Атмосферное давление формула физика: Атмосферное давление в физике

Содержание

Формула давления в физике

Содержание:

Определение и формула давления

Определение

Давление – это физическая величина,характеризующая состояние сплошной среды. Оно равно пределу отношения нормальной составляющей силы,
которая действует на участок поверхности тела площади
$\Delta S$ к размеру данной площади при
$\Delta S \rightarrow 0$ . Обозначается давление буквой p. Тогда математической
записью определения давления станет формула:

$$p=\lim _{\Delta S \rightarrow 0} \frac{\Delta F_{n}}{\Delta S}=\frac{d F_{n}}{d S}$$

Выражение (1) определяет давление в точке.

Среднее давление

Средним давлением на поверхность называют величину:

$$\langle p\rangle=\frac{F_{n}}{S}(2)$$

где F_n – нормальная составляющая силы, которая действует на рассматриваемую поверхность, S – площадь этой поверхности.

Давление идеального газа

Давление идеального газа вычисляют, используя основное уравнение молекулярно – кинетической теории:

$$p=n k T(3)$$

где $n=\frac{N}{V}$– концентрация молекул газа
(N – число частиц), k=1,38•10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура газа. {*}$ –поверхностное натяжение жидкости,p₀^* – давление под не искривлённым слоем жидкости,
H — средняя кривизна поверхности жидкости, вычисляемая по закону Лапласа:

$$H=\frac{1}{2}\left(\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}\right)$$

R₁, R₂ – главные радиусы кривизны.

Единицы измерения давления

Основной единицей измерения давления в системе СИ является: [p]=Па (паскаль)

Внесистемные единицы давления: [p]=мм рт.ст.(миллиметр ртутного столба),мм в.ст (мм водяного столба),атмосфера,бар.

Па= Н/м² и 1 бар=10⁵ Па.

Техническая атмосфера ~1 бар. Физическая атмосфера 1,01 бар=760 мм рт.ст.. 1 мм рт.ст.=133 Па.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Каково давление в море на глубине h=8,5 м, если атмосферное давление равно
p₀=10⁵ Па, плотность морской воды равна
$\rho$=1,03•10³ кг/м³

Решение. {5}$ (Па)

Слишком сложно?

Формула давления не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Каково давление струи на неподвижную плоскость, если струя воды ударяет ее под углом
$\alpha$ к нормали
плоскости, и упруго отскакивает от нее без изменения скорости? Скорость струи v.

Решение. Сделаем рисунок.

За время $\Delta t$ о стенку ударяется масса воды равная:

$$m=l S \rho=v \Delta t S \rho$$

где S — поперечное сечение струи, $\rho$ – плотность воды. В соответствии с законом сохранения импульса имеем:

$$F \Delta t=m \Delta v \rightarrow F=\frac{m \Delta v}{\Delta t}(2.2)$$

где F – сила, с которой вода действует на стенку.

Примем за положительное направление нормали внешней к опоре и учитывая, что струя отскакивает от стены без потери скорости, получаем:

$$\Delta v=v_{2} \cos \alpha-\left(-v_{1} \cos \alpha\right)=v_{2} \cos \alpha+v_{1} \cos \alpha=2 v \cos \alpha(2. {2}$

Читать дальше: Формула закона Ома.

Измерение давления | Физика

Приборы для измерения давления, создаваемого жидкостями и газами, называют манометрами (от греч. манос – «редкий», «неплотный»). Рассмотрим устройство некоторых видов манометров.

На рис. 160 показан жидкостный манометр. Он представляет собой U-образную стеклянную трубку, частично наполненную жидкостью. Если давления над поверхностями жидкости в обоих коленах одинаковы, например равны атмосферному давлению pатм, то поверхности жидкостей установятся на одном уровне. Если же давление над поверхностью жидкости в левом колене увеличить (см. рис. 160, б), то ситуации изменится: уровень жидкости в левом колене опустится под действием давления воздуха p1 > p_атм, а в правом колене – поднимется. При этом чем больше увеличится давление в левом колене, тем большей станет разность уровней жидкости в коленах манометра.

Пусть давление над поверхностью жидкости в левом колене равно p₁, а в правом – p_атм. Высота левого столба жидкости – h₁, а правого – h₂. Применим формулу для расчета гидростатического давления в нижней точке A трубки манометра. Это давление можно вычислить двумя способами. Рассматривая жидкость в левом колене, получим: p_A = p₁ + ρ · g · h₁; соответственно для правого колена: p_A = p_атм + ρ · g · h₂.

Приравнивая эти выражения, получим:

p₁ = p_атм + ρ · g · (h₂ — h₁) = p_атм + ρ · g · Δh

Таким образом, если известна плотность ρ жидкости, то, измеряя разность Δh высот столбов жидкости в коленах манометра, можно определить, на какую величину неизвестное давление p₁ отличается от атмосферного. Из полученной формулы следует, что если Δh > 0, т. е. h₂ > h₁, то измеряемое давление в левом колене больше атмосферного. Наоборот, если Δh < 0, т. е. h₂ < h₁, то измеряемое давление p₁ меньше атмосферного (см. рис. 160, в).

Продолжим анализ полученной формулы. Измеряемая разность давлений p₁ — pатм = ρ · g · Δh. Поэтому если перепад давлений достаточно большой, то для его измерения необходимо либо использовать трубку большой длины (для больших значений Δh), либо использовать жидкость с большой плотностью ρ. На практике в жидкостных манометрах обычно используют ртуть, плотность которой равна 13,6 г/см³. Поэтому давление часто измеряют в несистемных единицах – миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Давление столба ртути высотой 1 мм равно p = ρgh = 133,3 Па. (Нормальное атмосферное давление на уровне моря равно 101,325 кПа, что соответствует 760 мм рт. ст.)

Теперь представим себе, что давление в левом колене манометра над поверхностью жидкости равно нулю. Тогда полученная формула примет вид: p₁ = 0 = p_атм + ρg(h₂ — h₁). Следовательно, pатм = ρg(h₁ — h₂). Этой формулой можно воспользоваться для измерения атмосферного давления.

Впервые атмосферное давление измерил в 1643 г. итальянский ученый Э. Торричелли. Для получения нулевого давления над поверхностью ртути (что соответствует атмосферному давлению на высоте более 100 км) он поступил следующим образом. Заполнив ртутью запаянную с одного конца стеклянную трубку длиной 1 м и закрыв пальцем отверстие, он перевернул трубку и погрузил незапаянный конец трубки в чашку с ртутью. После этого он убрал палец и обнаружил, что из трубки вылилась только часть ртути (рис. 161). В результате над поверхностью ртути в трубке образовалось не заполненное воздухом пространство – «торричеллиева пустота». Высота h столба оставшейся в трубке ртути, равная разности высот столбов ртути в трубке (h₁) и чашке (h₂), составила примерно 760 мм. При этом разность давлений, создаваемых в точке A столбом ртути в трубке и столбом ртути в чашке, уравновешивается давлением атмосферы на открытую поверхность ртути в чашке:

0 + ρgh₁ = p_атм + ρgh₂

Следовательно,

p_атм = ρg(h₁ — h₂) = ρgh

Если к такой трубке с ртутью прикрепить шкалу с нанесенными на ней делениями в миллиметрах, то получится ртутный барометр – прибор для измерения атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

В настоящее время для измерения атмосферного давления используют безжидкостные приборы, получившие название барометров-анероидов. (Анероид в переводе с греческого – «безжидкостный».) Устройство одного из таких приборов показано на рис. 162. Основным элементом барометра-анероида является круглая металлическая коробка 1, закрытая тонкой гофрированной крышкой – мембраной. Из коробки откачан воздух, и мембрана под действием атмосферного давления прогибается внутрь коробки. К центру мембраны прикреплена пружина 2. При изменении атмосферного давления величина прогиба мембраны изменяется, что фиксируется с помощью стрелки 3, закрепленной на оси вращения 4. Такой прибор обычно имеет две шкалы (рис. 16З). Одна шкала проградуирована в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), другая – в гектопаскалях (гПа).

Как уже отмечалось, с увеличением высоты над поверхностью Земли атмосферное давление уменьшается. Поэтому по измерениям атмосферного давления на различных высотах можно судить о высоте подъема над поверхностью Земли. В барометрах, применяемых в авиации, шкалу градуируют в метрах, а прибор называют высотомером.

На практике для измерения давления часто используют трубчатые манометры. Устройство подобного прибора показано на рис. 164. Основным его элементом является изогнутая в дугу упругая металлическая трубка 1. Один жестко закрепленный конец этой трубки подсоединяется к системе, в которой необходимо измерить давление. Другой конец трубки запаян и находится в свободном положении. При увеличении давления внутри трубки она начинает разгибаться. В результате ее свободный конец перемещается относительно корпуса прибора. Это смещение вызывает поворот стрелки 2.

Подобные манометры позволяют измерять давление от сотен паскалей до нескольких гигапаскалей (10⁹ Па) и поэтому широко используются на практике. В частности, их применяют для измерения давления в шинах автомобилей, давления в водопроводных и газовых трубах и т. п.

Итоги

Приборы для измерения давления, создаваемого жидкостями и газами, называют манометрами.

Жидкостные манометры основаны на измерении разности высот столбов однородной жидкости в сообщающихся сосудах, один из которых находится под действием атмосферного давления. Измеряемая разность давлений равна

p₁ — p_атм = ρgΔh

Приборы для измерения атмосферного давления называют барометрами. Существуют ртутные барометры и барометры-анероиды (безжидкостные барометры).

Изменение (уменьшение) давления с увеличением высоты над поверхностью Земли позволяет использовать барометры для определения высоты полета летательных аппаратов.

Вопросы

Как называют приборы для измерения давления?
Какие виды приборов для измерения давления вы знаете?
Как устроен жидкостный манометр?
Как устроен барометр-анероид?
Как устроен трубчатый манометр?
Что такое высотомер?
Расскажите об опыте Торричелли.
Являются ли чашка и трубка в опыте Торричелли (см. рис. 161) сообщающимися сосудами?

Упражнения

Определите высоту столба воды, действие которого уравновесит атмосферное давление.
В течение суток барометр показывал давление: 740; 746; 752 мм рт. ст. Пересчитайте эти показания в Па.
Опустите стакан полностью в тазик с водой. Затем переверните стакан под водой вверх донышком и медленно поднимайте его. Объясните, почему вода из стакана не будет выливаться, пока края стакана не поднимутся выше уровня воды в тазике.
Как изменится показание барометра-анероида при его подъеме на высоту 300 м над поверхностью Земли?

Измерение атмосферного давления и Опыт Торичелли: формула

Всем известно, что формула для расчёта давления жидкости выглядит следующим образом: р=ρgh, где р — давление жидкости на дно сосуда, ρ — плотность воды, g — сила тяжести, действующая на 1кг, h — высота столба жидкости.

Но чтобы рассчитать по этой формуле атмосферное давление, нам нужно знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Поскольку, у атмосферы определённой границы не существует, расчёт атмосферного давления по этой формуле невозможен.

Как измерить атмосферное давление? Опыт Торичелли

Но как же его тогда измерить? В этом нам помог итальянский учёный, который учился у Галилея, Эванджелиста Торричелли. Он провёл опыт, где взял стеклянную, запаянную с одного конца, трубку длиной примерно 1м и заполнил её ртутью. Другой конец трубки заткнули.

Трубку опустили заткнутым концом в чашу и открыли её, вследствие чего часть ртути вылилась в чашу. Высота столба ртути получилась примерно 760 мм. В промежутке между вершиной столба ртути и концом трубки безвоздушное пространство.

Но казалось бы, при чём тут атмосферное давление? А вот при чём: атмосфера давит на поверхность ртути, в то время как ртуть находится в равновесии. Из этого следует, что давление ртути в трубке на уровне поверхности ртути в чаше равняется атмосферному.

Если оного больше, то ртуть будет выливаться из трубки, если меньше — то ртуть из чаши будет переходить в трубку. 3 — плотность (ρ) ртути, а 0,001 м — 1 миллиметр ртутного столба.

В сводках погоды можно услышать, что атмосферное давление равно 1030 гектопаскалям (1030 гПа). Это то же самое, что и 760 мм рт. ст. и является нормальным атмосферным давлением.

Не секрет, что атмосферное давление нестабильно и меняется на протяжение дня. Зачастую, это происходит от изменения погоды.

Сейчас никто не измеряет линейкой высоту столба ртути в трубке. Для измерения атмосферного давления используют ртутный барометр (от греч. барос — тяжесть и метро — измерять). Самый простейший ртутный барометр получится, если к трубке с ртутью, которая использовалась в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную измерительную шкалу.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Вес воздуха: атмосферное давление
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspБарометр-анероид и атмосферное давление на различных высотах

Давление для чайников: определение, объяснение простыми словами

Никому не нравится быть под давлением. И не важно, под каким. Об этом спела еще группа Queen вместе с Дэвидом Боуи в своем знаменитом сингле «Under pressure». Что такое давление? Как понять давление? В чем оно измеряется, какими приборами и методами, куда направлено и на что давит. Ответы на эти и другие вопросы – в нашей статье про давление в физике и не только.

Давление в физике

Если преподаватель давит на вас, задавая каверзные задачки, мы сделаем так, чтобы вы смогли верно на них ответить. Ведь понимание самой сути вещей – ключ к успеху! Итак, что такое давление в физике?

По определению:

Давление – скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.

В международной системе СИ измеряется в Паскалях и обозначается буквой p. Единица измерения давления – 1 Паскаль. Русское обозначение – Па, международное – Pa.

Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.

