Formula della pressione pag. Pressione per i manichini: definizione, spiegazione in parole semplici

Le forze che agiscono sul film di gomma sono

sono uguali su entrambi i lati.

Spesso incontriamo vasi comunicanti. Ad esempio, potrebbe essere una teiera, un annaffiatoio o una caffettiera.

Le superfici di un liquido omogeneo sono installate allo stesso livello in vasi comunicanti di qualsiasi forma.

Liquidi di diversa densità.

Ma S·h = V, dove V è il volume del parallelepipedo, e ρ f ·V = m f è la massa di liquido nel volume del parallelepipedo. Quindi,

F fuori = g m w = P w,

cioè. la forza di galleggiamento è uguale al peso del liquido nel volume del corpo in esso immerso(la forza di galleggiamento è pari al peso del liquido di volume uguale al volume del corpo in esso immerso).

L'esistenza di una forza che spinge un corpo fuori da un liquido è facile da rilevare sperimentalmente.

Sull'immagine UN mostra un corpo sospeso ad una molla con una freccia all'estremità. La freccia indica la tensione della molla sul treppiede. Quando il corpo viene rilasciato in acqua, la molla si contrae (Fig. B). La stessa contrazione della molla si otterrà se si agisce sul corpo dal basso verso l'alto con una certa forza, ad esempio premendo con la mano (sollevamento).

Pertanto, l’esperienza lo conferma un corpo in un liquido subisce l'azione di una forza che spinge il corpo fuori dal liquido.

Come sappiamo la legge di Pascal vale anche per i gas. Ecco perché i corpi in gas sono soggetti ad una forza che li spinge fuori dal gas. Sotto l'influenza di questa forza, i palloncini si sollevano. L'esistenza di una forza che spinge un corpo fuori da un gas può essere osservata anche sperimentalmente.

Appendiamo una palla di vetro o una grande fiaschetta chiusa con un tappo dal piatto della bilancia accorciato. La bilancia è equilibrata. Quindi un vaso largo viene posto sotto il pallone (o la palla) in modo che circondi l'intero pallone. La nave è piena di anidride carbonica, la cui densità è maggiore della densità dell'aria (pertanto, l'anidride carbonica affonda e riempie la nave, spostando l'aria da essa). In questo caso, l'equilibrio della bilancia è disturbato. La tazza con il pallone sospeso si alza verso l'alto (Fig.). Un pallone immerso nell'anidride carbonica subisce una forza di galleggiamento maggiore della forza che agisce su di esso nell'aria.

La forza che spinge un corpo fuori da un liquido o da un gas è diretta in modo opposto alla forza di gravità applicata a questo corpo.

Pertanto, prolkosmos). Proprio per questo motivo in acqua a volte solleviamo facilmente corpi che abbiamo difficoltà a trattenere in aria.

Alla molla sono sospesi un piccolo secchio e un corpo cilindrico (Fig. a). Una freccia sul treppiede segna il tratto della sorgente. Mostra il peso del corpo nell'aria. Dopo aver sollevato il corpo, sotto di esso viene posto un recipiente di colata riempito di liquido fino al livello del tubo di colata. Dopodiché il corpo viene completamente immerso nel liquido (Fig., b). In cui viene versata una parte del liquido, il cui volume è uguale al volume del corpo dal recipiente di colata nel bicchiere. La molla si contrae e l'indice della molla si alza, indicando una diminuzione del peso corporeo nel fluido. In questo caso, oltre alla gravità, sul corpo agisce un'altra forza, spingendolo fuori dal liquido. Se il liquido da un bicchiere viene versato nel secchio superiore (cioè il liquido che è stato spostato dal corpo), l'indicatore a molla tornerà nella sua posizione iniziale (Fig. c).

Sulla base di questa esperienza si può concludere che la forza che spinge fuori un corpo completamente immerso in un liquido è uguale al peso del liquido nel volume di questo corpo . Abbiamo ricevuto la stessa conclusione nel § 48.

Se un esperimento simile fosse eseguito con un corpo immerso in un gas, ciò lo dimostrerebbe anche la forza che spinge un corpo fuori da un gas è uguale al peso del gas contenuto nel volume del corpo .

Si chiama la forza che spinge un corpo fuori da un liquido o da un gas Forza di Archimede, in onore dello scienziato Archimede , che per primo ne indicò l'esistenza e ne calcolò il valore.

