Меню

Давление в жидкостях и газах передается во все стороны

Закон Паскаля в понятной форме или гидравлика

Ещё один фундаментальный закон физики, который изучается в школе и обязателен для усвоения всеми нами — это закон Паскаля .

Закон Паскаля не особенно сложен для восприятия и если сопоставить его с теми же законами Ньютона или законом Ома , то разобраться в нем проще. Но всё равно мы рассмотрим его детально и осмыслим :)! Ведь сталкиваемся мы с работой этого закона повсеместно, хотя, конечно же, совершенно не задумываемся об этом.

Где мы можем встретить закон Паскаля ?

Наверняка многие ездят на автобусах или личных автомобилях, а там используются гидравлические тормозные системы . Без этих систем не получится выполнить эффективное торможение.

Ведь классические механические тормоза не всегда способны справиться с большими нагрузками. Если удержать автомобиль, массой 2 т ещё можно с помощью простой педальки с механической тягой, то остановить грузовик массой 30 т будет совсем не просто!

Получается, гидравлическая тормозная система способна увеличить силу, приложенную к тормозному диску?

Да, именно так! Это, как раз -таки, и есть работа закона Паскаля.

Аналогичный физический эффект используется во всех гидравлических усилителях . Это могут быть гидроножницы, гидравлический пресс и многие другие варианты применения в машинах и механизмах. Главное преимущество — возможность увеличить силу на выходе. Как же это происходит? Причем тут вообще закон Паскаля? А давайте вспомним, как он звучит.

Формулировка закона Паскаля

Давление на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

Так закон Паскаля записан в учебнике. Вроде бы всё и понятно. А вроде бы и опять какая-то каша. Но самая большая проблема в осмыслении появляется когда мы видим вот такую формулу.

Это запись закона Паскаля . Но тут совсем ничего не понятно :).

Для начала, нужно понимать, что такое давление.

Давление — это некоторая физическая величина, которая описывается, как отношение силы к площади, на которую она воздействует.

Представить это довольно легко.

Понятно, что некоторую силу можно оказывать на некоторое тело. Для этого тело должно воздействовать на другое тело. Очевидно, что если сила оказывает воздействие широкой точкой приложения, то оказываемое давление будет меньше.

Представьте, что идёте по снегу на снегоступах или на кониках. Коньки проваливаются в глубокий снег, а снегоступы нет. Почему?

Площадь снегоступа больше, чем площадь лезвия конька.

Значит, снегоступ оказывает меньшее давление, а толща снега способна такое давление выдержать, что уже нельзя сказать про давление, оказываемое на снег коньками. Или, сила в случае снегоступа распределена по всему снегоступу, а в случае конька- по всему коньку.

Очевидно, что это разные величины. Также очевидно, что чем больше площадь, тем слабее воздействие. Вот эту характеристику и назвали давлением. В жидкости или газе ситуация аналогичная. Те же самые механические воздействия.

Теперь вернемся к формулировке закона Паскаля . Там есть фраза » передается в любую точку без изменений во всех направлениях.»

Именно это есть ключ к пониманию закона Паскаля . Именно это явление в результате многочисленных опытов и обнаружил ученый.

Самая простая демонстрация явления — шар Паскаля .

Это устройство было изготовлено специально для демонстрации равномерного распределения давления внутри жидкости или газа без изменений .

Надавливаешь на ручку и струи жидкости вырываются из каждого отверстия с одинаковой силой вне зависимости от расположения отверстия на шарике . Это может означать только одно. Что точка приложения тут роли не играет, а после оказания воздействия усилие это одинаково расходится во все отверстия.

Но если это так, то и в подобной системе обозначенный принцип будет выполняться

Читайте также:  Пежо 307 какое давление топливного насоса

Это, кстати говоря, принципиальная схема простого гидравлического пресса.

Если записать, что давление одинаково, то получится нечто типа p1=p2=const

Само p, или давление, как мы помним равно F/S. Т.е. сила, приложенная к жидкости, разделить на площадь её приложения . А внутри у нас давление одинаково. Ведь Паскаль так сказал и доказал 🙂

Вот и выходит, что p1=p2 и F1/S1 = F2/S2 . Нашли то самое неясное выражение, которое всех ставит в тупик. Оно следует из равенства давлений.

Применение закона Паскаля

Ну вот и получили мы некоторый гидравлический рычаг, который может дать выигрыш в силе. Эта схема используется во всех гидравлических системах для усиления нажатия. Хитрая организация гидравлических каналов тут роли не играет. Зато играет роль, что давление во все стороны одинаково распространяется.

Не забываем подписываться на канал и ставить нравится!

Источник

Закон Паскаля для жидкостей и газов. Передача давления жидкостями и газами

Закон Паскаля для жидкостей и газов гласит, что давление, распространяясь в веществе, не меняет свою силу и передается во все стороны одинаково. Жидкие и газообразные субстанции ведут себя под давлением с некоторыми отличиями. Разница обусловлена особенностями поведения частиц и весом газов и жидкостей. В статье мы будем подробно рассматривать все это с помощью наглядных экспериментов.

