כפי שאתה יודע, כוח הכבידה פועל על כל הגופים על פני כדור הארץ: מוצק, נוזלי וגזי.
קחו בחשבון נוזלים. יוצקים מים לכלי עם קרום גמיש במקום תחתית. אנחנו צופים כשסרט הגומי מתחיל לצנוח. קל לנחש שתחת פעולת הכבידה, משקל עמוד הנוזל לוחץ על תחתית הכלי. יתרה מכך, ככל שרמת הנוזל שנשפך גבוהה יותר, קרום הגומי נמתח יותר. לאחר שקרקעית הגומי נקלה פנימה המים נעצרים (נכנסים לאיזון), כי בנוסף לכוח המשיכה, פועל על המים הכוח האלסטי של קרום הגומי שמאזן את כוח לחץ המים על הקרקעית.
חשבו האם הנוזל לוחץ על דפנות הכלי? קח כלי עם חורים בדופן הצד. בואו נשפוך לתוכו מים. ובמהירות לפתוח את החורים. אנו רואים תמונה דומה מאוד לחוויה עם הכדור של פסקל. אך יחד עם זאת, לא הפעלנו שום לחץ חיצוני על הנוזל. כדי להסביר את החוויה הזו, יש צורך להיזכר בחוק פסקל.
כל שכבת נוזל, כל מולקולה, עם משקלה, לוחצת על השכבות התחתונות. יתרה מכך, לפי חוק פסקל, לחץ זה מועבר לכל הכיוונים ובאותה מידה, בניגוד למוצקים, שמשקלם פועל רק בכיוון אחד. אז השכבות התחתונות של הנוזל בכלי מושפעות ממספר רב יותר של מולקולות נוזלים מאשר העליונות - הלחץ בחלק התחתון של הכלי גדול יותר. וכתוצאה מכך, לחץ המים מהחור התחתון הוא הרבה יותר גדול.
בואו נעשה עוד ניסוי אחד. נניח בקבוק עם תחתית נופלת בכלי גדול עם מים. כדי לעשות זאת, תחילה לחץ בחוזקה על התחתית עם חבל. כאשר הכלי במים, ניתן לשחרר את החבל. מה לחץ בחוזקה את התחתית אל הכלי הגלילי? תחתית הכלי נלחצה אל דפנות לחץ המים, הפועל מלמטה למעלה.
כעת מתחילים לאט ובזהירות להוסיף מים לכלי הריק. ברגע שרמות הנוזלים בשני הכלים יהיו זהות, התחתית תיפול מהכלי.
מכיוון שכוחות לחץ המים בתוך הגליל ומחוצה לו הפכו להיות זהים, התחתית תתנהג כמו באוויר – ברגע שנשחרר את החבל, התחתית תיפול בגלל כוח המשיכה.
ברגע ההפרדה, עמודת נוזל בכלי לוחצת כלפי מטה על התחתית, ולחץ מועבר מלמטה למעלה לתחתית עמודת נוזל באותו גובה, אך ממוקם בצנצנת.
כל הניסויים הללו יכולים להתבצע גם עם נוזלים אחרים. התוצאה תהיה זהה.
מבחינה אמפירית, קבענו שיש לחץ בתוך הנוזל. באותה רמה, זה אותו דבר בכל הכיוונים. הלחץ עולה עם העומק. לגזים יש גם משקל, מה שגורם לתכונות העברת הלחץ הדומות של נוזלים וגזים כאחד. עם זאת, לגז יש צפיפות נמוכה בהרבה מאשר לנוזל. בואו נדבר על עוד תופעה מדהימה ולכאורה בלתי אפשרית, המכונה "הפרדוקס ההידרוסטטי". בואו נשתמש במכשיר מיוחד כדי להדגים את התופעה הזו.
אנו משתמשים בניסוי בשלושה כלים בצורות שונות מלאות בנוזל באותה רמה. השטח של החלק התחתון של כל הכלים זהה וסגור עם קרום גומי. הנוזל שנשפך מותח את הממברנה. כיפוף, סרט הגומי לוחץ על הידית ומסיט את החץ של המכשיר.
החץ של המכשיר בכל שלושת המקרים סוטה באותה מידה. המשמעות היא שהלחץ שנוצר מהנוזל זהה ואינו תלוי במשקל הנוזל שנשפך. עובדה זו נקראת הפרדוקס ההידרוסטטי. זה מוסבר בכך שהנוזל, בניגוד למוצקים, יעביר חלק מהלחץ גם לדפנות הכלים.

ארגון: סניף של MBOU lyceum עם. Dolgorukovo בכפר אבן מיל

יישוב: עם. אבן מיל

באופן איטרטיבי - שיעור הכללה בנושא: "לחץ של נוזלים וגזים".

השתדלו להבין את המדע יותר ויותר עמוק,

געגועים לדעת הנצחי.

רק הידע הראשון

אור יזרח עליך.

אתה תדע: אין גבול לידע.

פרדובסי

מטרות השיעור: לחזור ולבדוק את הידע שנצבר מחקר הלחץ בנוזלים וגזים, וידע של הנוסחאות הפיזיקליות הנחוצות לפתרון בעיות;

מטרות השיעור:

חינוכי:

לסכם את החומר בנושא "לחץ בנוזלים ובגזים", לחזור על המושגים והחוקים הבסיסיים ולגבש את המיומנויות הבסיסיות בנושא זה.

משימת פיתוח:

הרחבת אופקי התלמידים, על ביטוי ושימוש בלחץ האטמוספרי בטבע ובחיי היומיום, השפעתו על גוף האדם, דיון בסוגיות ופתרון בעיות הדורשות יוזמה יצירתית של תלמידים.

משימה חינוכית:

חינוך לקשב של תלמידים, יכולת עבודה בצוות, גיבוש תפיסת עולם מדעית. עודדו תמיכה הדדית בכיתה.

1. מסר של נושא השיעור.

בשיעור של היום נחזור על האופן שבו נקבע הלחץ בנוזלים ובגזים ואיזה תפקיד ממלאת הכמות הפיזית הזו בחיינו.

על מנת לענות על כל השאלות שנשאלו, יש צורך לדעת כיצד נוצר לחץ בנוזלים ובגזים.

ותלמיד אחד יעזור לנו בזה (FI)

הוא יגיד לנו איך האווירה של הפלנטה שלנו.

(הכתובת של כותרת הדו"ח מופיעה על המסך: "האווירה של הפלנטה שלנו").

מוֹרֶה. אם אדם לא מרגיש את הלחץ הזה, מדוע אנשים היו צריכים לדעת על קיומו. ומי הוא הראשון

נמדד?

נברר איתך מההודעה הבאה שהכנו (2 תלמידים.). והוא נקרא "היסטוריה של גילוי הלחץ האטמוספרי".

מוֹרֶה. מההודעה למדנו שניתן לקבוע לחץ אטמוספרי לאורך זמן.

אבל מה קובע את הלחץ בנוזלים ובגזים, והאם אתה יודע על זה, אגלה לאחר שתענה על שאלות המבחן.(אני מחלק את המבחן בקלפים ואת התשובות על המסך).

ובכן, במה תלוי לחץ, אתה יודע, ועל פי איזו נוסחה הוא נקבע? (ילדים כותבים את הנוסחה). ועכשיו בעזרת הנוסחה לקביעת לחץ נפתור את הבעיה (התלמיד פותר על הלוח)

משימה 1.

איזה לחץ מפעיל שמן המנוע שבו על תחתית המיכל אם גובה השכבה שלו הוא 50 ס"מ? (צפיפות 900 ק"ג/מ"ק).

נתון: פתרון

h =50cm 0.5m p=ρgh

ρ=900kg/m3 r=900kg/m3 *10n/kg*0.5m=4500Pa

ר -?

