuyau 1 , dont une extrémité est fermée. L'autre extrémité du tube à l'aide d'un robinet 4 communique avec le récipient dans lequel la pression est mesurée. À mesure que la pression augmente, le tube se déplie. Déplacement de son extrémité fermée à l'aide d'un levier 5 et dentelures 3 transmis à la flèche 2 , se déplaçant près de l'échelle de l'instrument. Lorsque la pression diminue, le tube, en raison de son élasticité, revient à sa position précédente et la flèche revient à la division zéro de l'échelle.

Pompe à liquide à piston.

Dans l'expérience que nous avons envisagée plus tôt (§ 40), il a été établi que l'eau contenue dans le tube de verre, sous l'influence de la pression atmosphérique, montait derrière le piston. C’est sur cela que repose l’action. piston pompes

La pompe est représentée schématiquement sur la figure. Il se compose d'un cylindre à l'intérieur duquel un piston monte et descend, étroitement adjacent aux parois du récipient. 1 . Les vannes sont installées au bas du cylindre et dans le piston lui-même 2 , s'ouvrant uniquement vers le haut. Lorsque le piston monte, l'eau sous l'influence de la pression atmosphérique pénètre dans le tuyau, soulève la vanne inférieure et se déplace derrière le piston.

Lorsque le piston descend, l'eau sous le piston appuie sur la valve inférieure et celle-ci se ferme. En même temps, sous la pression de l'eau, une valve à l'intérieur du piston s'ouvre et l'eau s'écoule dans l'espace au-dessus du piston. La prochaine fois que le piston monte, l'eau au-dessus monte également et se déverse dans le tuyau de sortie. En même temps, une nouvelle portion d'eau monte derrière le piston, qui, lorsque le piston est ensuite abaissé, apparaîtra au-dessus de lui, et toute cette procédure est répétée encore et encore pendant que la pompe fonctionne.

Presse hydraulique.

La loi de Pascal explique l'action machine hydraulique (du grec hydraulique- eau). Ce sont des machines dont le fonctionnement repose sur les lois du mouvement et de l’équilibre des fluides.

La partie principale d'une machine hydraulique est constituée de deux cylindres de diamètres différents, équipés de pistons et d'un tube de raccordement. L'espace sous les pistons et le tube sont remplis de liquide (généralement de l'huile minérale). Les hauteurs des colonnes de liquide dans les deux cylindres sont les mêmes tant qu'aucune force n'agit sur les pistons.

Supposons maintenant que les forces F 1 et F 2 - forces agissant sur les pistons, S 1 et S 2 - zones de piston. La pression sous le premier (petit) piston est égale à p 1 = F 1 / S 1, et sous le deuxième (grand) p 2 = F 2 / S 2. Selon la loi de Pascal, la pression est transmise de manière égale dans toutes les directions par un fluide au repos, c'est-à-dire p 1 = p 2 ou F 1 / S 1 = F 2 / S 2, de :

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

Par conséquent, la force F 2 tellement plus de puissance F 1 , Combien de fois la surface du grand piston est-elle supérieure à la surface du petit piston ?. Par exemple, si la surface du grand piston est de 500 cm2 et celle du petit de 5 cm2 et qu'une force de 100 N agit sur le petit piston, alors une force 100 fois supérieure, soit 10 000 N, sera agir sur le plus gros piston.

Ainsi, à l’aide d’une machine hydraulique, il est possible d’équilibrer une force plus importante avec une force faible.

Attitude F 1 / F La figure 2 montre le gain de force. A titre d'exemple, dans l'exemple donné, le gain en résistance est de 10 000 N / 100 N = 100.

Une machine hydraulique utilisée pour presser (presser) est appelée presse hydraulique .

Les presses hydrauliques sont utilisées lorsqu'une plus grande force est requise. Par exemple, pour extraire l'huile des graines dans les moulins à huile, pour presser le contreplaqué, le carton, le foin. Dans les usines métallurgiques, les presses hydrauliques sont utilisées pour fabriquer des arbres de machines en acier, des roues de chemin de fer et de nombreux autres produits. Les presses hydrauliques modernes peuvent développer des forces de plusieurs dizaines, voire centaines de millions de newtons.

