Ņemsim cilindrisku trauku ar horizontālu dibenu un vertikālām sienām, piepildītu ar šķidrumu līdz augstumam (248. att.).

Rīsi. 248. Tvertnē ar vertikālām sienām spiediena spēks uz dibenu ir vienāds ar visa izlietā šķidruma svaru.

Rīsi. 249. Visos attēlotajos traukos spiediens uz dibenu ir vienāds. Pirmajos divos traukos tas ir lielāks par izlietā šķidruma svaru, pārējos divos tas ir mazāks

Hidrostatiskais spiediens katrā trauka dibena punktā būs vienāds:

Ja trauka dibenam ir laukums, tad šķidruma spiediena spēks uz trauka dibenu, t.i., ir vienāds ar traukā ielietā šķidruma svaru.

Tagad apskatīsim traukus, kas atšķiras pēc formas, bet ar vienādu dibena laukumu (249. att.). Ja šķidrumu katrā no tiem ielej vienā augstumā, tad spiediens ir apakšā. tas ir vienāds visos traukos. Tāpēc spiediena spēks apakšā ir vienāds ar

ir arī vienāds visos traukos. Tas ir vienāds ar šķidruma kolonnas svaru, kuras pamatne ir vienāda ar trauka dibena laukumu un augstums ir vienāds ar vienāds augstums ielej šķidrumu. Attēlā 249 šis stabs ir parādīts pie katra trauka ar pārtrauktām līnijām. Lūdzu, ņemiet vērā, ka spiediena spēks uz dibenu nav atkarīgs no trauka formas un var būt lielāks vai mazāks par izlietā šķidruma svaru.

Rīsi. 250. Paskāla ierīce ar trauku komplektu. Šķērsgriezumi visiem kuģiem ir vienādi

Rīsi. 251. Eksperiments ar Paskāla stobru

Šo secinājumu var pārbaudīt eksperimentāli, izmantojot Paskāla piedāvāto ierīci (250. att.). Jūs varat piestiprināt traukus pie statīva dažādas formas, kam nav dibena. Dibena vietā no līdzsvara sijas piekārta plāksne ir cieši piespiesta kuģim no apakšas. Ja traukā ir šķidrums, uz plāksni iedarbojas spiediena spēks, kas plāksni noplēš, kad spiediena spēks sāk pārsniegt svaru, kas stāv uz otras svaru pannas.

Tvertnē ar vertikālām sienām (cilindriskā traukā) dibens atveras, kad izlietā šķidruma svars sasniedz svara svaru. Citas formas traukos dibens atveras vienā un tajā pašā šķidruma kolonnas augstumā, lai gan ielietā ūdens svars var būt lielāks (trauks izplešas uz augšu) vai mazāks (trauks sašaurinās) nekā svara svars.

Šī pieredze liek domāt, ka ar pareizu trauka formu ir iespējams iegūt milzīgus spiediena spēkus uz grunts, izmantojot nelielu ūdens daudzumu. Paskāls piestiprināja garu, plānu vertikālu cauruli cieši aizblīvētai mucai, kas piepildīta ar ūdeni (251. att.). Kad caurule ir piepildīta ar ūdeni, hidrostatiskā spiediena spēks uz dibenu kļūst vienāds ar ūdens kolonnas svaru, kuras pamatnes laukums ir vienāds ar mucas dibena laukumu, un augstums ir vienāds ar caurules augstumu. Attiecīgi palielinās spiediena spēki uz mucas sienām un augšējo dibenu. Kad Paskāls piepildīja cauruli vairāku metru augstumā, kam vajadzēja tikai dažas tases ūdens, radušies spiediena spēki pārrāva mucu.

Kā mēs varam izskaidrot, ka spiediena spēks uz trauka dibenu atkarībā no trauka formas var būt lielāks vai mazāks par traukā esošā šķidruma svaru? Galu galā spēkam, kas iedarbojas uz šķidrumu no trauka, ir jāsabalansē šķidruma svars. Fakts ir tāds, ka šķidrumu traukā ietekmē ne tikai trauka dibens, bet arī sienas. Tvertnē, kas izplešas uz augšu, spēkiem, ar kuriem sienas iedarbojas uz šķidrumu, ir komponenti, kas vērsti uz augšu: tādējādi daļa šķidruma svara tiek līdzsvarota ar sienu spiediena spēkiem un tikai daļa ir jālīdzsvaro ar spiediena spēkiem no apakša. Gluži pretēji, traukā, kas sašaurinās uz augšu, dibens iedarbojas uz šķidrumu uz augšu, bet sienas darbojas uz leju; tāpēc spiediena spēks uz dibenu ir lielāks par šķidruma svaru. Spēku summa, kas iedarbojas uz šķidrumu no trauka dibena un tā sienām, vienmēr ir vienāda ar šķidruma svaru. Rīsi. 252 skaidri parāda spēku sadalījumu, kas iedarbojas no sienām uz šķidrumu dažādu formu traukos.

