ניקח כלי גלילי עם תחתית אופקית וקירות אנכיים, מלא בנוזל לגובה (איור 248).

אורז. 248. בכלי עם דפנות אנכיות, כוח הלחץ על הקרקעית שווה למשקל כל הנוזל שנשפך

אורז. 249. בכל הכלים המתוארים, הלחץ על הקרקעית זהה. בשני הכלים הראשונים זה יותר ממשקל הנוזל שנשפך, בשני האחרים זה פחות

הלחץ ההידרוסטטי בכל נקודה בתחתית הכלי יהיה זהה:

אם לתחתית הכלי יש שטח, אזי כוח הלחץ של הנוזל על תחתית הכלי, כלומר שווה למשקל הנוזל שנשפך לכלי.

הבה נבחן כעת כלים שונים בצורתם, אך בעלי אותו שטח תחתון (איור 249). אם הנוזל בכל אחד מהם נשפך לאותו גובה, אז הלחץ הוא על התחתית. זה אותו הדבר בכל הכלים. לכן, כוח הלחץ על הקרקעית שווה ל

זהה גם בכל הכלים. זה שווה למשקל של עמודת נוזל עם בסיס שווה לשטח תחתית הכלי וגובה שווה ל גובה שווהשפך נוזל. באיור. 249 עמוד זה מוצג לצד כל כלי עם קווים מקווקוים. שימו לב שכוח הלחץ על הקרקעית אינו תלוי בצורת הכלי ויכול להיות גדול או קטן ממשקל הנוזל שנשפך.

אורז. 250. מכשיר פסקל עם סט כלים. החתכים זהים עבור כל הכלים

אורז. 251. ניסוי עם החבית של פסקל

ניתן לאמת מסקנה זו בניסוי באמצעות המכשיר שהציע פסקל (איור 250). ניתן לחבר כלים למעמד צורות שונות, ללא תחתית. במקום תחתית, לוחית תלויה על קרן האיזון נלחצת בחוזקה אל הכלי מלמטה. אם יש נוזל בכלי, פועל על הצלחת כוח לחץ, אשר קורע את הצלחת כאשר כוח הלחץ מתחיל לעלות על משקל המשקולת העומדת על המחבת השנייה של המשקל.

בכלי בעל דפנות אנכיות (כלי גלילי), התחתית נפתחת כאשר משקל הנוזל שנשפך מגיע למשקל המשקל. בכלים בעלי צורות אחרות, התחתית נפתחת באותו גובה של עמוד הנוזל, אם כי משקל המים שנשפכו עשוי להיות גדול יותר (כלי מתרחב כלפי מעלה) או קטן (כלי מצטמצם) ממשקל המשקל.

ניסיון זה מוביל לרעיון שעם צורתו המתאימה של הכלי, ניתן לקבל כוחות לחץ אדירים על הקרקעית באמצעות כמות קטנה של מים. פסקל חיבר צינור אנכי דק וארוך לחבית סגורה היטב מלאה במים (איור 251). כאשר הצינור מתמלא במים, כוח הלחץ ההידרוסטטי על הקרקעית הופך שווה למשקל של עמודת מים, ששטח הבסיס שלה שווה לשטח תחתית החבית, וכן הגובה שווה לגובה הצינור. בהתאם, כוחות הלחץ על הקירות והתחתית העליונה של החבית גדלים. כשפסקל מילא את הצינור לגובה של כמה מטרים, מה שהצריך רק כמה כוסות מים, כוחות הלחץ שנוצרו פרצו את הקנה.

כיצד ניתן להסביר שכוח הלחץ על קרקעית כלי יכול להיות, בהתאם לצורת הכלי, גדול או קטן ממשקל הנוזל המצוי בכלי? הרי הכוח הפועל על הנוזל מהכלי חייב לאזן את משקל הנוזל. העובדה היא שהנוזל בכלי מושפע לא רק מהתחתית, אלא גם מהקירות של הכלי. במיכל המתרחב כלפי מעלה, לכוחות שבהם פועלים הדפנות על הנוזל יש רכיבים המופנים כלפי מעלה: כך, חלק ממשקל הנוזל מאוזן על ידי כוחות הלחץ של הדפנות ורק חלק חייב להיות מאוזן על ידי כוחות הלחץ מ. התחתית. אדרבה, בכלי שמתחדד כלפי מעלה, התחתית פועלת כלפי מעלה על הנוזל, והדפנות פועלות כלפי מטה; לכן, כוח הלחץ על הקרקעית גדול ממשקל הנוזל. סכום הכוחות הפועלים על הנוזל מתחתית הכלי ודפנותיו שווה תמיד למשקל הנוזל. אורז. 252 מראה בבירור את חלוקת הכוחות הפועלים מהקירות על נוזל בכלים בצורות שונות.