La structure d'une presse hydraulique est représentée schématiquement sur la figure. Le corps embouti 1 (A) est placé sur une plateforme reliée au gros piston 2 (B). A l'aide d'un petit piston 3 (D), une haute pression est créée sur le liquide. Cette pression est transmise en tout point du fluide remplissant les cylindres. Par conséquent, la même pression agit sur le deuxième piston, plus gros. Mais comme l'aire du 2ème (grand) piston est supérieure à l'aire du petit, la force agissant sur lui sera supérieure à la force agissant sur le piston 3 (D). Sous l'influence de cette force, le piston 2 (B) va monter. Lorsque le piston 2 (B) monte, le corps (A) repose contre la plateforme supérieure fixe et est comprimé. Le manomètre 4 (M) mesure la pression du fluide. La soupape de sécurité 5 (P) s'ouvre automatiquement lorsque la pression du fluide dépasse la valeur admissible.

Du petit cylindre au grand, le liquide est pompé par mouvements répétés du petit piston 3 (D). Cela se fait comme suit. Lorsque le petit piston (D) monte, la vanne 6 (K) s'ouvre et le liquide est aspiré dans l'espace sous le piston. Lorsque le petit piston s'abaisse sous l'influence de la pression du liquide, la vanne 6 (K) se ferme et la vanne 7 (K") s'ouvre, et le liquide s'écoule dans le grand récipient.

L'effet de l'eau et du gaz sur un corps qui y est immergé.

Sous l’eau, nous pouvons facilement soulever une pierre difficile à soulever dans les airs. Si vous mettez un bouchon sous l’eau et que vous le retirez de vos mains, il flottera. Comment expliquer ces phénomènes ?

On sait (§ 38) que le liquide appuie sur le fond et les parois du récipient. Et si un corps solide est placé à l’intérieur du liquide, il sera également soumis à une pression, tout comme les parois du récipient.

Considérons les forces qui agissent du liquide sur un corps qui y est immergé. Pour faciliter le raisonnement, choisissons un corps ayant la forme d’un parallélépipède dont les bases sont parallèles à la surface du liquide (Fig.). Les forces agissant sur les faces latérales du corps sont égales deux à deux et s'équilibrent. Sous l’influence de ces forces, le corps se contracte. Mais les forces agissant sur les bords supérieurs et inférieurs du corps ne sont pas les mêmes. Le bord supérieur est pressé par la force par le haut F 1 colonne de liquide haut h 1 . Au niveau du bord inférieur, la pression produit une colonne de liquide d'une hauteur h 2. Cette pression, comme on le sait (§ 37), se transmet à l'intérieur du liquide dans toutes les directions. Par conséquent, sur la face inférieure du corps de bas en haut avec force F 2 presses une colonne de liquide haute h 2. Mais h 2 plus h 1, donc le module de force F 2 modules d'alimentation supplémentaires F 1 . Par conséquent, le corps est poussé hors du liquide avec force F Vt, égal à la différence des forces F 2 - F 1, c'est-à-dire

