Hüdrostaatiline rõhk: määratlus, valemid, põhimõtted, näidisülesanded
Rõhk tekib nii teatud alale mõjuva jõu kui ka artiklis sisalduva vedeliku rõhu tõttu seekord arutame, kuidas rõhk vedelikus või tuntud ka kui rõhk hüdrostaatiline.
Sisukord
Hüdrostaatilise rõhu mõistmine
Hüdrostaatiline rõhk on rõhk, mida vedelik rakendab raskusjõu mõjul eseme vastu igas suunas.
Seda tüüpi rõhk suureneb aja jooksul, suurendades vedeliku pinna suunas mõõdetud sügavust.
Asi, millele peate sellel rõhul tähelepanu pöörama, on objektile avatud vedeliku tihedus.
Sageli kasutatakse näiteks vett ja õli. Vee tihedus on 1 g / cm2 või 1000 kg / m2 ja õli tihedus 0,8 g / cm2 või 800 kg / m2.
Gravitatsioonijõu mõjul surub veeosakeste kaal osakesi selle alla, seejärel mitmesuguseid Allpool olevad veeosakesed suruvad üksteist vee põhja, nii et allpool olev rõhk on suurem kui ülemine rõhk.
Nii et mida sügavamale veepinna poole sukeldume, seda suurem on veemaht meie kohal veepinnaga, nii et suureneb ka rõhk, mida vesi avaldab meie kehale suur.
Hüdrostaatilise rõhu omadused
Hüdrostaatilisel rõhul on mitu omadust, sealhulgas:
- Mida sügavam punkt on vedeliku pinnast, seda suurem on hüdrostaatiline rõhk.
- Vedeliku rõhk igas suunas on sama.
- Hüdrostaatiline rõhk sõltub vedeliku sügavusest, tihedusest ja gravitatsioonist tingitud kiirendusest.
- Ei sõltu anuma kujust.
Hüdrostaatilise rõhu valem
Seda hüdrostaatilist rõhku ei saa mõjutada vee mass ega kaal, vee pindala ega veenõu kuju ja see rõhk surub igas suunas.
Rõhuühik on Newton meetri ruutu kohta (N / m2) / Pascal (Pa).
Hüdrostaatilise rõhu leidmiseks kasutatakse järgmist valemit:
Ph = gh
Teave:
- Ph: Hüdrostaatiline rõhk (N / m2 või Pa) >> 1 atm = 1 Pa
- : Tihedus (km / m3)
- g: raskusjõud (m / s2)
- h: objekti sügavus vedeliku pinnast (m)
- Ph: gh + P
- P: Väline õhurõhk (1 atm / 76 cm Hg)
Mida suurem on mõõtepunkti kaugus veepinna suunast, seda suurem on selles punktis hüdrostaatiline rõhk.
Seda tõendab allpool olev pilt, mis näitab, mida suurem on veetase, seda suurem on hüdrostaatiline rõhk anuma põhjas.
See laseb vett veelgi paremale anumasse paisata, kuna rõhk on vasakpoolsest anumast kõrgem.
Eespool toodud valemit kasutatakse vahendina, et määrata hüdrostaatilise rõhu väärtus suletud anumas (näiteks: rõhk teatud punktis vees suletud pudelis, veepaagis või veetünnis, mis on suletud).
Selleks, et oleks võimalik arvutada kogurõhk, mis eksisteerib näiteks punktis, mis asub veepinna all avatud kohas järvede ja merede või avatud mahutitega konteinerite jaoks, nõuab see atmosfäärirõhu suurt tõusu arvutus.
Seega on kogu hüdrostaatiline rõhk avatud olekus võrdne vee hüdrostaatilise rõhuga selles punktis, kuid sellele lisatakse formuleeritud vee pinnale mõjuva rõhu summa koos:
Pkokku = Phüdro + PPangaautomaat
Pkokku= gh + PPangaautomaat
Teave:
PPangaautomaat on atmosfäärirõhk (atmosfäärirõhk merepinnal on PPangaautomaat = 1,01×105Pa).
Vedeliku rõhk on tihedalt seotud Archimedese seadus & Pascali seadus.
Hüdrostaatilise rõhu põhimõte
Hüdrostaatilise rõhu valemi põhimõtte paremaks mõistmiseks kaaluge järgmist pilti:
Teave:
- Õngitseja kogurõhk on võrdne atmosfäärirõhuga (kui alati saab atmosfäärirõhku kogu aeg), nii et P1 = PPangaautomaat
- Kollase paagisukelduja vastuvõetud kogurõhk on võrdne atmosfäärirõhu ja hüdrostaatilise rõhuga sügavusel h2. aastani P2 = gh2+ PPangaautomaat
- Punase paagisukelduja vastuvõetud kogurõhk võrdub atmosfäärirõhu pluss hüdrostaatilise rõhuga h3 sügavusel. aastani P3 = gh3+ PPangaautomaat
Sest h3 > h2, nii et P3 > P2.