Передается ли давление жидкости

Возьмем сосуд цилиндрической формы, который сверху герметично закрыт поршнем. Внутри находится жидкость, а на поршне стоит гиря. Она оказывает давление с силой, равной ее весу. Это давление передается жидкости. Ее молекулы, в отличие от частиц твердого тела, могут свободно перемещаться друг относительно друга. В их расположении нет строгого порядка, они разбросаны хаотически.

Знание об особенностях движения частиц разных веществ в дальнейшем поможет нам понять закон Паскаля для жидкостей и газов. Как же будут вести себя молекулы жидкости, если мы будем действовать на них с силой давления гири? Ответить на этот вопрос нам поможет опыт.

Как ведет себя жидкость под давлением

Моделью жидкости будут стеклянные шарики, а моделью сосуда — коробочка без крышки. Шарики, так же как и частицы жидкого вещества, свободно перемещаются в емкости. Возьмем любой предмет, по ширине совпадающий с шириной коробочки. Он будет имитировать поршень.

Надавим поршнем на жидкость. Как ведут себя ее молекулы? Мы видим, что они давят и на дно емкости, и на ее стенки. Толкают друг друга и стремятся выпасть из коробочки. Если бы это была настоящая жидкость, то она стремилась бы выплеснуться из сосуда. Позже, изучая закон Паскаля для жидкостей и газов, мы увидим это на опыте. Из-за того что молекулы перемещаются свободно, давление, оказываемое гирей, передается и в стороны, и вниз. А что будет, если заменить жидкость газом?

Как ведет себя воздух под давлением

Допустим, у нас есть цилиндр с поршнем, заполненный воздухом. Сверху на поршень кладем груз. Как передается давление, производимое на газ? Когда поршень смещается вниз, расстояние между молекулами в верхней части газа уменьшается, но это ненадолго. Скорость молекул газа составляет сотни метров в секунду. Расстояние между ними гораздо больше их размеров. Они движутся в случайных направлениях и сталкиваются между собой.

Когда поршень опускается, частицы просто запираются в меньшем объеме. В результате они чаще ударяются о стенки сосуда, и при уменьшении объема газа его давление увеличивается. Этот постулат нужно запомнить, чтобы потом легче было понять закон Паскаля для жидкостей и газов. Количество ударов в секунду на каждый квадратный сантиметр практически одно и то же. Это значит, что давление, которое производит поршень, передается во всех направлениях без изменения.

Читайте также:  Что происходит когда нижнее и верхнее давление равно

Передача давления в разных направлениях

Закон Паскаля, передачу давления жидкостями и газами нельзя понять, если не разобраться в одной странности: как получается, что мы давим вниз, а давление передается и вниз, и в стороны? А что если к цилиндру присоединить трубку, будет ли давление передаваться по ней вверх? Проведем опыт.

Возьмем два шприца, наполненных водой, и соединим их трубкой. Понаблюдаем, как будет передаваться давление жидкостью, которая находится в шприцах. Надавим на поршень одного шприца. Сила давления на поршень, а значит, и на жидкость, направлена вниз. Однако мы видим, что поршень второго шприца поднимается вверх. Получается, что давление, передаваясь через трубку, меняет направление силы. Интересно, что шприцы можно разместить не только вертикально, но и под прямым углом друг к другу. Результат будет тем же самым.

Выльем воду, и в шприцах останется воздух. Повторим опыт. В ходе эксперимента мы увидим, что и газ передает давление во всех направлениях. Разница с жидкостью только одна. Если максимально опустить поршень одного шприца вниз и зафиксировать его пальцем, то при нажатии на поршень другого шприца газ будет сжиматься. Его объем уменьшится примерно два раза, а поршень будет норовить отскочить вверх. Этот газ, стремящийся увеличить свой объем, заставляет поршень двигаться вверх. С жидкостью было бы по-другому, ее бы не удалось так легко сжать.

Закон Паскаля

Передачу давления жидкостями и газами мы будем изучать с помощью опыта. Его придумал французский физик Блез Паскаль. Возьмем пустотелый шар, к которому присоединена стеклянная трубка. В разных частях шара (сверху, сбоку, снизу) есть маленькие отверстия. Внутри трубки размещен поршень. Это специальный прибор для демонстрации закона Паскаля.

Наполним шар через трубку водой, чтобы посмотреть, как она будет себя вести. Хотя сила тяжести действует на шар сверху вниз, струйки воды вытекают из отверстий шара под углом, в сторону и даже вверх. Конечно, они немного отклоняются от своего первоначального направления, потому что на них действует сила тяжести. Мы видим, что давление, производимое на воду, передается во всех направлениях.