אבל איך הלחץ באטמוספירה משתנה?

לפני שנענה על שאלה זו, נקשיב לשיר "איבולית".

כך נאמר בשיר המפורסם של ק' צ'וקובסקי (על המסך מופיעות שורות השיר ותמונה) התלמיד קורא את השיר.

וההרים עומדים בדרכו

והוא מתחיל לזחול במעלה ההרים.

וההרים הולכים ומתגברים, וההרים נעשים תלולים יותר

וההרים הולכים מתחת לעננים ממש

אוי אם אני לא אגיע לשם

אם אני הולך לאיבוד בדרך

מה יהיה עליהם, מהחולים, חיות היער שלי?

מה מנע מהרופא להתגבר על ההרים?(החבר'ה עונים שהלחץ האטמוספרי משתנה עם הגובה).

בואו נפתור את הבעיה (490L)

למרגלות ההר, הברומטר מראה 98642 פא, ובראשו 90317 פא. קבע את גובה ההר.

נתון: פתרון

p 1 \u003d 98642Pa h \u003d ▲h (r 1 - p 2) / 133

p 2 \u003d 90317Pa h \u003d 12m * (98642Pa -90317Pa) / 133 \u003d 750m

ח-? תשובה: 750 מ'.

כעת פתור את הבעיה מספר 488 בעצמך.

איזו מסקנה תוכל להסיק מהבעיות שנפתרו. (מהמשימות נובע שככל שאנו מתנשאים גבוה יותר מעל פני כדור הארץ, כך הלחץ קטן יותר, וככל שנמוך מעל פני כדור הארץ, כך גבוה יותר.)

ועכשיו מתוך המסר "תפקיד הלחץ האטמוספרי בחיי בני אדם ובעלי חיים". נלמד כיצד אדם משתמש בלחץ אטמוספרי בחייו.

אם הקשבתם היטב להודעה, זה יעזור לכם לענות על השאלות הבאות. אני מכריז על "מכירה פומבית למכירת חמישיות". (שאלות מופיעות על המסך ולאחר מכן התשובות הנכונות.)

1. אם אתה מחבר בחוזקה עלה מייפל לשפתיים שלך ומשאב במהירות אוויר, אז העלה נשבר בסדק. למה? (בשאיפה החזה מתרחב ונוצר ואקום בחלל הפה. בחוץ פועל על הסדין כוח גדול של לחץ אטמוספרי).

2. אם פותחים ברז בחבית מלאה במים ומכסה סגור היטב. שאין יותר, אפילו חורים קטנים וסדקים, אז המים יפסיקו בקרוב לזרום מהברז. למה?

3. למה מים לא נשפכים מכוס שמלאה חלקית במים אם היא מכוסה היטב בנייר ומתהפכת?

(תשובה: לאחר הפיכת הכוס, נוצר מרווח נדיף בין הקרקעית למים, כך שהמים מוחזקים בכוס בכוח הלחץ האטמוספרי מבחוץ).

4. למה המים עולים כשהם נשאבים דרך קש?

(כאשר מים נמשכים פנימה, החזה מתרחב ונוצר ואקום בחלל הפה, בעוד לחץ אטמוספרי פועל על פני המים. הפרש הלחצים גורם למים לעלות לאורך הקש.)

5. האם אסטרונאוט יכול למשוך דיו לעט נובע כשהוא נמצא בספינה במצב של חוסר משקל?

(כן, זה יכול, אם הספינה שומרת על לחץ אטמוספרי רגיל.)

מוֹרֶה. כפי שניתן לראות משאלות אלו, אנו יכולים להסביר תופעות פיזיקליות רבות מתוך ידיעה על קיומו של לחץ אטמוספרי.

אך גם בידיעה על השינוי בלחץ, אנו יכולים לחזות את השינוי במזג האוויר.

תלמיד מס' 4 יספר לנו על כך בהודעתו "תחזית מזג האוויר".

מוֹרֶה. אבל מאז ימי קדם, אנשים שמו לב שהתנהגותם של בעלי חיים מסוימים קשורה לשינויים במזג האוויר. והיו הרבה סימנים הקשורים למזג האוויר. בואו נזכור אותם עכשיו. (התלמידים קוראים לסימנים אלו בתורו).

מוֹרֶה. מדענים, הלומדים את מנגנוני הטבע החי, מבקשים ליצור אותם מחדש בצורה של מכשירים המציינים במדויק את השינויים הקלים ביותר בסביבה. על סמך תצפיות אלו נוצרו חידות הקשורות לתופעות פיזיקליות ולמכשירים, כעת ניקח הפסקה וננחש כמה חידות.

1. יש אי-נראות;

לא מבקש בית

ולפני שאנשים רצים

מהרו (אוויר)

2. צלחת תלויה על הקיר,

חץ הולך על הצלחת

החץ הזה קדימה

אנחנו יודעים את מזג האוויר (ברומטר)

3. עובר דרך האף לבית החזה

וההיפך מחזיק את הדרך

הוא בלתי נראה ובכל זאת

בלעדיו, לא נוכל לחיות כמודם. (אוויר)

4. אנחנו עולים במעלה ההר

קשה לנו לנשום

מהם המכשירים

למדידת לחץ (ברומטר).

מוֹרֶה. הלחץ הנוצר בנוזלים ובגזים ממלא תפקיד עצום בחיינו. לכן, כדי להסביר את התופעות הפיזיקליות הקשורות ללחץ, עלינו לדעת כיצד לקבוע אותו ובאילו מכשירים למדוד אותו.

אני חושב שהשאלה שלנו תעזור לך לענות על שאלות רבות הקשורות ללחץ אטמוספרי.

שיעורי בית.

הִשׁתַקְפוּת.

ילדים, ציירו בצורה של תמונה איזה מצב רוח יצרתם בשיעור פיזיקה. אהבתם את השיעור?

אם כן, אז צייר פרצוף מחייך. אם לא, אז עצוב.

סִפְרוּת:

1. קורא על גיאוגרפיה פיזית.
2. ת.פ. גראסימוב "גיאוגרפיה" כיתה ו'. פרוק. ללימודי השכלה כללית. מפעלים. מ': חפרפר
3. אנציקלופדיה גדולה לטבע "מים ואוויר"
4. אָב. ולדימירוב "סיפורים על לחץ אטמוספרי"
5. S. E Polyansky "התפתחויות בפיזיקה"
6. Lukashik V. I. אוסף בעיות בפיזיקה: ספר לימוד לתלמידי כיתות ז'-ח'. ממוצע בית ספר
7. פרישקין א. ו. פיזיקה. כיתה ז': ספר לימוד. ללימודי השכלה כללית. מפעלים. M.: Bustard, 2015
8. משאבי אינטרנט.

יישום.

מבחן-סקר

1. כיצד מנוסח חוק פסקל?

א) התוצאה של פעולת הכוח תלויה לא רק במודול שלו, אלא גם בשטח של פני השטח המאונך אליו הוא פועל.

ב) לחץ הגז על דפנות הכלי זהה לכל הכיוונים.

ג) כאשר נפח הגז יורד, הלחץ שלו גדל, וכאשר הנפח גדל הוא יורד.

ד) הלחץ שנוצר על נוזל או גז מועבר ללא שינוי לכל נקודה של הנוזל או הגז.

2. איזו מהיחידות הבאות נלקחת כיחידת לחץ?

א) ניוטון ב) וואט ג) פסקל ד) קילוגרם.

3. איזה לחץ מפעיל מיכל במשקל 40 טון על האדמה, אם מחבת הזחל הוא 2 מ"ר.

א) 10kPa ב) 20kPa ג) 1000Pa d) 2000Pa.

4. כשכדור פוגע בזכוכית נשאר בה חור קטן וכשהוא פוגע באקווריום עם מים הזכוכית מתנפצת. למה?