אורז. 252. כוחות הפועלים על נוזל מדפנות כלים בצורות שונות

אורז. 253. כששופכים מים לתוך המשפך, הגליל עולה למעלה.

בכלי שמתחדד כלפי מעלה, פועל על הדפנות כוח המופנה כלפי מעלה מהצד הנוזלי. אם הקירות של כלי כזה נעשים מטלטלים, הנוזל ירים אותם. ניסוי כזה יכול להתבצע באמצעות המכשיר הבא: הבוכנה קבועה בצורה קבועה, מניחים עליה גליל והופך לצינור אנכי (איור 253). כאשר החלל מעל הבוכנה מלא במים, כוחות הלחץ על האזורים והדפנות של הגליל מרימים את הצילינדר כלפי מעלה.

לחץ הוא כמות פיסית, אשר ממלא תפקיד מיוחד בטבע ובחיי האדם. תופעה בלתי נראית זו משפיעה לא רק על המצב סביבה, אבל גם מורגש היטב על ידי כולם. בואו להבין מה זה, איזה סוגים זה קיים ואיך למצוא לחץ (נוסחה) בסביבות שונות.

מהו לחץ בפיזיקה ובכימיה?

מונח זה מתייחס לכמות תרמודינמית חשובה, המתבטאת ביחס של כוח הלחץ המופעל בניצב לשטח הפנים עליו הוא פועל. תופעה זו אינה תלויה בגודל המערכת בה היא פועלת, ולכן מתייחסת לכמויות אינטנסיביות.

במצב של שיווי משקל, הלחץ זהה בכל נקודות המערכת.

בפיזיקה ובכימיה זה מסומן באות "P", שהיא קיצור של שם לטינימונח - pressūra.

אם אנחנו מדברים עלעל אודות לחץ אוסמוטינוזל (שיווי משקל בין הלחץ בתוך התא ומחוצה לו), האות "P" משמשת.

יחידות לחץ

על פי הסטנדרטים של מערכת ה-SI הבינלאומית, התופעה הפיזיקלית המדוברת נמדדת בפסקל (קירילי - Pa, לטינית - Ra).

על סמך נוסחת הלחץ מתברר ש-Pa אחד שווה ל-N אחד (ניוטון - חלקי מטר מרובע אחד (יחידת שטח).

עם זאת, בפועל זה די קשה להשתמש בפסקל, שכן יחידה זו קטנה מאוד. בהקשר זה, בנוסף לתקני SI, ניתן למדוד כמות זו בצורה שונה.

להלן האנלוגים המפורסמים ביותר שלו. רובם נמצאים בשימוש נרחב בברית המועצות לשעבר.

• סורגים. פס אחד שווה ל-105 Pa.
• טורים, או מילימטרים של כספית.טורר אחד בקירוב תואם ל-133.3223684 פא.
• מילימטרים של עמוד מים.
• מטרים של עמוד מים.
• אווירה טכנית.
• אטמוספרות פיזיות. Atm אחד שווה ל-101,325 Pa ו-1.033233 Atm.
• כוח קילוגרם לסנטימטר רבוע.גם כוח טון וכוח גרם מובחן. בנוסף, יש אנלוגי ל-Pound-force לאינץ' מרובע.

נוסחה כללית ללחץ (פיזיקה בכיתה ז')

מתוך ההגדרה של כמות פיזיקלית נתונה, ניתן לקבוע את השיטה למציאתה. זה נראה כמו בתמונה למטה.

בו, F הוא כוח ו-S הוא שטח. במילים אחרות, הנוסחה למציאת הלחץ היא הכוח שלו חלקי שטח הפנים עליו הוא פועל.

ניתן לכתוב זאת גם כך: P = mg / S או P = pVg / S. כך, מסתבר שכמות פיזיקלית זו קשורה למשתנים תרמודינמיים אחרים: נפח ומסה.

העיקרון הבא חל על לחץ: than פחות מקום, המושפע מכוח - ככל שעוצמת הלחיצה נופלת עליו גדולה יותר. אם השטח גדל (באותו כוח), הערך הרצוי יורד.

נוסחת לחץ הידרוסטטית

שונה מצבי צבירהחומרים, מספקים נוכחות של מאפיינים שונים זה מזה. על סמך זה, גם השיטות לקביעת P בהן יהיו שונות.

לדוגמה, הנוסחה ללחץ מים (הידרוסטטי) נראית כך: P = pgh. זה חל גם על גזים. עם זאת, לא ניתן להשתמש בו לחישוב לחץ אטמוספרי בשל ההבדל בגובה ובצפיפות האוויר.

