В какой жидкости на одинаковой глубине давление больше

В какой жидкости на одинаковой глубине давление больше

Показатели давления воды на глубине

Глубина оказывает прямое воздействие на давление воды. Между ними прямая зависимость. Данное значение рассчитывается по специальной формуле. На различных участках глубоководья указанная величина заметно отличается.

Рассмотрим в статье особенности расчет и составляющие формулы, а также отличается ли давление на участках с разной глубиной.

Влияние глубины

Чем глубже происходит погружение в водную толщу, тем больше становится ее сила. Глубина прямо влияет на увеличение давление. Это значение возрастает пропорционально.

Чем глубже, тем больше плотность водной толщи. С каждым последующим опусканием тела возникает все большая разница между внешним и внутренним водным давлением.

На поверхности действует атмосферное давление. При опускании в воду помимо него тела начинают испытывать еще и гидростатическое сдавливание.

Даже на мелководье на тело оказывается суммарное влияние, состоящее из атмосферного и гидростатического. При нырянии внешнее воздействие на тело возрастает. Возникает разница из-за увеличения плотности среды.

Зависимость двух физических показателей

С каждым последующим опусканием на 10 м воздействие становится больше на 1 атмосферу. Уже при погружении на 100 метров тела испытывают давление, соизмеримое с тем, что создается в паровом котле.

С погружением общее давление как на человека, так и на любой другой объект, возрастает. На 10 м оно становится больше вдвое.

Прирост давления на глубоководье неодинаков:

• На 10 м прирост составляет 100%.
• На 20 м он уже уменьшается вдвое (50%).
• На 40 он падает до 25%.
• На 60 он уже меньше 20% и составляет 17%.

В воде помимо атмосферного давления возникает еще гидростатический прессинг. Он также называется избыточным. При нахождении в воде любой объект будет испытывать уже сумму двух давлений: атмосферного и избыточного.

Зависимость двух величин напрямую прослеживается при изучении состояния человека, находящегося в условиях глубоководья. Если поместить человека в глубоководную среду, то он не сможет сделать полноценный вдох.

Формула для расчета

Данный показатель повышается пропорционально погружению. Он рассчитывается по специальной формуле:

• p — плотность среды. Примерно равна 1000 кг/м 2 .
• g — это ускорение, которое придается телу силой тяжести. Это значение называется ускорением силы тяжести или свободного падения. На Земле данная величина примерно равняется 9,81 м/с 2 .
• h — глубина, на которую погружается какой-либо объект. Высчитывается в метрах.

Формула является выражением закона Паскаля. По ней высчитывается значение гидростатического прессинга. Он напрямую зависит от высоты водного столба.

Произведение плотности (p) и ускорения (g) приблизительно равняется 0,1 атм. С каждым метром опускания на дно воздействие в водной среде повышается на 0,1 атм. Данное правило подтверждает тот факт, что чем глубже происходит опускание в толщу, тем выше становится показатель воздействия.

Сколько составляет на различных глубоководных участках?

Если какой-либо объект поместить в воду на один метр, то он будет испытывать на себе силу, равную 0,1 атм.

Предмет, погруженный на 2 м, уже станет испытывать прессинг величиной около 0,2.

С каждым последующим метром показатель будет возрастать на 0,1 атм. При 5 м значение равняется 0,5. При 10 оно будет уже равняться 1. Более точное число равняется 0,97 атмосферы.

На глубоководье водная толща становится сжатой. Ее плотность увеличивается. Уже на 100 м сила будет практически равняться 10. Более точное число составляет 9,7.

На глубинном участке в 1 км водная среда будет сдавливать находящиеся в ней объекты примерно со значением в 97 атм. Поскольку при 100 м величина равна 9,7, то на 1000 м она увеличивается в 10 раз.

Изменение показателя на разных глубоководных участках представлено в таблице.

При первых 10 метрах прирост невысокий и составляет 0,1 атмосферы. Дальше его показатель увеличивается.

Заключение

Глубина влияет на давление воды. С каждым метром движения объекта вглубь его показатель увеличивается на 0,1 атм. Уже на 10 м сдавливающая сила воды составляет почти 1 атмосферу. Зависимость обеих величин обусловлена плотностью воды, которая возрастает по мере движения тела в ней на дно.

Также на глубоководье происходит увеличение внешнего силового воздействия на объект. Если на поверхности тела испытывают воздействие только атмосферного давления, то в воде помимо него на них еще оказывается и гидростатическое.

При этом прирост воздействия на разных глубинных участках неодинаков. Особенно он высок при первых 10 м погружения. Дальше он начинает довольно быстро снижаться.