א) מהירות הקליע יורדת במים

ב) העלייה בלחץ המים שוברת את הכוס לכל הכיוונים.

ג) הכדור משנה את מסלולו במים.

ד) עקב האטה חדה של הקליע במים.

5. מהו גובה עמודת הנפט בכלי אם הלחץ על תחתית הכלי הוא 1600Pa? הצפיפות של נפט היא 800 ק"ג/מ"ר.

א) 2 מ' ב) 20 ס"מ ג) 20 מ' ד) 2 ס"מ

תשובות: 1d 2c 3b 4b 5a

נוזל בהידראוליקה נחשב כתווך רציף ללא חללים ומרווחים. בנוסף, ההשפעה של מולקולות בודדות אינה נלקחת בחשבון, כלומר, אפילו חלקיקים אינסופיים מזעריים של נוזל נחשבים מורכבים ממספר רב מאוד של מולקולות.

ממהלך הפיזיקה ידוע שבשל נזילות הנוזל, כלומר. ניידות של חלקיקיו, הוא אינו קולט כוחות מרוכזים. לכן, רק כוחות מפוזרים פועלים בנוזל, וכוחות אלו יכולים להיות מופצים על פני נפח הנוזל (כוחות המסה או הגוף) או על פני השטח (כוחות פני השטח).

כוחות נפח (מסה).

כוחות נפח (מסה) כוללים כוחות כבידה ואינרציה. הם פרופורציונליים למסה ומצייתים לחוק השני של ניוטון.

כוחות פני השטח

כוחות פני השטח צריכים לכלול את הכוחות שבהם פועלים נפחים סמוכים של נוזל או גוף על נוזל, שכן השפעה זו מתבצעת דרך משטחים. בואו נשקול אותם ביתר פירוט.

תנו לכוח R לפעול על משטח שטוח עם שטח S בזווית שרירותית

ניתן לפרק את כוח R לרכיבי T משיקים ו-F נורמליים.

כוח החיכוך

המרכיב המשיק נקרא כוח החיכוך T וגורם למתחי גזירה (או לחצי חיכוך) בנוזל:

יחידת מתח הגזירה במערכת SI היא פסקל (Pa) - ניוטון למ"ר (1 Pa = 1 N/m2).

לחץ נוזל

הכוח הנורמלי F נקרא כוח הלחץ וגורם למתחי דחיסה נורמליים בנוזל, הנקבעים על ידי היחס:

מתחים נורמליים הנוצרים בנוזל תחת פעולת כוחות חיצוניים נקראים לחץ הידרומכני או פשוט לחץ.

מערכות התייחסות ללחץ

שקול מערכות התייחסות ללחץ. חשוב בפתרון בעיות מעשיות היא בחירת מערכת התייחסות הלחץ (סולמות לחץ). ניתן לקחת לחץ אפס מוחלט כתחילת הסולם. כאשר סופרים לחצים מאפס זה, הם נקראים מוחלטים - P abs.

עם זאת, כפי שמראה בפועל, נוח יותר לפתור בעיות טכניות באמצעות לחץ עודף P est, כלומר כאשר לחץ אטמוספרי נלקח כתחילת הסקאלה.

הלחץ שנמדד "למטה" מאפס האטמוספרי נקרא לחץ ואקום. פ וואק, או ואקום.

P abs \u003d P atm + P g

איפה P כספומט- לחץ אטמוספרי נמדד בברומטר.

קשר בין לחץ מוחלט P absולחץ ואקום פ וואקניתן להתקין באותו אופן:

P abs \u003d P atm - P vac

גם לחץ יתר וגם ואקום נמדדים מאפס אחד ( P כספומט), אבל בכיוונים שונים.

לפיכך, לחצים מוחלטים, מד ולחצים ואקום קשורים ומאפשרים להמיר אחד לאחר.

יחידות לחץ

התרגול הראה שהכי נוח להשתמש בלחצים מוגזמים כדי לפתור בעיות טכניות (יישומיות). יחידת הלחץ הבסיסית במערכת SI היא הפסקל (Pa), השווה ללחץ המתרחש כאשר מופעל כוח של 1 N על שטח של 1 מ"ר (1 Pa = 1 N/m2).

עם זאת, נפוץ יותר ביחידות גדולות יותר: קילופסקל (1 kPa = 10 3 Pa) ומגה-פסקל (1 MPa = 10 6 Pa).

בטכנולוגיה, יחידה מחוץ למערכת הפכה נפוצה - האווירה הטכנית (at), ששווה ללחץ המתרחש כאשר כוח של 1 ק"ג פועל על שטח של 1 ס"מ 2 (1 ב = 1 ק"ג / ס"מ 2).

היחסים בין היחידות הנפוצות ביותר הן כדלקמן:

10 ב = 0.981 MPa ≈ 1 MPa או 1 ב = 98.1 kPa ≈ 100 kPa.

בספרות זרה משתמשים גם בבר יחידת הלחץ.

(1 בר = 105 Pa).

באילו יחידות אחרות נמדד לחץ, אתה יכול לראות

הבה נבחן כמה מאפיינים של נוזלים שיש להם את ההשפעה המשמעותית ביותר על התהליכים המתרחשים בהם ולכן נלקחים בחשבון בחישובים של מערכות הידראוליות.

צפיפות ומשקל סגולי

המאפיינים החשובים ביותר של התכונות המכניות של נוזל הם הצפיפות והמשקל הסגולי שלו. הם קובעים את "משקל" הנוזל.

צפיפות ρ (ק"ג / מ"ר) מובנת כמסה של נוזל M, סגור ביחידה של נפחו V, כלומר.

במקום צפיפות בנוסחאות, ניתן להשתמש גם במשקל הסגולי γ (N/m 3), כלומר. משקל G = m⋅g ליחידת נפח V:

γ = G / V = ​​​​m⋅g / V = ​​​​ρ⋅g

שינויים בצפיפות ובמשקל הסגולי של נוזל עם שינויים בטמפרטורה ובלחץ אינם משמעותיים, וברוב המקרים הם אינם נלקחים בחשבון.

צפיפות של הנוזלים והגזים הנפוצים ביותר (ק"ג / מ"ר):

צְמִיגוּת

צמיגות היא יכולתו של נוזל להתנגד לגזירה, כלומר, התכונה ההפוכה לנזילות (נוזלים צמיגים יותר הם פחות נוזלים). צמיגות מתבטאת בהתרחשות של מתחי גזירה (לחצי חיכוך).

שקול זרימת נוזלים בשכבות לאורך הקיר (איור)

במקרה זה, זרימת הנוזל מואטת בגלל הצמיגות שלו. יתרה מכך, מהירות הנוזל בשכבה נמוכה יותר, ככל שהוא קרוב יותר לקיר. לפי ההשערה של ניוטון, מתח הגזירה הנוצר בשכבת הנוזל במרחק y מהקיר נקבע על ידי התלות:

חוק החיכוך של ניוטון

=	μ⋅	dv
		dy

כאשר dv/dy הוא שיפוע המהירות המאפיין את עוצמת העלייה במהירות v עם המרחק מהקיר (לאורך ציר y), μ היא הצמיגות הדינמית של הנוזל.

רוב הנוזלים המשמשים במערכות הידראוליות עוקבים אחר חוק החיכוך של ניוטון ונקראים נוזלים ניוטונים.

עם זאת, יש לזכור כי ישנם נוזלים בהם חוק ניוטון מופר במידה מסוימת. נוזלים כאלה נקראים לא ניוטוניים.