Quindi, l'esperienza ha confermato che la forza di Archimede (o di galleggiamento) è uguale al peso del liquido nel volume del corpo, cioè F A = P f = gm E. La massa di liquido mf spostato da un corpo può essere espressa attraverso la sua densità ρf e il volume del corpo Vt immerso nel liquido (poiché Vf - il volume del liquido spostato dal corpo è uguale a Vt - il volume del corpo immerso nel liquido), cioè m f = ρ f ·V t.

F A= g·ρ E · V T

Di conseguenza la forza di Archimede dipende dalla densità del liquido in cui è immerso il corpo e dal volume di questo corpo. Ma essa non dipende, ad esempio, dalla densità della sostanza del corpo immersa nel liquido, poiché questa quantità non è compresa nella formula risultante.

Determiniamo ora il peso di un corpo immerso in un liquido (o gas). Poiché le due forze che agiscono sul corpo in questo caso sono dirette in direzioni opposte (la forza di gravità è verso il basso e la forza di Archimede è verso l'alto), il peso del corpo nel liquido P 1 sarà inferiore al peso di il corpo nel vuoto P = gr sulla forza di Archimede F A = gm w (dove M g - massa di liquido o gas spostato dal corpo).

Così, se un corpo è immerso in un liquido o in un gas, perde tanto peso quanto pesa il liquido o il gas che ha spostato.

Esempio. Determinare la forza di galleggiamento che agisce su una pietra con un volume di 1,6 m 3 nell'acqua di mare.

Scriviamo le condizioni del problema e risolviamolo.

Quando il corpo galleggiante raggiunge la superficie del liquido, con il suo ulteriore movimento verso l'alto la forza di Archimede diminuirà. Perché? Ma perché il volume della parte del corpo immersa nel liquido diminuirà, e la forza di Archimede è uguale al peso del liquido nel volume della parte del corpo in esso immersa.

Quando la forza di Archimede diventa uguale alla forza di gravità, il corpo si fermerà e galleggerà sulla superficie del liquido, parzialmente immerso in esso.

La conclusione risultante può essere facilmente verificata sperimentalmente.

Versare l'acqua nel recipiente di drenaggio fino al livello del tubo di drenaggio. Successivamente immergeremo il corpo galleggiante nella nave, dopo averlo pesato in aria. Disceso nell'acqua, un corpo sposta un volume d'acqua pari al volume della parte del corpo in esso immersa. Dopo aver pesato quest'acqua, troviamo che il suo peso (forza di Archimede) è uguale alla forza di gravità che agisce su un corpo galleggiante, o al peso di questo corpo nell'aria.

Avendo fatto gli stessi esperimenti con qualsiasi altro corpo che galleggia in liquidi diversi - acqua, alcool, soluzione salina, puoi star certo che se un corpo galleggia in un liquido, il peso del liquido da esso spostato è uguale al peso di questo corpo nell'aria.

È facile dimostrarlo se la densità di un solido solido è maggiore della densità di un liquido, il corpo affonda in tale liquido. In questo liquido galleggia un corpo con una densità inferiore. Un pezzo di ferro, ad esempio, affonda nell'acqua ma galleggia nel mercurio. Un corpo la cui densità è uguale alla densità del liquido rimane in equilibrio all'interno del liquido.

Il ghiaccio galleggia sulla superficie dell'acqua perché la sua densità è inferiore a quella dell'acqua.

Minore è la densità del corpo rispetto a quella del liquido, minore è la parte del corpo immersa nel liquido .

A parità di densità del corpo e del liquido, il corpo galleggia all'interno del liquido a qualsiasi profondità.

Due liquidi immiscibili, ad esempio acqua e cherosene, si trovano in un recipiente in base alla loro densità: nella parte inferiore del recipiente - acqua più densa (ρ = 1000 kg/m3), in alto - cherosene più leggero (ρ = 800 kg /m3).

La densità media degli organismi viventi che popolano l'ambiente acquatico differisce poco dalla densità dell'acqua, quindi il loro peso è quasi completamente bilanciato dalla forza di Archimede. Grazie a ciò, gli animali acquatici non hanno bisogno di scheletri così forti e massicci come quelli terrestri. Per lo stesso motivo i tronchi delle piante acquatiche sono elastici.