Rīsi. 252. Spēki, kas iedarbojas uz šķidrumu no dažādu formu trauku sieniņām

Rīsi. 253. Piltuvē ielejot ūdeni, cilindrs paceļas uz augšu.

Kuģī, kas sašaurinās uz augšu, uz sienām no šķidruma puses iedarbojas uz augšu vērsts spēks. Ja šāda trauka sienas ir padarītas kustīgas, šķidrums tās pacels. Šādu eksperimentu var veikt, izmantojot šādu ierīci: virzulis ir nekustīgi fiksēts, un tam tiek uzlikts cilindrs, kas pārvēršas vertikālā caurulē (253. att.). Kad telpa virs virzuļa ir piepildīta ar ūdeni, spiediena spēki uz cilindra zonām un sienām paceļ cilindru uz augšu.

Spiediens ir fiziskais daudzums, kam ir īpaša loma dabā un cilvēka dzīvē. Šī neredzamā parādība ietekmē ne tikai stāvokli vidi, bet arī ļoti labi jūtas visi. Noskaidrosim, kas tas ir, kādi veidi tā pastāv un kā atrast spiedienu (formulu) dažādās vidēs.

Kas ir spiediens fizikā un ķīmijā?

Šis termins attiecas uz svarīgu termodinamisko lielumu, ko izsaka perpendikulāri spiediena spēka attiecībai pret virsmas laukumu, uz kuru tas iedarbojas. Šī parādība nav atkarīga no sistēmas lieluma, kurā tā darbojas, un tāpēc attiecas uz intensīviem daudzumiem.

Līdzsvara stāvoklī spiediens visos sistēmas punktos ir vienāds.

Fizikā un ķīmijā to apzīmē ar burtu “P”, kas ir saīsinājums vārdam Latīņu nosaukums termins - pressūra.

Ja mēs runājam par par osmotiskais spiediensšķidrums (līdzsvars starp spiedienu šūnas iekšpusē un ārpusē), tiek izmantots burts “P”.

Spiediena mērvienības

Saskaņā ar Starptautiskās SI sistēmas standartiem attiecīgā fiziskā parādība tiek mērīta paskalos (kirilicā - Pa, latīņu valodā - Ra).

Pamatojoties uz spiediena formulu, izrādās, ka viens Pa ir vienāds ar vienu N (ņūtons - dalīts ar vienu kvadrātmetru (laukuma vienība).

Tomēr praksē ir diezgan grūti izmantot paskālus, jo šī vienība ir ļoti maza. Šajā sakarā papildus SI standartiem šo daudzumu var izmērīt atšķirīgi.

Zemāk ir tā slavenākie analogi. Lielāko daļu no tiem plaši izmanto bijušās PSRS teritorijā.

• Bāri. Viens stienis ir vienāds ar 105 Pa.
• Torrs jeb dzīvsudraba staba milimetri. Apmēram viens tors atbilst 133,3223684 Pa.
• Ūdens staba milimetri.
• Ūdens staba metri.
• Tehniskās atmosfēras.
• Fiziskā atmosfēra. Viens atm ir vienāds ar 101 325 Pa un 1,033233 atm.
• Kilograms-spēks uz kvadrātcentimetru. Izšķir arī tonnu spēku un gramspēku. Turklāt ir analogs mārciņas spēkam uz kvadrātcollu.

Spiediena vispārīgā formula (7. klases fizika)

No dotā fiziskā daudzuma definīcijas var noteikt tā atrašanas metodi. Tas izskatās zemāk esošajā fotoattēlā.

Tajā F ir spēks un S ir laukums. Citiem vārdiem sakot, spiediena noteikšanas formula ir tā spēks, kas dalīts ar virsmas laukumu, uz kuru tas darbojas.

To var uzrakstīt arī šādi: P = mg / S vai P = pVg / S. Tādējādi šis fiziskais lielums izrādās saistīts ar citiem termodinamiskajiem mainīgajiem: tilpumu un masu.

Uz spiedienu attiecas šāds princips: nekā mazāk vietas, ko ietekmē spēks – jo lielāks uz to krīt spiedes spēks. Ja laukums palielinās (ar tādu pašu spēku), vēlamā vērtība samazinās.

Hidrostatiskā spiediena formula

Savādāk agregācijas stāvokļi vielas, nodrošina viena no otras dažādu īpašību klātbūtni. Pamatojoties uz to, arī metodes P noteikšanai tajās būs atšķirīgas.