הערך של μ הכלול בנוסחה (צמיגות נוזל דינמית) נמדד ב-Pa ⋅ עם או ב-poises 1 P = 0.1 Pa ⋅ עם. Poise (כינוי: P, עד 1978 pz; בינלאומי - P; מצרפתית poise) - יחידה של צמיגות דינמית במערכת היחידות CGS. פוזה אחת שווה לצמיגות של נוזל שמונע מכוחו של דיין 1 לתנועה הדדית של שתי שכבות נוזל בשטח של 1 ס"מ, הממוקמות במרחק של 1 ס"מ אחת מהשנייה ונעות הדדית ב מהירות יחסית של 1 ס"מ לשנייה.

1 P \u003d 1 גרם / (ס"מ s) \u003d 0.1 N s / m²

היחידה נקראת על שם J. L. M. Poiseuille. ל-Poise יש אנלוגי במערכת SI - שנית הפסקל (Pa s).

1 Pa s = 10 P

למים ב-20 מעלות צלזיוס יש צמיגות של 0.01002 P, או בערך 1 centipoise.

עם זאת, בפועל, שימוש נרחב יותר

צמיגות קינמטית:

ν	=	μ
		ρ

יחידת המדידה של האחרון במערכת SI היא m 2 / s או יחידה קטנה יותר - cm 2 / s, אשר נקרא בדרך כלל Stokes, 1 St = 1 cm 2 / s. Centistokes משמשים גם למדידת צמיגות: 1 cSt = 0.01 St.

צמיגות הנוזלים תלויה באופן משמעותי בטמפרטורה, וצמיגות הנוזלים יורדת עם עליית הטמפרטורה, בעוד שצמיגות הגזים עולה (ראה איור).

זה מוסבר על ידי העובדה שבהפלת נוזלים, כאשר המולקולות קרובות זו לזו, הצמיגות נובעת מכוחות הלכידות המולקולרית. כוחות אלה נחלשים עם עליית הטמפרטורה, והצמיגות יורדת. בגזים, המולקולות ממוקמות הרבה יותר זו מזו. צמיגות הגז תלויה בעוצמת התנועה הכאוטית של מולקולות. עם עליית הטמפרטורה, עוצמה זו עולה וצמיגות הגז עולה.

גם צמיגות הנוזלים תלויה בלחץ, אך שינוי זה אינו משמעותי, וברוב המקרים אינו נלקח בחשבון.

דחיסה

דחיסההיא היכולת של נוזל לשנות את נפחו בלחץ. יכולת הדחיסה של הפלת נוזלים וגזים שונה באופן משמעותי. לפיכך, נפילת נוזלים משנה מעט מאוד את נפחם עם שינוי בלחץ. גזים, להיפך, יכולים להידחס באופן משמעותי בלחץ ולהתרחב ללא הגבלת זמן בהיעדרו.

כדי לקחת בחשבון את יכולת הדחיסה של גזים בתנאים שונים, ניתן להשתמש במשוואות המצב של הגז או התלות לתהליכים פוליטרופיים.

יכולת הדחיסה של הפלת נוזלים מאופיינת על ידי יחס הדחיסה הנפחי β p (Pa -1):

כאשר dV הוא שינוי הנפח בלחץ; dr - שינוי לחץ; V הוא נפח הנוזל.

סימן המינוס בנוסחה נובע מכך שעם הגברת הלחץ נפח הנוזל יורד, כלומר. תוספת לחץ חיובית גורמת לתוספת נפח שלילית.

עם מרווחי לחץ סופיים ונפח התחלתי ידוע V 0, ניתן לקבוע את הנפח הסופי של הנוזל:

V 1 \u003d V 0 (1 - β p Δp)

כמו גם הצפיפות שלו

ההדדיות של יחס הדחיסה הנפחי β p נקראת מודול האלסטיות בתפזורת של הנוזל (או מודול האלסטיות) K = 1/ β p (Pa).

ערך זה נכלל בחוק הוק המוכלל, המתייחס לשינוי בלחץ עם שינוי בנפח

	ΔV	= -	∆עמ'
	v		ק

מודול האלסטיות של נפילת נוזלים משתנה עם שינויים בטמפרטורה ובלחץ. עם זאת, ברוב המקרים, K נחשב לערך קבוע, המקבל כערך הממוצע שלו בטווח נתון של טמפרטורות או לחצים.

מודול אלסטי של כמה נוזלים (MPa):

התפשטות תרמית

היכולת של נוזל לשנות את נפחו עם שינוי בטמפרטורה נקראת התפשטות תרמית. הוא מאופיין במקדם ההתפשטות התרמית β t:

כאשר dT הוא שינוי טמפרטורה; dV הוא השינוי בנפח תחת פעולת הטמפרטורה; V הוא נפח הנוזל.

עבור מרווחי טמפרטורה סופיים:

V 1 \u003d V 0 (1 + β t ΔT)

כפי שניתן לראות מהנוסחאות, עם עליית הטמפרטורה, נפח הנוזל עולה, והצפיפות יורדת.

מקדם ההתפשטות התרמית של נוזלים תלוי בלחץ ובטמפרטורה:

כלומר, בתנאים שונים, מקדם ההתפשטות התרמית השתנה 50 פעמים. עם זאת, בפועל, הערך הממוצע נלקח בדרך כלל בטווח טמפרטורה ולחץ נתון. לדוגמה, עבור שמנים מינרליים, β t ≈ 800·10 -6 1/deg.

גזים משנים את נפחם באופן די משמעותי עם שינוי בטמפרטורה. כדי להסביר את השינוי הזה, נעשה שימוש במשוואות המצב של גזים או נוסחאות לתהליכים פוליטרופיים.

אידוי

כל נוזל הנופל מסוגל לשנות את מצב הצבירה שלו, בפרט, להפוך לקיטור. תכונה זו של הפלת נוזלים נקראת תנודתיות. בהידראוליקה, החשוב ביותר הוא המצב שבו מתחיל אידוי אינטנסיבי בכל הנפח - הרתחה של הנוזל.

כדי להתחיל את תהליך הרתיחה, יש ליצור תנאים מסוימים (טמפרטורה ולחץ). לדוגמה, מים מזוקקים רותחים בלחץ אטמוספרי רגיל ובטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס. עם זאת, זהו מקרה מיוחד של מים רותחים. אותם מים יכולים להרתיח בטמפרטורה שונה אם הם בהשפעת לחץ שונה, כלומר לכל טמפרטורה של הנוזל המשמש במערכת ההידראולית, יש לחץ משלהם שבו הם רותחים.

הלחץ שבו הנוזל רותח נקרא לחץ האדים הרווי (p n.p.).

ערך p n.p. נתון תמיד כלחץ מוחלט ותלוי בטמפרטורה.

לדוגמה, האיור מציג את התלות של הלחץ של אדי מים רוויים בטמפרטורה.

נקודה A מודגשת בגרף, התואמת לטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס וללחץ אטמוספרי רגיל p a. אם נוצר לחץ גבוה יותר p 1 על פני המים החופשיים, אז הוא ירתח בטמפרטורה גבוהה יותר T 1 (נקודה B באיור). לעומת זאת, בלחץ נמוך p 2, מים רותחים בטמפרטורה נמוכה יותר T 2 (נקודה C).

מסיסות של גזים

נוזלים רבים מסוגלים להמיס גזים בעצמם. יכולת זו מאופיינת בכמות הגז המומס ליחידת נפח נוזל, שונה לנוזלים שונים ומשתנה עם הגדלת הלחץ.

הנפח היחסי של גז המומס בנוזל עד שהוא רווי לחלוטין יכול להיחשב, על פי חוק הנרי, כפרופורציונלי ישירות ללחץ, כלומר:

כאשר V g הוא נפח הגז המומס, מופחת לתנאים נורמליים (p 0, T 0);
V W - נפח הנוזל;
k - מקדם מסיסות;
p הוא לחץ הנוזל.