La vescica natatoria di un pesce cambia facilmente volume. Quando il pesce, con l'aiuto dei muscoli, scende a una profondità maggiore e la pressione dell'acqua su di esso aumenta, la bolla si contrae, il volume del corpo del pesce diminuisce e non viene spinto verso l'alto, ma galleggia nelle profondità. Pertanto, il pesce può regolare la profondità della sua immersione entro determinati limiti. Le balene regolano la profondità della loro immersione diminuendo e aumentando la loro capacità polmonare.

Navigazione delle navi.

Le navi che navigano fiumi, laghi, mari e oceani sono costruite con materiali diversi con densità diverse. Lo scafo delle navi è solitamente realizzato in lamiera d'acciaio. Anche tutti i fissaggi interni che conferiscono robustezza alle navi sono realizzati in metallo. Per costruire le navi vengono utilizzati vari materiali che hanno densità sia maggiori che minori rispetto all'acqua.

In che modo le navi galleggiano, imbarcano e trasportano carichi di grandi dimensioni?

Un esperimento con un corpo galleggiante (§ 50) ha dimostrato che il corpo sposta così tanta acqua con la sua parte subacquea che il peso di quest'acqua è uguale al peso del corpo nell'aria. Questo vale anche per qualsiasi nave.

Il peso dell'acqua spostata dalla parte subacquea della nave è uguale al peso della nave con il carico in aria o alla forza di gravità che agisce sulla nave con il carico.

Si chiama la profondità alla quale una nave è immersa nell'acqua bozza . Il pescaggio massimo consentito è segnato sullo scafo della nave con una linea rossa denominata linea di galleggiamento (dall'olandese. acqua- acqua).

Il peso dell'acqua spostata da una nave quando è immersa rispetto alla linea di galleggiamento, pari alla forza di gravità che agisce sulla nave carica, è chiamato dislocamento della nave.

Attualmente, per il trasporto di petrolio vengono costruite navi con un dislocamento di 5.000.000 kN (5 × 10 6 kN) o più, cioè con una massa di 500.000 tonnellate (5 × 10 5 t) o più insieme al carico.

Se sottraiamo il peso della nave stessa dal dislocamento, otteniamo la capacità di carico di questa nave. La capacità di carico mostra il peso del carico trasportato dalla nave.

La costruzione navale esisteva nell'antico Egitto, in Fenicia (si ritiene che i Fenici fossero uno dei migliori costruttori navali) e nell'antica Cina.

In Russia, la costruzione navale ebbe origine a cavallo tra il XVII e il XVIII secolo. Furono costruite principalmente navi da guerra, ma fu in Russia che furono costruite la prima rompighiaccio, navi con motore a combustione interna e la rompighiaccio nucleare Arktika.

Aeronautica.

Disegno che descrive il pallone aerostatico dei fratelli Montgolfier del 1783: "Vista e dimensioni esatte del 'Palloncino Terrestre', che fu il primo." 1786

Sin dai tempi antichi, le persone hanno sognato l'opportunità di volare sopra le nuvole, di nuotare nell'oceano d'aria, come nuotavano nel mare. Per l'aeronautica

Inizialmente utilizzarono palloncini riempiti con aria riscaldata, idrogeno o elio.

Affinché un pallone possa sollevarsi in aria è necessario che la forza di Archimede (galleggiabilità) F L'azione sulla palla era maggiore della forza di gravità F pesante, cioè F A > F pesante

Man mano che la palla sale verso l'alto, la forza di Archimede che agisce su di essa diminuisce ( F A = gρV), poiché la densità degli strati superiori dell'atmosfera è inferiore a quella della superficie terrestre. Per salire più in alto, dalla palla viene rilasciata una zavorra speciale (peso) che la alleggerisce. Alla fine la palla raggiunge la sua massima altezza di sollevamento. Per liberare la pallina dal suo guscio, una parte del gas viene rilasciata tramite una valvola speciale.

Nella direzione orizzontale, il pallone si muove solo sotto l'influenza del vento, motivo per cui viene chiamato Palloncino (dal greco aer- aria, stato- in piedi). Non molto tempo fa, venivano usati enormi palloni per studiare gli strati superiori dell'atmosfera e della stratosfera - palloni stratosferici .

Prima che imparassero a costruire grandi aeroplani per trasportare passeggeri e merci per via aerea, venivano usati palloni controllati - dirigibili. Hanno una forma allungata; sotto il corpo è sospesa una gondola con un motore che aziona l'elica.