Mais S·h = V, où V est le volume du parallélépipède, et ρ f ·V = m f est la masse de liquide dans le volume du parallélépipède. Ainsi, F out = g m w = P w, c'est à dire. la force de poussée est égale au poids du liquide dans le volume du corps qui y est immergé(la force de poussée est égale au poids du liquide du même volume que le volume du corps qui y est immergé). L’existence d’une force poussant un corps hors d’un liquide est facile à détecter expérimentalement. Sur l'image UN montre un corps suspendu à un ressort avec une flèche à l'extrémité. La flèche marque la tension du ressort sur le trépied. Lorsque le corps est relâché dans l’eau, la source se contracte (Fig. b). La même contraction du ressort sera obtenue si vous agissez sur le corps de bas en haut avec une certaine force, par exemple en appuyant avec la main (soulever). L’expérience confirme donc que un corps dans un liquide est soumis à l'action d'une force qui pousse le corps hors du liquide. Comme on le sait, la loi de Pascal s'applique également aux gaz. C'est pourquoi les corps dans le gaz sont soumis à une force qui les pousse hors du gaz. Sous l’influence de cette force, les ballons s’élèvent vers le haut. L’existence d’une force poussant un corps hors d’un gaz peut également être observée expérimentalement. Nous suspendons une boule de verre ou un grand flacon fermé par un bouchon au plateau à écailles raccourci. La balance est équilibrée. Ensuite, un large récipient est placé sous le flacon (ou la boule) de manière à entourer tout le flacon. Le récipient est rempli de dioxyde de carbone dont la densité est supérieure à la densité de l'air (donc gaz carbonique tombe et remplit le récipient, en chassant l'air). Dans ce cas, l’équilibre de la balance est perturbé. La coupelle avec le flacon suspendu s'élève vers le haut (Fig.). Un ballon immergé dans du dioxyde de carbone subit une force de flottabilité plus grande que la force qui agit sur lui dans l'air. La force qui pousse un corps hors d'un liquide ou d'un gaz est dirigée à l'opposé de la force de gravité appliquée à ce corps.. Par conséquent, prolkosmos). C’est justement pourquoi dans l’eau on soulève parfois facilement des corps qu’on a du mal à retenir en l’air. Un petit seau et un corps cylindrique sont suspendus au ressort (Fig., a). Une flèche sur le trépied marque l'étirement du ressort. Il montre le poids du corps dans l'air. Après avoir soulevé le corps, un récipient de coulée rempli de liquide jusqu'au niveau du tube de coulée est placé en dessous. Après quoi le corps est complètement immergé dans le liquide (Fig., b). Où une partie du liquide dont le volume est égal au volume du corps est versée du récipient verseur dans le verre. Le ressort se contracte et l'aiguille du ressort monte, indiquant une diminution du poids corporel dans le fluide. Dans ce cas, en plus de la gravité, une autre force agit sur le corps, le poussant hors du liquide. Si le liquide d'un verre est versé dans le seau supérieur (c'est-à-dire le liquide qui a été déplacé par le corps), l'aiguille à ressort reviendra à sa position initiale (Fig., c). Sur la base de cette expérience, on peut conclure que la force poussant un corps complètement immergé dans un liquide est égale au poids du liquide dans le volume de ce corps . Nous avons reçu la même conclusion au § 48. Si une expérience similaire était réalisée avec un corps immergé dans un gaz, elle montrerait que la force poussant un corps hors d'un gaz est également égale au poids du gaz pris dans le volume du corps . La force qui pousse un corps hors d’un liquide ou d’un gaz s’appelle force archimédienne, en l'honneur du scientifique Archimède , qui le premier a souligné son existence et calculé sa valeur. Ainsi, l'expérience a confirmé que la force d'Archimède (ou flottabilité) est égale au poids du liquide dans le volume du corps, c'est-à-dire F UNE = P. f = g m et. La masse de liquide mf déplacée par un corps peut s'exprimer à travers sa densité ρf et le volume du corps Vt immergé dans le liquide (puisque Vf - le volume de liquide déplacé par le corps est égal à Vt - le volume du corps immergé dans le liquide), soit m f = ρ f ·V t. On obtient alors : F UNE= g·ρ et · V T Par conséquent, la force d'Archimède dépend de la densité du liquide dans lequel le corps est immergé et du volume de ce corps. Mais cela ne dépend pas, par exemple, de la densité de la substance du corps immergée dans le liquide, puisque cette quantité n'est pas incluse dans la formule résultante. Déterminons maintenant le poids d'un corps immergé dans un liquide (ou un gaz). Puisque les deux forces agissant sur le corps dans ce cas sont dirigées dans des directions opposées (la force de gravité est vers le bas et la force d'Archimède est vers le haut), alors le poids du corps dans le liquide P 1 sera inférieur au poids de le corps sous vide P = gm sur la force archimédienne F UNE = g m w (où m g - masse de liquide ou de gaz déplacée par le corps). Ainsi, si un corps est immergé dans un liquide ou un gaz, il perd autant de poids que le liquide ou le gaz qu'il a déplacé. Exemple. Déterminez la force de poussée agissant sur une pierre d'un volume de 1,6 m 3 dans l'eau de mer. Écrivons les conditions du problème et résolvons-le. Lorsque le corps flottant atteint la surface du liquide, la force d'Archimède diminuera avec son mouvement ascendant ultérieur. Pourquoi? Mais parce que le volume de la partie du corps immergée dans le liquide va diminuer, et la force d'Archimède est égale au poids du liquide dans le volume de la partie du corps immergée dedans. Lorsque la force d'Archimède devient égale à la force de gravité, le corps s'arrête et flotte à la surface du liquide, partiellement immergé dans celui-ci. La conclusion qui en résulte peut être facilement vérifiée expérimentalement. Versez de l'eau dans le récipient de drainage jusqu'au niveau du tube de drainage. Après cela, nous plongerons le corps flottant dans le navire, après l'avoir pesé dans l'air. En descendant dans l'eau, un corps déplace un volume d'eau égal au volume de la partie du corps qui y est immergée. Après avoir pesé cette eau, on constate que son poids (force d'Archimède) est égal à la force de gravité agissant sur un corps flottant, ou au poids de ce corps dans l'air. Après avoir fait les mêmes expériences avec d'autres corps flottant dans différents liquides - eau, alcool, solution saline, vous pouvez être sûr que si un corps flotte dans un liquide, alors le poids du liquide déplacé par lui est égal au poids de ce corps dans l'air. C'est facile de prouver que si la densité d'un solide est supérieure à la densité d'un liquide, alors le corps coule dans un tel liquide. Un corps de plus faible densité flotte dans ce liquide. Un morceau de fer, par exemple, coule dans l’eau mais flotte dans le mercure. Un corps dont la densité est égale à la densité du liquide reste en équilibre à l’intérieur du liquide. La glace flotte à la surface de l’eau car sa densité est inférieure à celle de l’eau. Comment moins de densité corps par rapport à la densité du liquide, la plus petite partie du corps est immergée dans le liquide . À densités égales du corps et du liquide, le corps flotte à l'intérieur du liquide à n'importe quelle profondeur. Deux liquides non miscibles, par exemple l'eau et le kérosène, sont répartis dans un récipient en fonction de leurs densités : dans la partie inférieure du récipient - de l'eau plus dense (ρ = 1000 kg/m3), en haut - du kérosène plus léger (ρ = 800 kg /m3) . Densité moyenne d'organismes vivants habitant Environnement aquatique, diffère peu de la densité de l'eau, leur poids est donc presque entièrement équilibré par la force d'Archimède. Grâce à cela, les animaux aquatiques n'ont pas besoin de squelettes aussi solides et massifs que les animaux terrestres. Pour la même raison, les troncs des plantes aquatiques sont élastiques. La vessie natatoire d'un poisson change facilement de volume. Lorsqu'un poisson, à l'aide de ses muscles, descend à une plus grande profondeur et que la pression de l'eau sur lui augmente, la bulle se contracte, le volume du corps du poisson diminue et il n'est pas poussé vers le haut, mais flotte dans les profondeurs. Ainsi, le poisson peut réguler la profondeur de sa plongée dans certaines limites. Les baleines régulent la profondeur de leur plongée en diminuant et en augmentant leur capacité pulmonaire. Navigation