למקדם k יש את הערכים הבאים ב-20 מעלות צלזיוס:

כאשר הלחץ מופחת, הגז המומס בנוזל משתחרר, יתר על כן, בצורה אינטנסיבית יותר ממה שהוא מתמוסס בו. תופעה זו עלולה להשפיע לרעה על פעולתן של מערכות הידראוליות.

חוק הלחץ של פסקל התגלה במאה ה-17 על ידי המדען הצרפתי בלייז פסקל, שעל שמו הוא קיבל את שמו. ניסוחו של חוק זה, משמעותו ויישומו בחיי היומיום נדונים בהרחבה במאמר זה.

מהות חוק פסקל

חוק פסקל - הלחץ המופעל על נוזל או גז מועבר לכל נקודה של הנוזל או הגז ללא שינוי. כלומר, העברת הלחץ לכל הכיוונים זהה.

חוק זה תקף רק לגבי נוזלים וגזים. העובדה היא שהמולקולות של חומרים נוזליים וגזים בלחץ מתנהגות בצורה שונה לגמרי ממולקולות המוצקים. התנועה שלהם שונה. אם מולקולות הנוזל והגז נעות בחופשיות יחסית, אז למולקולות המוצקים אין חופש כזה. הם רק מתנודדים מעט, סוטים מעט מהמיקום המקורי שלהם. ובשל תנועה חופשית יחסית של מולקולות גז ונוזל, הן מפעילות לחץ לכל הכיוונים.

נוסחה וערך בסיסי של חוק פסקל

הכמות העיקרית בחוק פסקל היא לחץ. זה נמדד ב פסקל (פא). לחץ (P)- יחס כוח (F), הפועל על פני השטח בניצב לו ריבוע (S). כתוצאה מכך: P=F/S.

תכונות של לחץ גז ונוזל

בהיותו בכלי סגור, החלקיקים הקטנים ביותר של נוזלים וגזים - מולקולות - פוגעים בדפנות הכלי. מכיוון שחלקיקים אלו ניידים, הם מסוגלים לעבור ממקום עם לחץ גבוה יותר למקום עם לחץ נמוך, כלומר. תוך זמן קצר הוא הופך לאחיד על פני כל השטח של הכלי הכבוש.

להבנה טובה יותר של החוק, אתה יכול לערוך ניסוי. קח בלון ומלא אותו במים. אז אנחנו עושים כמה חורים עם מחט דקה. התוצאה לא תמשיך לחכות. מים יתחילו לזרום החוצה מהחורים, ואם הכדור נדחס (כלומר, מופעל לחץ), אז הלחץ של כל סילון יגדל בכמה פעמים, ללא קשר לאיזו נקודה בדיוק הופעל הלחץ.

את אותו ניסוי אפשר לעשות עם הכדור של פסקל. זהו כדור עגול עם חורים זמינים עם בוכנה מחוברת אליו.

אורז. 1. בלייז פסקל

קביעת לחץ הנוזל בתחתית הכלי מתרחשת לפי הנוסחה:

p=P/S=gpSh/s

p=gρ h

• ז- האצת כוח המשיכה,
• ρ - צפיפות נוזל (ק"ג/מ"ק)
• ח- עומק (גובה עמודת הנוזל)
• עהוא הלחץ בפסקל.

מתחת למים, הלחץ תלוי רק בעומק ובצפיפות הנוזל. כלומר, בים או באוקיינוס, הצפיפות תהיה גדולה יותר עם טבילה גדולה יותר.

אורז. 2. לחץ בעומקים שונים

יישום החוק בפועל

חוקי הפיזיקה רבים, כולל חוק פסקל, מיושמים בפועל. למשל, אינסטלציה רגילה לא תוכל לתפקד אם החוק הזה לא פעל בה. הרי מולקולות המים בצינור נעות באופן אקראי ובחופשיות יחסית, מה שאומר שהלחץ המופעל על דפנות צינור המים זהה בכל מקום. עבודתו של מכבש הידראולי מבוססת גם על חוקי התנועה ושיווי המשקל של נוזלים. המכבש מורכב משני צילינדרים מחוברים עם בוכנות. החלל מתחת לבוכנות מלא בשמן. אם הכוח F 2 פועל על הבוכנה הקטנה יותר עם שטח S 2, אז הכוח F 1 פועל על הבוכנה הגדולה יותר עם שטח S 1.

אורז. 3. מכבש הידראולי

אתה יכול גם להתנסות עם ביצים גולמיות ומבושלות. אם חפץ חד, למשל, מסמר ארוך, חודר תחילה את האחד ולאחר מכן את השני, התוצאה תהיה שונה. ביצה קשה תעבור מסמר, וביצה גולמית תתנפץ לרסיסים, שהרי דין פסקל יחול על ביצה גולמית, אבל לא על קשה.

חוק פסקל אומר שהלחץ בכל הנקודות של נוזל במנוחה זהה, כלומר: F 1 /S 1 \u003d F 2 /S 2, משם F 2 /F 1 \u003d S 2 /S 1.

הכוח F 2 גדול פי כמה מהכוח F 1, כמה פעמים שטח הבוכנה הגדול יותר גדול מהשטח של הקטנה.

מה למדנו?

הערך העיקרי של חוק פסקל, הנלמד בכיתה ז', הוא לחץ, הנמדד בפסקל. בניגוד למוצקים, חומרים גזים ונוזליים מפעילים לחץ על דפנות הכלי בו הם נמצאים באותו אופן. הסיבה לכך היא מולקולות שנעות בחופשיות ובאופן אקראי בכיוונים שונים.

חידון נושא

הערכת דוח

דירוג ממוצע: 4.6. סך הדירוגים שהתקבלו: 444.

לחץ - ערך השווה ליחס הכוח הפועל בניצב לפני השטח, נקרא לחץ. יחידת הלחץ היא הלחץ שנוצר מכוח של 1 N הפועל על משטח של 1 מ"ר בניצב למשטח זה.

לכן, כדי לקבוע את הלחץ, יש צורך לחלק את הכוח הפועל בניצב לפני השטח בשטח הפנים.

ידוע שמולקולות גז נעות באופן אקראי. במהלך תנועתם הם מתנגשים זה בזה, כמו גם בקירות הכלי שבו נמצא הגז. יש הרבה מולקולות בגז, ולכן מספר ההשפעות שלהן גדול מאוד. למרות שכוח הפגיעה של מולקולה בודדת קטן, הפעולה של כל המולקולות על דפנות הכלי היא משמעותית, והיא יוצרת לחץ גז. לכן, לחץ הגז על דפנות הכלי (ועל הגוף המונח בגז) נגרם מהשפעות של מולקולות הגז.

כאשר נפח הגז יורד, הלחץ שלו גדל, וכאשר הנפח גדל, הלחץ יורד, בתנאי שמסה וטמפרטורה של הגז נשארות ללא שינוי.

בכל נוזל, המולקולות אינן קשורות בצורה נוקשה, ולכן הנוזל מקבל את צורת הכלי שבו הוא נשפך. כמו מוצקים, נוזל מפעיל לחץ על תחתית הכלי. אבל בניגוד למוצקים, נוזל גם מייצר לחץ על דפנות הכלי.

כדי להסביר את התופעה, בואו נחלק מחשבתית את עמוד הנוזל לשלוש שכבות (א, ב, ג). יחד עם זאת, ניתן לראות שקיים לחץ בתוך הנוזל עצמו: הנוזל נמצא בלחץ הכבידה, ומשקל השכבות העליונות שלו פועל על השכבות התחתונות של הנוזל. כוח הכבידה הפועל על שכבה א' לוחץ אותה על שכבה ב' השנייה. שכבה b מעבירה את הלחץ שנוצר עליה לכל הכיוונים. בנוסף, כוח הכבידה פועל גם על שכבה זו, ולוחץ אותה אל השכבה השלישית ג. לכן ביום השלישי הלחץ גובר, והוא יהיה הגדול ביותר בתחתית הכלי.