Любая жидкость или газ, помещенный в сосуд, оказывает на стенки сосуда давление. Например, борщ в кастрюле действует на ее дно и стены с некоторым давлением. Формула определения давления жидкости:

где g – ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h – высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро» – плотность борща.

Одно из важнейших свойств жидкостей — изотропность. Это значит, что по закону Паскаля во всех направлениях жидкости производимое ею давление передается одинаково. Кстати, подробнее о жидкостях, их свойствах и движении читайте в нашем материале про уравнение Бернулли.

Наиболее распространенный в быту прибор для определения давления – барометр. Но в чем измеряют давление? Кроме паскаля существуют и другие внесистемные единицы измерения:

атмосфера;
миллиметр ртутного столба;
миллиметр водяного столба;
метр водяного столба;
килограмм-сила.

В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.

Например, когда вы слушаете или читаете прогноз погоды, там и речи не идет о паскалях. Говорят о миллиметрах ртутного столба. Один миллиметр ртутного столба – это 133 Паскаля. Если вы ездите за рулем, то наверное знаете, что нормальное давление в колесах легкового автомобиля — около двух атмосфер.

Давление в шинах — это давление газа. Оно обусловлено столкновениями молекул воздуха с поверхностью шины

Атмосферное давление

Атмосфера – это газ, точнее, смесь газов, которая удерживается у Земли благодаря гравитации. Атмосфера переходит в межпланетное пространство постепенно, а ее высота – примерно 100 километров.

Как понимать выражение «атмосферное давление»? Над каждым квадратным метром земной поверхности находится стокилометровый столб газа. Конечно, воздух прозрачен и приятен, но у него есть масса, которая давит на поверхность земли. Это и есть атмосферное давление.

Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325 Па. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766 миллиметров.

Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.

Эверест. На его вершине давление в 4 раза меньше, чем у подножия

Артериальное давление

Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни – это измерение кровяного давления.

Артериальное давление – это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае – артерий.

Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120 на 80, то все хорошо. Если 90 на 50 или 240 на 180, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.

Артериальное давление — давление крови на стенки артерий

Тем не менее, возникает вопрос: 120 на 80 чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?

Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба. Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.

Кровь оказывает давление на сосуды и тем самым компенсирует действие атмосферного давления. Будь иначе, нас бы просто раздавило огромной массой воздуха над нами.

Но почему в измерении артериального давления две цифры?

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина – наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим давлением.

При измерении фиксируются значения систолического и диастолического давлений. Например, для здорового человека типичное значение артериального давления составляет 120 на 80 миллиметров ртутного столба. Это означает, что систолическое давление равно 120 мм. рт. ст., а диастолическое – 80 мм рт. ст. Разница между систолическим и диастолическим давлениями называется пульсовым давлением.

Физический вакуум

Вакуум – это отсутствие давления. Точнее, практически полное его отсутствие. Абсолютный вакуум является приближением, как идеальный газ в термодинамике и материальная точка в механике.

В зависимости от концентрации вещества различают низкий, средний и высокий вакуум. Наилучшее приближение к физическому вакууму – космическое пространство, в котором концентрация молекул и давление минимальны.

В космосе наблюдается почти полное отсутствие давления

Давление – основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики. А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.

Типы давления: абсолютное давление, избыточное давление, дифференциальное давление

Наравне с температурой давление является одним из наиболее важных параметров, описывающих физическое состояние среды. Давление определяется как сила (F_N), постоянно действующая на заданную площадь поверхности (A). Типы давления отличаются друг от друга только по отношению к выбранному эталонному давлению.

Абсолютное давление

Наиболее приемлемым эталонным давлением является нулевое, которое существует в безвоздушном космическом пространстве. Любое давление относительно данного известно как абсолютное. Для отличия такого давления от других типов оно обозначается как “ abs”, что является сокращением от латинского слова “absolutus”, означающего отдельный, независимый.

Атмосферное давление

Наверное наиболее важным типом давления для жизни на земле является атмосферное давление, p_amb (amb = ambiens = окружающий). Это давление образовано массой атмосферы, окружающей землю на высоте примерно до 500 км. До этой высоты, на которой абсолютное давление p_abs = 0, его величина постоянно уменьшается. Тем не менее, атмосферное давление подвержено погодным колебаниям, что хорошо нам известно из ежедневного прогноза погоды. На уровне моря p_amb в среднем составляет 1013,25 гектопаскаля (ГПа), что соответствует 1013,25 миллибара (мбар). Благодаря “циклонам” и “антициклонам” это давление может колебаться в пределах, примерно, 5 %.

Дифференциальное давление

Разница между двумя величинами давления p₁ и p₂ известна как перепад давления
Δp = p₁ — p₂. В случаях, когда разница между двумя значениями представляет собой измеренное значение переменной процесса, говорят о дифференциальном давлении p_1,2.

Избыточное (манометрическое) давление

К наиболее часто встречающемуся типу измеряемого давления на технологических объектах относится перепад атмосферного давления, P_e (e = excedens = превышение). Оно представляет собой разницу между абсолютным давлением P_abs и относительным (абсолютным) атмосферным давлением (p_e = p_abs – p_amb), более известное как избыточное или манометрическое давление.

Понятие положительного избыточного давления используют, когда абсолютное давление превышает атмосферное. В противном случае говорят об отрицательном избыточном давлении.

Сокращения в формулах “abs”, “amb” и “e” однозначно указывают на тип измеряемого давления. Эти сокращения относятся в формулах к букве Р, но не к единицам измерения.

Неважно какое давление — абсолютное, избыточное или дифференциальное. С помощью WIKA вы подберете необходимый измерительный прибор для любого типа давления:

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Как определить давление физика. Давление

Цели:

Образовательные:
сформировать общие
представления о давлении, силе давления,
формирование практических навыков вычисления
давления;
Развивающие:
развитие экспериментальных
умений, навыков, логического мышления,
обоснование своих высказываний, развитие
навыков работы в паре, обосновывать
необходимость увеличения или уменьшения
давления;
Воспитательные:
формирование навыков
самостоятельной работы, воспитание стремления к
учению, умения напряженно трудиться, воспитание
чувства коллективизма при работе в парах.

Тип рассматриваемого урока:
изучение
нового материала.

Форма урока:
комбинированный урок.

Место урока в учебном плане.
Тема
“давление и сила давления” рассматриваются в
разделе “Давление твердых тел, жидкостей и
газов”. Эта тема в разделе первая и является
наиболее интересной для учащихся (т.к. большая
связь изучаемого материала с жизнью, техникой),
поэтому на изучение этой темы необходимо 2 часа.
Основное содержание изучаемого материала задают
учебная программа и обязательный минимум
содержания образования по физике.

Методы:
словесные, наглядные,
практические.

Оборудование:

стенд-выставка режущих и колющих инструментов;
презентация в Power Point, лабораторные динамометры,
бруски, линейки, кнопки.

План урока:

1. Этап организации начала урока –	1 мин.
2. Этап подготовки к активному и сознательному усвоению нового материала –	7 мин.
3. Этап усвоения новых знаний (сила давления, формула давления, единицы измерения давления) –	20мин.
4. Путешествие в биологию –	6 мин.
5. Мир техники –	6 мин.
6. “Знакомые буквы” –	2 мин.
7. Экспериментальные задания. –	15 мин.
8. Тестовые задания. –	13 мин.
9. Подведение итогов –	5 мин.
10. Домашнее задание. –	5 мин.

Эпиграф к уроку
: “Знание только тогда
знание, когда оно приобретено усилиями мысли, а
не памяти” (А.Н. Толстой).

Ход урока

1. Этап организации урока.

2. Этап подготовки к активному и
сознательному усвоению материала.

Учитель обращает внимание учащихся на
иллюстрацию к произведению Мамина-Сибиряка
“Серая шейка” (см. Слайд №1
презентации) и зачитывает отрывок из этого
произведения: “…Лиса действительно пришла
через несколько дней, села на берегу и опять
заговорила:

Cоскучилась я по тебе, уточка…Выходи сюда; а не
хочешь, так я сама к тебе приду. Я не спесива…

И Лиса принялась ползти осторожно по льду к
самой полынье. У Серой Шейки замерло сердце…”.

Вопрос.
Почему лиса осторожно ползла по
льду? (Выслушиваем ответы)

Учитель.
Чтобы ответить на этот
вопрос, необходимо познакомиться с темой
“Давление и сила давления”. Слово “давление”
вам хорошо известно. Вы понимаете смысл
следующих предложений:

Давление резко падает, возможны осадки.
Защитники команды “Динамо” не выдержали
давления нападающих “Спартака”.
У больного внезапно повысилось давление.
“Наутилус” скользнул в бездонные глубины,
несмотря на огромное давление внешней среды.
– Это была женщина, – сказал комиссар Мегре, –
только тонкий каблук женских туфель мог
произвести такое большое давление.

Во всех этих предложениях слово “давление”
использовано в разных ситуациях и имело разное
значение. Мы рассмотрим давление с точки зрения
физики. Для этого пригласим помощника на урок.

Дети мёда захотели – сгиньте, вьюги и
метели,

Чтобы добрая пчела в гости на урок зашла.

Сегодня главным героем нашего урока будет
пчела.

Учитель.
Рассмотрим пример (кнопка на
лепестке): по свежевыпавшему снегу с горы
скатывается мальчик, неожиданно падает, и лыжи
скатываются вниз. Поднявшись на ноги, мальчик
спускается за лыжами, при этом его ноги глубоко
вязнут в снегу.

Вопрос:

почему мальчик на лыжах
не проваливается в снег, а без лыж проваливается?
Учащиеся делают вывод, что в обоих случаях
мальчик действует на снег с одной и той же силой,
но результат действия силы разный,
следовательно, (учитель подводит к мысли)
результат действия зависит еще от какой-то
величины.

Учитель:
Что изменилось после падения
мальчика? Учащиеся делают вывод, что изменилась
площадь опоры мальчика на снег. Когда мальчик
стоит на лыжах, то площадь опоры больше, чем без
лыж.

Учитель:
Результат действия силы
зависит от:

1 – значения силы давления;

2 – площади поверхности, перпендикулярно
которой действует сила давления.

(Учащиеся работают с ОК.)

Учитель: величина, которая показывает, какая
сила давления действует на каждую единицу
площади поверхности, называется давлением.

P – давление

F д – сила давления

S – площадь опоры
.

– чтобы давление нам получить,
нужно силу давления на площадь делить!

Проведем качественный анализ данной формулы.

Вопрос 1.
Сила давления не
изменяется, а площадь опоры увеличивается. Как
изменится давление? Почему? (Давление
уменьшится, т. к. давление обратно
пропорционально площади).

Вопрос 2.
Площадь опоры не меняется,
а сила давления увеличивается. Как изменится
давление? Почему? (Давление увеличится, т.к.
давление прямо пропорционально силе давления
).

Учащиеся делают вывод, что при одной и той же
силе давление больше в том случае, когда площадь
опоры меньше, и, наоборот, чем больше площадь
опоры, тем давление меньше.

Учитель:

Проникнуть в тело цель твоя – сведи опору
до нуля.
Идя гулять зимою в лес, ты увеличь опору S.

(Для усвоения смысла формулы давления твердого
тела).

Для создания наглядных образов учитель
знакомит учащихся с различным давлением,
встречающимся в технике, природе и быту (таблица 6
стр.84 учебник Физика – 7 кл.)

Учащиеся работают с ОК (работа с треугольником).

Вопрос 1.

Как можно найти силу
давления, зная давление и площадь поверхности, к
которой приложена сила? (F д =p*S)

Вопрос 2.

Как найти площадь
поверхности, к которой приложена сила, зная силу
давления? (S=F д/ p)

Учитель.

Выведем единицу
измерения давления. (Пчела на слайде перелетает
на второй лепесток по щелчку мыши).

Дано:
S=1м 2
F д =1Н	; [p]=1н/м 2 =1Па.
p-?

1 Па – это такое давление, которое производит
сила давления в 1 Н, действующая на поверхность
площадью 1 м 2 перпендикулярно этой
поверхности.

1 гПа – 100 Па

1 кПа – 1000 Па

1 МПа – 1000 000 Па

Вопрос. Что означает запись: р=15 000Па, р=5000Па?
(15 000 ПА – это такое давление, которое
производит сила давления в 15 000 Н, действующая
на поверхность площадью 1м 2
перпендикулярно этой поверхности.)

Учитель.

Моря и пустыни, Земля и Луна
Свет Солнца и снега лавины…
Природа сложна, но Природа одна.
Законы природы – едины!

Совершим путешествие в биологию (пчела на
слайде перелетает на третий лепесток по щелчку
мыши).

В Амазонке есть пиранья –
С виду рыбка так себе.
Если сунешь палец в воду,
Перекусит вмиг его.

Вопрос:

почему пиранья может
перекусить палец человека?

Вот верблюд, а на верблюде
Возят кладь и ездят люди.
Он живет среди пустынь,
Ест невкусные кусты,
Он в работе круглый год…
Почему же на верблюде возят кладь и ездят люди?

(Площадь поверхности конечностей верблюда
велика, а давление, оказываемое на песок,
невелико, поэтому верблюд не проваливается в
песок.)

Ёж сердитый, серый ёж,
Ты куда, скажи, идёшь?
Ты колючий весь такой, что не взять тебя рукой!
Почему же ёж колючий?

(Площадь поверхности иголок мала, а давление
велико.)

Пчелка – труженик известный,
Дарит людям мёд и воск,
А врагам покажет жало,
Будут помнить целый год!

Почему жало пчелы оказывает на кожу человека
очень большое давление? (Жало пчелы имеет малую
площадь поверхности, а давление, оказываемое на
кожу человека, велико. )

Как-то раз спросили розу:
Отчего, чаруя око,
Ты колючими шипами
Нас царапаешь жестоко?