Источник

Гидростатическое давление: формула и свойства.

Гидростатическое давление — это давление, производимое на жидкость силой тяжести.

Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей и рассматривается практическое приложение этих законов.

Для того, чтобы понять гидростатику необходимо определиться в некоторых понятиях и определениях.

Содержание статьи

Закон Паскаля для гидростатики.

В 1653 году французским ученым Б. Паскалем был открыт закон, который принято называть основным законом гидростатики.

Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.

Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.

Относительная свобода, которой обладают молекулы жидкостей и газов, позволяет передавать давление производимое на жидкость или газ не только в направлении действия силы, но и во всех других направлениях.

Закон Паскаля для гидростатики нашел широкое распространение в промышленности. На этом законе основана работа гидроавтоматики, управляющей станками с ЧПУ, автомобилями и самолетами и многих других гидравлических машин.

Определение и формула гидростатического давления

Из описанного выше закона Паскаля вытекает, что:

Величина гидростатического давления не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость и определяется произведением

ρ — плотность жидкости

g — ускорение свободного падения

h — глубина, на которой определяется давление.

Для иллюстрации этой формулы посмотрим на 3 сосуда разной формы.

Во всех трёх случаях давление жидкости на дно сосуда одинаково.

Полное давление жидкости в сосуде равно

P0 — давление на поверхности жидкости. В большинстве случаев принимается равным атмосферному.

Сила гидростатического давления

Выделим в жидкости, находящейся в равновесии, некоторый объем, затем рассечем его произвольной плоскостью АВ на две части и мысленно отбросим одну из этих частей, например верхнюю. При этом мы должны приложить к плоскости АВ силы, действие которых будет эквивалентно действию отброшенной верхней части объема на оставшуюся нижнюю его часть.

Рассмотрим в плоскости сечения АВ замкнутый контур площадью ΔF, включающий в себя некоторую произвольную точку a. Пусть на эту площадь воздействует сила ΔP.

Тогда гидростатическое давление формула которого выглядит как

представлет собой силу, действующую на единицу площади, будет называться средним гидростатическим давлением или средним напряжением гидростатического давления по площади ΔF.

Истинное давление в разных точках этой площади может быть разным: в одних точках оно может быть больше, в других — меньше среднего гидростатического давления. Очевидно, что в общем случае среднее давление Рср будет тем меньше отличаться от истинного давления в точке а, чем меньше будет площадь ΔF, и в пределе среднее давление совпадет с истинным давлением в точке а.

Для жидкостей, находящихся в равновесии, гидростатическое давление жидкости аналогично напряжению сжатия в твердых телах.

Единицей измерения давления в системе СИ является ньютон на квадратный метр (Н/м 2 ) — её называют паскалем (Па). Поскольку величина паскаля очень мала, часто применяют укрупненные единицы:

килоньютон на квадратный метр — 1кН/м 2 = 1*10 3 Н/м 2

меганьютон на квадратный метр — 1МН/м 2 = 1*10 6 Н/м 2

Давление равное 1*10 5 Н/м 2 называется баром (бар).

В физической системе единицей намерения давления является дина на квадратный сантиметр (дина/м 2 ), в технической системе — килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м 2 ). Практически давление жидкости обычно измеряют в кгс/см 2 , а давление равное 1 кгс/см 2 называется технической атмосферой (ат).

Между всеми этими единицами существует следующее соотношение:

1ат = 1 кгс/см 2 = 0,98 бар = 0,98 * 10 5 Па = 0,98 * 10 6 дин = 10 4 кгс/м 2

Следует помнить что между технической атмосферой (ат) и атмосферой физической (Ат) существует разница. 1 Ат = 1,033 кгс/см 2 и представляет собой нормальное давление на уровне моря. Атмосферное давление зависит от высоты расположения места над уровнем моря.

Измерение гидростатического давления

На практике применяют различные способы учета величины гидростатического давления. Если при определении гидростатического давления принимается во внимание и атмосферное давление, действующее на свободную поверхность жидкости, его называют полным или абсолютным. В этом случае величина давления обычно измеряется в технических атмосферах, называемых абсолютными (ата).

Часто при учете давления атмосферное давление на свободной поверхности не принимают во внимание, определяя так называемое избыточное гидростатическое давление, или манометрическое давление, т.е. давление сверх атмосферного.

Манометрическое давление определяют как разность между абсолютным давлением в жидкости и давлением атмосферным.

и измеряют также в технических атмосферах, называемых в этом случае избыточными.