בנוסחה זו, p היא הצפיפות, g היא התאוצה כתוצאה מכוח הכבידה, ו-h הוא הגובה. על בסיס זה, ככל שחפץ או חפץ טבול עמוק יותר, כך הלחץ המופעל עליו בתוך הנוזל (גז) גבוה יותר.

האפשרות הנבחנת היא עיבוד של הדוגמה הקלאסית P = F / S.

אם נזכור שהכוח שווה לנגזרת המסה במהירות הנפילה החופשית (F = mg), ומסת הנוזל היא הנגזרת של נפח בצפיפות (m = pV), אז לחץ הנוסחה יכול להיות נכתב כ-P = pVg / S. במקרה זה, נפח הוא שטח מוכפל בגובה (V = Sh).

אם נכניס את הנתונים הללו, מתברר שניתן להקטין את השטח במונה ובמכנה בפלט - הנוסחה לעיל: P = pgh.

כאשר בוחנים לחץ בנוזלים, כדאי לזכור שבניגוד למוצקים, לעיתים קרובות תיתכן עיקול של שכבת פני השטח בהם. וזה, בתורו, תורם להיווצרות לחץ נוסף.

במצבים כאלה משתמשים בנוסחת לחץ מעט שונה: P = P 0 + 2QH. במקרה זה, P 0 הוא הלחץ של השכבה הלא מעוקלת, ו-Q הוא משטח המתח של הנוזל. H הוא העקמומיות הממוצעת של פני השטח, אשר נקבעת על פי חוק לפלס: H = ½ (1/R 1 + 1/R 2). הרכיבים R 1 ו-R 2 הם הרדיוסים של העקמומיות הראשית.

לחץ חלקי והנוסחה שלו

למרות ששיטת P = pgh ישימה הן לנוזלים והן לגזים, עדיף לחשב את הלחץ באחרון בצורה מעט שונה.

העובדה היא שבטבע, ככלל, חומרים טהורים לחלוטין לא נמצאים לעתים קרובות מאוד, כי תערובות שולטות בו. וזה חל לא רק על נוזלים, אלא גם על גזים. וכידוע, כל אחד מהרכיבים הללו מפעיל לחץ אחר, הנקרא חלקי.

זה די קל להגדיר. זה שווה לסכום הלחץ של כל רכיב של התערובת הנחשבת (גז אידיאלי).

מכאן נובע שנוסחת הלחץ החלקי נראית כך: P = P 1 + P 2 + P 3 ... וכן הלאה, לפי מספר המרכיבים המרכיבים.

לעתים קרובות יש מקרים שבהם יש צורך לקבוע לחץ אוויר. עם זאת, יש אנשים שמבצעים בטעות חישובים רק עם חמצן לפי הסכימה P = pgh. אבל אוויר הוא תערובת של גזים שונים. הוא מכיל חנקן, ארגון, חמצן וחומרים אחרים. בהתבסס על המצב הקיים, נוסחת לחץ האוויר היא סכום הלחצים של כל מרכיביה. פירוש הדבר שעלינו לקחת את ה-P = P 1 + P 2 + P 3 הנ"ל...

המכשירים הנפוצים ביותר למדידת לחץ

למרות העובדה שלא קשה לחשב את הכמות התרמודינמית המדוברת באמצעות הנוסחאות שהוזכרו לעיל, לפעמים פשוט אין זמן לבצע את החישוב. אחרי הכל, אתה תמיד חייב לקחת בחשבון ניואנסים רבים. לכן, מטעמי נוחות, במשך כמה מאות שנים פותחו מספר מכשירים שעושים זאת במקום אנשים.

למעשה, כמעט כל המכשירים מהסוג הזה הם סוג של מד לחץ (מסייע בקביעת לחץ בגזים ובנוזלים). עם זאת, הם שונים בעיצוב, דיוק והיקף היישום.

• לחץ אטמוספרי נמדד באמצעות מד לחץ הנקרא ברומטר. אם יש צורך לקבוע את הוואקום (כלומר לחץ מתחת לאטמוספירה), משתמשים בסוג אחר שלו, מד ואקום.
• על מנת לברר לחץ עורקיבבני אדם משתמשים במד לחץ דם. זה מוכר יותר לרוב האנשים כמד לחץ דם לא פולשני. ישנם סוגים רבים של מכשירים כאלה: ממכני כספית ועד דיגיטלי אוטומטי לחלוטין. הדיוק שלהם תלוי בחומרים מהם הם עשויים ובמיקום המדידה.
• ירידות לחץ בסביבה (באנגלית - ירידת לחץ) נקבעות באמצעות מדי לחץ דיפרנציאלי (לא להתבלבל עם דינמומטרים).

סוגי לחץ

בהתחשב בלחץ, בנוסחה למציאתו ובווריאציות שלו לחומרים שונים, כדאי ללמוד על הזנים של כמות זו. יש חמישה מהם.