הלחץ בתוך נוזל תלוי בצפיפות שלו.

הלחץ המופעל על נוזל או גז מועבר ללא שינוי לכל נקודה בנפח הנוזל או הגז. קביעה זו נקראת חוק פסקל.

יחידת הלחץ ב-SI היא הלחץ המופק מכוח של 1N על משטח מאונך לו בשטח של 1m2. יחידה זו נקראת פסקל (Pa).

שמה של יחידת הלחץ ניתן לכבודו של המדען הצרפתי בלייז פסקל.

בלייז פסקל

בלייז פסקל - מתמטיקאי, פיזיקאי ופילוסוף צרפתי, נולד ב-19 ביוני 1623. הוא היה הילד השלישי במשפחה. אמו נפטרה כשהיה רק ​​בן שלוש. ב-1632 עזבה משפחת פסקל את קלרמון ונסעה לפריז. לאביו של פסקל היה חינוך טוב והחליט להעביר אותו ישירות לבנו. האב החליט שבלייז לא צריך ללמוד מתמטיקה עד גיל 15, וכל הספרים המתמטיים הוצאו מביתם. עם זאת, סקרנותו של בלייז גרמה לו ללמוד גיאומטריה בגיל 12. כשאביו גילה את זה, הוא התרצה ואיפשר לבלייז ללמוד אוקלידס.

בלייז פסקל תרם תרומה משמעותית לפיתוח המתמטיקה, הגיאומטריה, הפילוסופיה והספרות.

בפיזיקה, פסקל חקר לחץ ברומטרי והידרוסטטיקה.

בהתבסס על חוק פסקל, קל להסביר את הניסוי הבא.

אנחנו לוקחים כדור שיש לו חורים צרים במקומות שונים. לכדור מחובר צינור שאליו מוכנסת בוכנה. אם אתה שואב מים לתוך הכדור ודוחף את הבוכנה לתוך הצינור, אז מים יזרמו מכל החורים בכדור. בניסוי זה, הבוכנה לוחצת על פני המים בצינור.

חוק פסקל

חלקיקי המים מתחת לבוכנה, מתעבים, מעבירים את הלחץ שלו לשכבות אחרות השוכנות עמוק יותר. כך, לחץ הבוכנה מועבר לכל נקודה של הנוזל הממלא את הכדור. כתוצאה מכך, חלק מהמים נדחק החוצה מהכדור בצורה של נחלים הזורמים החוצה מכל החורים.

אם הכדור מתמלא בעשן, אז כאשר הבוכנה נדחפת לתוך הצינור, יתחילו לצאת קווצות עשן מכל החורים בכדור. זה מאשר (שגם גזים מעבירים את הלחץ שנוצר עליהם לכל הכיוונים באופן שווה). אז הניסיון מלמד שיש לחץ בתוך הנוזל ובאותה רמה הוא זהה לכל הכיוונים. הלחץ עולה עם העומק. גזים אינם שונים מנוזלים מבחינה זו.

חוק פסקל תקף לגבי נוזלים וגזים. עם זאת, היא אינה לוקחת בחשבון נסיבות חשובות אחת - קיומו של משקל.

בתנאים ארציים, אסור לשכוח זאת. זה גם שוקל מים. לכן ברור ששני אתרים הממוקמים בעומקים שונים מתחת למים יחוו לחצים שונים.

לחץ המים, בשל כוח המשיכה שלהם, נקרא הידרוסטטי.

בתנאים יבשתיים, האוויר לוחץ לרוב על פני השטח החופשיים של נוזל. לחץ אוויר נקרא אטמוספרי. לחץ בעומק הוא הסכום של אטמוספרי והידרוסטטי.

אם שני כלים בצורות שונות, אך עם אותן רמות מים, מחוברים בצינור, אז המים לא יעברו מכלי אחד למשנהו. מעבר כזה יכול להתרחש אם הלחצים בכלי היו שונים. אבל זה לא המקרה, ובכלים מתקשרים, ללא קשר לצורתם, הנוזל תמיד יהיה באותה רמה.

לדוגמה, אם מפלסי המים בכלים מתקשרים שונים, אז המים יתחילו לנוע והמפלסים יהפכו להיות שווים.

לחץ המים גדול בהרבה מלחץ האוויר. בעומק של 10 מ', מים לוחצים על 1 סמ"ר בכוח נוסף של 1 ק"ג ללחץ אטמוספרי. בעומק של קילומטר - בכוח של 100 ק"ג לכל 1 ס"מ2.

עומק האוקיינוס ​​במקומות מסוימים הוא יותר מ-10 ק"מ. כוחות לחץ המים בעומקים כאלה גדולים במיוחד. פיסות עץ, שהונמכו לעומק של 5 ק"מ, נדחסו בלחץ העצום הזה עד כדי כך שאחרי כאלה > הם שוקעים בחבית מים, כמו לבנים.

הלחץ העצום הזה יוצר מכשולים גדולים עבור חוקרי החיים הימיים. ירידות במים עמוקים מבוצעות בכדורי פלדה - מה שנקרא bathyspheres, או bathyscaphes, אשר צריכות לעמוד בלחץ מעל טון אחד לכל 1 cm2.

צוללות, לעומת זאת, שוקעות רק לעומק של 100-200 מ'.

הלחץ של נוזל בתחתית הכלי תלוי בצפיפות ובגובה של עמוד הנוזל.

מדוד את לחץ המים בתחתית הכוס. כמובן שתחתית הזכוכית מתעוותת בפעולת כוחות הלחץ, ובידיעה של כמות העיוות, נוכל לקבוע את גודל הכוח שגרם לו ולחשב את הלחץ; אבל עיוות זה הוא כל כך קטן, כי זה כמעט בלתי אפשרי למדוד אותו ישירות. מכיוון שנוח לשפוט לפי דפורמציה של גוף נתון את הלחץ שמפעיל עליו נוזל רק כאשר העיוותים גדולים בדיוק, לצורך קביעה מעשית של לחץ הנוזל, משתמשים במכשירים מיוחדים - מנומטרים, שבהם לדפורמציה יש ערך גדול יחסית, שניתן למדידה בקלות. מנומטר הממברנה הפשוט ביותר מסודר כדלקמן. לוחית ממברנה אלסטית דקה - סוגרת הרמטית קופסה ריקה. מצביע מחובר לממברנה, מסתובב סביב הציר. כאשר המכשיר שקוע בנוזל, הממברנה מתכופפת תחת פעולת כוחות הלחץ, והסטה שלו מועברת בצורה מוגדלת למצביע הנע לאורך הסולם.

מד לחץ

כל מיקום של המצביע מתאים לסטייה מסוימת של הממברנה, וכתוצאה מכך, כוח לחץ מסוים על הממברנה. בהכרת שטח הממברנה, ניתן לעבור מכוחות הלחץ ללחצים עצמם. אתה יכול למדוד ישירות את הלחץ אם אתה מכייל מראש את מד הלחץ, כלומר, קובע איזה לחץ מתאים למיקום מסוים של המצביע על הסולם. לשם כך, עליך לחשוף את מד הלחץ לפעולת לחצים, שערכם ידוע, ותשים לב למיקום המצביע, הניח את המספרים המתאימים על קנה המידה של המכשיר.

מעטפת האוויר המקיפה את כדור הארץ נקראת האטמוספרה. האטמוספרה, כפי שמוצגת על ידי תצפיות על מעוף לוויינים מלאכותיים של כדור הארץ, משתרעת לגובה של כמה אלפי קילומטרים. אנו חיים בקרקעיתו של אוקיינוס ​​עצום של אוויר. פני השטח של כדור הארץ הם הקרקעית של האוקיינוס ​​הזה.