Piemēram, ūdens spiediena (hidrostatiskā) formula izskatās šādi: P = pgh. Tas attiecas arī uz gāzēm. Tomēr to nevar izmantot, lai aprēķinātu atmosfēras spiedienu augstuma un gaisa blīvuma atšķirības dēļ.

Šajā formulā p ir blīvums, g ir gravitācijas paātrinājums, un h ir augstums. Pamatojoties uz to, jo dziļāk objekts vai objekts ir iegremdēts, jo lielāks spiediens uz to tiek izdarīts šķidruma (gāzes) iekšpusē.

Apskatāmā iespēja ir klasiskā piemēra P = F / S adaptācija.

Ja atceramies, ka spēks ir vienāds ar masas atvasinājumu pēc brīvā krišanas ātruma (F = mg), un šķidruma masa ir tilpuma atvasinājums pēc blīvuma (m = pV), tad formulas spiedienu var rakstīts kā P = pVg / S. Šajā gadījumā tilpums ir laukums, reizināts ar augstumu (V = Sh).

Ja ievietojam šos datus, izrādās, ka laukumu skaitītājā un saucējā var samazināt izejā - iepriekšminētā formula: P = pgh.

Apsverot spiedienu šķidrumos, ir vērts atcerēties, ka atšķirībā no cietām vielām tajos bieži ir iespējama virsmas slāņa izliekums. Un tas, savukārt, veicina papildu spiediena veidošanos.

Šādām situācijām tiek izmantota nedaudz atšķirīga spiediena formula: P = P 0 + 2QH. Šajā gadījumā P 0 ir neizliektā slāņa spiediens, un Q ir šķidruma spriegojuma virsma. H ir virsmas vidējais izliekums, ko nosaka saskaņā ar Laplasa likumu: H = ½ (1/R 1 + 1/R 2). Komponenti R 1 un R 2 ir galvenā izliekuma rādiusi.

Parciālais spiediens un tā formula

Lai gan P = pgh metode ir piemērojama gan šķidrumiem, gan gāzēm, labāk ir aprēķināt pēdējo spiedienu nedaudz savādāk.

Fakts ir tāds, ka dabā, kā likums, nav ļoti bieži sastopamas absolūti tīras vielas, jo tajā dominē maisījumi. Un tas attiecas ne tikai uz šķidrumiem, bet arī uz gāzēm. Un, kā jūs zināt, katra no šīm sastāvdaļām rada atšķirīgu spiedienu, ko sauc par daļēju.

To ir diezgan viegli definēt. Tas ir vienāds ar katras attiecīgā maisījuma komponenta spiediena summu (ideālā gāze).

No tā izriet, ka daļējā spiediena formula izskatās šādi: P = P 1 + P 2 + P 3 ... un tā tālāk, atkarībā no sastāvdaļu skaita.

Bieži vien ir gadījumi, kad nepieciešams noteikt gaisa spiedienu. Tomēr daži cilvēki kļūdaini veic aprēķinus tikai ar skābekli saskaņā ar shēmu P = pgh. Bet gaiss ir dažādu gāzu maisījums. Tas satur slāpekli, argonu, skābekli un citas vielas. Pamatojoties uz pašreizējo situāciju, gaisa spiediena formula ir visu tās sastāvdaļu spiedienu summa. Tas nozīmē, ka mums vajadzētu ņemt iepriekš minēto P = P 1 + P 2 + P 3 ...

Visizplatītākie instrumenti spiediena mērīšanai

Neskatoties uz to, ka nav grūti aprēķināt attiecīgo termodinamisko daudzumu, izmantojot iepriekš minētās formulas, dažreiz vienkārši nav laika veikt aprēķinu. Galu galā vienmēr ir jāņem vērā daudzas nianses. Tāpēc ērtības labad vairāku gadsimtu laikā ir izstrādātas vairākas ierīces, kas to dara cilvēku vietā.

Faktiski gandrīz visas šāda veida ierīces ir manometra veids (palīdz noteikt spiedienu gāzēs un šķidrumos). Tomēr tie atšķiras pēc konstrukcijas, precizitātes un pielietojuma apjoma.

• Atmosfēras spiedienu mēra, izmantojot manometru, ko sauc par barometru. Ja nepieciešams noteikt vakuumu (tas ir, spiedienu zem atmosfēras), tiek izmantots cits tā veids - vakuuma mērītājs.
• Lai noskaidrotu arteriālais spiediens cilvēkiem tiek izmantots sfigmomanometrs. Lielākajai daļai cilvēku tas ir labāk pazīstams kā neinvazīvs asinsspiediena mērītājs. Ir daudz šādu ierīču šķirņu: no dzīvsudraba mehāniskās līdz pilnībā automātiskai digitālajai. To precizitāte ir atkarīga no materiāliem, no kuriem tie izgatavoti, un mērījumu vietas.
• Spiediena kritumus vidē (angļu valodā - spiediena kritums) nosaka, izmantojot diferenciālo spiediena mērītājus (nejaukt ar dinamometriem).