Hüdrostaatilise rõhu näide
Siin on mõned näited igapäevaelus esinevast hüdrostaatilisest rõhust, sealhulgas:
- Veepaagi tühjendusava paigaldatakse mahuti põhja, nii et veemahutis sisalduv vesi ja mustus saaksid sujuvalt välja tulla.
- Veevanni põhi on paksem kui ülaosa, et vastu pidada põhja suurele veesurvele.
- Paisu põhi on paksem kui ülaosa, et vastu pidada põhjas olevale suurele veesurvele.
- Sügavamalt ujudes tunneb sukelduja valutavat kõrva. Seda seetõttu, et mida sügavamale me sukeldume, seda suurem on surve.
- Infusiooni korral tuleb infusioon asetada kehaosasse, mille vererõhk on madalam kui infusioonirõhul, et infusioonivedelik saaks voolata patsiendi kehasse. Kui vererõhk on suurem kui infusioonirõhk, voolab veri läbi infusioonitoru infusioonikotti.
- Allveelaeva kuju on valmistatud nagu torpeedo kuju, et taluda meres hüdrostaatilist survet.
Probleemide näide
Eespool toodud kirjelduste mõistmise hõlbustamiseks pakume siin hüdrostaatilise rõhu näiteid ja nende selgitusi, sealhulgas:
1. Atmosfäärirõhk merepinnal on 1,01 x 105 Pa. Miks me ei saa tunda atmosfäärirõhku, kui see surub meie keha?
A. Atmosfäärirõhku peetakse nulli raskusjõu tõttu.
B. Gravitatsioon välistab survetunde.
C. Meie kehas olevad vedelikud võivad keha sama jõuga välja tõrjuda.
D. Oleme atmosfäärirõhuga harjunud sünnist saati.
Vastus:
Õige vastus on C.
Sest inimkeha veri ja vedelikud avaldavad kehast väljuvale atmosfäärirõhule sama rõhku.
Kuna kehast välja suruv rõhk on sama kui kehale suruv atmosfäärirõhk, siis ei saa me tunda meie keha survestavat atmosfäärirõhku.
2. Kilpkonn ujub akvaariumis. Kilpkonnad asuvad akvaariumi pinnast 50 cm kaugusel. Arvutage kilpkonna poolt saadud hüdrostaatiline rõhk?
(vee tihedus = 1000 kg / m3 ja gravitatsioonist tingitud kiirendus 10 m / s2)
Vastus:
On tuntud:
h = 50 cm = 0,5 m
= 1000 kg / m3
g = 10 m / s2
Küsis:
Ph... ???
Lahendus:
Ph = .g.h
Ph = 1000 x 10 x 0,5
Ph = 5000 Pa.
Nii võime teada, et kilpkonna poolt saadud hüdrostaatiline rõhk on 5000 paskaali.
3. Vaata allolevat pilti!
Ülaltoodud pildil on kaks survet, mis on rakendatud elavhõbedaga täidetud U-kujulisele torule, mis on otseselt ühendatud vaba õhuga või on atmosfäärirõhk. Kui suur on rõhk Pa, kui veetaseme erinevus (H) on 1,2 m?
(elavhõbeda tihedus = 13 600 kg / m3)
Lahendus:
On tuntud:
Lahendus:
Nii saab parempoolsel küljel oleva rõhu (Pa ) on 2,61 x 105 Pa.
Kuigi kõrguste erinevus on ainult väike, on vedeliku tihedus, mida tuleb alla suruda, tavalise veega võrreldes väga suur (üle 13 korra).
Seetõttu võtab elavhõbeda mahasurumine kuni 13 korda suuremat survet kui tavaline vesi.
4. Sukelduja teeb sukeldumist veepinnast 10 m sügavusel. Kui vee tihedus on 1000 kg / m3 ja gravitatsioonist tingitud kiirendus on 10 m / s2, siis leidke ja määrake tuukri kogetud hüdrostaatilise rõhu väärtus!
Vastus:
On tuntud:
h = 10 m
= 1000 kg / m3
g = 10 m / s2
Küsis P =… ???
Lahendus
P =. g. h
P = 1000. 10. 10
P = 100 000 N / m2
Nii et sukelduja hüdrostaatiline rõhk on = 100 000 N / m2.