Il pallone non solo si solleva da solo, ma può anche sollevare del carico: la cabina, le persone, gli strumenti. Pertanto, per scoprire che tipo di carico può sollevare un pallone, è necessario determinarlo sollevare.

Lasciamo, ad esempio, lanciare in aria un pallone con un volume di 40 m 3 riempito di elio. La massa di elio che riempie il guscio della palla sarà pari a:
m Ge = ρ Ge V = 0,1890 kg/m 3 40 m 3 = 7,2 kg,
e il suo peso è:
PGe = gmGe; P Ge = 9,8 N/kg · 7,2 kg = 71 N.
La forza di galleggiamento (Archimedea) che agisce su questa palla nell'aria è uguale al peso dell'aria con un volume di 40 m 3, cioè
F A = ​​g·ρ aria V; F A = ​​9,8 N/kg · 1,3 kg/m3 · 40 m3 = 520 N.

Ciò significa che questa palla può sollevare un carico del peso di 520 N - 71 N = 449 N. Questa è la sua forza di sollevamento.

Un pallone dello stesso volume, ma riempito di idrogeno, può sollevare un carico di 479 N. Ciò significa che la sua forza di sollevamento è maggiore di quella di un pallone riempito di elio. Ma l'elio viene ancora utilizzato più spesso perché non brucia ed è quindi più sicuro. L'idrogeno è un gas infiammabile.

È molto più semplice sollevare e abbassare una palla piena di aria calda. Per fare ciò, sotto il foro situato nella parte inferiore della palla si trova un bruciatore. Utilizzando un bruciatore a gas, puoi regolare la temperatura dell'aria all'interno della palla, e quindi la sua densità e forza di galleggiamento. Per far salire la palla più in alto, è sufficiente riscaldare più fortemente l'aria al suo interno aumentando la fiamma del bruciatore. Quando la fiamma del bruciatore diminuisce, la temperatura dell'aria nella sfera diminuisce e la sfera scende.

È possibile selezionare una temperatura della palla alla quale il peso della palla e della cabina sarà uguale alla forza di galleggiamento. Quindi la palla rimarrà sospesa in aria e sarà facile fare osservazioni da essa.

Con lo sviluppo della scienza, si sono verificati cambiamenti significativi nella tecnologia aeronautica. È diventato possibile utilizzare nuovi gusci per palloncini, che sono diventati durevoli, resistenti al gelo e leggeri.

I progressi nel campo della radioingegneria, dell’elettronica e dell’automazione hanno reso possibile la progettazione di palloni aerostatici senza pilota. Questi palloni vengono utilizzati per studiare le correnti d'aria, per ricerche geografiche e biomediche negli strati inferiori dell'atmosfera.

>>Pressione e forza di pressione

Inserito da lettori da siti Internet

Una raccolta di appunti di lezioni di fisica, abstract su un argomento del curriculum scolastico. Calendario di pianificazione tematica, fisica 7a elementare online, libri e libri di testo di fisica. Lo studente si prepara per la lezione.

Perché una persona in piedi sugli sci non cade nella neve a debole coesione? Perché un'auto con pneumatici larghi ha una migliore capacità di cross-country rispetto a un'auto con pneumatici normali? Perché un trattore ha bisogno di cingoli? Impareremo la risposta a queste domande acquisendo familiarità con la grandezza fisica chiamata pressione.

Pressione solida

Quando una forza viene applicata non a un punto del corpo, ma a molti punti, agisce sulla superficie del corpo. In questo caso si parla della pressione che questa forza crea sulla superficie di un corpo solido.

In fisica, la pressione è una quantità fisica numericamente uguale al rapporto tra la forza che agisce su una superficie perpendicolare ad essa e l'area di questa superficie.

p = F/S ,

Dove R - pressione; F - forza agente sulla superficie; S - superficie.

Quindi la pressione si verifica quando una forza agisce su una superficie perpendicolare ad essa. La quantità di pressione dipende dall'entità di questa forza ed è direttamente proporzionale ad essa. Maggiore è la forza, maggiore è la pressione che crea per unità di superficie. Un elefante è più pesante di una tigre, quindi esercita una pressione maggiore sulla superficie. Un'auto preme sulla strada con più forza di un pedone.