בשל פעולת הכבידה, שכבות האוויר העליונות, כמו מי האוקיינוס, לוחצות את השכבות התחתונות. שכבת האוויר הצמודה ישירות לכדור הארץ נדחסת הכי הרבה ולפי חוק פסקל מעבירה את הלחץ שנוצר עליה לכל הכיוונים.

כתוצאה מכך, פני כדור הארץ והגופים שעליו חווים את הלחץ של כל עובי האוויר, או, כפי שאומרים בדרך כלל, חווים לחץ אטמוספרי.

הלחץ האטמוספרי אינו כה קטן. כוח של כ-1 ק"ג פועל על כל סנטימטר מרובע של פני הגוף.

הסיבה ללחץ האטמוספרי ברורה. כמו מים, לאוויר יש משקל, כלומר הוא מפעיל לחץ השווה (כמו למים) למשקל עמוד האוויר שמעל הגוף. ככל שנטפס גבוה יותר על ההר כך יהיה מעלינו פחות אוויר, מה שאומר שהלחץ האטמוספרי יפחת.

למטרות מדעיות ויומיומיות, אתה צריך להיות מסוגל למדוד לחץ. לשם כך, ישנם מכשירים מיוחדים - ברומטרים.

בָּרוֹמֶטֶר

זה לא קשה לעשות ברומטר. כספית מוזגת לתוך צינור סגור בקצה אחד. מהדקים את הקצה הפתוח באצבע, הצינור מתהפך והקצה הפתוח טובל בכוס כספית. במקרה זה, הכספית בצינור יורדת, אך אינה נשפכת החוצה. החלל מעל הכספית בצינור הוא ללא ספק חסר אוויר. הכספית נשמרת בצינור על ידי לחץ האוויר החיצוני.

לא משנה באיזה גודל אנחנו לוקחים כוס כספית, לא משנה מה קוטר הצינור, הכספית תמיד עולה לאותו גובה בערך - 76 ס"מ.

אם ניקח צינור קצר מ-76 ס"מ, אז הוא יתמלא לגמרי בכספית, ולא נראה את החלל. עמוד כספית בגובה 76 ס"מ לוחץ על המעמד בעוצמה זהה לאטמוספירה.

קילוגרם אחד לסנטימטר רבוע הוא הלחץ האטמוספרי הרגיל.

הנתון 76 ס"מ אומר שעמוד כספית כזה מאוזן על ידי עמוד אוויר של כל האטמוספירה הממוקם מעל אותו אזור.

ניתן לתת לצינור הברומטרי מגוון צורות, רק דבר אחד חשוב: קצה אחד של הצינור חייב להיות סגור כדי שלא יהיה אוויר מעל פני הכספית. לחץ אטמוספרי פועל ברמה אחרת של כספית.

ברומטר כספית יכול למדוד לחץ אטמוספרי בדיוק גבוה מאוד. כמובן שאין צורך לקחת כספית, גם כל נוזל אחר מתאים. אבל כספית היא הנוזל הכבד ביותר, וגובה עמודת הכספית בלחץ רגיל יהיה הקטן ביותר.

יחידות שונות משמשות למדידת לחץ. לעתים קרובות הם פשוט מציינים את גובה עמודת הכספית במילימטרים. לדוגמה, הם אומרים שהיום הלחץ הוא מעל הנורמה, הוא שווה ל-768 מ"מ כספית. אומנות.

לחץ ב-760 מ"מ כספית. אומנות. מכונה לפעמים האווירה הפיזית. הלחץ של 1 ק"ג/סמ"ר נקרא האטמוספירה הטכנית.

ברומטר כספית אינו מכשיר שימושי במיוחד. לא רצוי להשאיר את פני הכספית חשופים (אדי כספית רעילים), בנוסף, המכשיר אינו נייד.

חסרונות אלו אינם קיימים בברומטרי מתכת - אנרואידים.

כולם ראו ברומטר כזה. זוהי קופסת מתכת עגולה קטנה עם קנה מידה וחץ. ערכי לחץ מסומנים על הסולם, בדרך כלל בסנטימטרים של כספית.

אוויר נשאב מתוך קופסת המתכת. מכסה הקופסה מוחזק במקומו על ידי קפיץ חזק, שכן אחרת הוא יידחף פנימה בלחץ אטמוספרי. כאשר הלחץ משתנה, המכסה מתכופף או בולט. חץ מחובר לכיסוי, ובצורה כזו שבלחיצה פנימה החץ הולך ימינה.

ברומטר כזה מכויל על ידי השוואת קריאותיו לכספית.

אם אתה רוצה לדעת את הלחץ, אל תשכח להקיש על הברומטר עם האצבע. יד החוגה חווה חיכוך רב ובדרך כלל נתקעת ב->.

מכשיר פשוט, הסיפון, מבוסס על לחץ אטמוספרי.

הנהג רוצה לעזור לחברו, שנגמר לו הדלק. איך לנקז בנזין מהמיכל של המכונית שלך? אל תטה אותו כמו קומקום תה.

צינור גומי בא לעזרה. קצה אחד שלו מורידים לתוך מיכל הגז, ואוויר נשאב מהקצה השני עם הפה. לאחר מכן תנועה מהירה - הקצה הפתוח מהודק באצבע ומוגדר בגובה מתחת למיכל הגז. עכשיו אפשר לקחת את האצבע - בנזין ישפך מהצינור.

צינור הגומי המעוגל הוא הסיפון. הנוזל במקרה זה נע מאותה סיבה כמו בצינור משופע ישר. בשני המקרים, הנוזל בסופו של דבר זורם למטה.

כדי שהסיפון יפעל, יש צורך בלחץ אטמוספרי: הוא > נוזלי ואינו מאפשר לטור הנוזל בצינור להתפוצץ. אם לא היה לחץ אטמוספרי, העמוד היה מתפוצץ בנקודת המעבר, והנוזל היה מתגלגל לשני הכלים.

סיפון לחץ

הסיפון מתחיל לפעול כאשר הנוזל בברך הימנית (כביכול >) יורד מתחת לגובה הנוזל הנשאב, אליו מורד הקצה השמאלי של הצינורית. אחרת, הנוזל יחזור.

בפועל, ברומטר מתכת הנקרא אנרואיד משמש למדידת לחץ אטמוספרי (בתרגום מיוונית - ללא נוזל. הברומטר נקרא כך מכיוון שאינו מכיל כספית).

האטמוספירה מוחזקת יחד על ידי כוח הכבידה הפועל מכדור הארץ. תחת פעולת כוח זה, שכבות האוויר העליונות לוחצות על התחתונות, ולכן שכבת האוויר הצמודה לכדור הארץ היא הדחוסה והצפופה ביותר. לחץ זה, בהתאם לחוק פסקל, מועבר לכל הכיוונים ופועל על כל הגופים על פני כדור הארץ ועל פניו.

עובי שכבת האוויר הלוחצת על כדור הארץ פוחת עם הגובה, ולכן גם הלחץ יורד.

תופעות רבות מצביעות על קיומו של לחץ אטמוספרי. אם מניחים צינור זכוכית עם בוכנה מונמכת בכלי עם מים ומורם בעדינות, אז המים עוקבים אחרי הבוכנה. האטמוספרה לוחצת על פני המים בכלי; לפי חוק פסקל, לחץ זה מועבר למים מתחת לצינור הזכוכית ומניע את המים למעלה, בעקבות הבוכנה.

מאז תרבויות עתיקות, משאבות יניקה היו ידועות. בעזרתם ניתן היה להעלות מים לגובה ניכר. מים עקבו באופן מפתיע אחרי הבוכנה של משאבה כזו.