(Площадь поверхности шипов розы мала, а
давление велико.)

Вернемся к героям “Серой Шейки”. Почему лиса
осторожно ползла по льду? (Лиса выбрала такой
способ передвижения, чтобы увеличить площадь
поверхности, а давление, производимое на лед,
уменьшить.)

Учитель:
Хитрая лиса знала формулу
давления! Мы убедились в справедливости этой
формулы в природе – иглы, клюквы, когти, зубы,
клыки, жала. Но. “Душа науки – это практическое
применение её открытий” (У.Томсон).

Совершим экскурсию в мир техники.

(Пчела перелетает на четвертый лепесток по
щелчку мыши.)

Мы знаем, что, чем больше площадь опоры, тем
меньше давление, производимое данной силой, и,
наоборот, с уменьшением площади опоры (при
неизменной силе) давление возрастает. Поэтому, в
зависимости от того, хотят ли получить малое или
большое давление, площадь опоры увеличивают или
уменьшают. (Учащиеся работают с ОК – способы
изменения давления). Шины грузовых автомобилей и
шасси самолетов делают значительно шире, чем
легковых. Особенно широкими шины делают у
автомобилей, предназначенных для передвижения в
пустынях. Тяжелые машины, такие как трактор, танк
или болотоход, могут проезжать по болотистой
местности, по которой не всегда пройдет человек.
Почему? (Тяжелые машины, имея большую опорную
площадь, оказывают небольшое давление.)

Учитель обращает внимание учащихся на выставку
режущих и колющих предметов и инструментов.

Вопрос:

Почему режущие и колющие инструменты оказывают
на тело очень большое давление? (Площадь
поверхности режущих и колющих инструментов мала,
а давление велико.)

Учитель.
Мы убедились в
справедливости формулы давления в природе и
технике.(Пчела перелетает на пятый лепесток по
щелчку мыши.)

Игра “Знакомые буквы”.

На доске записаны буквы – обозначения
физических величин: p, m, F, l, V.
Ваша задача:
послушав пословицы, поставить им в соответствие
одну их этих величин.

Пословицы:

Шила в мешке не утаишь.
Ежа голыми руками не возьмёшь.
Палец в рот не клади.

(Давление)

Учитель.
“Знания, не рожденные опытом,
матерью всякой достоверности, бесплодны и полны
ошибок”. (Пчела по щелчку мыши перелетает на 6
лепесток.)

Экспериментальные задания.

1.
Задача. Вдавливая кнопку в доску, мы
действуем на нее силой 50Н, площадь острия кнопки
0,000 001м 2 . Определите давление, производимое
кнопкой.

Дано:
F д =50Н	[p]=Па.
S=0,000 001м 2
р=?	(Па)

Ответ:
50 МПа.

2.
Вычислить давление твердого тела на
опору.(Работа в парах.)

Оборудование: динамометр, линейка
измерительная, деревянный брусок.

Порядок выполнения работы.

Измерьте силу давления бруска на стол (вес
бруска).
Измерьте длину, ширину и высоту бруска.
Используя все полученные данные, вычислите
площади наибольшей и наименьшей граней бруска.
Рассчитайте давление, которое производит
брусок на стол наименьшей и наибольшей гранями.
Результаты запишите в тетрадь.
На основе полученных результатов сформируйте
вывод.

Учащиеся записывают результаты опытов на доске
и делают вывод о зависимости давления от площади
поверхности опоры.

Учитель.

Чтоб пчеле продолжить путь
Надо знанья почерпнуть.
Мы листочки открываем
И работу выполняем.

(Пчела перелетает на 7 лепесток по щелчку мыши.)
“Тестовые задания”.

Итог урока

С какой физической величиной вы познакомились
сегодня на уроке?
Какую силу называют силой давления?
Что такое давление?
Единицы давления?
Единицы давления в СИ?

Оценки за урок:
Учитываются
результаты теста, жетоны.

Выводится итоговая оценка за урок.

Учитель обращает внимание учеников на эпиграф к
уроку.

Домашнее задание:
§32б33; стр.85
(экспериментальное задание).

Дополнительное задание.
“Почему
заостренные предметы колючи. Наподобие
Левиафана”, Занимательная физика. Я.И.Перельман.

Список использованной литературы.

Физика – 7 кл. С.В.Громов, Н.А.Родина. Москва.
“Просвещение”,2000 г.
Урок физики в современной школе. Творческий
поиск учителей. Составитель Э.М.Браверман под
редакцией В.Г.Разумовского. Москва,
“Просвещение”, 1993 г.
Проверка знаний учащихся по физике (6-7кл.)А.В.
Постников, Москва, “Просвещение”, 1986г.
Газета “Физика” № 45, 2004г.
Журнал “Физика в школе” № 8, 2002г.
Хрестоматия по литературе. 1-4кл. Ростов-на-Дону.
АО”Книга”, 1997г.

По определению:

Давление
– скалярная физическая величина, равная силе, действующей на единицу площади поверхности.

В международной системе СИ измеряется в Паскалях
и обозначается буквой p

. Единица измерения давления – 1 Паскаль
. Русское обозначение – Па
, международное – Pa
.

Согласно определению, чтобы найти давление, нужно силу разделить на площадь.

где g
– ускорение свободного падения в гравитационном поле земли, h
– высота столба борща в кастрюле, греческая буква «ро»
– плотность борща.

атмосфера;
миллиметр ртутного столба;
миллиметр водяного столба;
метр водяного столба;
килограмм-сила.

В зависимости от контекста применяются разные внесистемные единицы.

Например, когда вы слушаете или читаете прогноз погоды, там и речи не идет о паскалях. Говорят о миллиметрах ртутного столба. Один миллиметр ртутного столба – это 133
Паскаля. Если вы ездите за рулем, то наверное знаете, что нормальное давление в колесах легкового автомобиля — около двух атмосфер
.

Атмосферное давление

Нормальное атмосферное давление принято считать равным 101325
Па
. Это давление на уровне мирового океана при температуре 0 градусов Цельсия
. Такое же давление при этой же температуре оказывает на свое основание столб ртути высотой 766
миллиметров.

Чем больше высота над уровнем моря, тем ниже атмосферное давление. Например, на вершине горы Джомолунгма

оно составляет всего одну четвертую от нормального атмосферного давления.

Артериальное давление

Еще один пример, где мы сталкиваемся с давлением в повседневной жизни – это измерение кровяного давления.

Артериальное давление – это кровяное давление, т.е. давление, которое кровь оказывает на стенки сосудов, в данном случае – артерий.

Если вы измерили артериальное давление и оно у вас 120
на 80
, то все хорошо. Если 90
на 50
или 240
на 180
, то вам уже точно будет неинтересно разбираться, в чем это давление измеряется и что это вообще значит.

Тем не менее, возникает вопрос: 120
на 80
чего именно? Паскалей, миллиметров ртутного столба, атмосфер или еще каких-то единиц измерения?

Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба.
Оно определяет превышение давления жидкости в кровеносной системе над атмосферным давлением.

Но почему в измерении артериального давления две цифры?

Кстати!
Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Дело в том, что кровь движется в сосудах не равномерно, а толчками. Первая цифра (120) называется систолическим

давлением. Это давление на стенки сосудов в момент сокращения сердечной мышцы, его величина – наибольшая. Вторая цифра (80) определяет наименьшее значение и называется диастолическим

давлением.

Физический вакуум

Давление – основной термодинамический параметр состояния системы. Определить давление воздуха или другого газа можно не только по приборам, но и пользуясь уравнениями, формулами и законами термодинамики . А если у вас нет времени разбираться, студенческий сервис поможет решить любую задачу на определение давления.

Давление — это физическая величина, которая играет особую роль в природе и жизни человека. Это незаметное глазу явление не только влияет на состояние окружающей среды, но и очень хорошо ощущается всеми. Давайте разберемся, что это такое, какие виды его существуют и как находить давление (формула) в разных средах.

Что называется давлением в физике и химии

Данным термином именуется важная термодинамическая величина, которая выражается в соотношении перпендикулярно оказываемой силы давления на площадь поверхности, на которую она воздействует. Это явление не зависит от размера системы, в которой действует, поэтому относится к интенсивным величинам.

В состоянии равновесия, по давление одинаково для всех точек системы.

В физике и химии оное обозначается с помощью буквы «Р», что является сокращением от латинского названия термина — pressūra.

Если речь идет об осмотическом давлении жидкости (равновесие между давлением внутри и снаружи клетки), используется буква «П».

Единицы давления

Согласно стандартам Международной системы СИ, рассматриваемое физическое явление измеряется в паскалях (кириллицей — Па, латиницей — Ра).

Исходя из формулы давления получается, что один Па равен одному Н (ньютон — разделенному на один квадратный метр (единица измерения площади).

Однако на практике применять паскали довольно сложно, поскольку эта единица очень мала. В связи с этим, помимо стандартов системы СИ, данная величина может измеряться по-другому.

Ниже приведены наиболее известные ее аналоги. Большинство из них широко используется на просторах бывшего СССР.

Бары
. Один бар равен 105 Па.
Торры, или миллиметры ртутного столба.
Приблизительно один торр соответствует 133, 3223684 Па.
Миллиметры водяного столба.
Метры водяного столба.
Технические атмосферы.
Физические атмосферы.
Одна атм равна 101 325 Па и 1,033233 ат.
Килограмм-силы на квадратный сантиметр.
Также выделяются тонна-сила и грамм-сила. Помимо этого, есть аналог фунт-сила на квадратный дюйм.

Общая формула давления (физика 7-го класса)

Из определения данной физической величины можно определить способ ее нахождения. Выглядит он таким образом, как на фото ниже.

В нем F — это сила, а S — площадь. Иными словами, формула нахождения давления — это его сила, разделенная на площадь поверхности, на которую оно воздействует.

Также она может быть записана так: Р = mg / S или Р = pVg / S. Таким образом, эта физическая величина оказывается связанной с другими термодинамическими переменными: объемом и массой.

Для давления действует следующий принцип: чем меньше пространство, на которое влияет сила — тем большее количество давящей силы на него приходится. Если, же площадь увеличивается (при той же силе) — искомая величина уменьшается.

Формула гидростатического давления

Разные агрегатные состояния веществ, предусматривают наличие у них отличных друг от друга свойств. Исходя из этого, способы определения Р в них тоже будут другими.

К примеру, формула давления воды (гидростатического) выглядит вот так: Р = pgh. Также она применима и к газам. При этом ее нельзя использовать для вычисления атмосферного давления, из-за разности высот и плотностей воздуха.

В данной формуле р — плотность, g — ускорение свободного падения, а h — высота. Исходя из этого, чем глубже погружается предмет или объект, тем выше оказываемое на него давление внутри жидкости (газа).

Рассматриваемый вариант является адаптацией классической примера Р = F / S.

Если вспомнить, что сила равна производной массы на скорость свободного падения (F= mg), а масса жидкости — это производная объема на плотность (m = pV), то формулу давление можно записать как P = pVg / S. При этом объем — это площад, умноженная на высоту (V = Sh).

Если вставить эти данные, получится, что площадь в числителе и знаменателе можно сократить и на выходе — вышеупомянутая формула: Р = pgh.

Рассматривая давление в жидкостях, стоит помнить, что, в отличие от твердых тел, в них часто возможно искривление поверхностного слоя. А это, в свою очередь, способствует образованию дополнительного давления.

Для подобных ситуаций применяется несколько другая формула давления: Р = Р 0 + 2QH. В данном случае Р 0 — давление не искривленного слоя, а Q — поверхность натяжения жидкости. Н — это средняя кривизна поверхности, которую определяют по Закону Лапласа: Н = ½ (1/R 1 + 1/R 2). Составляющие R 1 и R 2 — это радиусы главной кривизны.

Парциальное давление и его формула

Хотя способ Р = pgh применим как для жидкостей, так и для газов, давление в последних лучше вычислять несколько другим путем.

Дело в том, что в природе, как правило, не очень часто встречаются абсолютно чистые вещества, ведь в ней преобладают смеси. И это касается не только жидкостей, но и газов. А как известно, каждый из таких компонентов осуществляет разное давление, называемое парциальным.

Определить его довольно просто. Оно равно сумме давления каждого компонента рассматриваемой смеси (идеальный газ).

Из этого следует, что формула парциального давления выглядит таким образом: Р = Р 1 + Р 2 + Р 3 … и так далее, согласно количеству составляющих компонентов.

Нередки случаи, когда необходимо определить давление воздуха. Однако некоторые по ошибке проводят вычисления только с кислородом по схеме Р = pgh. Вот только воздух — это смесь из разных газов. В нем встречаются азот, аргон, кислород и другие вещества. Исходя из сложившейся ситуации, формула давления воздуха — это сумма давлений всех его составляющих. А значит, следует приметь вышеупомянутую Р = Р 1 + Р 2 + Р 3 …

Наиболее распространенные приборы для измерения давления

Несмотря на то что высчитать рассматриваемую термодинамическую величину по вышеупомянутым формулам не сложно, проводить вычисление иногда попросту нет времени. Ведь нужно всегда учитывать многочисленные нюансы. Поэтому для удобства за несколько столетий был разработан ряд приборов, делающих это вместо людей.

Фактически почти все аппараты такого рода являются разновидностями манометра (помогает определять давление в газах и жидкостях). При этом они отличаются по конструкции, точности и сфере применения.