La pressione di un solido è inversamente proporzionale alla superficie su cui agisce la forza.

Tutti sanno che camminare nella neve alta è difficile perché i piedi affondano costantemente. Ma è abbastanza facile farlo con gli sci. Il punto è che in entrambi i casi una persona agisce sulla neve con la stessa forza: gravità. Ma questa forza è distribuita su superfici con aree diverse. Poiché la superficie degli sci è maggiore dell’area delle suole degli scarponi, il peso della persona in questo caso viene distribuito su un’area maggiore. E la forza che agisce per unità di area risulta essere molte volte più piccola. Pertanto, una persona in piedi sugli sci esercita meno forza sulla neve e non vi cade dentro.

Modificando l'area della superficie, è possibile aumentare o diminuire la quantità di pressione.

Quando facciamo un'escursione, scegliamo uno zaino con spallacci larghi per ridurre la pressione sulla spalla.

Per ridurre la pressione dell'edificio sul terreno, l'area della fondazione viene aumentata.

I pneumatici per autocarri sono più larghi di quelli per autovetture in modo che esercitino meno pressione sul terreno. Per lo stesso motivo, un trattore o un carro armato è realizzato su cingoli e non su ruote.

Coltelli, lame, forbici e aghi vengono affilati in modo da avere la più piccola area di taglio o perforazione possibile. E poi, anche con l'aiuto di una piccola forza applicata, si crea molta pressione.

Per lo stesso motivo, la natura ha dotato gli animali di denti, zanne e artigli affilati.

La pressione è una grandezza scalare. Nei solidi si trasmette nella direzione della forza.

L'unità di forza è il newton. L'unità di misura della superficie è m2. Pertanto l'unità di misura della pressione è N/m2. Questa quantità nel sistema internazionale delle unità SI viene chiamata pascal (Pa o Ra). Ha preso il nome in onore del fisico francese Blaise Pascal. Una pressione di 1 pascal è provocata da una forza di 1 newton che agisce su una superficie di 1 m2.

1 Pa = 1 N/m2 .

Altri sistemi utilizzano unità come bar, atmosfera, mmHg. Arte. (millimetri di mercurio), ecc.

Pressione nei liquidi

Se in un corpo solido la pressione viene trasmessa nella direzione della forza, allora nei liquidi e nei gas, secondo la legge di Pascal, “ qualsiasi pressione esercitata su un liquido o gas viene trasmessa in tutte le direzioni senza alcuna variazione ».

Riempiamo di liquido una pallina con piccoli fori collegata ad uno stretto tubo a forma di cilindro. Riempiamo la pallina di liquido, inseriamo un pistone nel tubo e iniziamo a muoverlo. Il pistone preme sulla superficie del liquido. Questa pressione viene trasmessa ad ogni punto del fluido. Il liquido inizia a fuoriuscire dai fori della palla.

Riempiendo la palla di fumo, vedremo lo stesso risultato. Ciò significa che anche nei gas la pressione viene trasmessa in tutte le direzioni.

Un liquido, come qualsiasi corpo sulla superficie della Terra, è influenzato dalla gravità. Ogni strato di liquido nel contenitore crea pressione con il suo peso.

Ciò è confermato dalla seguente esperienza.

Se versi l'acqua in un recipiente di vetro con una pellicola di gomma invece del fondo, la pellicola si piegherà sotto il peso dell'acqua. E più acqua c'è, più la pellicola si piegherà. Se immergiamo gradualmente questa nave con acqua in un altro contenitore, anch'esso pieno d'acqua, man mano che scende la pellicola si raddrizzerà. E quando i livelli dell'acqua nel recipiente e nel contenitore saranno uguali, la pellicola si raddrizzerà completamente.

Ad un certo livello, la pressione nel liquido è la stessa. Ma con l'aumentare della profondità aumenta, poiché le molecole degli strati superiori esercitano una pressione sulle molecole degli strati inferiori. E loro, a loro volta, esercitano pressione sulle molecole degli strati situati ancora più in basso. Pertanto, nel punto più basso del contenitore la pressione sarà massima.

La pressione in profondità è determinata dalla formula:

p = ρgh ,

Dove P - pressione (Pa);

ρ - densità del liquido (kg/m3);

G - accelerazione in caduta libera (9,81 m/s);

H - altezza della colonna di liquido (m).