Spiediena veidi

Ņemot vērā spiedienu, tā atrašanas formulu un tā variācijas dažādām vielām, ir vērts uzzināt par šī daudzuma šķirnēm. Tādas ir piecas.

• Absolūti.
• Barometriskais
• Pārmērīgs.
• Vakuuma metrika.
• Diferenciāls.

Absolūti

Tas ir kopējā spiediena nosaukums, zem kura atrodas viela vai objekts, neņemot vērā citu atmosfēras gāzveida komponentu ietekmi.

To mēra paskalos un ir pārpalikuma un atmosfēras spiediena summa. Tā ir arī atšķirība starp barometriskajiem un vakuuma veidiem.

To aprēķina, izmantojot formulu P = P 2 + P 3 vai P = P 2 - P 4.

Absolūtā spiediena sākumpunkts planētas Zeme apstākļos ir spiediens traukā, no kura ir izņemts gaiss (tas ir, klasiskais vakuums).

Vairumā termodinamisko formulu izmanto tikai šāda veida spiedienu.

Barometriskais

Šis termins attiecas uz atmosfēras spiedienu (gravitācijas spēku) uz visiem tajā sastopamajiem objektiem un objektiem, ieskaitot pašu Zemes virsmu. Lielākā daļa cilvēku to pazīst arī kā atmosfērisku.

Tas ir klasificēts kā viens un tā vērtība mainās atkarībā no mērījumu vietas un laika, kā arī laika apstākļiem un atrašanās vietas virs/zem jūras līmeņa.

Barometriskā spiediena lielums ir vienāds ar atmosfēras spēka moduli vienas vienības apgabalā, kas tam ir normāls.

Stabilā atmosfērā šī vērtība fiziska parādība vienāds ar gaisa kolonnas svaru uz pamatnes, kuras laukums ir vienāds ar vienu.

Parastais barometriskais spiediens ir 101 325 Pa (760 mm Hg pie 0 grādiem pēc Celsija). Turklāt, jo augstāks objekts atrodas no Zemes virsmas, jo zemāks gaisa spiediens uz to kļūst. Ik pēc 8 km tas samazinās par 100 Pa.

Pateicoties šim īpašumam, ūdens tējkannās kalnos uzvārās daudz ātrāk nekā mājās uz plīts. Fakts ir tāds, ka spiediens ietekmē viršanas temperatūru: tam samazinoties, pēdējais samazinās. Un otrādi. Uz šo īpašību balstās tādas virtuves tehnikas kā spiediena katls un autoklāvs. Spiediena palielināšanās to iekšienē veicina vairāk veidošanos augstas temperatūras nekā parastajās pannās uz plīts.

Barometriskā augstuma formula tiek izmantota, lai aprēķinātu atmosfēras spiedienu. Tas izskatās zemāk esošajā fotoattēlā.

P ir vēlamā vērtība augstumā, P 0 ir gaisa blīvums virsmas tuvumā, g ir brīvā kritiena paātrinājums, h ir augstums virs Zemes, m ir gāzes molārā masa, t ir sistēmas temperatūra, r ir universālā gāzes konstante 8,3144598 J⁄( mol x K), un e ir Eihlera skaitlis, kas vienāds ar 2,71828.

Bieži vien iepriekš minētajā atmosfēras spiediena formulā R vietā tiek izmantots K - Bolcmana konstante. Universālo gāzes konstanti bieži izsaka ar tās reizinājumu ar Avogadro skaitli. Aprēķiniem ir ērtāk, ja daļiņu skaits ir norādīts molos.

Veicot aprēķinus, vienmēr jāņem vērā gaisa temperatūras izmaiņu iespējamība, mainoties meteoroloģiskajai situācijai vai panākot augstumu virs jūras līmeņa, kā arī ģeogrāfisko platumu.

Mērinstruments un vakuums

Atšķirību starp atmosfēras spiedienu un izmērīto apkārtējās vides spiedienu sauc par pārmērīgu spiedienu. Atkarībā no rezultāta mainās daudzuma nosaukums.

Ja tas ir pozitīvs, to sauc par manometrisko spiedienu.

Ja iegūtajam rezultātam ir mīnusa zīme, to sauc par vakuumu. Ir vērts atcerēties, ka tas nevar būt lielāks par barometrisko.

Diferenciāls

Šī vērtība ir spiediena starpība dažādos mērījumu punktos. Parasti to izmanto, lai noteiktu jebkura aprīkojuma spiediena kritumu. Īpaši tas attiecas uz naftas rūpniecību.

Noskaidrojot, kāda veida termodinamisko lielumu sauc par spiedienu un ar kādām formulām tas tiek atrasts, mēs varam secināt, ka šī parādība ir ļoti svarīga, un tāpēc zināšanas par to nekad nebūs liekas.