de navires. Les navires qui naviguent sur les rivières, les lacs, les mers et les océans sont construits à partir de différents matériaux ayant des densités différentes. La coque des navires est généralement constituée de tôles d'acier. Toutes les fixations internes qui confèrent la solidité aux navires sont également constituées de métaux. Pour construire des navires, on utilise divers matériaux qui ont des densités à la fois supérieures et inférieures à celles de l'eau. Comment les navires flottent-ils, embarquent-ils et transportent-ils de grosses marchandises ? Une expérience avec un corps flottant (§ 50) a montré que le corps déplace tellement d'eau avec sa partie sous-marine que le poids de cette eau est égal au poids du corps dans l'air. Cela est également vrai pour n’importe quel navire. Le poids de l'eau déplacée par la partie sous-marine du navire est égal au poids du navire avec la cargaison dans l'air ou à la force de gravité agissant sur le navire avec la cargaison.. La profondeur à laquelle un navire est immergé dans l'eau s'appelle brouillon . Le tirant d'eau maximum autorisé est marqué sur la coque du navire par une ligne rouge appelée ligne de flottaison (du néerlandais. eau- eau). Le poids de l'eau déplacée par un navire lorsqu'il est immergé jusqu'à la ligne de flottaison est égale à la force la gravité agissant sur un navire transportant une cargaison est appelée déplacement du navire. Actuellement, pour le transport de pétrole, des navires d'un déplacement de 5 000 000 kN (5 × 10 6 kN) ou plus sont construits, c'est-à-dire ayant une masse de 500 000 tonnes (5 × 10 5 t) ou plus avec la cargaison. Si nous soustrayons le poids du navire lui-même du déplacement, nous obtenons la capacité de charge de ce navire. La capacité de charge indique le poids de la cargaison transportée par le navire. La construction navale existait déjà L'Egypte ancienne, en Phénicie (on pense que les Phéniciens étaient l'un des meilleurs constructeurs navals), la Chine ancienne. En Russie, la construction navale est née au tournant des XVIIe et XVIIIe siècles. Ce sont surtout des navires de guerre qui ont été construits, mais c'est en Russie que le premier brise-glace, un navire équipé d'un moteur à combustion interne, brise-glace nucléaire"Arctique". Aéronautiques. Dessin décrivant le ballon des frères Montgolfier de 1783 : "Vue et dimensions exactes du 'Ballon Terrestre', qui fut le premier." 1786 Depuis l’Antiquité, les gens rêvent de pouvoir voler au-dessus des nuages, de nager dans l’océan d’air, comme ils nageaient sur la mer. Pour l'aéronautique Au début, ils utilisaient des ballons remplis d’air chauffé, d’hydrogène ou d’hélium. Pour qu’un ballon s’élève dans les airs, il faut que la force d’Archimède (flottabilité) F L'action sur le ballon était supérieure à la force de gravité F lourd, c'est-à-dire F Un > F lourd À mesure que la balle s'élève, la force d'Archimède agissant sur elle diminue ( F UNE = gρV), puisque la densité des couches supérieures de l'atmosphère est inférieure à celle de la surface de la Terre. Pour monter plus haut, un lest spécial (poids) est lâché du ballon, ce qui allège le ballon. Finalement, la balle atteint sa hauteur de levage maximale. Pour libérer la balle de sa coque, une partie du gaz est libérée à l'aide d'une valve spéciale. Dans le sens horizontal, un ballon se déplace uniquement sous l'influence du vent, c'est pourquoi on l'appelle ballon (du grec avion- air, état- debout). Il n'y a pas si longtemps, d'énormes ballons étaient utilisés pour étudier les couches supérieures de l'atmosphère et de la stratosphère. ballons stratosphériques . Avant d'apprendre à construire de gros avions pour transporter des passagers et des marchandises par voie aérienne, des ballons contrôlés étaient utilisés - dirigeables. Ils ont une forme allongée ; sous le corps est suspendue une gondole avec un moteur qui entraîne l'hélice. Le ballon non seulement s'élève tout seul, mais peut également soulever certaines marchandises : la cabine, les personnes, les instruments. Par conséquent, afin de savoir quel type de charge un ballon peut soulever, il est nécessaire de le déterminer ascenseur. Supposons, par