Dalla formula è chiaro che la pressione aumenta con l'aumentare della profondità. Più un sommergibile scende nell'oceano, maggiore sarà la pressione che subirà.

Pressione atmosferica

Evangelista Torricelli

Chissà, se nel 1638 il Duca di Toscana non avesse deciso di decorare i giardini di Firenze con bellissime fontane, la pressione atmosferica non sarebbe stata scoperta nel XVII secolo, ma molto più tardi. Possiamo dire che questa scoperta è stata fatta per caso.

A quei tempi si credeva che l’acqua salisse dietro il pistone della pompa perché, come affermava Aristotele, “la natura detesta il vuoto”. L’evento però non ebbe successo. L'acqua nelle fontane effettivamente saliva, riempiendo il “vuoto” risultante, ma si fermava a un'altezza di 10,3 m.

Si rivolsero a Galileo Galilei per chiedere aiuto. Poiché non riusciva a trovare una spiegazione logica, istruì i suoi studenti: Evangelista Torricelli E Vincenzo Viviani condurre esperimenti.

Cercando di trovare il motivo del fallimento, gli studenti di Galileo hanno scoperto che liquidi diversi salgono dietro la pompa a diverse altezze. Più denso è il liquido, minore è l'altezza a cui può salire. Poiché la densità del mercurio è 13 volte maggiore della densità dell'acqua, può raggiungere un'altezza 13 volte inferiore. Ecco perché hanno usato il mercurio nel loro esperimento.

Nel 1644 l'esperimento fu effettuato. Un tubo di vetro era pieno di mercurio. Quindi veniva versato in un contenitore anch'esso pieno di mercurio. Dopo qualche tempo, la colonna di mercurio nel tubo si alzò. Ma non ha riempito tutto il tubo. C'era spazio vuoto sopra la colonna di mercurio. Successivamente venne chiamato il “vuoto torricelliano”. Ma nemmeno il mercurio è uscito dal tubo nel contenitore. Torricelli lo spiegò col fatto che l'aria atmosferica preme sul mercurio e lo trattiene nel tubo. E l'altezza della colonna di mercurio nel tubo mostra l'entità di questa pressione. Questa è stata la prima volta che è stata misurata la pressione atmosferica.

L'atmosfera terrestre è il suo guscio d'aria, trattenuto vicino ad essa dall'attrazione gravitazionale. Le molecole dei gas che compongono questo guscio si muovono continuamente e in modo caotico. Sotto l'influenza della gravità, gli strati superiori dell'atmosfera premono sugli strati inferiori, comprimendoli. Lo strato più basso, situato sulla superficie della Terra, è il più compresso. Pertanto, la pressione al suo interno è massima. Secondo la legge di Pascal, trasmette questa pressione in tutte le direzioni. È sperimentato da tutto ciò che si trova sulla superficie della Terra. Questa pressione si chiama pressione atmosferica .

Poiché la pressione atmosferica è creata dagli strati d'aria sovrastanti, diminuisce con l'aumentare dell'altitudine. È noto che in alta montagna è inferiore che ai piedi delle montagne. E in profondità nel sottosuolo è molto più alto che in superficie.

Per pressione atmosferica normale si intende una pressione pari alla pressione di una colonna di mercurio alta 760 mm ad una temperatura di 0 o C.

Misura della pressione atmosferica

Poiché l'aria atmosferica ha densità diverse a diverse altitudini, il valore della pressione atmosferica non può essere determinato utilizzando la formulaP = ρ · G · H . Pertanto, viene determinato utilizzando dispositivi speciali chiamati barometri .

Esistono barometri liquidi e aneroidi (privi di liquidi). Il funzionamento dei barometri a liquidi si basa sulle variazioni del livello del liquido sotto pressione atmosferica.

Un aneroide è un contenitore sigillato di metallo ondulato, all'interno del quale viene creato il vuoto. Il contenitore si contrae quando la pressione atmosferica aumenta e si espande quando diminuisce. Tutti questi cambiamenti vengono trasmessi al puntatore mediante una piastra metallica elastica. L'estremità della freccia si sposta lungo la scala.

Modificando le letture del barometro, puoi prevedere come cambierà il tempo nei prossimi giorni. Se la pressione atmosferica aumenta, ci si può aspettare tempo sereno. E se scende, sarà nuvoloso.

Un uomo con e senza sci.