Šķidrumi un gāzes pārraida uz tiem pielikto spiedienu visos virzienos. To nosaka Paskāla likums un praktiskā pieredze.

Bet ir arī savs svars, kam vajadzētu ietekmēt arī šķidrumu un gāzu spiedienu. Pašu daļu vai slāņu svars. Augšējie šķidruma slāņi spiež uz vidējiem, vidējie - uz apakšējiem, bet pēdējie - uz apakšējo. Tas ir, mēs mēs varam runāt par spiediena esamību no nekustīga šķidruma kolonnas apakšā.

Šķidruma kolonnas spiediena formula

Formula šķidruma kolonnas ar augstumu h spiediena aprēķināšanai ir šāda:

kur ρ ir šķidruma blīvums,
g - brīvā kritiena paātrinājums,
h ir šķidruma kolonnas augstums.

Šī ir tā sauktā šķidruma hidrostatiskā spiediena formula.

Šķidruma un gāzes kolonnas spiediens

Hidrostatiskais spiediens, tas ir, spiediens, ko šķidrums rada miera stāvoklī, jebkurā dziļumā nav atkarīgs no tā trauka formas, kurā šķidrums atrodas. Tikpat daudz ūdens, kamēr atrodas dažādi kuģi, radīs atšķirīgu spiedienu uz dibenu. Pateicoties tam, jūs varat radīt milzīgu spiedienu pat ar nelielu ūdens daudzumu.

To ļoti pārliecinoši pierādīja Paskāls XVII gadsimtā. Viņš ievietoja ļoti garu šauru cauruli slēgtā mucā, kas bija pilna ar ūdeni. Uzkāpis otrajā stāvā, viņš šajā mēģenē ielēja tikai vienu krūzi ūdens. Muca pārsprāga. Ūdens caurulē tā mazā biezuma dēļ pacēlās līdz ļoti liels augstums, un spiediens pieauga līdz tādam līmenim, ka muca neizturēja. Tas pats attiecas uz gāzēm. Tomēr gāzu masa parasti ir daudz mazāka par šķidrumu masu, tāpēc spiedienu gāzēs to pašu svara dēļ praksē bieži var ignorēt. Bet dažos gadījumos jums tas ir jāņem vērā. Piemēram, Atmosfēras spiediens, kas nospiež visus objektus uz Zemes, ir liela nozīme dažos ražošanas procesos.

Pateicoties ūdens hidrostatiskajam spiedienam, kuģi, kas bieži sver nevis simtus, bet tūkstošus kilogramu, var peldēt un nenogrimt, jo ūdens tos spiež, it kā izstumjot. Bet tieši tā paša hidrostatiskā spiediena dēļ lielā dziļumā aizsprosto ausis, un bez īpašām ierīcēm - ūdenslīdēja tērpa vai batiskafa - nav iespējams nolaisties ļoti lielā dziļumā. Tikai daži jūras un okeāna iedzīvotāji ir pielāgojušies dzīvei spēcīga spiediena apstākļos lielā dziļumā, taču tā paša iemesla dēļ viņi nevar pastāvēt augšējie slāņiūdens un var nomirt, ja tie iekrīt seklā dziļumā.

Hidrostatika ir hidraulikas nozare, kas pēta šķidrumu līdzsvara likumus un apsver šo likumu praktisko pielietojumu. Lai izprastu hidrostatiku, ir jādefinē daži jēdzieni un definīcijas.

Paskāla likums hidrostatikai.

1653. gadā franču zinātnieks B. Paskāls atklāja likumu, ko parasti sauc par hidrostatikas pamatlikumu.

Tas izklausās šādi:

Ārējo spēku radītais spiediens uz šķidruma virsmu tiek pārnests šķidrumā vienādi visos virzienos.

Paskāla likums ir viegli saprotams, ja paskatās uz vielas molekulāro struktūru. Šķidrumos un gāzēs molekulām ir relatīva brīvība, atšķirībā no cietām vielām tās spēj pārvietoties viena pret otru. Cietās vielās molekulas tiek saliktas kristāla režģī.

Šķidrumu un gāzu molekulu relatīvā brīvība ļauj uz šķidrumu vai gāzi radīto spiedienu pārnest ne tikai spēka virzienā, bet arī visos citos virzienos.

Rūpniecībā plaši tiek izmantots Paskāla likums par hidrostatiku. Hidrauliskās automatizācijas darbs, kas kontrolē CNC mašīnas, automašīnas un lidmašīnas un daudzas citas hidrauliskās iekārtas, ir balstīts uz šo likumu.