• מוּחלָט.
• בָּרוֹמֶטרִי
• מוּפרָז.
• מדד ואקום.
• דִיפֵרֶנציִאָלִי.

מוּחלָט

זהו שמו של הלחץ הכולל שבו נמצא חומר או חפץ, מבלי לקחת בחשבון את ההשפעה של מרכיבים גזים אחרים של האטמוספירה.

הוא נמדד בפסקל והוא סכום הלחץ העודף והאטמוספרי. זה גם ההבדל בין סוגי ברומטרי לוואקום.

זה מחושב באמצעות הנוסחה P = P 2 + P 3 או P = P 2 - P 4.

נקודת המוצא ללחץ מוחלט בתנאים של כדור הארץ היא הלחץ בתוך המיכל שממנו הוצא האוויר (כלומר, ואקום קלאסי).

רק סוג זה של לחץ משמש ברוב הנוסחאות התרמודינמיות.

בָּרוֹמֶטרִי

מונח זה מתייחס ללחץ האטמוספירה (כוח הכבידה) על כל העצמים והעצמים המצויים בה, לרבות פני השטח של כדור הארץ עצמו. רוב האנשים מכירים את זה גם כאטמוספרי.

הוא מסווג כאחד וערכו משתנה בהתאם למקום וזמן המדידה, כמו גם לתנאי מזג האוויר ולמיקום מעל/מתחת פני הים.

גודל הלחץ הברומטרי שווה למודול הכוח האטמוספרי על פני שטח של יחידה אחת נורמלי לו.

באווירה יציבה הערך של זה תופעה פיזיקליתשווה למשקל של עמוד אוויר על בסיס ששטחו שווה לאחד.

הלחץ הברומטרי הרגיל הוא 101,325 פא (760 מ"מ כספית ב-0 מעלות צלזיוס). יתרה מכך, ככל שהאובייקט גבוה יותר מפני השטח של כדור הארץ, לחץ האוויר עליו הופך נמוך יותר. כל 8 ק"מ הוא יורד ב-100 Pa.

הודות לנכס זה, מים בקומקומים רותחים הרבה יותר מהר בהרים מאשר על הכיריים בבית. העובדה היא שהלחץ משפיע על נקודת הרתיחה: ככל שהוא יורד, האחרון פוחת. ולהיפך. הפעולה של מכשירי מטבח כגון סיר לחץ ואוטוקלאב מבוססת על תכונה זו. עלייה בלחץ בתוכם תורמת להיווצרות של עוד טמפרטורה גבוההמאשר במחבתות רגילות על הכיריים.

נוסחת הגובה הברומטרי משמשת לחישוב לחץ אטמוספרי. זה נראה כמו בתמונה למטה.

P הוא הערך הרצוי בגובה, P 0 הוא צפיפות האוויר ליד פני השטח, g הוא תאוצת הנפילה החופשית, h הוא הגובה מעל כדור הארץ, m הוא המסה המולרית של הגז, t הוא הטמפרטורה של המערכת, r הוא קבוע הגז האוניברסלי 8.3144598 J⁄( מול x K), ו-e הוא מספר אייכלר השווה ל-2.71828.

לעתים קרובות בנוסחה לעיל עבור לחץ אטמוספרי, K משמש במקום R - קבוע בולצמן. קבוע הגז האוניברסלי מתבטא לרוב באמצעות התוצר שלו במספר של אבוגדרו. זה נוח יותר לחישובים כאשר מספר החלקיקים ניתן בשומות.

בעת ביצוע חישובים, אתה תמיד צריך לקחת בחשבון את האפשרות של שינויים בטמפרטורת האוויר עקב שינוי במצב המטאורולוגי או בעת השגת גובה מעל פני הים, כמו גם קו רוחב גיאוגרפי.

מד ואקום

ההבדל בין לחץ אטמוספרי ללחץ הסביבה הנמדד נקרא לחץ עודף. בהתאם לתוצאה, שם הכמות משתנה.

אם הוא חיובי, זה נקרא לחץ מודד.

אם לתוצאה המתקבלת יש סימן מינוס, זה נקרא ואקוםמטרי. כדאי לזכור שזה לא יכול להיות יותר מברומטרי.

דִיפֵרֶנציִאָלִי

ערך זה הוא ההבדל בלחץ בנקודות מדידה שונות. ככלל, הוא משמש לקביעת ירידת הלחץ על כל ציוד. זה נכון במיוחד בתעשיית הנפט.

לאחר שהבנו איזה סוג של כמות תרמודינמית נקראת לחץ ובאיזה נוסחאות היא נמצאת, אנו יכולים להסיק שתופעה זו חשובה מאוד, ולכן ידע עליה לעולם לא יהיה מיותר.