Атмосферное давление измеряется с помощью манометра, именуемого барометром. Если необходимо определить разряжение (то есть давление ниже атмосферного) — применяются другая его разновидность, вакуумметр.
Для того чтобы узнать артериальное давление у человека, в ход идет сфигмоманометр. Большинству он более известен под именем неинвазивного тонометра. Таких аппаратов существуют немало разновидностей: от ртутных механических до полностью автоматических цифровых. Их точность зависит от материалов, из которых они изготавливаются и места измерения.
Перепады давления в окружающей среде (по-английски — pressure drop) определяются с помощью или дифнамометров (не путать с динамометрами).

Виды давления

Рассматривая давление, формулу его нахождения и ее вариации для разных веществ, стоит узнать о разновидностях этой величины. Их пять.

Абсолютное.
Барометрическое
Избыточное.
Вакуумметрическое.
Дифференциальное.

Абсолютное

Так называется полное давление, под которым находится вещество или объект, без учета влияния других газообразных составляющих атмосферы.

Измеряется оно в паскалях и являет собою сумму избыточного и атмосферного давлений. Также он является разностью барометрического и вакуумметрического видов.

Вычисляется оно по формуле Р = Р 2 + Р 3 или Р = Р 2 — Р 4 .

За начало отсчета для абсолютного давления в условиях планеты Земля, берется давление внутри емкости, из которой удален воздух (то есть классический вакуум).

Только такой вид давления используется в большинстве термодинамических формул.

Барометрическое

Этим термином именуется давление атмосферы (гравитации) на все предметы и объекты, находящие в ней, включая непосредственно поверхность Земли. Большинству оно также известно под именем атмосферного.

Его причисляют к а его величина меняется относительно места и времени измерения, а также погодных условий и нахождения над/ниже уровня моря.

Величина барометрического давления равна модулю силы атмосферы на площади единицу по нормали к ней.

В стабильной атмосфере величина данного физического явления равна весу столпа воздуха на основание с площадью, равной единице.

Норма барометрического давления — 101 325 Па (760 мм рт. ст. при 0 градусов Цельсия). При этом чем выше объект оказывается от поверхности Земли, тем более низким становится давление на него воздуха. Через каждый 8 км оно снижается на 100 Па.

Благодаря этому свойству в горах вода в чайниках закивает намного быстрее, чем дома на плите. Дело в том, что давление влияет на температуру кипения: с его снижением последняя уменьшается. И наоборот. На этом свойстве построена работа таких кухонных приборов, как скороварка и автоклав. Повышение давления внутри их способствуют формированию в посудинах более высоких температур, нежели в обычных кастрюлях на плите.

Используется для вычисления атмосферного давления формула барометрической высоты. Выглядит она таким образом, как на фото ниже.

Р — это искомая величина на высоте, Р 0 — плотность воздуха возле поверхности, g — свободного падения ускорение, h — высота над Землей, м — молярная масса газа, т — температура системы, r — универсальная газовая постоянная 8,3144598 Дж⁄(моль х К), а е — это число Эйклера, равное 2.71828.

Часто в представленной выше формуле давления атмосферного вместо R используется К — постоянная Больцмана. Через ее произведение на число Авогадро нередко выражается универсальная газовая постоянная. Она более удобна для расчетов, когда число частиц задано в молях.

При проведении вычислений всегда стоит брать во внимание возможность изменения температуры воздуха из-за смены метеорологической ситуации или при наборе высоты над уровнем моря, а также географическую широту.

Избыточное и вакуумметрическое

Разницу между атмосферным и измеренным давлением окружающей среды называют избыточным давлением. В зависимости от результата, меняется название величины.

Если она положительная, ее называют манометрическим давлением.

Если же полученный результат со знаком минус — его именуют вакуумметрическим. Стоит помнить, что он не может быть больше барометрического.

Дифференциальное

Данная величина является разницей давлений в различных точках измерения. Как правило, ее используют для определения падения давления на каком-либо оборудовании. Особенно это актуально в нефтедобывающей промышленности.

Разобравшись с тем, что за термодинамическая величина называется давлением и с помощью каких формул ее находят, можно сделать вывод, что это явление весьма важно, а потому знания о нем никогда не будут лишними.

Проделаем опыт. Возьмем небольшую доску, в углы которой вбиты четыре гвоздя, и поместим ее остриями вверх на песок. Сверху на нее положим гирю (рис. 81). Мы увидим, что шляпки гвоздей лишь незначительно вдавятся в песок. Если же мы перевернем доску и снова поставим ее (вместе с гирей) на песок, то теперь гвозди войдут в него значительно глубже (рис. 82). В обоих случаях вес доски был одним и тем же, однако эффект оказался разным. Почему? Вся разница в рассматриваемых случаях заключалась в том, что площадь поверхности, на которую опирались гвозди, в одном случае была больше, а в другом меньше. Ведь сначала песка касались шляпки гвоздей, а затем их острия.

Мы видим, что результат воздействия зависит не только от силы, с которой тело давит на поверхность, но и от площади этой поверхности. Именно по этой причине человек, способный скользить по рыхлому снегу на лыжах, сразу же проваливается в него, как только их снимет (рис. 83). Но дело не только в площади. Важную роль играет и величина прикладываемой силы. Если, например, на ту же. доску (см. рис. 81) положить еще одну гирю, то гвозди (при той же площади опоры) погрузятся в песок еще глубже.

Силу, прикладываемую перпендикулярно поверхности, называют силой давления
на эту поверхность.

Силу давления не следует путать с давлением. Давление
— это физическая величина, равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности:

р
— давление, F
— сила давления, S
— площадь.

Итак, чтобы определить давление, надо силу давления разделить на площадь поверхности, на которую оказывается давление.

При одной и той же силе давление больше в том случае, когда площадь опоры меньше, и, наоборот, чем больше площадь опоры, тем давление меньше.

В тех случаях, когда силой давления является вес находящегося на поверхности тела (F = P = mg
), давление, оказываемое телом, можно найти по формуле

Если давление р
и площадь S
известны, то можно определить силу давления F
; для этого надо давление умножить на площадь:

F = pS
(32.2)

Сила давления (как и любая другая сила) измеряется в ньютонах. Давление же измеряется в паскалях. Паскаль
(1 Па) — это такое давление, которое производит сила давления в 1 Н, будучи приложенной к поверхности площадью 1 м 2:

1 Па = 1 Н/м 2 .

Используются также другие единицы давления — гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа):

1 гПа = 100 Па, 1 кПа = 1000 Па.

1. Приведите примеры, показывающие, что результат действия силы зависит от площади опоры, на которую действует эта сила. 2. Почему человек, идущий на лыжах, не проваливается в снег? 3. Почему острая кнопка легче входит в дерево, чем тупая? 4. Что называют давлением? 5. Какие вы знаете единицы давления? 6. Чем отличается давление от силы давления? 7. Как можно найти силу давления, зная давление и площадь поверхности, к которой приложена сила?

В прошлом году мы выполнили проектную работу на тему «Давление и его значение в практической деятельности». Нас заинтересовало значение давления в окружающем нас мире. Было интересно найти применение наших знаний в практических целях.

Нам очень нравится ходить на прогулки в зимний лес. Стало интересно: почему можно проваливаться в сугроб, стоя без лыж, а на лыжах можно скользить по любым снежным горкам. Дома, садясь на жёсткий табурет, не возможно просидеть очень долго, а на мягком кресле можно сидеть часами. Почему?

Разглядывая различные машины, мы обращаем внимание на различные размеры колёс. Почему у большегрузных машин и вездеходов шины очень широкие?

Понятие давления.

Давление и сила давления

Нам неоднократно приходилось наблюдать, как действие одной и той же силы приводит к разным результатам. Например, как бы сильно мы не давили на доску, нам вряд ли удастся проткнуть её пальцем. Но действуя с той же силой на шляпку канцелярской кнопки, мы легко загоняем острый конец в ту же самую доску. Чтобы не проваливаться в глубокий снег, человек надевает лыжи. И хотя вес человека при этом не меняется, на лыжах он не продавливает поверхность снега.

Эти и множество других примеров показывают, что результат действия силы зависит не только от её численного значения, но и площади поверхности, одна и та же сила оказывает разное давление.

Давлением называют отношение силы, действующей на поверхность тела перпендикулярно этой поверхности, к площади этой поверхности:

ДАВЛЕНИЕ = СИЛА_

Давление принято обозначать буквой р. Поэтому можно записать формулу, используя буквенные обозначения (вспомним, что сила обозначается буквой F, а площадь – S): р = _F_

Давление показывает, какая сила действует на единицу площади поверхности тела. Единица давления – паскаль (Па). Давление в один Паскаль оказывает сила в один ньютон на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/1м².

Силу, которая создаёт давление на какую-либо поверхность, называют силой давления.

Если умножить давление на величину площади поверхности, то можно вычислить силу давления: сила давления = давление площадь, или то же самое в буквенных обозначениях:

Чтобы уменьшить давление, достаточно увеличить площадь, на которую действует сила. Например, увеличивая площадь нижней части фундамента, тем самым уменьшают давление дома на грунт. У тракторов и танков большая опорная площадь гусениц, поэтому, несмотря на значительный вес, их давление на грунт не так велико: эти машины могут проходить даже по топким болотистым почвам.

В случаях, когда необходимо увеличить давление, уменьшают площадь поверхности (при этом сила давления остаётся той же). Так, для увеличения давления затачивают колющие и режущие инструменты – ножницы, ножи, иглы, кусачки.

2. Давление на глубине

Водолаз в лёгком снаряжении может погрузиться в воду на глубину примерно до 80 метров. При необходимости более глубокого погружения применяют специальные скафандры, а также используют специальные глубоководные аппараты–подводные лодки, батискафы. Они защищают человека от громадного давления, действующего на тело, погруженного на глубину. Как возникает это давление?

Мысленно разобьём жидкость на горизонтальные слои. На верхний слой жидкостей действует сила тяжести, поэтому вес верхнего слоя жидкости создаёт давление на второй слой. На второй слой также действует сила тяжести, и вес второго слоя создаёт давление на третий слой. Однако, по закону Паскаля, второй слой без изменения передаёт третьему слою ещё и давление верхнего слоя. Значит, третий слой находится под большим давлением, чем второй. Аналогичная картина наблюдается с последующими слоями: чем глубже, тем давление больше. В сжатой этим давлением жидкости возникает сила упругости, которая оказывает давление на стенки и дно сосуда и на дно поверхности погруженных в жидкость тел.

Рассчитаем, какое давление оказывает столб жидкости высотой h на дно сосуда, площадь которого S. На дно сосуда оказывает давление вес равный силе тяжести. Силу тяжести подсчитываем по известной нам формуле: Fтяж = m g, где m- это масса жидкости. Хотя масса нам неизвестна, мы можем её рассчитать по объёму и плотности: m = p V

Плотность возьмём из таблицы, а объем V вычислим. Объём, как известно, равен произведению площади основания S на высоту h; V=s h. Масса жидкости получится равной: m = p V= p S h

Подставим массу в формулу для расчёта силы тяжести:

Fтяж= m g = p S h g

Определим давление жидкости на дно сосуда:

Как видно из формулы, давление жидкости на дно сосуда прямо пропорционально высоте столба жидкости.

По этой же формуле можно вычислить давление столба жидкости: тогда в качестве h мы должны подставить глубину, на которой хотим определить давление.

Поскольку закон Паскаля справедлив не только для жидкостей, но и для газов, то все приведённые выше рассуждения и выводы относятся не только к жидкостям, но и к газам.

Часто говорят, что мы живём на дне воздушного слоя воздуха, окружающего Землю. Это – атмосферное давление. Известно, что с увеличением высоты над уровнем моря, атмосферное давление убывает. Это легко объяснить: чем выше мы поднимаемся, тем меньше высота столба воздуха h, а значит, меньше и создаваемое им давление.

3. Передача давления жидкостями и газами

Твёрдые тела передают оказываемое на них давление в направлении действия силы. Например, кнопка продавливает доску в том же направлении, в котором на неё давит палец.

Совсем иначе обстоит дело с жидкостями и газами. Если мы надуваем воздушный шарик, то своим дыханием оказываем давление во вполне определённом направлении. Однако при этом шарик раздувается во все стороны.

Играя с самодельными брызгалками, мальчишки сдавливают с боков пластмассовые баночки, заполненные водой. При этом вода бьет из отверстия в пробке – направление давления изменяется. Эти и подобные опыты подтверждают закон Паскаля, который гласит: жидкости и газы передают оказываемое на них давление без изменения в каждую точку жидкости или газа.

Такое свойство жидкостей и газов объясняется их строением. В том месте жидкости или газа, на котором оказывается давление, частицы вещества расположатся более плотно, чем раньше. Но частицы вещества в жидкости и газе подвижны, и по этой причине не могут располагаться в одном месте более плотно, чем в другом. Поэтому частицы снова распределяются равномерно, но на более близком расстоянии друг от друга. Давление, оказанное на часть частиц вещества, предаётся всем остальным частицам.

Закон Паскаля лежит в основе конструкции гидравлических и пневматических машин и устройств.

Основу гидравлических машины составляют два цилиндрических сосуда разного диаметра, заполненные жидкостью, как правило маслом. Сосуды соединены между собой трубкой. В каждом из сосудов есть поршень, который плотно прилегает к стенкам сосуда, но в то же время может свободно перемещаться вверх и вниз.

Если на поршень малого цилиндра подействовать силой F1, то, зная его площадь (обозначим её S1), легко вычислить оказываемое на него давление:

По закону Паскаля, жидкость передаст это давление большому поршню без изменения: снизу на большой поршень жидкость оказывает давление р. Учитывая, что площадь большого поршня S2, вычислим силу давления F2:

Выразим из формулы (2) давление и получим:

Обратим внимание, что левые части равенства (1) и (3) равны друг другу. Значит, равны и правые части этих равенств, то есть:

Откуда следует, что

Таким образом, мы получили следующий результат: во сколько раз площадь второго поршня больше площади первого, во столько же раз гидравлическая машина даёт выигрыш в силе.