Hidrostatiskā spiediena definīcija un formula

No iepriekš aprakstītā Paskāla likuma izriet, ka:

Hidrostatiskais spiediens ir spiediens, ko uz šķidrumu iedarbojas gravitācijas spēks.

Hidrostatiskā spiediena lielums nav atkarīgs no trauka formas, kurā atrodas šķidrums, un to nosaka produkts

P = ρgh, kur

ρ – šķidruma blīvums

g – brīvā kritiena paātrinājums

h – dziļums, kurā tiek noteikts spiediens.

Lai ilustrētu šo formulu, apskatīsim 3 dažādu formu traukus.

Visos trīs gadījumos šķidruma spiediens trauka apakšā ir vienāds.

Šķidruma kopējais spiediens traukā ir vienāds ar

P = P0 + ρgh, kur

P0 – spiediens uz šķidruma virsmu. Vairumā gadījumu tiek pieņemts, ka tas ir vienāds ar atmosfēras spiedienu.

Hidrostatiskā spiediena spēks

Izvēlēsimies noteiktu tilpumu līdzsvarā esošajā šķidrumā, pēc tam sadalīsim to divās daļās ar patvaļīgu plakni AB un garīgi atmetīsim vienu no šīm daļām, piemēram, augšējo. Šajā gadījumā uz plakni AB jāpieliek spēki, kuru darbība būs līdzvērtīga izmestās tilpuma augšējās daļas darbībai uz atlikušo tās apakšējo daļu.

Apskatīsim griezuma plaknē AB slēgtu apgabala ΔF kontūru, kas ietver kādu patvaļīgu punktu a. Ļaujiet spēkam ΔP iedarboties uz šo laukumu.

Tad hidrostatiskais spiediens kura formula izskatās

Рср = ΔP / ΔF

apzīmē spēku, kas iedarbojas uz laukuma vienību, tiks saukts par vidējo hidrostatisko spiedienu vai vidējo hidrostatiskā spiediena spriegumu apgabalā ΔF.

Patiesais spiediens dažādos šīs zonas punktos var būt atšķirīgs: dažos punktos tas var būt lielāks, citos tas var būt mazāks par vidējo hidrostatisko spiedienu. Acīmredzami, ka vispārīgā gadījumā vidējais spiediens Рср mazāk atšķirsies no patiesā spiediena punktā a, jo mazāks laukums ΔF, un robežā vidējais spiediens sakritīs ar patieso spiedienu punktā a.

Šķidrumiem, kas atrodas līdzsvarā, šķidruma hidrostatiskais spiediens ir līdzīgs spiedes spriegumam cietās vielās.

Spiediena SI mērvienība ir ņūtons uz kvadrātmetru (N/m2) – to sauc par paskālu (Pa). Tā kā paskāla vērtība ir ļoti maza, bieži tiek izmantotas palielinātas vienības:

kiloņūtons uz kvadrātmetru – 1 kN/m 2 = 1*10 3 N/m 2

megaņūtons uz kvadrātmetru – 1MN/m2 = 1*10 6 N/m2

Spiedienu, kas vienāds ar 1*10 5 N/m 2, sauc par bāru (bar).

Fiziskā sistēmā spiediena nolūka mērvienība ir dins uz kvadrātcentimetru (dins/m2), in tehniskā sistēma– kilograms-spēks uz kvadrātmetru (kgf/m2). Praksē šķidruma spiedienu parasti mēra kgf / cm2, un spiedienu, kas vienāds ar 1 kgf / cm2, sauc par tehnisko atmosfēru (at).

Starp visām šīm vienībām pastāv šādas attiecības:

1at = 1 kgf/cm2 = 0,98 bāri = 0,98 * 10 5 Pa = 0,98 * 10 6 dyne = 10 4 kgf/m2

Jāatceras, ka pastāv atšķirība starp tehnisko atmosfēru (at) un fizisko atmosfēru (At). 1 At = 1,033 kgf/cm 2 un apzīmē normāls spiediens jūras līmenī. Atmosfēras spiediens ir atkarīgs no vietas augstuma virs jūras līmeņa.

Hidrostatiskā spiediena mērīšana

Praksē viņi izmanto dažādi veidiņemot vērā hidrostatiskā spiediena lielumu. Ja, nosakot hidrostatisko spiedienu, ņem vērā arī atmosfēras spiedienu, kas iedarbojas uz šķidruma brīvo virsmu, to sauc par kopējo vai absolūto. Šajā gadījumā spiediena vērtību parasti mēra tehniskajās atmosfērās, ko sauc par absolūto (ata).

Bieži vien, ņemot vērā spiedienu, netiek ņemts vērā atmosfēras spiediens uz brīvo virsmu, nosakot tā saukto hidrostatisko pārpalikumu jeb manometrisko spiedienu, t.i. spiediens virs atmosfēras.