Случается, что гидростатическое давление в жидкости оказывается меньше атмосферного. В этом случае говорят, что в жидкости имеется вакуум. Величина вакуума равняется разнице между атмосферным и и абсолютным давлением в жидкости

и измеряется в пределах от нуля до атмосферы.

Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление воды обладает двумя основными свойствами:

Оно направлено по внутренней нормали к площади, на которую действует;

Величина давления в данной точке не зависит от направления (т.е. от ориентированности в пространстве площадки, на которой находится точка).

Первое свойство является простым следствием того положения, что в покоящейся жидкости отсутствуют касательные и растягивающие усилия.

Предположим, что гидростатическое давление направлено не по нормали, т.е. не перпендикулярно, а под некоторым углом к площадке. Тогда его можно разложить на две составляющие — нормальную и касательную. Наличие касательной составляющей из-за отсутствия в покоящейся жидкости сил сопротивления сдвигающим усилиям неизбежно привело бы к движению жидкости вдоль площадки, т.е. нарушило бы её равновесие.

Поэтому единственным возможным направлением гидростатического давления является его направление по нормали к площадке.

Если предположить что гидростатическое давление направлено не по внутренней, а по внешней нормали, т.е. не внутрь рассматриваемого объекта а наружу от него, то вследствие того, что жидкость не оказывает сопротивления растягивающим усилиям — частицы жидкости пришли бы в движение и её равновесие было бы нарушено.

Следовательно, гидростатическое давление воды всегда направлено по внутренней нормали и представляет собой сжимающее давление.

Из этого же правило следует, что если измениться давление в какой-то точке, то на такую же величину измениться давление в любой другой точке этой жидкости. В этом заключается закон Паскаля, который формулируется следующим образом: Давление производимое на жидкость, передается внутри жидкости во все стороны с одинаковой силой.

На применение этого закона основываются действие машин, работающих под гидростатическим давлением.

Ещё одним фактором влияющим на величину давления является вязкость жидкости, которой до недавнего времени приято было пренебрегать. С появлением агрегатов работающих на высоком давлении вязкость пришлось так же учитывать. Оказалось, что при изменении давления, вязкость некоторых жидкостей, таких как масла, может изменяться в несколько раз. А это уже определяет возможность использовать такие жидкости в качестве рабочей среды.

Источник

Урок на тему Давление в жидкостях и газах

Давление в жидкостях и газах

доказать существование давления внутри жидкости;

доказать одинаковость давления внутри жидкости на одном и том же уровне;

доказать увеличение давления с ростом глубины;

доказать зависимость давления от плотности жидкости;

развивать коммуникативные способности учащихся в совместной деятельности;

продолжить формирование умений учащихся анализировать физические явления, выделять главное, выражать это в устной форме;

способствовать воспитанию ответственности, стремления к успеху, создание условий повышения интереса к изучаемому предмету.

Пробирки, затянутые резиновой пленкой.

Пластиковые сосуды с отверстиями на одном и на разных уровнях.

Жидкости разной плотности.

Класс делится на четыре группы.

Каждой группе раздаются карточки с вопросами ( Приложение 1 )

В течение трех-пяти минут происходит обсуждение вопросов. Затем выслушиваются ответы.

II. Изучение нового материала

1. Постановка проблемы

— Вопрос классу — почему исследователи океанских и морских глубин не могут опускаться на дно без специальных аппаратов: батискафов, батисфер? (Выслушиваются мнения обучающихся)

— Сегодня мы с вами должны будем доказать факт существования давления внутри жидкости.

Демонстрируется стакан с водой. На доске выполняется рисунок.

— На жидкость действует сила тяжести

(см. рис. 1). Каждый слой своим весом создает давление на другие слои. Это давление, по закону Паскаля, передается по всем направлениям.

Вывод: внутри жидкости существует давление.

Опыт . В пробирку, дно которой затянуто резиновой пленкой, наливаем воду. Пленка прогибается. Почему? (Выслушиваются мнения обучающихся).

— Она прогибается под действием веса столба жидкости. Следовательно, этот опыт подтверждает существование давления внутри жидкости.

Пленка перестает прогибаться. Почему? Потому что сила упругости резиновой пленки уравновешивается силой тяжести, действующей на воду (см. рис. 2).

— Если мы увеличим столб жидкости то, что произойдет? (Выслушиваются мнения обучающихся).

— Чем выше столб жидкости, тем больше прогибается пленка.

Демонстрируем этот опыт.

— Если жидкость находится в покое и в равновесии, будет ли давление во всех точках внутри жидкости одинаковым (см. рис. 3)? Внутри жидкости давление не должно быть одинаковым на разных уровнях. В точке 1 — наименьшее, а в точке 3 — наибольшее.