Конструкции, созданные на основе принципа гидравлической машины, находят широкое применение в технике.

Глава 2. Практическое применение

1. Расчёт давления человека на лыжах и без них.

Моя масса равна 46 килограммов. Зная, что сила тяжести рассчитывается по формуле

Fт = mg ; основная формула примет следующий вид: p = ; где S – площадь обеих лыж, зная размеры лыж, вычислим её.

Размеры лыжи 1,6м 0,04 м; то S1 = 1,6 0,04 = 0,064 (м ²) (Это площадь одной лыжи, а у нас их две). В результате конечная расчетная формула будет иметь следующий вид: p = = = 3593 = 3593Па

Теперь рассчитаем давление, которое я оказываю, стоя на полу. Вычислим размеры подошвы обуви 26см * 10,5 см, то

S2 = 0,26м * 0,105м = 0,027м² (это площадь одной подошвы, у нас их две). В результате конечная расчетная формула будет иметь следующий вид:

Р2 = = 8518 Па

В результате полученных вычислений выяснили – давление на лыжах равно 3595 Па, а давление без лыж на опору 8518 Па.

В результате полученных вычислений площадь лыж равна 0,128м², а площадь подошвы равна 0,054 м².

0,128м² > 0,054м² в 2,3 раза.

Отсюда можно сделать следующий вывод: во сколько раз увеличиваем площадь опоры, во столько же раз уменьшается давление, которое мы создаем на опору.

2. Расчёт давления на опору в разных положениях бруска.

Нам необходимо это сделать для того, чтобы выяснить, как делать кладку из кирпичей на даче? В каком из случаев будет оказываться меньшее давление?

Измерим экспериментальны брусок. Размеры бруска 10см * 6см * 4 см. Для расчетов воспользуемся следующими формулами: p = Fт = mg p =

Найдём площади граней:

S1 = 0,1м * 0,06м = 0,006 м²

S2 = 0,1м * 0,04м = 0,004 м²

S3 = 0,06 * 0,04м = 0,0024м²

Взвесим брусок. m = 100г = 0,1 кг

Выполним необходимые расчёты.

р1 = = Па = 167 Па р2 = = Па = 250 Па р3 = Па = 417 Па

Рассмотрев зависимость давления от площади опоры, приходим к выводу: во сколько раз увеличиваем площадь опоры, во столько же раз уменьшается давление, которое мы создаем на опору.

S1 (0,006м²) > S2 (0,004м²) > S3 (0,0024м²)

3. Расчёт давления жидкости на дно сосудов.

В практической жизни мы встречаемся с сосудами различной формы: банки разных размеров, бутылки, кастрюли, кружки. Рассчитаем, какое давление на дно сосудов разной формы оказывает столб воды.

Нальём воду в 3-х литровую и литровую банку 1 литр воды и рассчитаем давление жидкости на дно сосудов. Высота столба жидкости в банках различная. В 3-х литровой банке равна 5 см, а литровой 14 см.

Расчетная формула для нахождения давления в жидкости:

Р = ρ g h ρ = 1000 кг/м² (плотность воды) h2= 14 см = 0,14 м h3 = 5 см =0,05 м

Давление на дно литровой банки: Р1 = 1000кг/м * 10Н/кг * 0,14м = 1400Н/м = 1400Па

Давление на дно 3-х литровой банки: Р2 = 1000кг/м * 10Н/кг * 0,05м = 500Н/кг = 500Па h2 (0,14 м) > h3 (0,05м) р1 (1400 Па) > р2 (500 Па)

В результате эксперимента мы выяснили, что одинаковое количество воды оказывает различное давление на дно сосудов и напрямую зависит только от высоты столба жидкости.

Глава 3. Давление в природе и технике.

Когда мы знакомились с литературой по теме Давление», то узнали очень много интересного и поучительно.

1. Атмосферное давление в живой природе

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создаётся разряжение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.

Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление ещё сильнее прижимает присоску.

Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Засасывающее действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разряжённое пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000Н на площадь ноги взрослого человека. Однако копыта парнокопытных животных при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разряжённое пространство. Давление сверху и снизу копыта выравнивается, и нога вынимается без особого труда.

2. Использование давления в технике.

давление на морских глубинах очень велико, поэтому человек не может находиться на глубине без специальных аппаратов. С аквалангом человек может опуститься на глубину около 100 метров. Защитив себя корпусом подводной лодки, человек может опуститься уже до километра в глубь моря. И лишь специальные аппараты – батискафы и батисферы – позволяют опускаться до глубин нескольких километров.

В прошлом году прошли глубоководные исследования нашего озера Байкал. Аппарат, который опускался на дно священного озера, называется «Мир». Были сделаны уникальные фотографии ландшафта, флоры и фауны Байкала. Взяты пробы грунта дна озера. Планируется дальнейшее продолжение начатой работы по изучению самого глубокого озера мира.

при глубоком погружении с аквалангом человек должен предохранить себя от кессонной болезни. Она возникает, если аквалангист быстро поднимается с глубины на поверхность. Давление воды резко уменьшается и растворённый в крови воздух расширяется. Образующиеся пузырьки закупоривают кровеносные сосуды, мешая движению крови, и человек может погибнуть. Поэтому аквалангисты всплывают медленно, чтобы кровь успевала уносить образующиеся пузырьки воздуха в легкие.

Атмосфера вращается вокруг земной оси вместе с Землей. Если бы атмосфера была неподвижна, то на Земле постоянно бы царил ураган со скоростью ветра свыше 1500км/ч.

из-за давления атмосферы на каждый квадратный сантиметр нашего тела действует сила 10Н.

некоторые планеты солнечной системы тоже имеют атмосферы, однако их давление не позволяет человеку находиться там без скафандра. На Венере, например, атмосферное давление около 100 атм, на Марсе – около 0,006 атм.

барометры Торричелли являются самыми точными барометров. Ими оборудованы метеорологические станции и по их показаниям проверяется работа Барометров-анероидов.

барометр-анероид – очень чувствительный прибор. Например, поднимаясь на последний этаж 9-ти этажного дома, из-за различия атмосферного давления на различной высоте мы обнаружим уменьшение атмосферного давления на 2-3 мм рт. ст.

искусственное понижение или повышение атмосферного давления в специальных помещениях – барокамерах – используют в лечебных целях. Одним из методов баротерапии (греч. «терапия» — лечение) является постановка стеклянных медицинских банок в домашних условиях.

втыкая иглу или булавку в ткань, мы создаём давление около 100МПа.

3. Интересные факты

*Почему на простом табурете сидеть жестко, в то время как на стуле, тоже деревянном, нисколько не жестко? Почему мягко лежать в верёвочном гамаке, который сплетён низ довольно твёрдых шнурков?*

Нетрудно догадаться. Сиденье простого табурета плоско; наше тело соприкасается с ним лишь по небольшой поверхности, на которой и сосредоточивается вся тяжесть туловища. У стула же сиденье вогнутое; оно соприкасается с телом по большой поверхности; по этой поверхности и распределяется вес туловища: на единицу поверхности приходится меньший груз, меньшее давление.

Для большегрузных автомобилей изготавливают очень широкие шины. Это позволяет снизить давление на дорогу. Давление следует уменьшать при движении по заболоченной поверхности. Для этого настилают деревянные чаги, по которым могут ехать даже танки.

Иглы, лезвия, режущие предметы остро оттачиваются, чтобы при малых силах на острие создавалось большое давление. Такими инструментами намного проще работать.

В животном мире это тоже можно наблюдать. Это – клыки у зверей, когти, клювы и т. д.

Как мы пьём?

Неужели и над этим можно задуматься? Конечно. Мы приставляем стакан или ложку с жидкостью ко рту и «втягиваем» в себя их содержимое. Вот это-то простое «втягивание» жидкости, к которому мы так привыкли, и надо объяснить. Почему, в самом деле, жидкость устремляется к нам в рот? Что её увлекает? Причина такова: при питье мы расширяем грудную клетку и тем разрежаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает в наш рот.

Наоборот, захватив губами горлышко бутылки, вы никакими усилиями не «втяните» из неё воду в рот, так как давление воздуха во рту и над водой одинаково.

Итак, строго говоря, мы пьём не только ртом, но и лёгкими; ведь расширение лёгких – причина того, что жидкость устремляется в наш рот.

В ходе выполненной работы мы глубоко узнали понятие «Давления» с физической точки зрения. Рассмотрели его применение в различных жизненных ситуациях, в природе и технике. Узнали значимость этого понятия для животного мира, рассмотрели случаи практического применения давления в жизни человека и живой природы. Рассчитали, применяя математические навыки и изучили закономерности проявления давления в следующих ситуациях:

Давление человека в различных ситуациях;

Давление жидкости на дно сосудов;

Давление твёрдого тела на опору;

Давление собственного тела в экстремальной ситуации.

В результате исследований были получены следующие выводы:

1. В твёрдых телах давление можно уменьшить, увеличив площадь опоры.

2. В жидкостях и газах давление напрямую зависит от высоты столба жидкости или газа

Давление жидкости

Вокруг нас много жидкостей. Одни из них движутся, например, вода в реках или нефть в трубах, другие – покоятся. При этом все жидкости имеют вес и поэтому давят на дно и стенки сосуда, в котором находятся. Подсчёт давления движущейся жидкости – непростая задача, поэтому изучим лишь как рассчитывать давление, создаваемое покоящейся жидкостью, называемое гидростатическим давлением (греч. «статос» – неподвижный). Оно вычисляется по следующей формуле.

p – давление слоя жидкости, Па.
r – плотность жидкости, кг/м3.
g – коэффициент силы тяжести, Н/кг.
h – высота слоя жидкости, м.

Рассмотрим, как выведена (то есть получена) эта формула.

Сила F, с которой жидкость давит на дно сосуда, является весом жидкости. Его мы можем подсчитать по формуле W = Fтяж = mg, так как жидкость и её опора (дно сосуда) покоятся. Вспомним также простую формулу m = rV для выражения массы тела через плотность его вещества и формулу V = Sh для подсчёта объёма тела, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда. В результате имеем равенство:

Это равенство иллюстрирует не только способ вывода формулы для вычисления гидростатического давления. Оно также показывает, что формула p = rgh является частным случаем формулы p = F/S. Поэтому здесь уместны те же замечания, что и при изучении нами силы Архимеда (см. § 3-е «под чертой»).

Заметим, что при выводе формулы совершенно необязательно предполагать, что слой высотой h и плотностью r образован именно жидкостью. В наших рассуждениях ничего не изменится, если вместо давления жидкости мы рассмотрим давление твёрдого тела прямоугольной формы или даже газа, заключённого в соответствующий сосуд. Создаваемое ими весовое давление будет именно таким, как предсказывает формула p = rgh

Формула p = rgh показывает, что давление, создаваемое слоем жидкости, не зависит от её массы, а зависит от плотности жидкости, высоты её слоя и места наблюдения. При увеличении толщины слоя жидкости или её плотности гидростатическое давление будет возрастать.

Полученный нами вывод можно проверить опытами. Проделаем их. Справа изображена стеклянная трубка, дно которой затянуто резиновой плёнкой. Увеличивая высоту слоя налитой жидкости, мы будем наблюдать увеличение растяжения плёнки. Этот опыт подтверждает, что при увеличении высоты слоя жидкости создаваемое ею давление увеличивается.

На следующем рисунке изображены трубки с водой и «крепким» раствором соли. Видно, что уровни жидкостей находятся на одной и той же высоте, но давление на плёнку в правой трубке больше. Это объясняется тем, что плотность раствора соли больше, чем плотность обычной воды.

Иногда вместо слов давление слоя жидкости употребляют выражение давление столба жидкости. Это выражения-синонимы.

Как рассчитать атмосферное давление

Обновлено 5 декабря 2020 г.

Крис Дезиел

Воздух — это газ, но для целей расчета атмосферного давления его можно рассматривать как жидкость и рассчитывать давление на уровне моря с помощью выражение для давления жидкости. Это выражение имеет вид:

где ρ — плотность воздуха, g — ускорение свободного падения, а h — высота атмосферы. Однако этот подход не работает, потому что ни ρ, ни h не являются постоянными.Традиционный подход — вместо этого измерить высоту столбика ртути. Если вы ищете атмосферное давление на определенной высоте, вы можете использовать барометрическую формулу. Это довольно сложная взаимосвязь, которая зависит от нескольких переменных, поэтому проще просто найти нужное значение в таблице.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Ученые вычисляют атмосферное давление на уровне моря, измеряя высоту столба ртути и вычисляя давление, которое должна оказывать атмосфера, чтобы поднять столбик на эту высоту.

Ртутный барометр

Погрузите стеклянную трубку с закрытым концом в поддон с ртутью и дайте всему воздуху выйти, затем поверните трубку вертикально так, чтобы отверстие было погружено в ртуть. У вас будет столбик ртути внутри трубки и вакуум между верхом столбца и концом трубки. Давление, оказываемое атмосферой на ртуть в тарелке, поддерживает колонну, поэтому высота колонки является способом измерения атмосферного давления. Если трубка градуирована в миллиметрах, высота колонки будет примерно 760 мм, в зависимости от атмосферных условий.Это определение давления в 1 атмосферу.