exemple, qu'un ballon d'un volume de 40 m 3 rempli d'hélium soit lancé dans les airs. La masse d'hélium remplissant la coque de la balle sera égale à : m Ge = ρ Ge V = 0,1890 kg/m 3 40 m 3 = 7,2 kg, et son poids est : P Ge = g m Ge ; PGe = 9,8 N/kg · 7,2 kg = 71 N. La poussée d'Archimède agissant sur cette balle dans les airs est égale au poids de l'air d'un volume de 40 m 3, soit F A = ​​​​g·ρ air V ; F A = ​​9,8 N/kg · 1,3 kg/m3 · 40 m3 = 520 N. Cela signifie que cette boule peut soulever une charge pesant 520 N - 71 N = 449 N. C'est sa force de levage. Un ballon de même volume, mais rempli d'hydrogène, peut soulever une charge de 479 N. Cela signifie que sa force de levage est supérieure à celle d'un ballon rempli d'hélium. Mais l’hélium est encore plus souvent utilisé car il ne brûle pas et est donc plus sûr. L'hydrogène est un gaz inflammable. Il est beaucoup plus facile de soulever et d’abaisser un ballon rempli d’air chaud. Pour ce faire, un brûleur est situé sous le trou situé en partie basse de la boule. A l'aide d'un brûleur à gaz, vous pouvez réguler la température de l'air à l'intérieur du ballon, et donc sa densité et sa poussée d'Archimède. Pour faire monter la boule plus haut, il suffit de chauffer plus fortement l'air qu'elle contient en augmentant la flamme du brûleur. À mesure que la flamme du brûleur diminue, la température de l'air dans la boule diminue et la boule descend. Vous pouvez sélectionner une température de balle à laquelle le poids de la balle et de la cabine sera égal à la force de poussée. Ensuite, la balle restera suspendue dans les airs et il sera facile d'en faire des observations. À mesure que la science se développait, des changements importants se produisaient dans la technologie aéronautique. Il est devenu possible d'utiliser de nouvelles coques pour ballons, devenues durables, résistantes au gel et légères. Les progrès dans le domaine de l’ingénierie radio, de l’électronique et de l’automatisation ont permis de concevoir des ballons sans pilote. Ces ballons sont utilisés pour étudier les courants d'air, pour des recherches géographiques et biomédicales dans les basses couches de l'atmosphère. Pourquoi une personne debout sur des skis ne tombe-t-elle pas dans la neige poudreuse ? Pourquoi une voiture avec des pneus larges a-t-elle une meilleure capacité de cross-country qu'une voiture avec des pneus ordinaires ? Pourquoi un tracteur a-t-il besoin de chenilles ? Nous apprendrons la réponse à ces questions en nous familiarisant avec la quantité physique appelée pression. Pression solide Lorsqu’une force est appliquée non pas à un point du corps, mais à plusieurs points, elle agit alors sur la surface du corps. Dans ce cas, on parle de la pression que cette force crée à la surface d’un corps solide. En physique, la pression est une grandeur physique numériquement égal au rapport force agissant sur une surface perpendiculaire à celle-ci, à l'aire de cette surface. p = F/S , Où R. - pression; F - force agissant sur la surface ; S - superficie. Ainsi, la pression se produit lorsqu’une force agit sur une surface perpendiculaire à celle-ci. L’ampleur de la pression dépend de l’ampleur de cette force et y est directement proportionnelle. Plus la force est grande, plus la pression qu’elle crée par unité de surface est grande. Un éléphant est plus lourd qu’un tigre, il exerce donc plus de pression à la surface. Une voiture appuie sur la route avec plus de force qu'un piéton. La pression d’un solide est inversement proportionnelle à la surface sur laquelle agit la force. Tout le monde sait que marcher dans la neige profonde est difficile car les pieds s'enfoncent constamment. Mais c'est assez simple à faire à skis. Le fait est que dans les deux cas, une personne agit sur la neige avec la même force : la gravité. Mais cette force est répartie sur des surfaces de zones différentes. Étant donné que la surface des skis est plus grande que la surface des semelles des chaussures, le poids de la personne dans ce cas est réparti sur une plus grande surface. Et la force agissant par unité de surface s'avère plusieurs fois inférieure. Par conséquent, une personne debout sur des skis exerce moins de force