Manometriskais spiediens ir definēts kā starpība starp absolūto spiedienu šķidrumā un atmosfēras spiedienu.

Rman = Rabs – Ratm

un tiek mērīti arī tehniskās atmosfērās, ko šajā gadījumā sauc par pārmērīgu.

Gadās, ka hidrostatiskais spiediens šķidrumā ir mazāks par atmosfēras spiedienu. Šajā gadījumā tiek uzskatīts, ka šķidrumam ir vakuums. Vakuuma lielums ir vienāds ar starpību starp atmosfēras spiedienu un absolūto spiedienu šķidrumā

Rvak = Ratm – Rabs

un tiek mērīts no nulles līdz atmosfērai.

Hidrostatiskajam ūdens spiedienam ir divas galvenās īpašības:
Tas ir vērsts gar iekšējo normālu uz apgabalu, uz kuru tas iedarbojas;
Spiediena apjoms noteiktā punktā nav atkarīgs no virziena (t.i., no vietas, kurā punkts atrodas, orientācijas telpā).

Pirmā īpašība ir vienkāršas sekas tam, ka šķidrumā miera stāvoklī nav tangenciālo un stiepes spēku.

Pieņemsim, ka hidrostatiskais spiediens nav vērsts pa normālu, t.i. nevis perpendikulāri, bet kādā leņķī pret vietu. Pēc tam to var sadalīt divās daļās - normālā un pieskares. Tangenciālas sastāvdaļas klātbūtne, jo miera stāvoklī esošajā šķidrumā nav pretestības spēku pret bīdes spēkiem, neizbēgami izraisītu šķidruma kustību pa platformu, t.i. izjauktu viņas līdzsvaru.

Tāpēc vienīgais iespējamais virziens hidrostatiskais spiediens ir tā virziens, kas ir normāls vietai.

Ja pieņemam, ka hidrostatiskais spiediens ir vērsts nevis pa iekšējo, bet gan pa ārējo normālu, t.i. nevis apskatāmā objekta iekšpusē, bet ārpus tā, tad sakarā ar to, ka šķidrums neiztur stiepes spēkus, šķidruma daļiņas sāktu kustēties un tiktu izjaukts tā līdzsvars.

Līdz ar to ūdens hidrostatiskais spiediens vienmēr ir vērsts gar iekšējo normālu un atspoguļo spiedes spiedienu.

No šī paša noteikuma izriet, ka, ja spiediens kādā brīdī mainās, tad spiediens jebkurā citā šī šķidruma punktā mainās par tādu pašu daudzumu. Tas ir Paskāla likums, kas formulēts šādi: Spiediens, kas tiek iedarbināts uz šķidrumu, tiek pārnests šķidruma iekšienē visos virzienos ar vienādu spēku.

Mašīnu darbība, kas darbojas zem hidrostatiskā spiediena, ir balstīta uz šī likuma piemērošanu.

Video par tēmu

Vēl viens faktors, kas ietekmē spiediena vērtību, ir šķidruma viskozitāte, kas vēl nesen parasti tika atstāta novārtā. Līdz ar agregātu parādīšanos, kas darbojas ar augstu spiedienu, bija jāņem vērā arī viskozitāte. Izrādījās, ka, mainoties spiedienam, dažu šķidrumu, piemēram, eļļu viskozitāte var mainīties vairākas reizes. Un tas jau nosaka iespēju izmantot šādus šķidrumus kā darba vidi.

Šķiet, ka santehnika nedod lielu iemeslu iedziļināties tehnoloģiju, mehānismu džungļos vai veikt skrupulozus aprēķinus, lai izveidotu sarežģītas shēmas. Bet šāds redzējums ir virspusējs skatījums uz santehniku. Īstā santehnikas nozare sarežģītības ziņā nekādā ziņā neatpaliek no procesiem un, tāpat kā daudzas citas nozares, prasa profesionālu pieeju. Savukārt profesionalitāte ir pamatīgs zināšanu krājums, uz kura balstās santehnika. Iedziļināsimies (lai gan ne pārāk dziļi) santehniķu apmācības plūsmā, lai pietuvotos soli tuvāk santehniķa profesionālajam statusam.

Mūsdienu hidraulikas pamats tika izveidots, kad Blēzs Paskāls atklāja, ka šķidruma spiediena darbība ir nemainīga jebkurā virzienā. Šķidruma spiediena darbība ir vērsta taisnā leņķī pret virsmas laukumu.

Ja mērierīci (manometru) novieto zem šķidruma slāņa noteiktā dziļumā un tās jutīgo elementu novirza dažādos virzienos, spiediena rādījumi paliks nemainīgi jebkurā manometra pozīcijā.

