Ciśnienie hydrostatyczne i jego charakterystyka

Czym jest ciśnienie hydrostatyczne? Jakie ma cechy i w jakich jednostkach jest mierzony? Jeśli chcesz zbadać wielkości fizyczne, odważnie przeczytaj artykuł do końca.

Ogólna koncepcja ciśnienia hydrostatycznego

Ciśnienie hydrostatyczne jest siłą nacisku słupa wody powyżej określonego, warunkowo wyznaczonego poziomu. Pełna, wygodna ruchliwość cząstek kropelek cieczy lub gazu umożliwia, w spoczynku, równomierne przenoszenie ciśnienia we wszystkich kierunkach. Tak więc nacisk działa na dowolną część płaszczyzn, które ograniczają płyn przy użyciu siły P , która dzięki swojej charakterystyce jest proporcjonalna do wielkości danej powierzchni lub jest kierowana wzdłuż normalnej do swojej strony. Ciśnienie hydrostatyczne odnosi się do stosunku Pw , innymi słowy, ciśnienie wytwarzane przez p na powierzchni jest równe jedności.

W rezultacie otrzymujemy dość proste równanie P = pw , które pozwala dokładnie obliczyć ciśnienie na określonej powierzchni czegoś, na przykład naczynia, gazu lub kropelek cieczy, które są w warunkach, które wytwarzają bardzo mały nacisk w porównaniu z tym, co jest przesyłane na zewnątrz. Praktycznie każdy przypadek ciśnienia gazu i obliczeń można przypisać temu aspektowi zjawisk. ciśnienie wody znajduje się w prasie hydraulicznej lub baterii.

Blaise Pascal odkrył i opisał tę płynną własność w 1653 roku, ale Simon Stevin wiedział i użył tej koncepcji nieco wcześniej.

Odmiany

Rodzaje ciśnienia hydrostatycznego:

• Bezwzględne lub pełne jest ciśnienie w dowolnie wybranych punktach lub sekcji cieczy równe zewnętrznej sile nacisku na jego wolnej powierzchni P0 i złożone w kolumnie ciśnieniowej pgh. Podstawa ciśnienia cieczy w tym przypadku jest równa jednostce pomiaru powierzchni, a wysokość odpowiada głębokości, do której zanurzony jest punkt lub sekcja cieczy:

P = P ₀ + pgh

• Ciśnienie manometryczne lub nadmiarowe jest wielkością różnicy między ciśnieniem atmosferycznym a bezwzględnym ciśnieniem hydrostatycznym. Charakteryzuje poziom nadmiaru w porównaniu z atmosferycznym:

P _abs = P _atm + P _g

P _g = P _abs - P _atm

• Stopień różnicy między ciśnieniem typu atmosferycznego i bezwzględnego nazywany jest pomiarem próżni. Jego rolą jest wskazanie braku ciśnienia na poziomie atmosferycznym.

Metody obliczania ciśnienia w cieczach

Ciśnienie hydrostatyczne występuje w każdej cieczy i jest spowodowane wagą substancji p = G / S = mg / S. Wiadomo, że m = pV, a następnie p = pgV / S, i biorąc pod uwagę fakt, że V = Sh, otrzymujemy następującą formułę:

p = pgh .

Wskaźnik gęstości cieczy p zależy bezpośrednio od poziomu temperatury. W przypadku obliczeń wymagających niewiarygodnej dokładności użyj specjalnej formuły. Ciśnienie hydrostatyczne jest również nazywane sumą siły nacisku, która jest określona przez ciężar kolumny cieczy i ciśnienie tłoka.

Jednostki miary

Ciśnienie hydrostatyczne, podobnie jak inne wartości, ma określoną jednostkę miary. W praktyce mierzy się ją w kg / cm ² . Jeśli ciśnienie jest bardzo duże, wówczas można je wyrazić za pomocą atmosfer, gdzie 1 atmosfera jest równa ciśnieniu 76 cm Hg. Art. w temperaturze zerowej, w warunkach szerokości geograficznej, gdzie УСТ = 0,0634 kg na 1 cm ² jest równe 6,21 · 10 ⁶ dyn na powierzchnię 1 cm ² . Otrzymujemy zatem 1 atmosferę równą 1,0333 kg / cm ² , tj. 1,0135 · 106 dyn na 1 cm ² dla szerokości geograficznej Paryża. A także ciśnienie hydrostatyczne można zmierzyć za pomocą jego paradoksu.

Paradoks natury hydrostatycznej i związek z prawem Pascala

Ciśnienie hydrostatyczne i jego właściwości mogą się różnić, co wiąże się z próbami wykonania obliczeń siły ciśnienia w pewnych okolicznościach. Trudniej jest wykonać obliczenia, jeśli konieczne jest poznanie siły nacisku wywieranej na nie-poziome ściany statku. Przyczyną tego ciśnienia jest ciężar ciekłej kolumny z nieskończenie małą cząstką u podstawy, którą widać na powierzchni. Wysokość jest pionową odległością wszystkich takich cząstek od wolnej powierzchni cieczy. Odległości te nie będą stałe dla ścian bocznych. Tutaj konieczne jest użycie, przy sumowaniu ścian bocznych, zasad całkowego rachunku, ciśnienia spoczywa na wszystkich elementach, które znajdują się w pozycji poziomej. Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe, uzyskujemy zasadę, zgodnie z którą ciśnienie ciężkich cieczy na dowolnej płaskiej ścianie odpowiada ciężarowi kolumny cieczy mającej jako podstawę powierzchnię tej ściany, a wysokość jest pionową odległością środka ciężkości z dala od cieczy o powierzchni swobodnej. Z tego wynika, że ​​ciśnienie na dnie naczynia zależy tylko od wielkości jego powierzchni, wysokości poziomu cieczy wylanej do samego naczynia i od wskaźnika gęstości, ale kształt naczynia nie wpływa na ciśnienie. Zjawisko to nazywane jest paradoksem hydrostatycznym.

Ten paradoks został udowodniony przez Pascala w eksperymentach ze statkami rozszerzającymi się w górę iw dół. W pierwszym naczyniu nadwaga cieczy była podtrzymywana przez boczne ściany i była przenoszona przez ściany, bez działania na dno. W drugim naczyniu ciśnienie działało na boczne ściany od dołu do góry, a w rezultacie rozjaśniało ciężar o wielkość równą brakowi cieczy.

Podsumowując

Ogólnie rzecz biorąc, ciśnienie hydrostatyczne jest ważną cechą cieczy używanych przez ludzi w różnych obliczeniach i podczas pracy z różnymi urządzeniami, takimi jak pompy. Ta wartość ma pewne cechy szczególne, ujawnione w paradoksie ciśnienia hydrostatycznego. Prezentowany jest w trzech formach i ma własną jednostkę miary.