נוזלים וגזים מעבירים לחץ המופעל עליהם לכל הכיוונים. כך קובע חוק פסקל וניסיונו המעשי.

אבל יש גם משקל משלו, שאמור להשפיע גם על הלחץ הקיים בנוזלים ובגזים. משקל חלקים או שכבות משלו. השכבות העליונות של הנוזל לוחצות על האמצעיות, האמצעיות על התחתונות והאחרונות בתחתית. כלומר, אנחנו אנו יכולים לדבר על קיומו של לחץ מעמודה של נוזל נח על הקרקעית.

נוסחת לחץ עמודה נוזלית

הנוסחה לחישוב הלחץ של עמודת נוזל בגובה h היא כדלקמן:

כאשר ρ היא צפיפות הנוזל,
g - האצת נפילה חופשית,
h הוא גובה עמודת הנוזל.

זוהי הנוסחה למה שנקרא לחץ הידרוסטטי של נוזל.

לחץ עמודת נוזל וגז

לחץ הידרוסטטי, כלומר הלחץ שמפעיל נוזל במנוחה, בכל עומק אינו תלוי בצורת הכלי בו נמצא הנוזל. אותה כמות מים תוך כדי כלים שונים, יפעיל לחץ שונה על התחתית. הודות לכך, אתה יכול ליצור לחץ עצום גם עם כמות קטנה של מים.

זה הוכח בצורה משכנעת מאוד על ידי פסקל במאה השבע עשרה. הוא הכניס צינור צר ארוך מאוד לתוך חבית סגורה מלאה במים. לאחר שעלה לקומה השנייה, הוא שפך רק ספל אחד של מים לתוך הצינור הזה. החבית התפוצצה. המים בצינור, בשל עוביו הקטן, עלו עד מאוד גובה רב, והלחץ גדל לרמות כאלה שהחבית לא עמדה בו. הדבר נכון גם לגבי גזים. עם זאת, מסת הגזים בדרך כלל קטנה בהרבה ממסת הנוזלים, כך שלעיתים קרובות ניתן להתעלם מהלחץ בגזים בשל משקלם שלהם בפועל. אבל במקרים מסוימים אתה צריך לקחת את זה בחשבון. לדוגמה, לחץ אטמוספירה, אשר לוחץ על כל העצמים על פני כדור הארץ, יש חשיבות רבהבכמה תהליכי ייצור.

הודות ללחץ ההידרוסטטי של המים, ספינות ששוקלות לא מאות, אלא אלפי קילוגרמים, יכולות לצוף ולא לשקוע, שכן המים לוחצים עליהן, כאילו דוחפים אותן החוצה. אבל דווקא בגלל אותו לחץ הידרוסטטי, בעומקים גדולים האוזניים שלנו נסתמות, ואי אפשר לרדת לעומקים גדולים מאוד ללא מכשירים מיוחדים - חליפת צלילה או אמבטיית. רק מעטים מתושבי הים והאוקיינוס ​​הסתגלו לחיות בתנאי לחץ חזק בעומקים גדולים, אך מאותה סיבה הם לא יכולים להתקיים ב שכבות עליונותמים ויכולים למות אם הם נופלים לעומקים רדודים.

הידרוסטטיקה היא ענף ההידראוליקה החוקר את חוקי שיווי המשקל של נוזלים ושוקל את היישום המעשי של חוקים אלה. על מנת להבין הידרוסטטיקה, יש צורך להגדיר כמה מושגים והגדרות.

חוק פסקל להידרוסטטיקה.

בשנת 1653 גילה המדען הצרפתי B. Pascal חוק המכונה בדרך כלל החוק היסודי של ההידרוסטטיקה.

זה נשמע כך:

הלחץ על פני הנוזל המיוצר על ידי כוחות חיצוניים מועבר לתוך הנוזל באופן שווה לכל הכיוונים.

חוק פסקל מובן בקלות אם מסתכלים על המבנה המולקולרי של החומר. בנוזלים ובגזים, למולקולות יש חופש יחסי; הן מסוגלות לנוע זו ביחס לזה, בניגוד למוצקים. במוצקים, מולקולות מורכבות לסריגי גביש.

החופש היחסי שיש למולקולות הנוזלים והגזים מאפשר העברת הלחץ המופעל על הנוזל או הגז לא רק לכיוון הכוח, אלא גם לכל שאר הכיוונים.

חוק פסקל להידרוסטטיקה נמצא בשימוש נרחב בתעשייה. עבודת האוטומציה ההידראולית, השולטת במכונות CNC, מכוניות ומטוסים ומכונות הידראוליות רבות אחרות, מבוססת על חוק זה.