Если вместо воды взять дым и проделать этот опыт, будем наблюдать передачу давления в газе воочию, ведь дым — это газ, окрашенный мелкими частицами сажи или смолы. Из-за того что он очень легкий, на него не будет так сильно действовать сила тяжести, он не будет так сильно, как струйки воды, отклоняться от своего первоначального положения. Можем сделать такой вывод: давление, оказываемое на жидкость или газ, передается, не меняя силу, в любую точку жидкости и газа во всех направлениях. Это и есть закон Паскаля для жидкостей и газов. Формула: P = F/S, где P — это давление. Оно равно отношению силы F к площади S, на которую она действует перпендикулярно.

Источник

Как передают давление жидкости, и газы и почему это происходит?

Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля.

В отличие от твёрдых тел отдельные слои и молекулы жидкости или газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем дуновении ветра появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передаётся не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа.

Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся в любую точку без изменений во всех направлениях.

Читайте также:  Давление при шейном остеохондрозе в домашних условиях

Это утверждение называют законом Паскаля.

Какой химический состав газа, которого мы выпускаем во время «пуканья»?

Кишечные газы — это побочный продукт пищеварения. Образуются в результате жизнедеятельности кишечных бактерий. Представляют собой смесь следующих газов (в порядке уменьшения концентрации): азота, углекислого газа, кислорода, водорода, метана, сероводорода, аммиака, меркаптанов. Неприятный запах смеси придают последние три вида газов. Меркаптаны, кстати, добавляются к бытовому газу (метан, пропан) для придания ему характерного запаха, чтобы сигнализировать о возможных утечках. Поэтому кишечные газы иногда похожи на запах бытового газа и многие ошибочно думают, что этот запах придает им метан.

4 9 · Хороший ответ

Почему в космосе холодно, если вакуум не передает тепло и человек не должен замерзать?

Теплопроводность вакуума действительно равна нулю при этом, вакуум пропускает излучение полностью. Человек замерзает, когда его тепловые потери выше тепла, поступающего из окружающей среды. Космос же, вдали от звёзд, заполнен реликтовым излучением с температурой

2.7 K, что пренебрежимо мало, чтобы компенсировать тепловые потери.

Оценим, за какое время может замёрзнуть среднестатистический человек в космическом вакууме без защитного скафандра. Параметры человека: масса m = 70 кг, площадь поверхности S = 1,9 м². Из закона Стефана-Больцмана, любое тело с температурой Т (в Кельвинах) в термодинамическом равновесии излучает инфракрасное (тепловое) излучение с энергетической светимостью Q = εσT⁴, где σ = 5,67×10⁻⁸ Вт/(м²⋅К⁴), а ε − излучательная способность (ε = 0, если человек в исправном скафандре, и ε = 1, если он абсолютно «чёрное тело»). Возьмём ε = 0.9 (человек голый).

Посчитаем, за какое время, человек при начальной температуре Т₀= 36,6 °C (или 309,75 К), превратится в глыбу льда с температурой T₁= 0 °C (или 273,15 K) при условии, что он на 80% состоит из воды. Изменение тепловой энергии человека оценим из ΔQ₀ = cm(Т₀ — T₁) с дополнением (Lm) энергии, на случай полного оледенения. Время охлаждения человека от Т₀ до T₁ оценим из приближения t=ΔQ₀/ , где = S⋅[Q(Т₀) + Q(T₁)]/2.

Подставив нужные параметры в формулы, получим, что:

  • за 20 мин температура тела опустится до 32 °C (потеря сознания).
  • за 3 часа температура тела опустится до 0 °C.
  • за 10 часов человек превратится в глыбу льда с температурой 0 °C.
  • В космосе жутко холодно, без скафандра. Скафандр же отражает тепловое излучение, возвращая его человеку в необходимом для комфорта количестве.

P.S. Здесь не рассмотрены медицинские проблемы, связанные с кожным покровом человека в вакууме и соответственно с интенсивным испарением влаги с кожи. А это, в свою очередь, дополнительный источник охлаждения тела.

P.P.S. В комментариях рассерженно спрашивают: — «В расчетах учтены только потери, но человек и тепловая машина тоже

Учтём и это. Итак человек потребляет около 2,5 ккал в день, что соответствует 120 Вт мощности. Голое тело с температурой Т₀ = 36,6 °C, согласно закону С-Б выше, обязано излучать тепловое (инфракрасное) излучение с мощностью S⋅Q = 900 Вт. Если вы сидите дома голый на диване при температуре T = 25 °C, то от окружения (воздух и стены с потолком, ε = 1) ваше тело на халяву получает S⋅Q* = 850 Вт тепловой мощности. Таким образом остаток, около S(Q − Q*) = 50 Вт, легко компенсирует ваш организм мощностью 120 Вт. А теперь вы в космосе и голый (Ужас!). Окружающая среда имеет температуру реликтового излучения (−270,4 °C) и нечем компенсировать тепловые потери с поверхности тела (900 Вт), т.е. энергии на халяву нет. В этих условиях ваш организм, как тепловая машина (120 Вт), сломается через 20 мин (см. таблицу выше). Нечего голым в космос ходить.

Источник

Adblock
detector