sur la neige et n'y tombe pas. En modifiant la surface, vous pouvez augmenter ou diminuer la quantité de pression. Lorsqu'on part en randonnée, on choisit un sac à dos avec des bretelles larges pour réduire la pression sur l'épaule. Pour réduire la pression du bâtiment sur le sol, la surface de la fondation est augmentée. Les pneus des camions sont plus larges que ceux des voitures particulières afin qu’ils exercent moins de pression sur le sol. Pour la même raison, un tracteur ou un char est fabriqué sur des chenilles et non sur des roues. Les couteaux, lames, ciseaux et aiguilles sont affûtés de manière à avoir la plus petite zone de coupe ou de perçage possible. Et puis, même avec l’aide d’une petite force appliquée, une grande pression est créée. Pour la même raison, la nature a doté les animaux de dents, de crocs et de griffes acérées. La pression est une quantité scalaire. Dans les solides, elle se transmet dans le sens de la force. L'unité de force est le newton. L'unité de mesure de la superficie est le m2. L’unité de mesure de la pression est donc N/m2. Cette quantité dans le système international d'unités SI est appelée pascal (Pa ou Ra). Il tire son nom du physicien français Blaise Pascal. Une pression de 1 Pascal est provoquée par une force de 1 Newton agissant sur une surface mesurant 1 m2. 1 Pa = 1 N/m2 . D'autres systèmes utilisent des unités telles que bar, atmosphère, mmHg. Art. (millimètres de mercure), etc. Pression dans les liquides Si dans corps solide la pression se transmet dans le sens de la force, puis dans les liquides et les gaz, selon la loi de Pascal, " toute pression exercée sur un liquide ou un gaz est transmise dans toutes les directions sans changement ». Remplissons de liquide une boule avec de minuscules trous reliés à un tube étroit en forme de cylindre. Remplissons la balle de liquide, insérons un piston dans le tube et commençons à le déplacer. Le piston appuie sur la surface du liquide. Cette pression est transmise à chaque point du fluide. Le liquide commence à s'écouler des trous de la balle. En remplissant la boule de fumée, nous verrons le même résultat. Cela signifie que dans les gaz, la pression est également transmise dans toutes les directions. Un liquide, comme tout corps à la surface de la Terre, est affecté par la gravité. Chaque couche de liquide dans le récipient crée une pression avec son poids. Ceci est confirmé par l’expérience suivante. Si vous versez de l'eau dans un récipient en verre doté d'un film en caoutchouc au lieu d'un fond, le film se pliera sous le poids de l'eau. Et plus il y a d’eau, plus le film va se plier. Si nous immergeons progressivement ce récipient avec de l'eau dans un autre récipient, également rempli d'eau, alors au fur et à mesure qu'il descend, le film se redressera. Et lorsque les niveaux d'eau dans le récipient et dans le récipient sont égaux, le film se redresse complètement. A un certain niveau, la pression dans le liquide est la même. Mais avec l'augmentation de la profondeur, cela augmente, puisque les molécules couches supérieures exercer une pression sur les molécules des couches inférieures. Et ils exercent à leur tour une pression sur les molécules des couches situées encore plus bas. C’est donc au point le plus bas du conteneur que la pression sera la plus élevée. La pression en profondeur est déterminée par la formule : p = ρ g h , Où p - pression (Pa); ρ - densité du liquide (kg/m3) ; g - accélération en chute libre (9,81 m/s) ; h - hauteur de la colonne de liquide (m). D’après la formule, il ressort clairement que la pression augmente avec la profondeur. Plus tu descends dans l'océan véhicule sous-marin, plus il subira de pression. Pression atmosphérique Évangéliste Torricelli Qui sait, si en 1638 le duc de Toscane n'avait pas décidé d'agrémenter les jardins de Florence de belles fontaines, la pression atmosphérique n'aurait pas été découverte au XVIIe siècle, mais bien plus tard. On peut dire que cette découverte a été faite par hasard. À cette époque, on croyait que l’eau montait derrière le piston de la pompe car, comme le disait Aristote, « la nature a horreur du vide ». Cependant, l'événement n'a pas été un succès. L’eau