Ртуть — это жидкость, поэтому вы можете рассчитать давление, необходимое для поддержки колонны, используя уравнение давления. В этом уравнении ρ — плотность ртути, а h — высота столба. В единицах СИ (метрическая) одна атмосфера равна 101,325 Па (Паскали), а в британских единицах — 14,696 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм). Торр — это еще одна единица атмосферного давления, изначально определенная как 1 мм рт. Его текущее определение — 1 торр = 133,32 Па. Одна атмосфера = 760 торр.

Барометрическая формула

Хотя вы не можете получить атмосферное давление на уровне моря из общей высоты атмосферы, вы можете рассчитать изменения давления воздуха с одной высоты на другую. Этот факт, наряду с другими соображениями, включая закон идеального газа, приводит к экспоненциальной зависимости между давлением на уровне моря (P ₀) и давлением на высоте h (P _h).{\ frac {-mgh} {kT}}

m = масса одной молекулы воздуха
g = ускорение свободного падения
k = постоянная Больцмана (постоянная идеального газа, деленная на число Авогадро)
T = температура

Хотя это уравнение предсказывает давления на разной высоте, его предсказания отличаются от наблюдений. Например, он предсказывает давление 25 торр на высоте 30 км (19 миль), но наблюдаемое давление на этой высоте составляет всего 9. 5 торр. Несоответствие в первую очередь связано с тем, что на больших высотах температуры ниже.

Изменение давления в жидкости по глубине

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Определите давление по весу.
Объясните изменение давления в жидкости с глубиной.
Рассчитайте плотность с учетом давления и высоты.

Если у вас когда-либо ломались уши во время полета или болели во время глубокого погружения в бассейне, вы испытали влияние глубины на давление в жидкости.На поверхности Земли давление воздуха, оказываемое на вас, является результатом веса воздуха над вами. Это давление уменьшается по мере того, как вы поднимаетесь на высоту, и вес воздуха над вами уменьшается. Под водой давление на вас увеличивается с увеличением глубины. В этом случае давление, оказываемое на вас, является результатом как веса воды над вами , так и веса атмосферы над вами . Вы можете заметить изменение давления воздуха во время поездки на лифте, который перенесет вас на много этажей, но вам нужно погрузиться всего на метр или около того ниже поверхности бассейна, чтобы почувствовать повышение давления. Разница в том, что вода намного плотнее воздуха, примерно в 775 раз плотнее. Рассмотрим контейнер на рисунке 1.

Рис. 1. Дно этого контейнера выдерживает весь вес находящейся в нем жидкости. Вертикальные стороны не могут оказывать на жидкость восходящую силу (так как она не может выдерживать силу сдвига), поэтому дно должно поддерживать все это.

Его дно выдерживает вес находящейся в нем жидкости. Вычислим давление, оказываемое на дно, на вес жидкости.Давление — это вес жидкости мг , деленный на площадь A , поддерживающую ее (площадь дна контейнера):

[латекс] P = \ frac {mg} {A} \\ [/ латекс].

Мы можем найти массу жидкости по ее объему и плотности:

м = ρV .

Объем жидкости V зависит от размеров контейнера. Это

В = Ач ,

, где A — площадь поперечного сечения, а h — глубина.Объединение последних двух уравнений дает

[латекс] m = \ rho Ah \\ [/ латекс].

Если ввести это в выражение для давления, получим

[латекс] P = \ frac {\ left (\ rho {Ah} \ right) g} {A} \\ [/ latex].

Область отменяется, и перестановка переменных дает

P = hρg .

Это значение — давление из-за веса жидкости . Уравнение имеет общую применимость за пределами особых условий, при которых оно получено здесь.Даже если бы контейнера не было, окружающая жидкость все равно оказывала бы это давление, поддерживая статическое состояние жидкости. Таким образом, уравнение P = hρg представляет давление из-за веса любой жидкости со средней плотностью ρ на любой глубине h ниже ее поверхности. Для жидкостей, которые почти несжимаемы, это уравнение справедливо до больших глубин. Для газов, которые достаточно сжимаемы, можно применять это уравнение до тех пор, пока изменения плотности невелики по рассматриваемой глубине. Пример 2: Расчет средней плотности: насколько плотен воздух? иллюстрирует эту ситуацию.

Пример 1. Расчет среднего давления и прилагаемой силы: какую силу должна выдержать плотина?

В примере 1. Расчет массы резервуара по его объему , мы вычислили массу воды в большом резервуаре. Теперь мы рассмотрим давление и силу, действующие на плотину, удерживающую воду. (См. Рис. 2.) Ширина плотины 500 м, а воды 80.0 м глубиной у плотины. а) Какое среднее давление на плотину из-за воды? (b) Рассчитайте силу, действующую на плотину, и сравните ее с весом воды в плотине (ранее было определено, что она составляет 1,96 × 10 ¹³ Н).

Рис. 2. Плотина должна выдерживать силу, прилагаемую к ней удерживаемой водой. Эта сила мала по сравнению с весом воды за плотиной.

Стратегия для (а)

Среднее давление [латекс] \ overline {P} \\ [/ latex] из-за веса воды — это давление на средней глубине [латекс] \ overline {h} \\ [/ latex], равное 40.{2}} = \ text {392 кПа.} \ End {array} \\ [/ latex]

Стратегия для (b)

Сила, оказываемая водой на плотину, равна среднему давлению, умноженному на площадь контакта:

[латекс] F = \ overline {P} A \\ [/ latex].

Решение для (b)

Мы уже нашли значение для [latex] \ overline {P} \\ [/ latex]. Площадь плотины A = 80,0 м x 500 м = 4,00 × 10 ⁴ м ², так что

[латекс] \ begin {array} {lll} F & = & \ left (3.{\ text {10}} \ text {N.} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение

Хотя эта сила кажется большой, она мала по сравнению с массой воды в резервуаре 1,96 × 10 ¹³ Н — фактически, она составляет всего 0,0800% от веса. Обратите внимание, что давление, обнаруженное в части (а), полностью не зависит от ширины и длины озера — оно зависит только от его средней глубины у плотины. Таким образом, сила зависит только от средней глубины воды и размеров плотины, а не , а не от горизонтальной протяженности водохранилища.{3} \ text {или} \ text {г / мл} \ right) \\ [/ latex] Твердые вещества Жидкости Газы Алюминий 2,7 Вода (4ºC) 1. 000 Воздух 1,29 × 10 ⁻³ Латунь 8,44 Кровь 1,05 Двуокись углерода 1,98 × 10 ⁻³ Медь (средняя) 8.8 Морская вода 1,025 Окись углерода 1,25 × 10 ⁻³ Золото 19,32 Меркурий 13,6 Водород 0,090 × 10 ⁻³ Чугун или сталь 7,8 Спирт этиловый 0,79 Гелий 0,18 × 10 ⁻³ Свинец 11,3 Бензиновый 0.68 Метан 0,72 × 10 ⁻³ Полистирол 0,10 Глицерин 1,26 Азот 1,25 × 10 ⁻³ Вольфрам 19,30 Оливковое масло 0,92 Закись азота 1,98 × 10 ⁻³ Уран 18,70 Кислород 1,43 × 10 ⁻³ Бетон 2. 30–3,0 Пар (100º C) 0.60 × 10 ⁻³ Пробка 0,24 Стекло обычное (среднее) 2,6 Гранит 2,7 Земная кора 3,3 Дерево 0,3–0,9 Лед (0 ° C) 0,917 Кость 1,7–2,0

Атмосферное давление — другой пример давления, обусловленного весом жидкости, в данном случае весом воздуха над заданной высотой.{2} = \ text {101 кПа} \\ [/ latex].

Это соотношение означает, что в среднем на уровне моря столб воздуха выше 1,00 м ² поверхности Земли имеет вес 1,01 × 10 ⁵ Н, что эквивалентно 1 атм. (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. Атмосферное давление на уровне моря в среднем составляет 1,01 × 10 ⁵ Па (эквивалентно 1 атм), поскольку столб воздуха над этим 1 м ², простирающийся до верхних слоев атмосферы, весит 1,01 × 10 ⁵.

Пример 2.Расчет средней плотности: насколько плотен воздух?

Рассчитайте среднюю плотность атмосферы, учитывая, что она простирается до высоты 120 км. Сравните эту плотность с плотностью воздуха, указанной в таблице 1.

Стратегия

Если мы решим P = hρg для плотности, мы увидим, что

[латекс] \ overline {\ rho} = \ frac {P} {\ text {hg}} \\ [/ latex].

Затем мы принимаем P за атмосферное давление, h дано и g известно, и поэтому мы можем использовать это для вычисления [latex] \ overline {\ rho} \\ [/ latex].{3} \\ [/ латекс].

Обсуждение

Этот результат представляет собой среднюю плотность воздуха между поверхностью Земли и верхним слоем атмосферы Земли, которая по существу заканчивается на уровне 120 км. Плотность воздуха на уровне моря приведена в таблице 1 и составляет 1,29 кг.м ³ — примерно в 15 раз больше среднего значения. Поскольку воздух настолько сжимаем, его плотность имеет наибольшее значение у поверхности Земли и быстро уменьшается с высотой.

Пример 3. Расчет глубины под поверхностью воды: какая глубина воды создает такое же давление, как и вся атмосфера?

Вычислите глубину ниже поверхности воды, на которой давление, обусловленное весом воды, равно 1.00 атм.

Стратегия

Начнем с решения уравнения P = hρg для глубины h :

[латекс] h = \ frac {P} {\ mathrm {\ rho g}} \\ [/ latex].

Затем мы принимаем P равным 1,00 атм и ρ как плотность воды, которая создает давление.

Решение

Ввод известных значений в выражение для h дает

[латекс] h = \ frac {1 \ text {.{2} \ right)} = \ text {10} \ text {.} 3 \ text {m} \\ [/ latex].

Обсуждение

Всего 10,3 м воды создают такое же давление, как 120 км воздуха. Поскольку вода почти несжимаема, мы можем пренебречь любым изменением ее плотности на этой глубине.

Как вы думаете, что такое общее давление на глубине 10,3 м в бассейне? Влияет ли атмосферное давление на поверхности воды на давление ниже? Ответ положительный. Это кажется логичным, так как необходимо поддерживать вес воды и атмосферы.Таким образом, общее давление на глубине 10,3 м составляет 2 атм — половина от уровня воды выше и половина от воздуха выше. Мы увидим в Принципе Паскаля, что давление жидкости всегда увеличивается таким образом.

Сводка раздела

Давление — это вес жидкости мг , деленный на площадь A , поддерживающую ее (площадь дна емкости):
[латекс] P = \ frac {\ text {mg}} {A} \\ [/ latex].
Давление, обусловленное весом жидкости, определяется выражением
[латекс] P = h \ rho g \ [/ латекс],
, где P — давление, h — высота жидкости, ρ — плотность жидкости и g — ускорение свободного падения.

Концептуальные вопросы

1. Атмосферное давление оказывает большую силу (равную весу атмосферы над вашим телом — около 10 тонн) на верхнюю часть вашего тела, когда вы лежите на пляже и принимаете солнечные ванны. Почему ты можешь встать?

2. Почему атмосферное давление падает с высотой быстрее, чем линейно?

3. По каким двум причинам в барометрах используется ртуть, а не вода?

4. На рисунке 4 показано, как мешки с песком, помещенные вокруг утечки за пределами речной дамбы, могут эффективно остановить поток воды под дамбой.Объясните, как небольшое количество воды внутри колонны, образованной мешками с песком, может уравновесить гораздо более крупный водоем позади дамбы.

Рис. 4. Поскольку уровень реки очень высок, она начала просачиваться под дамбу. Мешки с песком помещают вокруг утечки, и удерживаемая ими вода поднимается до уровня реки, после чего вода перестает подниматься.

5. Почему в Большом соленом озере сложно плавать под водой?

6. Имеется ли чистая сила на плотине из-за атмосферного давления? Поясните свой ответ.

7. Добавляет ли атмосферное давление давление газа в жестком резервуаре? На воздушном шарике? Когда, в общем, атмосферное давление , а не влияет на общее давление в жидкости?

8. Вы можете разбить крепкую винную бутылку, вбив в нее пробку кулаком, но пробка должна давить прямо на жидкость, наполняющую бутылку — между пробкой и жидкостью не должно быть воздуха.Объясните, почему бутылка разбивается и почему нет, если между пробкой и жидкостью есть воздух.

Задачи и упражнения

1. На какой глубине ртути создается давление 1,00 атм?

2. Самые большие океанские глубины на Земле находятся в Марианской впадине недалеко от Филиппин. Вычислите давление, создаваемое океаном на дне этой траншеи, учитывая ее глубину 11,0 км и допуская, что плотность морской воды постоянна на всем протяжении всего участка.

3.Убедитесь, что единица СИ для hρg — Н / м ².

4. Водонапорные башни накапливают воду выше уровня потребителя в периоды интенсивного использования, что устраняет необходимость в высокоскоростных насосах. Насколько высоко должен быть уровень воды над пользователем, чтобы создать манометрическое давление 3,00 × 10 ⁵ Н / м ²?

5. водянистая влага в глазу человека воздействует с силой 0,300 Н на область роговицы размером 1,10 см ². а) Что это за давление в мм рт. ст.? (b) Находится ли это значение в пределах нормы для глазного давления?

6.Сколько силы оказывает атмосфера на одну сторону листа бумаги размером 8,50 на 11,0 см? Как бумага может выдержать такую силу?

7. Какое давление оказывается на дно бензобака шириной 0,500 м и длиной 0,900 м, который может вмещать 50,0 кг бензина на вес бензина в нем, когда он заполнен?

8. Вычислите среднее давление, оказываемое на ладонь толкателя ядра при выстреле, если площадь контакта составляет 50,0 см ² и он прилагает к ней силу 800 Н. Выразите давление в Н / м ² и сравните его с давлением 1,00 × 10 ⁶, которое иногда встречается в скелетной системе.