הגדרה ונוסחה של לחץ הידרוסטטי

מחוק פסקל שתואר לעיל עולה כי:

לחץ הידרוסטטי הוא הלחץ המופעל על נוזל על ידי כוח הכבידה.

גודל הלחץ ההידרוסטטי אינו תלוי בצורת הכלי בו נמצא הנוזל ונקבע על ידי המוצר

P = ρgh, איפה

ρ – צפיפות נוזלים

g – האצת נפילה חופשית

h - עומק שבו נקבע הלחץ.

כדי להמחיש את הנוסחה הזו, בואו נסתכל על 3 כלים בצורות שונות.

בכל שלושת המקרים, לחץ הנוזל בתחתית הכלי זהה.

הלחץ הכולל של הנוזל בכלי שווה ל

P = P0 + ρgh, איפה

P0 - לחץ על פני הנוזל. ברוב המקרים מניחים שהוא שווה ללחץ האטמוספרי.

כוח לחץ הידרוסטטי

הבה נבחר נפח מסוים בנוזל בשיווי משקל, ואז נחתוך אותו לשני חלקים על ידי מישור שרירותי AB ונשליך נפשית אחד מהחלקים הללו, למשל את העליון. במקרה זה, עלינו להפעיל כוחות על המישור AB, אשר פעולתו תהיה שוות ערך לפעולת החלק העליון של הנפח המושלכים על החלק התחתון הנותר שלו.

הבה נבחן במישור החתך AB קו מתאר סגור של שטח ΔF, הכולל נקודה שרירותית כלשהיא. תן לכוח ΔP לפעול על האזור הזה.

לאחר מכן לחץ הידרוסטטישהנוסחה שלו נראית

Рср = ΔP / ΔF

מייצג את הכוח הפועל ליחידת שטח, ייקרא הלחץ ההידרוסטטי הממוצע או הלחץ ההידרוסטטי הממוצע על פני השטח ΔF.

הלחץ האמיתי בנקודות שונות של אזור זה עשוי להיות שונה: בנקודות מסוימות הוא עשוי להיות גדול יותר, באחרות הוא עשוי להיות נמוך מהלחץ ההידרוסטטי הממוצע. ברור שבמקרה הכללי, הלחץ הממוצע Рср יהיה שונה פחות מהלחץ האמיתי בנקודה a, ככל שהשטח ΔF קטן יותר, ובמגבלה הלחץ הממוצע יתאים ללחץ האמיתי בנקודה a.

עבור נוזלים בשיווי משקל, הלחץ ההידרוסטטי של הנוזל דומה ללחץ הלחיצה במוצקים.

יחידת הלחץ SI היא ניוטון למ"ר (N/m2) - היא נקראת פסקל (Pa). מכיוון שערכו של הפסקל קטן מאוד, לרוב משתמשים ביחידות מוגדלות:

קילוניוטון למ"ר – 1 קנונט/מ"ר = 1*10 3 ננו/מ"ר

מגנוטון למ"ר – 1MN/m2 = 1*10 6 N/m2

לחץ השווה ל-1*10 5 N/m 2 נקרא בר (בר).

במערכת פיזיקלית, יחידת כוונת הלחץ היא דין לסנטימטר רבוע (dyne/m2), in מערכת טכנית- כוח קילוגרם למ"ר (kgf/m2). בפועל, לחץ הנוזל נמדד בדרך כלל ב-kgf/cm2, ולחץ השווה ל-1 kgf/cm2 נקרא אטמוספירה טכנית (at).

בין כל היחידות הללו יש את הקשר הבא:

1at = 1 kgf/cm2 = 0.98 בר = 0.98 * 10 5 Pa = 0.98 * 10 6 דין = 10 4 kgf/m2

צריך לזכור שיש הבדל בין האווירה הטכנית (at) לבין האווירה הפיזית (At). 1 At = 1.033 kgf/cm 2 ומייצג לחץ רגילבגובה פני הים. הלחץ האטמוספרי תלוי בגובה של מקום מעל פני הים.

מדידת לחץ הידרוסטטית

בפועל הם משתמשים דרכים שונותתוך התחשבות בגודל הלחץ ההידרוסטטי. אם, בעת קביעת הלחץ ההידרוסטטי, נלקח בחשבון גם הלחץ האטמוספרי הפועל על פני השטח החופשיים של הנוזל, הוא נקרא כולל או מוחלט. במקרה זה, ערך הלחץ נמדד בדרך כלל באטמוספרות טכניות, הנקראות אבסולוטי (ata).

לעתים קרובות, כאשר לוקחים בחשבון לחץ, לחץ אטמוספרי על פני השטח החופשי אינו נלקח בחשבון, קביעת מה שנקרא לחץ הידרוסטטי עודף, או לחץ מד, כלומר. לחץ מעל האטמוספירה.