2. Групповая исследовательская работа

У каждой группы на столе находится задание и указания к его выполнению ( Приложение 2 ).

1 группа: одинаково ли давление жидкости на одном и том же уровне снизу вверх и сверху вниз?

2 группа: существует ли давление на боковую стенку сосуда?

3 группа: зависит ли давление жидкости от высоты столба жидкости?

4 группа: зависит ли давление жидкости от её плотности?

У каждой группы к выполнению задания предложены самодельные приборы. Каждая группа выполняет задание. (Учитель напоминает правила техники безопасности при работе с оборудованием).

Затем выслушиваются представители от каждой группы. Каждый представитель демонстрирует своё задание, делает вывод. Его помощник записывает этот вывод на доске.

После того, как будут заслушаны все выступления, все вместе делаем общий вывод и записываем его в тетради.

1. Внутри жидкости существует давление.

2. На одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям.

3. С глубиной давление увеличивается.

4. Чем больше плотность жидкости, тем больше её давление.

4. Давление в газах (объяснение учителя).

Газы имеют вес. Но плотность газов во много раз меньше плотности жидкостей. Поэтому вес газов, в сосуде мал и его весовое давление, можно не учитывать.

— Что мы с вами сегодня узнали?

— Существует ли давление внутри жидкости? От чего оно зависит?

— В каких точках А, В, С или Д давление воды будет наименьшим, наибольшим, одинаковым?

— Где можно на практике использовать полученные сегодня знания? Что вам показалось сегодня сложным?

IV. Подведение итогов

Подводятся итоги. Каждая группа получает оценки с учетом ответов по карточкам.

V. Домашнее задание: параграф 37, ответить на вопросы, № 412, 413 (Сборник задач по физике 7-8 кл. Лукашик В.И.). Придумать и провести опыт доказывающий, что жидкость оказывает давление снизу вверх. Приготовить сообщения о животном мире океанских глубин.

Карточка 1. Объясните передачу давления твердым телом и жидкостью.

Карточка 2. Человек может лежать на автомобильной камере, наполненной воздухом. Однако, если тот же человек встанет на камеру, то она может лопнуть. Почему? Обязательно ли камера лопнет в том месте, где на неё давит нога человека?

Карточка 3. Почему взрыв снаряда под водой губителен для живущих в воде организмов?

Карточка 4. Если выстрелить из мелкокалиберной винтовки в вареное яйцо, то в яйце образуется отверстие. Если же выстрелить в сырое яйцо, оно разлетится. Как объяснить это явление.

Одинаково ли давление жидкости на одном и том же уровне снизу вверх и сверху вниз?

Указания к выполнению работы.

Налейте в пробирку подкрашенную воду. Почему пленка прогнулась?

Опускайте пробирку в сосуд с водой.

Следите за поведением резиновой пленки.

Когда пленка выпрямилась?

Сделайте вывод: существует ли давление внутри жидкости, одинаково ли давление жидкости на одном и том же уровне сверху вниз и снизу вверх?

Запишите его. Вылейте воду из пробирки в стакан, приведите рабочее место в порядок.

Существует ли давление на боковую стенку сосуда и одинаково ли оно на одном и том же уровне?

Указания к выполнению работы.

Заполните бутылку водой.

Одновременно откройте отверстия.

Проследите за тем, как вытекает вода из отверстий.

Сделайте вывод: существует ли давление на боковую стенку, одинаково ли оно на одном и том же уровне?

Вылейте воду из подноса в бутылку, предварительно закрыв отверстия.

Приведите рабочее место в порядок.

Зависит ли давление жидкости от высоты столба (глубины)?

Указания к выполнению работы.

Заполните бутылку водой.

Одновременно откройте все отверстия в бутылке.

Проследите за струйками вытекающей воды.

Почему вытекает вода?

Сделайте вывод: зависит ли давление в жидкости от глубины?

Предварительно закрыв отверстия, слейте воду в бутылку?

Приведите рабочее место в порядок.

Зависит ли давление от плотности жидкости?

Указания к выполнению работы.

Налейте в одну пробирку воду, а в другую — масло подсолнечное, в равном количестве.

Одинаково ли прогибаются пленки?

Сделайте вывод: почему прогибаются пленки; зависит ли давление жидкости от её плотности?

Вылейте воду и масло в стаканы.

Приведите рабочее место в порядок.

Плотность чистой воды — 1000 кг/куб.м

Подсолнечного масла — 930 кг/куб.м.

Источник

Источник