9. Левая сторона сердца создает давление 120 мм рт. Ст. Путем приложения силы непосредственно к крови на эффективной площади 15,0 см ². Какую силу он прилагает для этого?

10. Покажите, что общая сила, действующая на прямоугольную плотину за счет воды за ней, увеличивается с увеличением глубины воды на квадрат .{2} L / 2 \\ [/ latex], где [latex] rho \\ [/ latex] — плотность воды, h — ее глубина у плотины, а L — длина дамбы. . Вы можете предположить, что поверхность плотины вертикальная. (Подсказка: вычислите среднее давление и умножьте его на площадь контакта с водой (см. Рисунок 5.)

Рисунок 5.

Глоссарий

давление:: вес жидкости, деленный на площадь, на которой она находится

Избранные решения проблем и упражнения

1. {2} \ end {array} \\ [/ latex].

5. (a) 20,5 мм рт. Ст. (B) Диапазон давления в глазу составляет 12–24 мм рт. Ст., Поэтому результат в части (a) находится в пределах этого диапазона

7. 1,09 × 10 ³ Н / м ²

9. 24.0 N

Формула атмосферного давления с примерами

Формула атмосферного давления — это вес воздуха на единицу площади. Его значение зависит от высоты. Значение атмосферного давления на уровне моря составляет 1,013 x10 ⁵ Н / м ²

Формула атмосферного давления

Атмосферное давление измеряется по следующей формуле:
Атмосферное давление = Вес воздуха / Площадь
Земля окружена воздушной оболочкой, называемой атмосферой.Он простирается на несколько сотен километров над уровнем моря. Подобно тому, как некоторые морские существа живут на дне океана, мы живем на дне огромного океана воздуха. Воздух — это смесь газов. Плотность воздуха в атмосфере неоднородна. Он постоянно уменьшается по мере того, как мы поднимаемся.

Что вызывает атмосферное давление?

Атмосферное давление действует во всех направлениях. Мыльные пузыри расширяются до тех пор, пока давление воздуха в них не станет равным атмосферному. Почему образовавшиеся мыльные пузыри имеют сферическую форму? Можете ли вы сделать вывод, что атмосферное давление действует на пузырь одинаково во всех направлениях?
Воздушный шар расширяется, когда мы наполняем его воздухом.В каком направлении воздушный шар расширяется? Тот факт, что атмосфера оказывает давление, можно объяснить простым экспериментом.
Эксперимент:

Возьмите пустую жестяную банку с крышкой. Откройте крышку и налейте немного воды. Поместите это над пламенем. Подождите, пока вода закипит и пар вытеснит воздух из банки. Теперь поместите банку под водопроводную воду. Баллон будет сдавливаться из-за атмосферного давления. Почему?
Когда банка охлаждается водопроводной водой, пар в ней конденсируется. Когда пар превращается в воду, он оставляет за собой пустое пространство. Это снижает давление внутри банки по сравнению с атмосферным давлением снаружи банки. это вызовет обрушение направления со всех сторон. Этот эксперимент показывает, что атмосфера оказывает давление во всех направлениях.
Этот факт также можно продемонстрировать, когда из-за откачки воздуха пустая пластиковая бутылка схлопывается.

Измерение атмосферного давления

На уровне моря атмосферное давление составляет около 101 300 Па или 101 300 Нм ^-2.Приборы, измеряющие атмосферное давление, называются барометрами. Один из простых барометров — ртутный барометр. Он представляет собой закрытую с одного конца стеклянную трубку длиной 1 м. После заполнения ртутью его переворачивают в ртутную корыто. Ртуть в трубке опускается и останавливается на определенной высоте. Столбик ртути, удерживаемый в трубке, оказывает давление на ее основание. На уровне моря высота ртутного столба над ртутью в желобе составляет около 76 см. Давление в 76 см ртутного столба составляет почти 101300 Нм ^-2, что равно атмосферному давлению.Обычно атмосферное давление выражают через высоту столба ртути. Поскольку атмосферное давление в месте не остается постоянным, высота столба ртути также зависит от атмосферного давления.
Ртуть в 13,6 раза плотнее воды. Атмосферное давление может удерживать вертикальный столб воды, примерно в 13,6 раз превышающий высоту столба ртути в данном месте. Таким образом, на уровне моря вертикальная высота водяного столба составит 0,76 м 13,6 = 10,34 м. Таким образом, для изготовления водяного барометра потребуется стеклянная трубка длиной более 10 м.

Области применения атмосферного давления

Атмосферное давление уменьшается по мере того, как мы поднимаемся. Атмосферное давление в горах ниже, чем на уровне моря. На высоте около 30 км атмосферное давление становится всего 7 мм ртутного столба, что составляет примерно 100 Па. Оно станет нулевым на высоте, где нет воздуха. Таким образом, мы можем определить высоту места, зная атмосферное давление в этом месте.
Атмосферное давление также может указывать на изменение погоды.В жаркий день Земля над землей становится и расширяется. Это вызывает падение атмосферного давления в этих регионах. С другой стороны, холодными морозными ночами это над Землей остывает. Это вызывает повышение атмосферного давления.
Изменения атмосферного давления в определенном месте указывают на ожидаемые изменения погодных условий в этом месте. Например, постепенное и среднее падение атмосферного давления означает низкое давление в соседней местности. Незначительное, но быстрое падение атмосферного давления указывает на ветреную и дождливую погоду в близлежащих регионах.Понижение атмосферного давления сопровождается ветерком и дождем. В то время как внезапное падение атмосферного давления часто сопровождается паром, дождем и тайфуном, которые происходят через несколько часов.
С другой стороны, повышение атмосферного давления с последующим его понижением предсказывает интенсивные погодные условия. Постепенное сильное повышение атмосферного давления указывает на продолжительный период приятной погоды. Быстрое повышение атмосферного давления означает, что вскоре за ним последует его снижение, что указывает на плохую погоду.

Читайте также:

Смотрите также видео:

14.4: Измерение давления — Physics LibreTexts

Цели обучения

Определение избыточного и абсолютного давления
Объясните различные методы измерения давления
Знакомство с работой открытых барометров
Подробно опишите, как работают манометры и барометры

В предыдущем разделе мы вывели формулу для расчета изменения давления для жидкости в гидростатическом равновесии.Как оказалось, это очень полезный расчет. Измерения давления важны в повседневной жизни, а также в научных и инженерных приложениях. В этом разделе мы обсудим различные способы регистрации и измерения давления.

Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

Предположим, что манометр на полном акваланге показывает 3000 фунтов на квадратный дюйм, что составляет примерно 207 атмосфер. Когда клапан открывается, воздух начинает выходить, потому что давление внутри резервуара превышает атмосферное давление вне резервуара.Воздух продолжает выходить из резервуара до тех пор, пока давление внутри резервуара не сравняется с давлением атмосферы за пределами резервуара. В этот момент манометр на резервуаре показывает ноль, даже если давление внутри резервуара фактически составляет 1 атмосферу — такое же, как давление воздуха вне резервуара.

Большинство манометров, таких как датчик на акваланге, откалиброваны так, чтобы показывать ноль при атмосферном давлении. Показания давления от таких манометров называются манометром давлением , которое является давлением относительно атмосферного давления. Когда давление внутри резервуара превышает атмосферное давление, манометр показывает положительное значение. Некоторые манометры предназначены для измерения отрицательного давления. Например, многие физические эксперименты должны проводиться в вакуумной камере, жесткой камере, из которой откачивается часть воздуха. Давление внутри вакуумной камеры меньше атмосферного, поэтому манометр на камере показывает отрицательное значение. В отличие от манометрического давления, абсолютное давление учитывает атмосферное давление, которое фактически увеличивает давление в любой жидкости, не заключенной в жесткий контейнер.

Определение абсолютного давления

Абсолютное давление или полное давление складывается из манометрического и атмосферного давления:

\ [p_ {abs} = p_ {g} + p_ {atm} \ label {14.11} \]

, где p _абс — абсолютное давление, p _g — избыточное давление, а p _атм — атмосферное давление.

Например, если манометр показывает 34 фунта на квадратный дюйм, то абсолютное давление составляет 34 фунта на квадратный дюйм плюс 14,7 фунта на квадратный дюйм (p _атм фунтов на квадратный дюйм) или 48. 7 фунтов на квадратный дюйм (эквивалент 336 кПа).

В большинстве случаев абсолютное давление жидкости не может быть отрицательным. Жидкости выталкивают, а не притягивают, поэтому наименьшее абсолютное давление в жидкости равно нулю (отрицательное абсолютное давление — это притяжение). Таким образом, минимально возможное избыточное давление p _g = −p _атм (что делает p _abs равным нулю). Теоретически нет предела тому, насколько большим может быть манометрическое давление.

Измерение давления

Для измерения давления используется множество устройств, от шинных манометров до тонометров.Многие другие типы манометров обычно используются для проверки давления жидкостей, например, механические манометры. Мы рассмотрим некоторые из них в этом разделе.

Любое свойство, которое известным образом изменяется с давлением, может быть использовано для создания манометра. Некоторые из наиболее распространенных типов включают тензодатчики, которые используют изменение формы материала под давлением; емкостные манометры, использующие изменение электрической емкости из-за изменения формы под давлением; пьезоэлектрические манометры, которые создают разность напряжений на пьезоэлектрическом материале под разницей давления между двумя сторонами; и ионные датчики, которые измеряют давление путем ионизации молекул в сильно вакуумированных камерах. Различные манометры полезны в разных диапазонах давления и в разных физических ситуациях. Некоторые примеры показаны на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) Манометры используются для измерения и контроля давления в газовых баллонах. Сжатые газы используются во многих промышленных и медицинских целях. (b) Манометры бывают разных моделей, но все они предназначены для одной цели: для измерения внутреннего давления в шинах. Это позволяет водителю поддерживать давление в шинах, оптимальное для веса груза и условий движения.(c) Ионизационный датчик — это высокочувствительное устройство, используемое для контроля давления газов в закрытой системе. Молекулы нейтрального газа ионизируются за счет высвобождения электронов, и ток преобразуется в показания давления. Ионизационные датчики обычно используются в промышленных приложениях, в которых используются вакуумные системы.

Манометры

В одном из наиболее важных классов манометров применяется свойство, заключающееся в том, что давление, обусловленное весом жидкости постоянной плотности, определяется выражением p = h \ (\ rho \) g. U-образная трубка, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), является примером манометра ; в части (а) обе стороны трубы открыты для атмосферы, позволяя атмосферному давлению равномерно снижаться с каждой стороны, чтобы его эффекты нейтрализовались.

Манометр, только одна сторона которого открыта в атмосферу, является идеальным устройством для измерения манометрического давления. Манометрическое давление p _г = h \ (\ rho \) g и определяется путем измерения h. Например, предположим, что одна сторона U-образной трубки подключена к некоторому источнику давления p _abs, например баллону в части (b) рисунка или банке с арахисом в вакуумной упаковке, показанной в части (с).Давление передается на манометр в неизменном виде, и уровни жидкости больше не равны. В части (b) p _abs больше атмосферного давления, тогда как в части (c) pabs меньше атмосферного давления. В обоих случаях p _abs отличается от атмосферного давления на величину h \ (\ rho \) g, где \ (\ rho \) — плотность жидкости в манометре. В части (b) p _abs может поддерживать столб жидкости высотой h, поэтому он должен оказывать давление h \ (\ rho \) g, превышающее атмосферное давление (манометрическое давление p _g положительно).В части (c) атмосферное давление может поддерживать столб жидкости высотой h, поэтому p _abs меньше атмосферного давления на величину h \ (\ rho \) g (манометрическое давление p _g отрицательное). .

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Манометр с открытой трубкой имеет одну сторону, открытую в атмосферу. (a) Глубина жидкости должна быть одинаковой с обеих сторон, в противном случае давление, оказываемое каждой стороной на дно, будет неравным, и жидкость будет течь с более глубокой стороны. (b) Положительное манометрическое давление p _g = h \ (\ rho \) g, передаваемое на одну сторону манометра, может поддерживать столб жидкости высотой h.(c) Аналогично, атмосферное давление больше отрицательного манометрического давления p _g на величину h \ (\ rho \) g. Жесткость банки предотвращает передачу атмосферного давления на арахис.

Барометры

Манометры обычно используют U-образную трубку жидкости (часто ртути) для измерения давления. Барометр (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) — это устройство, которое обычно использует один столбик ртути для измерения атмосферного давления. Барометр, изобретенный итальянским математиком и физиком Евангелистой Торричелли (1608–1647) в 1643 году, состоит из стеклянной трубки, закрытой с одного конца и заполненной ртутью.Затем трубку переворачивают и помещают в бассейн с ртутью. Это устройство измеряет атмосферное давление, а не манометрическое давление, потому что над ртутью в трубке создается почти чистый вакуум. Высота ртути такова, что h \ (\ rho \) g = p _атм. Когда атмосферное давление меняется, ртуть поднимается или падает.