des fontaines montait effectivement, remplissant le « vide » qui en résultait, mais elle s’arrêtait à une hauteur de 10,3 m. Ils se sont tournés vers Galileo Galilei pour obtenir de l'aide. Comme il ne trouvait pas d'explication logique, il demanda à ses étudiants : Évangéliste Torricelli Et Vincent Viviani mener des expériences. En essayant de trouver la raison de cet échec, les étudiants de Galilée ont découvert que différents liquides montaient derrière la pompe à des hauteurs différentes. Plus le liquide est dense, plus sa hauteur peut être faible. Puisque la densité du mercure est 13 fois supérieure à celle de l’eau, sa hauteur peut atteindre 13 fois moindre. C'est pourquoi ils ont utilisé du mercure dans leur expérience. En 1644, l'expérience fut réalisée. Un tube de verre était rempli de mercure. Ensuite, il a été versé dans un récipient également rempli de mercure. Après un certain temps, la colonne de mercure dans le tube s'est élevée. Mais il n'a pas rempli tout le tube. Il y avait un espace vide au-dessus de la colonne de mercure. On l’appellera plus tard le « vide torricellien ». Mais le mercure ne s'est pas non plus déversé du tube dans le récipient. Torricelli a expliqué cela par le fait que l'air atmosphérique appuie sur le mercure et le retient dans le tube. Et la hauteur de la colonne de mercure dans le tube montre l’ampleur de cette pression. C'était la première fois que la pression atmosphérique était mesurée. L'atmosphère terrestre est une coquille d'air retenue près d'elle par l'attraction gravitationnelle. Les molécules des gaz qui composent cette coquille se déplacent de manière continue et chaotique. Sous l’influence de la gravité, les couches supérieures de l’atmosphère appuient sur les couches inférieures et les compriment. La couche la plus basse, située à la surface de la Terre, est la plus comprimée. C’est donc là que la pression est la plus forte. D'après la loi de Pascal, elle transmet cette pression dans toutes les directions. Elle est ressentie par tout ce qui se trouve à la surface de la Terre. Cette pression est appelée pression atmosphérique . Puisque la pression atmosphérique est créée par les couches d’air sus-jacentes, elle diminue avec l’augmentation de l’altitude. On sait qu'en haut des montagnes, il y en a moins qu'au pied des montagnes. Et dans les profondeurs souterraines, il est beaucoup plus haut qu'à la surface. La pression atmosphérique normale est considérée comme une pression égale à la pression d'une colonne de mercure de 760 mm de hauteur à une température de 0 o C. Mesure de la pression atmosphérique Étant donné que l'air atmosphérique a des densités différentes à différentes altitudes, la valeur de la pression atmosphérique ne peut pas être déterminée à l'aide de la formulep = ρ · g · h . Par conséquent, il est déterminé à l'aide d'appareils spéciaux appelés baromètres . Il existe des baromètres liquides et des anéroïdes (sans liquide). Le fonctionnement des baromètres à liquide est basé sur les variations du niveau de liquide sous pression atmosphérique. Un anéroïde est un récipient scellé en tôle ondulée, à l'intérieur duquel un vide est créé. Le conteneur se contracte lorsque la pression atmosphérique augmente et se dilate lorsqu'elle diminue. Tous ces changements sont transmis au pointeur à l'aide d'une plaque métallique élastique. La fin de la flèche se déplace le long de l'échelle. En modifiant les lectures du baromètre, vous pouvez prédire l'évolution du temps dans les prochains jours. Si la pression atmosphérique augmente, on peut s'attendre à un temps clair. Et s'il descend, le temps sera nuageux. Lire aussi : 0 Conclusions militaires pour l’Occident 2024-01-06 04:34:42 0 Autodétermination professionnelle des écoliers 2024-01-06 04:34:42 0 Méthodologie de préparation et de réalisation des excursions 2024-01-06 04:34:42 Catégories : Histoire La pédagogie Art Sciences naturelles Entrées récentes Batailles du Moyen Âge. Zharkov, Sergei V. Tactiques des batailles médiévales Lev Kassil L'armée principale de Lev Kassil lire Organisation militaire traditionnelle Histoire et ethnologie. Données. Événements. Fiction. 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