Una persona cammina sulla neve a debole coesione con grande difficoltà, affondando profondamente ad ogni passo. Ma, dopo aver messo gli sci, può camminare senza quasi caderci dentro. Perché? Con o senza sci, una persona agisce sulla neve con la stessa forza pari al suo peso. Tuttavia, l'effetto di questa forza è diverso in entrambi i casi, perché la superficie su cui si esercita pressione è diversa, con e senza sci. La superficie degli sci è quasi 20 volte più grande della superficie della suola. Pertanto, stando sugli sci, una persona agisce su ogni centimetro quadrato di superficie nevosa con una forza 20 volte inferiore rispetto a quando sta sulla neve senza sci.

Uno studente, attaccando un giornale alla lavagna con i bottoni, agisce su ciascun bottone con la stessa forza. Tuttavia, un bottone con l'estremità più affilata entrerà più facilmente nel legno.

Ciò significa che il risultato della forza dipende non solo dal suo modulo, direzione e punto di applicazione, ma anche dall'area della superficie su cui viene applicata (perpendicolare alla quale agisce).

Questa conclusione è confermata da esperimenti fisici.

Esperienza. Il risultato dell'azione di una data forza dipende da quale forza agisce su una superficie unitaria.

Devi piantare i chiodi negli angoli di una piccola tavola. Per prima cosa, posiziona i chiodi conficcati nella tavola sulla sabbia con la punta rivolta verso l'alto e posiziona un peso sulla tavola. In questo caso, le teste dei chiodi vengono premute solo leggermente nella sabbia. Quindi capovolgiamo la tavola e posizioniamo i chiodi sul bordo. In questo caso, l'area di appoggio è più piccola e, con la stessa forza, i chiodi penetrano molto più in profondità nella sabbia.

Esperienza. Seconda illustrazione.

Il risultato dell'azione di questa forza dipende da quale forza agisce su ciascuna unità di superficie.

Negli esempi considerati le forze agivano perpendicolarmente alla superficie del corpo. Il peso dell'uomo era perpendicolare alla superficie della neve; la forza che agisce sul pulsante è perpendicolare alla superficie della tavola.

La quantità pari al rapporto tra la forza che agisce perpendicolarmente alla superficie e l'area di questa superficie è chiamata pressione.

Per determinare la pressione, la forza agente perpendicolarmente alla superficie deve essere divisa per la superficie:

pressione = forza/area.

Indichiamo le quantità incluse in questa espressione: pressione - P, la forza che agisce sulla superficie è F e superficie - S.

Quindi otteniamo la formula:

p = F/S

È chiaro che una forza maggiore che agisce sulla stessa area produrrà una pressione maggiore.

Per unità di pressione si intende la pressione prodotta da una forza di 1 N che agisce su una superficie con un'area di 1 m2 perpendicolare a questa superficie..

Unità di pressione - newton per metro quadrato(1 N/m2). In onore dello scienziato francese Blaise Pascal si chiama pascal ( papà). Così,

1 Pa = 1 N/m2.

Vengono utilizzate anche altre unità di pressione: ettopascal (hPa) E kilopascal (kPa).

1 kPa = 1000 Pa;

1 hPa = 100 Pa;

1 Pa = 0,001 kPa;

1 Pa = 0,01 hPa.

Scriviamo le condizioni del problema e risolviamolo.

Dato : m = 45 kg, S = 300 cm2; p = ?

In unità SI: S = 0,03 m2

Soluzione:

P = F/S,

F = P,

P = gm,

P= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,

P= 450/0,03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa

"Risposta": p = 15000 Pa = 15 kPa

Modi per ridurre e aumentare la pressione.

Un trattore cingolato pesante produce una pressione sul terreno pari a 40 - 50 kPa, cioè solo 2 - 3 volte superiore alla pressione di un ragazzo di 45 kg. Ciò si spiega con il fatto che il peso del trattore è distribuito su un'area più ampia a causa della trazione su cingoli. E lo abbiamo stabilito maggiore è l'area del supporto, minore è la pressione prodotta dalla stessa forza su questo supporto .

A seconda che sia necessaria una pressione bassa o alta, l'area di supporto aumenta o diminuisce. Ad esempio, affinché il terreno possa resistere alla pressione dell'edificio in costruzione, l'area della parte inferiore della fondazione viene aumentata.

