Poiché la forza di gravità agisce su un liquido, una sostanza liquida ha peso. Il peso è la forza con cui preme sul supporto, cioè sul fondo della nave in cui viene versato. La legge di Pascal dice: la pressione sul fluido viene trasmessa in qualsiasi punto di esso, senza modificarne la forza. Come calcolare la pressione di un liquido sul fondo e sulle pareti di un recipiente? Comprenderemo l'articolo utilizzando esempi illustrativi.
Esperienza
Immaginiamo di avere un recipiente cilindrico pieno di liquido. Indichiamo l' altezza dello strato liquido h, l'area del fondo della nave - S e la densità del liquido - ρ. La pressione desiderata è P. Viene calcolata dividendo la forza che agisce con un angolo di 90 ° rispetto alla superficie per l'area di questa superficie. Nel nostro caso, la superficie è il fondo del contenitore. P=V/V.
La forza della pressione del liquido sul fondo della nave è il peso. È uguale alla forza di pressione. Il nostro fluido è stazionario, quindi il peso è uguale alla gravità(Fstrand) che agisce sul liquido, e quindi la forza di pressione (F=Fforza). Fheavy si trova come segue: moltiplicare la massa del liquido (m) per l'accelerazione di caduta libera (g). La massa può essere trovata se si conosce qual è la densità del liquido e qual è il suo volume nel recipiente. m=ρ×V. Il recipiente ha una forma cilindrica, quindi troveremo il suo volume moltiplicando l'area di base del cilindro per l' altezza dello strato liquido (V=S×h).
Calcolo della pressione del liquido sul fondo del recipiente
Ecco le quantità che possiamo calcolare: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Sostituiamoli nella prima formula e otteniamo la seguente espressione: P=ρ×S×h×g/S. Riduciamo l'area S al numeratore e al denominatore. Scomparirà dalla formula, il che significa che la pressione sul fondo non dipende dall'area della nave. Inoltre, non dipende dalla forma del contenitore.
La pressione che un liquido crea sul fondo di un recipiente è chiamata pressione idrostatica. "Hydro" è "acqua" e statico è perché il fluido è fermo. Utilizzando la formula ottenuta dopo tutte le trasformazioni (P=ρ×h×g), determinare la pressione del liquido sul fondo del recipiente. Si può vedere dall'espressione che più denso è il liquido, maggiore è la sua pressione sul fondo del recipiente. Analizziamo più in dettaglio qual è il valore h.
Pressione nella colonna del liquido
Diciamo che abbiamo aumentato di una certa quantità il fondo della nave, aggiunto spazio aggiuntivo per il liquido. Se mettiamo un pesce in un contenitore, la pressione su di esso sarà la stessa nel vaso dell'esperimento precedente e nel secondo, ingrandito? La pressione cambierà rispetto a ciò che è ancora sotto il pescec'è acqua? No, perché sopra c'è un certo strato di liquido, la gravità agisce su di esso, il che significa che l'acqua ha un peso. Quello che c'è sotto è irrilevante. Pertanto, possiamo trovare la pressione nello spessore stesso del liquido e h è la profondità. Non è necessariamente la distanza dal fondo, il fondo può essere più basso.
Immaginiamo di aver ruotato il pesce di 90°, lasciandolo alla stessa profondità. Questo cambierà la pressione su di lei? No, perché in profondità è lo stesso in tutte le direzioni. Se avviciniamo un pesce alla parete della nave, la pressione su di esso cambierà se rimane alla stessa profondità? No. In tutti i casi, la pressione alla profondità h sarà calcolata utilizzando la stessa formula. Ciò significa che questa formula ci permette di trovare la pressione del liquido sul fondo e sulle pareti del recipiente ad una profondità h, cioè nello spessore del liquido. Più è profondo, più è grande.
Pressione nel vaso inclinato
Supponiamo di avere un tubo lungo circa 1 m in cui versiamo del liquido in modo che sia completamente riempito. Prendiamo esattamente lo stesso tubo, riempito fino all'orlo, e mettiamolo ad angolo. I vasi sono identici e riempiti con lo stesso liquido. Pertanto, la massa e il peso del liquido sia nel primo che nel secondo tubo sono uguali. La pressione sarà la stessa nei punti situati sul fondo di questi contenitori? A prima vista, sembra che la pressione P1 sia uguale a P2, poiché la massa dei liquidi è la stessa. Supponiamo che sia così e facciamo un esperimento per verificarlo.
Collega le parti inferiori di questi tubi con un tubicino. Se unla nostra ipotesi che P1 =P2 sia corretta, il liquido scorrerà da qualche parte? No, perché le sue particelle saranno influenzate da forze nella direzione opposta, che si compenseranno a vicenda.
Attacchiamo un imbuto alla parte superiore del tubo inclinato. E sul tubo verticale facciamo un buco, inseriamo un tubo al suo interno, che si piega verso il basso. La pressione a livello del foro è maggiore che in cima. Ciò significa che il liquido scorrerà attraverso un tubo sottile e riempirà l'imbuto. La massa del liquido nel tubo inclinato aumenterà, il liquido scorrerà dal tubo sinistro a quello destro, quindi salirà e circolerà in cerchio.
E ora installeremo una turbina sopra l'imbuto, che collegheremo a un generatore elettrico. Quindi questo sistema genererà elettricità da solo, senza alcun intervento. Lavorerà senza sosta. Sembrerebbe che questa sia la "macchina del moto perpetuo". Tuttavia, già nel 19° secolo, l'Accademia delle scienze francese rifiutò di accettare progetti del genere. La legge di conservazione dell'energia dice che è impossibile creare una "macchina a moto perpetuo". Quindi la nostra ipotesi che P1 =P2 sia sbagliata. In re altà P1< P2. Come calcolare, allora, la pressione del liquido sul fondo e sulle pareti del recipiente in un tubo che si trova ad angolo?
Altezza della colonna di liquido e pressione
Per scoprirlo, facciamo il seguente esperimento mentale. Prendi un recipiente pieno di liquido. Mettiamo due tubi in esso darete metallica. Ne posizioneremo uno verticalmente e l' altro - obliquamente, in modo che la sua estremità inferiore sia alla stessa profondità del fondo del primo tubo. Poiché i contenitori sono alla stessa profondità h, anche la pressione del liquido sul fondo e sulle pareti del recipiente sarà la stessa.
Ora chiudi tutti i buchi nei tubi. A causa del fatto che sono diventati solidi, cambierà la pressione nelle loro parti inferiori? No. Sebbene la pressione sia la stessa e le navi abbiano le stesse dimensioni, la massa del liquido in un tubo verticale è inferiore. La profondità alla quale si trova il fondo del tubo è chiamata altezza della colonna di liquido. Diamo una definizione a questo concetto: è la distanza misurata verticalmente dalla superficie libera ad un dato punto del liquido. Nel nostro esempio, l' altezza della colonna di liquido è la stessa, quindi la pressione è la stessa. Nell'esperimento precedente, l' altezza della colonna di liquido nel tubo di destra è maggiore rispetto a quella di sinistra. Pertanto, la pressione P1 è inferiore a P2.