Синоптики внимательно следят за изменениями атмосферного давления (часто указываемого как барометрическое давление), поскольку повышение уровня ртути обычно означает улучшение погоды, а падение ртути указывает на ухудшение погоды. Барометр также можно использовать как высотомер, так как среднее атмосферное давление зависит от высоты. Ртутные барометры и манометры настолько распространены, что единицы измерения атмосферного и кровяного давления часто используются в миллиметрах ртутного столба.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): ртутный барометр измеряет атмосферное давление. Давление, обусловленное весом ртути, h \ (\ rho \) g, равно атмосферному давлению. Атмосфера способна поднять ртуть в трубке на высоту h, потому что давление над ртутью равно нулю.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Высота жидкости в открытой U-образной трубе

U-образная трубка с обоими открытыми концами заполнена жидкостью плотностью \ (\ rho_ {1} \) на высоту h с обеих сторон (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Жидкость с плотностью \ (\ rho_ {2} <\ rho_ {1} \) наливается с одной стороны, и Жидкость 2 оседает поверх Жидкости 1. Высота на двух сторонах разная. Высота до верха жидкости 2 от границы раздела составляет h ₂, а высота до верха жидкости 1 от уровня поверхности раздела составляет h ₁. Выведите формулу для разницы в высоте.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): две жидкости разной плотности показаны в U-образной трубке.

Стратегия

Давление в точках на одинаковой высоте с двух сторон U-образной трубки должно быть одинаковым, пока эти две точки находятся в одной и той же жидкости. Поэтому мы рассматриваем две точки на одном уровне в двух рукавах трубки: одна точка — это граница раздела на стороне жидкости 2, а другая — точка в рукаве с жидкостью 1, которая находится на том же уровне, что и интерфейс в другой руке.Давление в каждой точке зависит от атмосферного давления плюс вес жидкости над ним.

Давление на стороне с жидкостью 1 = p ₀ + \ (\ rho_ {1} \) gh ₁

Давление на стороне жидкости 2 = p ₀ + \ (\ rho_ {2} \) gh ₂

Решение

Поскольку две точки находятся в жидкости 1 и находятся на одинаковой высоте, давление в двух точках должно быть одинаковым. Следовательно, у нас

\ [p_ {0} + \ rho_ {1} gh_ {1} = p_ {0} + \ rho_ {2} gh_ {2} \ ldotp \ nonumber \]

Следовательно,

\ [\ rho_ {1} h_ {1} = \ rho_ {2} h_ {2} \ ldotp \ nonumber \]

Это означает, что разница в высоте с двух сторон U-образной трубки составляет

\ [h_ {2} — h_ {1} = \ left (1 — \ dfrac {p_ {1}} {p_ {2}} \ right) h_ {2} \ ldotp \ nonumber \]

Результат имеет смысл, если мы установим \ (\ rho_2 = \ rho_1 \), что даст h ₂ = h ₁.{5} \; Па \ лдотп \]

Миллибар — удобная единица измерения для метеорологов, поскольку среднее атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет 1,013 x 10 ⁵ Па = 1013 мбар = 1 атм. Используя уравнения, полученные при рассмотрении давления на глубине в жидкости, давление также можно измерить в миллиметрах или дюймах ртутного столба. Давление внизу 760-миллиметрового столба ртути при 0 ° C в емкости, где откачана верхняя часть, равно атмосферному давлению. Таким образом, 760 мм рт. Ст. Также используется вместо давления в 1 атмосферу.{5} \; Па $ $$ 1 \; торр = 1 \; мм \; Hg = 122,39 \; Па $

Авторы и указание авторства

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

барометр и атмосферное давление | Мини-физика

Атмосферное давление

Воздух — это жидкость.Мы живем на дне «моря» воздуха, называемого атмосферой. Вес атмосферы Земли, давящей на каждую единицу площади поверхности Земли, составляет атмосферное давление.

Источник атмосферного давления

Атмосферное давление существует из-за бомбардировки молекул энергичными молекулами воздуха. В нормальных условиях большое количество молекул воздуха движется с большими скоростями. Такое большое количество молекул воздуха часто сталкивается со стенками контейнера.{2} $. Давление на больших высотах ниже.

Барометр

Барометр ртутный

Барометр — простой прибор для измерения атмосферного давления.

Барометр можно сделать, наполнив длинную стеклянную трубку ртутью, а затем перевернув ее в ртутной ванне, как показано. Пространство в верхней части трубки барометра представляет собой вакуум и не оказывает давления на столбик ртути.

Атмосфера отталкивается от ртутной ванны, которая, в свою очередь, выталкивает ртуть вверх по трубке.Следовательно,

$$ \ text {Давление из-за столбца ртути} = \ text {Давление из-за атмосферного давления} $$

Высота ртутного столба по вертикали дает необходимое атмосферное давление.

По гидростатическому давлению мы знаем, что:

$$ \ begin {align} p_ {air} & = p _ {\ text {mercury column}} \\ & = h \ rho g \ end {align} $$

, где h — высота столба ртути, $ \ rho $ — плотность ртути, g — ускорение свободного падения.

Длина ртутного столба при 1 атмосфере

Мы можем вычислить длину столбика ртути, если 1 атм ($ 1.{3} \ times 9,8 \ times h \\ h & = 0,760 \ text {m} \\ h & = 76 \ text {cm} \ end {align} $$

Барометры разной высоты и размера

На рисунке выше показаны барометры разной высоты и размера. Поскольку принципом барометра является явление гидростатического давления, мы знаем, что только высота столба жидкости важна для определения давления на дне. Это означает, что высота h на приведенном выше рисунке останется неизменной, если:

стеклянная трубка немного приподнята над чашкой
стеклянная трубка опускается дальше в чашу
диаметр стеклянной трубки увеличивается
стеклянная трубка наклонена
количество ртути в посуде увеличивается .

Давление на разной высоте барометра

Рассмотрим рисунок выше. Нас:

Давление в $ P_ {a} $ равно нулю. (Это вакуум в воздушном зазоре. )
Давление в $ P_ {b} $ обусловлено 26 см ртутного столба.
Давление в $ P_ {e} $ вызвано 76 см ртутного столба.
Давление в $ P_ {f} $ связано с 84 см ртутного столба.
Давление в $ P_ {b} $ и $ P_ {c} $ одинаковое. Точно так же давление в $ P_ {d} $ и $ P_ {e} $ одинаково.Это потому, что баллы находятся на одном уровне.

Характеристики

Стандартная атмосфера — это среднее атмосферное давление, естественно существующее на уровне моря на поверхности Земли. Это эквивалентно давлению, оказываемому вертикальным столбом ртути (как в барометре) высотой 760 мм или 101,325 Па.
Если ртуть заменяется водой, вертикальный столб воды, эквивалентный атмосферному давлению, составляет примерно 10 м. .
Атмосферное давление меняется изо дня в день и от места к месту.

Давление

Каждый человек в то или иное время находился под давлением или при определенных обстоятельствах действительно «чувствовал давление». Однако с научной точки зрения давление имеет очень конкретное определение, и его исследование приводит к некоторым очень важным приложениям.

В физике давление — это эффект силы, действующей на поверхность. Математически это скалярная величина, рассчитываемая как сила, приложенная на единицу площади, где приложенная сила всегда перпендикулярна поверхности.Единица измерения давления в системе СИ, Паскаль (Па), эквивалентна Н / м ².

Все состояния вещества могут оказывать давление. Когда вы идете по покрытому льдом озеру, вы оказываете давление на лед, равное силе тяжести вашего тела (вашему весу), деленной на площадь, над которой вы соприкасаетесь со льдом. Вот почему важно распределять вес при движении по хрупким поверхностям. Ваши шансы прорваться сквозь лед чрезвычайно возрастают, если вы идете по льду на высоких каблуках, поскольку небольшая область, соприкасающаяся со льдом, приводит к высокому давлению.Это также причина того, что у снегоступов такая большая площадь. Они разработаны для уменьшения давления на верхнюю корку снега, чтобы вам было легче ходить, не проваливаясь в снежные заносы.

Жидкости также могут оказывать давление. Все жидкости оказывают внешнее давление во всех направлениях по бокам любого контейнера, содержащего жидкость. Даже атмосфера Земли оказывает давление, которое вы испытываете прямо сейчас. Однако давление внутри и снаружи вашего тела настолько хорошо сбалансировано, что вы редко замечаете 101 325 Паскалей из-за атмосферы (примерно 10 Н / см ²).Если вы летите в самолете и быстро меняете высоту (и, следовательно, давление), вы, возможно, испытали ощущение «хлопка» в ушах — это происходит из-за давления внутри уха, уравновешивающего давление снаружи уха при переносе воздуха через маленькие трубочки, соединяющие внутреннее ухо с горлом.

Вопрос: Давление воздуха составляет примерно 100 000 Паскалей. Какая сила действует на эту книгу, когда она лежит на столе? Площадь обложки книги равна 0. 035 м ².
Ответ:
Вопрос: Рыбак массой 75 кг засыпает на своем четвероногом стуле массой 5 кг. Если каждая ножка стула имеет площадь поверхности 2,5 × 10 ^-4 м ² в контакте с землей, каково среднее давление, оказываемое рыбаком и стулом на землю?
Ответ: Приложенная сила — это сила тяжести, поэтому мы можем написать:
Вопрос: На поверхности планеты Физика помещена шкала, которая показывает 0 в космическом вакууме.На поверхности планеты шкала показывает силу в 10 000 ньютонов. Вычислите площадь поверхности шкалы, учитывая, что атмосферное давление на поверхности Physica составляет 80 000 Паскалей.
Ответ:
Вопрос: Оцените следующее от самого высокого давления до самого низкого давления на землю:
Атмосфера на уровне моря
Слон массой 7000 кг общей площадью 0. 5 м ² в контакте с землей
Женщина весом 65 кг на высоких каблуках общей площадью 0,005 м ², соприкасающаяся с землей
Автомобиль массой 1600 кг с общей площадью контакта шины 0,2 м ²
Ответ: От максимального давления к минимальному:
Слон (137000 Па)
Дама на высоких каблуках (127000 Па)
Атмосфера (100000 Па)
Автомобиль (78400 Па)

Давление, которое жидкость оказывает на объект, погруженный в эту жидкость, можно рассчитать почти так же просто.Если объект погружен на глубину (h), давление определяется путем умножения плотности жидкости на глубину погружения, умноженную на ускорение свободного падения.

Это называется манометрическим давлением, потому что это значение, которое вы можете наблюдать на манометре. Если над жидкостью также есть атмосфера, как, например, здесь, на Земле, вы можете определить абсолютное давление или общее давление, добавив атмосферное давление (P ₀), которое равно примерно 100 000 Паскалей.

Вопрос: Саманта замечает закопанные сокровища во время подводного плавания на Карибских каникулах. Если ей придется спуститься на глубину 40 метров, чтобы проверить давление, какое манометрическое давление она увидит на своем акваланге? Плотность морской воды 1025 кг / м ³.
Ответ:
Вопрос: Какое абсолютное давление оказывают на дайвера в предыдущей задаче вода и атмосфера?
Ответ:
Вопрос: Манометр дайвера показывает 250 000 паскалей в пресной воде (ρ = 1000 кг / м ³). Насколько глубоко ныряльщик?
Ответ:

Давление — AP Physics 2

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает
или больше ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее
то
информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы вуза предпримут действия в ответ на
ан
Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент
средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как
в качестве
ChillingEffects. org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы
искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится
на веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Выполните следующие действия, чтобы отправить уведомление:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от их имени;
Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены;
Описание характера и точного расположения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \
достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется
а
ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание
к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба;
Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и
Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает
ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все
информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении прав, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы
либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон
Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Формула давления в физике

Определение и формула давления

Среднее давление

Давление идеального газа

Единицы измерения давления

Примеры решения задач

Измерение давления | Физика

Измерение атмосферного давления и Опыт Торичелли: формула

Как измерить атмосферное давление? Опыт Торичелли

Нужна помощь в учебе?

Давление для чайников: определение, объяснение простыми словами

Давление в физике

Атмосферное давление

Артериальное давление

Физический вакуум

Типы давления: абсолютное давление, избыточное давление, дифференциальное давление

Абсолютное давление

Атмосферное давление

Дифференциальное давление

Избыточное (манометрическое) давление

Свяжитесь с нами

Как определить давление физика. Давление

Атмосферное давление

Артериальное давление

Физический вакуум

Что называется давлением в физике и химии

Единицы давления

Общая формула давления (физика 7-го класса)

Формула гидростатического давления

Парциальное давление и его формула

Наиболее распространенные приборы для измерения давления

Виды давления

Абсолютное

Барометрическое

Избыточное и вакуумметрическое

Дифференциальное

Давление жидкости

Как рассчитать атмосферное давление

TL; DR (слишком долго; не читал)

Ртутный барометр

Барометрическая формула

Изменение давления в жидкости по глубине

Цели обучения

Пример 1. Расчет среднего давления и прилагаемой силы: какую силу должна выдержать плотина?

Пример 2.Расчет средней плотности: насколько плотен воздух?

Пример 3. Расчет глубины под поверхностью воды: какая глубина воды создает такое же давление, как и вся атмосфера?

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Задачи и упражнения

Глоссарий

Избранные решения проблем и упражнения

Формула атмосферного давления с примерами

Формула атмосферного давления

Что вызывает атмосферное давление?

Измерение атмосферного давления

Области применения атмосферного давления

14.4: Измерение давления — Physics LibreTexts

Зависимость избыточного давления от абсолютного давления

Измерение давления

Манометры

Барометры

Авторы и указание авторства

барометр и атмосферное давление | Мини-физика

Атмосферное давление

Источник атмосферного давления

Барометр

Длина ртутного столба при 1 атмосфере

Барометры разной высоты и размера

Давление на разной высоте барометра

Характеристики

Давление

Давление — AP Physics 2

alexxlab

Вам также может понравиться

Длительно допустимый ток шин: ДОПУСТИМЫЕ ДЛИТЕЛЬНЫЕ ТОКИ ДЛЯ НЕИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ И ШИН

Когда в казани дадут горячую воду май 2018: Когда в Казани отключат горячую воду? График на май 2018 года — Рамблер/новости

Добавить комментарий Отменить ответ