Tas ir, šķidruma spiediens nekādā veidā nav atkarīgs no virziena maiņas. Bet šķidruma spiediens katrā līmenī ir atkarīgs no dziļuma parametra. Ja spiediena mērītāju pārvieto tuvāk šķidruma virsmai, rādījums samazināsies.

Attiecīgi, nirstot, izmērītie rādījumi palielināsies. Turklāt dziļuma dubultošanās apstākļos arī spiediena parametrs dubultosies.

Paskāla likums skaidri parāda ūdens spiediena ietekmi mūsdienu dzīves pazīstamākajos apstākļos.

Tāpēc ikreiz, kad tiek iestatīts šķidruma kustības ātrums, daļa no tā sākotnējā statiskā spiediena tiek izmantota, lai organizētu šo ātrumu, kas pēc tam pastāv kā spiediena ātrums.

Tilpums un plūsmas ātrums

Šķidruma tilpums, kas šķērso noteiktu punktu noteiktā laikā, tiek uzskatīts par plūsmas tilpumu vai plūsmas ātrumu. Plūsmas tilpumu parasti izsaka litros minūtē (L/min) un ir saistīts ar šķidruma relatīvo spiedienu. Piemēram, 10 litri minūtē pie 2,7 atm.

Plūsmas ātrums (šķidruma ātrums) ir definēts kā Vidējais ātrums, pie kura šķidrums pārvietojas garām dots punkts. Parasti izsaka metros sekundē (m/s) vai metros minūtē (m/min). Plūsmas ātrums ir svarīgs faktors kalibrējot hidrauliskās līnijas.

Šķidruma plūsmas tilpums un ātrums tradicionāli tiek uzskatīti par “saistītiem” rādītājiem. Ar tādu pašu pārraides apjomu ātrums var mainīties atkarībā no ejas šķērsgriezuma

Tilpums un plūsmas ātrums bieži tiek ņemti vērā vienlaikus. Ja visas pārējās lietas ir vienādas (pieņemot, ka ievades tilpums paliek nemainīgs), plūsmas ātrums palielinās, samazinoties caurules šķērsgriezumam vai izmēram, un plūsmas ātrums samazinās, palielinoties šķērsgriezumam.

Tādējādi tiek novērots plūsmas ātruma palēninājums platas daļas cauruļvados, bet sastrēgumos, gluži pretēji, ātrums palielinās. Šajā gadījumā ūdens tilpums, kas iet caur katru no tiem kontroles punkti, paliek nemainīgs.

Bernulli princips

Labi pazīstamais Bernulli princips ir balstīts uz loģiku, ka šķidruma šķidruma spiediena paaugstināšanās (kritums) vienmēr ir saistīta ar ātruma samazināšanos (palielināšanos). Un otrādi, šķidruma ātruma palielināšanās (samazināšanās) noved pie spiediena samazināšanās (palielināšanās).

Šis princips ir vairāku iemeslu pamatā ierastās parādības santehniķi. Kā triviāls piemērs, Bernulli princips ir atbildīgs par to, lai dušas aizkars "ievilktos uz iekšu", kad lietotājs ieslēdz ūdeni.

Spiediena starpība starp ārpusi un iekšpusi rada spēku uz dušas aizkaru. Ar šo spēcīgo piepūli priekškars tiek ievilkts uz iekšu.

Vēl viens spilgts piemērs ir smaržu pudele ar smidzināšanas uzgali, kad tiek izveidots laukums zems spiediens lielā gaisa ātruma dēļ. Un gaiss nes sev līdzi šķidrumu.

Bernulli princips lidmašīnas spārnam: 1 - zems spiediens; 2 — augstspiediena; 3 — ātra plūsma; 4 — lēna plūsma; 5 - spārns

Bernulli princips parāda arī to, kāpēc viesuļvētru laikā mājas logi mēdz spontāni saplīst. Šādos gadījumos ārkārtīgi lielais gaisa ātrums ārpus loga noved pie tā, ka spiediens ārā kļūst daudz mazāks par spiedienu iekšpusē, kur gaiss paliek praktiski nekustīgs.

Būtiska spēka atšķirība vienkārši izspiež logus uz āru, izraisot stikla saplīst. Tātad, kad tas būs tuvāk spēcīga viesuļvētra Būtībā logus vajadzētu atvērt pēc iespējas plašāk, lai izlīdzinātu spiedienu ēkas iekšpusē un ārpusē.

Un vēl pāris piemēri, kad darbojas Bernulli princips: lidmašīnas pacelšanās ar sekojošu lidojumu, pateicoties spārniem, un “liekuma bumbiņu” kustība beisbolā.

Abos gadījumos tiek radīta gaisa ātruma atšķirība, kas iet garām objektam no augšas un apakšas. Lidmašīnas spārniem ātruma atšķirību rada atloku kustība, beisbolā tā ir viļņotas malas klātbūtne.

Mājas santehniķa prakse