לחץ מודד מוגדר כהפרש בין הלחץ המוחלט בנוזל ללחץ האטמוספרי.

רמ"ן = ראב"ס – רטמ

ונמדדים גם באווירה טכנית, הנקראת במקרה זה עודף.

קורה שהלחץ ההידרוסטטי בנוזל קטן מהאטמוספרי. במקרה זה, אומרים שלנוזל יש ואקום. גודל הוואקום שווה להפרש בין הלחץ האטמוספרי והמוחלט בנוזל

רב"ק = רטם – ראב"ס

והוא נמדד מאפס לאטמוספירה.

ללחץ מים הידרוסטטי יש שני מאפיינים עיקריים:
הוא מכוון לאורך הנורמלי הפנימי לאזור עליו הוא פועל;
כמות הלחץ בנקודה נתונה אינה תלויה בכיוון (כלומר, בכיוון במרחב של האתר בו נמצאת הנקודה).

התכונה הראשונה היא תוצאה פשוטה של ​​העובדה שבנוזל במנוחה אין כוחות משיקים ומתיחה.

הבה נניח שהלחץ ההידרוסטטי אינו מכוון לאורך הנורמלי, כלומר. לא מאונך, אלא בזווית כלשהי לאתר. לאחר מכן ניתן לפרק אותו לשני מרכיבים - נורמלי ומשיק. נוכחות של מרכיב משיק, עקב היעדר כוחות התנגדות לכוחות גזירה בנוזל במנוחה, תוביל בהכרח לתנועת הנוזל לאורך הרציף, כלומר. יפר את שיווי המשקל שלה.

לכן היחיד כיוון אפשרילחץ הידרוסטטי הוא הכיוון שלו נורמלי לאתר.

אם נניח שהלחץ ההידרוסטטי מכוון לא לאורך הנורמלי הפנימי, אלא לאורך הנורמלי החיצוני, כלומר. לא בתוך העצם הנדון, אלא מחוצה לו, אז בשל העובדה שהנוזל אינו מתנגד לכוחות מתיחה, חלקיקי הנוזל יתחילו לנוע ושיווי המשקל שלו ישבש.

כתוצאה מכך, הלחץ ההידרוסטטי של המים מכוון תמיד לאורך הנורמלי הפנימי ומייצג לחץ דחיסה.

מאותו כלל זה נובע שאם הלחץ משתנה בשלב מסוים, אז הלחץ בכל נקודה אחרת בנוזל זה משתנה באותה כמות. זהו חוק פסקל, שנוסח כך: הלחץ המופעל על נוזל מועבר בתוך הנוזל לכל הכיוונים בעוצמה שווה.

פעולתן של מכונות הפועלות בלחץ הידרוסטטי מבוססת על תחולת חוק זה.

סרטון על הנושא

גורם נוסף המשפיע על ערך הלחץ הוא צמיגות הנוזל, שעד לאחרונה הוזנח בדרך כלל. עם הופעתן של יחידות הפועלות בלחץ גבוה, היה צריך לקחת בחשבון גם צמיגות. התברר שכאשר הלחץ משתנה, הצמיגות של חלק מהנוזלים, כמו שמנים, יכולה להשתנות מספר פעמים. וזה כבר קובע את האפשרות להשתמש בנוזלים כאלה כמדיום עבודה.

אינסטלציה, כך נראה, אינה מספקת סיבה רבה להתעמק בג'ונגל של טכנולוגיות, מנגנונים, או לעסוק בחישובים מדוקדקים לבניית תוכניות מורכבות. אבל חזון כזה הוא הסתכלות שטחית על צנרת. ענף האינסטלציה האמיתי אינו נחות בשום אופן במורכבות התהליכים וכמו תעשיות רבות אחרות, דורש גישה מקצועית. בתורו, מקצועיות היא מאגר ידע מוצק עליו מבוססת האינסטלציה. בואו נצלול (אם כי לא עמוק מדי) לזרם ההכשרה באינסטלציה על מנת להתקרב צעד אחד למעמד המקצועי של אינסטלטור.

הבסיס הבסיסי של ההידראוליקה המודרנית נוצר כאשר בלייז פסקל גילה כי פעולת לחץ הנוזל קבועה בכל כיוון. פעולת לחץ הנוזל מכוונת בזווית ישרה לשטח הפנים.

אם מונח מכשיר מדידה (מד לחץ) מתחת לשכבת נוזל בעומק מסוים והאלמנט הרגיש שלו מכוון לכיוונים שונים, קריאות הלחץ יישארו ללא שינוי בכל מיקום של מד הלחץ.