פילוסופים עתיקים חשבו על הסיבות לכך והגיעו למסקנה כה מהורהרת: מים עוקבים אחרי הבוכנה מכיוון שהטבע מפחד מהריקנות, ולכן אין מקום פנוי בין הבוכנה למים.

הם אומרים שמאסטר אחד בנה משאבת יניקה עבור הגנים של הדוכס טוסקנה בפירנצה, שהבוכנה שלה הייתה אמורה לשאוב מים לגובה של יותר מ-10 מ'. אבל לא משנה כמה הם ניסו למצוץ מים עם המשאבה הזו, שום דבר לא עבד. ב-10 מ' המים עלו מאחורי הבוכנה, ואז הבוכנה התרחקה מהמים, ונוצר אותו חלל, שהטבע מפחד ממנו.

כשפנו לגלילאו בבקשה להסביר את הסיבה לכישלון, הוא ענה שהטבע ממש לא אוהב ריקנות, אלא עד גבול מסוים. תלמידו של גלילאו, טוריצ'לי, השתמש ככל הנראה בתקרית זו כתירוץ לביים את הניסוי המפורסם שלו עם צינור מלא בכספית ב-1643. זה עתה תיארנו את הניסוי הזה - ייצור ברומטר כספית הוא הניסוי של טוריצ'לי.

לאחר שלקח צינור בגובה של יותר מ-76 מ"מ, Torricelli יצר חלל מעל כספית (זה נקרא לעתים קרובות על שם ריק Torricelli) ובכך הוכיח את קיומו של לחץ אטמוספרי.

עם הניסיון הזה, טוריצ'לי פתר את תמיהתו של אדונו של דוכס טוסקנה. ואכן, ברור לכמה מטרים המים ילכו בעקבות הבוכנה של משאבת היניקה בצייתנות. תנועה זו תימשך עד שעמודת מים בשטח של 1 סמ"ר ישתווה במשקל ל 1 ק"ג. עמוד מים כזה יהיה בגובה של 10 מ'. לכן הטבע מפחד מהריקנות. אבל יותר מ-10 מ'.

בשנת 1654, 11 שנים לאחר גילויו של טוריצ'לי, השפעת הלחץ האטמוספרי הוצגה בבירור על ידי בורגומאסטר מגדבורג אוטו פון גריקה. התהילה הביאה למחבר לא כל כך את המהות הפיזית של החוויה אלא את התיאטרליות של ההפקה שלו.

שתי חצאי הנחושת היו מחוברים באמצעות טבעת O. דרך ברז המחובר לאחת ההמיספרות נשאב אוויר מהכדור המורכב, ולאחר מכן אי אפשר היה להפריד את ההמיספרות. נשמר תיאור מפורט של החוויה של Guericke. כעת ניתן לחשב את הלחץ האטמוספרי על ההמיספרות: בקוטר כדור של 37 ס"מ, הכוח היה כטון אחד. כדי להפריד בין ההמיספרות, ג'ריקה ציווה לרתום שתי שמיניות של סוסים. חבלים עברו לרתמה, מושחלים דרך הטבעת, מחוברים להמיספרות. הסוסים לא הצליחו להפריד בין ההמיספרות.

כוחם של שמונה סוסים (בדיוק שמונה, לא שישה עשר, מאחר ואת השמונה השניים, שנרתמו להגברת האפקט, ניתן היה להחליף בוו הננעץ בקיר, תוך שמירה על אותו כוח הפועל על ההמיספרות) לא היה מספיק כדי לשבור את חצי הכדור של מגדבורג.

אם יש חלל ריק בין שני גופים במגע, אז הגופים הללו לא יתפוררו בגלל לחץ אטמוספרי.

בגובה פני הים, ערך הלחץ האטמוספרי שווה בדרך כלל ללחץ של עמוד כספית בגובה 760 מ"מ.

על ידי מדידת לחץ אטמוספרי בברומטר, ניתן למצוא שהוא יורד עם הגדלת הגובה מעל פני כדור הארץ (בערך 1 מ"מ כספית בעת עלייה בגובה של 12 מ'). כמו כן, שינויים בלחץ האטמוספרי קשורים לשינויים במזג האוויר. לדוגמה, עלייה בלחץ האטמוספרי קשורה להופעת מזג אוויר בהיר.

ערך הלחץ האטמוספרי חשוב מאוד לחיזוי מזג האוויר לימים הקרובים, שכן שינויים בלחץ האטמוספרי קשורים לשינויים במזג האוויר. ברומטר הוא מכשיר הכרחי לתצפיות מטאורולוגיות.

תנודות הלחץ עקב מזג האוויר הן מאוד לא סדירות. פעם חשבו שרק לחץ אחד קובע את מזג האוויר. לכן, הכתובות עדיין מוצבות על ברומטרים: ברור, יבש, גשם, סערה. יש אפילו כתובת: >.

שינויים בלחץ אכן משחקים תפקיד גדול בשינויי מזג האוויר. אבל תפקיד זה אינו מכריע.

כיוון הרוח ועוצמתה קשורים להתפלגות הלחץ האטמוספרי.

הלחץ במקומות שונים על פני כדור הארץ אינו זהה, ולחץ חזק יותר > אוויר למקומות עם לחץ נמוך יותר. נראה שהרוח צריכה לנשוב בכיוון המאונך לאיזוברים, כלומר, היכן שהלחץ יורד הכי מהר. עם זאת, מפות הרוח מראות אחרת. כוח הקוריוליס מפריע ללחץ האוויר ומכניס את התיקון שלו, וזה מאוד משמעותי.

כידוע, כל גוף שנע בחצי הכדור הצפוני מושפע מכוח הקוריוליס המופנה ימינה בתנועה. זה חל גם על חלקיקי אוויר. נדחס ממקומות של לחץ גדול יותר למקומות שבהם יש פחות לחץ, החלקיק אמור לנוע על פני האיזוברים, אך כוח הקוריוליס מסיט אותו ימינה, וכיוון הרוח יוצר זווית של כ-45 מעלות עם כיוון ה-Coriolis. איזוברים.

אפקט גדול להפליא לכוח כה קטן. זה מוסבר בעובדה שגם הפרעה לפעולת כוח הקוריוליס - חיכוך שכבות האוויר - היא חסרת חשיבות רבה.

מעניינת עוד יותר היא השפעת כוח הקוריוליס על כיוון הרוחות בלחץ > ו->. עקב פעולת כוח הקוריוליס, האוויר, המתרחק מלחץ, אינו זורם לכל הכיוונים לאורך הרדיוסים, אלא נע לאורך קווים מעוקלים - ספירלות. זרימות אוויר ספירליות אלו מתפתלות לאותו כיוון ויוצרות מערבולת מעגלית באזור הלחץ שמניעה את המוני האוויר בכיוון השעון.

אותו דבר קורה באזור של לחץ נמוך. בהיעדר כוח קוריוליס, האוויר יזרום לאזור זה באופן אחיד לאורך כל הרדיוסים. עם זאת, מסת האוויר סוטה ימינה בדרך.

רוחות באזורי לחץ נמוך נקראות ציקלונים, רוחות באזורי לחץ גבוה נקראות אנטיציקלונים.

אל תחשוב שכל ציקלון אומר הוריקן או סערה. מעבר של ציקלונים או אנטיציקלונים דרך העיר בה אנו חיים היא תופעה שכיחה, אך קשורה בעיקר למזג אוויר משתנה. במקרים רבים, התקרבות של ציקלון פירושה תחילתו של מזג אוויר גרוע, והתקרבות אנטי-ציקלון פירושה תחילתו של מזג אוויר טוב.

עם זאת, לא נלך בדרכם של חזאי מזג האוויר.