כלומר, לחץ הנוזל אינו תלוי בשום צורה בשינוי הכיוון. אבל לחץ הנוזל בכל רמה תלוי בפרמטר העומק. אם מד הלחץ מועבר קרוב יותר לפני השטח של הנוזל, הקריאה תקטן.

בהתאם, בעת צלילה, הקריאות הנמדדות יגדלו. יתרה מכך, בתנאים של הכפלת העומק, גם פרמטר הלחץ יוכפל.

חוק פסקל מדגים בבירור את השפעת לחץ המים בתנאים המוכרים ביותר לחיים המודרניים.

לכן, בכל פעם שמהירות התנועה של נוזל מוגדרת, חלק מהלחץ הסטטי הראשוני שלו משמש לארגון מהירות זו, שמתקיימת לאחר מכן כמהירות לחץ.

נפח וקצב זרימה

נפח הנוזל העובר דרך נקודה מסוימת בזמן נתון נחשב כנפח זרימה או קצב זרימה. נפח הזרימה מתבטא בדרך כלל בליטרים לדקה (L/min) והוא קשור ללחץ היחסי של הנוזל. לדוגמה, 10 ליטר לדקה ב-2.7 atm.

קצב זרימה (מהירות הנוזל) מוגדר כ מהירות ממוצעת, שבו הנוזל עובר נקודה נתונה. מתבטא בדרך כלל במטרים לשנייה (m/s) או מטרים לדקה (m/min). קצב הזרימה הוא גורם חשובבעת כיול קווים הידראוליים.

נפח ומהירות זרימת הנוזל נחשבים באופן מסורתי לאינדיקטורים "קשורים". עם אותו נפח שידור, המהירות עשויה להשתנות בהתאם לחתך הרוחב של המעבר

נפח וקצב זרימה נחשבים לעתים קרובות בו-זמנית. כל שאר הדברים שווים (בהנחה שנפח הקלט נשאר קבוע), קצב הזרימה גדל ככל שהחתך או הגודל של הצינור יורד, וקצב הזרימה יורד ככל שהחתך גדל.

לפיכך, נצפית האטה במהירות הזרימה ב חלקים רחביםצינורות, ובצווארי בקבוק, להיפך, המהירות עולה. במקרה זה, נפח המים העובר בכל אחד מאלה נקודות בקרה, נותר ללא שינוי.

העיקרון של ברנולי

עקרון ברנולי הידוע בנוי על ההיגיון שעלייה (ירידה) בלחץ של נוזל נוזלי תמיד מלווה בירידה (עלייה) במהירות. לעומת זאת, עלייה (ירידה) במהירות הנוזל מובילה לירידה (עלייה) בלחץ.

עיקרון זה עומד בבסיס מספר תופעות רגילותשרברבים. כדוגמה טריוויאלית, העיקרון של ברנולי אחראי על גרימת "נסיגה פנימה" של וילון המקלחת כאשר המשתמש פותח את המים.

הפרש הלחצים בין החוץ לפנים גורם לכוח על וילון המקלחת. במאמץ הכוחני הזה, הווילון נמשך פנימה.

דוגמה מובהקת נוספת היא בקבוק בושם עם פיית ספריי, כאשר נוצר אזור לחץ נמוךבגלל מהירות אוויר גבוהה. והאוויר נושא עמו את הנוזל.

העיקרון של ברנולי לכנף מטוס: 1 - לחץ נמוך; 2 - לחץ גבוה; 3 - זרימה מהירה; 4 - זרימה איטית; 5 - כנף

העיקרון של ברנולי מראה גם מדוע חלונות בבית נוטים להישבר באופן ספונטני במהלך סופות הוריקן. במקרים כאלה, המהירות הגבוהה ביותר של האוויר מחוץ לחלון מובילה לכך שהלחץ בחוץ הופך נמוך בהרבה מהלחץ בפנים, שם האוויר נשאר כמעט ללא תנועה.

הבדל משמעותי בכוח פשוט דוחף את החלונות החוצה, וגורם לזכוכית להישבר. אז כשזה מתקרב הוריקן חזקבעיקרון, כדאי לפתוח את החלונות רחב ככל האפשר כדי להשוות את הלחץ בתוך המבנה ומחוצה לו.

ועוד כמה דוגמאות כאשר העיקרון של ברנולי פועל: עליית מטוס עם טיסה שלאחר מכן עקב הכנפיים ותנועת "כדורי עקומה" בבייסבול.

בשני המקרים נוצר הבדל במהירות האוויר העובר על פני האובייקט מלמעלה ומלמטה. עבור כנפי מטוס, ההבדל במהירות נוצר על ידי תנועת הדשים; בבייסבול, מדובר בנוכחות של קצה גלי.

עיסוק באינסטלטור ביתי