I pneumatici dei camion e i telai degli aerei sono molto più larghi dei pneumatici dei passeggeri. I pneumatici delle auto progettate per la guida nei deserti sono particolarmente larghi.

I veicoli pesanti, come un trattore, un carro armato o un veicolo da palude, avendo un'ampia area di appoggio dei cingoli, attraversano aree paludose che non possono essere superate da una persona.

D'altra parte, con una piccola superficie, è possibile generare una grande quantità di pressione con una piccola forza. Ad esempio, quando si preme un pulsante su una tavola, agiamo su di esso con una forza di circa 50 N. Poiché l'area della punta del pulsante è di circa 1 mm 2, la pressione da esso prodotta è pari a:

p = 50 N / 0,000 001 m 2 = 50.000.000 Pa = 50.000 kPa.

Per fare un confronto, questa pressione è 1000 volte maggiore della pressione esercitata da un trattore cingolato sul terreno. Puoi trovare molti altri esempi simili.

Le lame degli strumenti da taglio e le punte degli strumenti da perforazione (coltelli, forbici, taglierini, seghe, aghi, ecc.) sono appositamente affilate. Il bordo affilato di una lama affilata ha un'area piccola, quindi anche una piccola forza crea molta pressione ed è facile lavorare con questo strumento.

I dispositivi per tagliare e perforare si trovano anche nella natura vivente: si tratta di denti, artigli, becchi, punte, ecc. - sono tutti realizzati in materiale duro, liscio e molto affilato.

Pressione

È noto che le molecole di gas si muovono in modo casuale.

Sappiamo già che i gas, a differenza dei solidi e dei liquidi, riempiono l'intero contenitore in cui si trovano. Ad esempio, una bombola d'acciaio per lo stoccaggio dei gas, la camera d'aria di un pneumatico per auto o una palla da pallavolo. In questo caso il gas esercita una pressione sulle pareti, sul fondo e sul coperchio della bombola, della camera o di qualsiasi altro corpo in cui si trova. La pressione del gas è dovuta a ragioni diverse dalla pressione di un corpo solido sul supporto.

È noto che le molecole di gas si muovono in modo casuale. Mentre si muovono, entrano in collisione tra loro e anche con le pareti del contenitore contenente il gas. Ci sono molte molecole in un gas e quindi il numero dei loro impatti è molto grande. Ad esempio, il numero di impatti delle molecole d'aria in una stanza su una superficie con un'area di 1 cm 2 in 1 s è espresso come un numero di ventitré cifre. Sebbene la forza d'impatto di una singola molecola sia piccola, l'effetto di tutte le molecole sulle pareti del recipiente è significativo: crea pressione del gas.

COSÌ, La pressione del gas sulle pareti del contenitore (e sul corpo immerso nel gas) è causata dagli urti delle molecole del gas .

Considera il seguente esperimento. Posiziona una palla di gomma sotto la campana della pompa dell'aria. Contiene una piccola quantità di aria e ha una forma irregolare. Quindi pompiamo l'aria da sotto la campana. Il guscio della palla, attorno al quale l'aria diventa sempre più rarefatta, si gonfia gradualmente e assume la forma di una normale palla.

Come spiegare questa esperienza?

Speciali bombole in acciaio durevole vengono utilizzate per lo stoccaggio e il trasporto del gas compresso.

Nel nostro esperimento, le molecole di gas in movimento colpiscono continuamente le pareti della palla all'interno e all'esterno. Quando l'aria viene pompata fuori, il numero di molecole nella campana attorno al guscio della palla diminuisce. Ma all'interno della palla il loro numero non cambia. Pertanto, il numero di impatti delle molecole sulle pareti esterne del guscio diventa inferiore al numero di impatti sulle pareti interne. La palla si gonfia fino a quando la forza elastica del suo guscio di gomma diventa uguale alla forza della pressione del gas. Il guscio della palla assume la forma di una palla. Questo dimostra che il gas preme sulle sue pareti equamente in tutte le direzioni. In altre parole, il numero di impatti molecolari per centimetro quadrato di superficie è lo stesso in tutte le direzioni. La stessa pressione in tutte le direzioni è caratteristica del gas ed è una conseguenza del movimento casuale di un numero enorme di molecole.

Proviamo a ridurre il volume del gas, ma in modo che la sua massa rimanga invariata. Ciò significa che in ogni centimetro cubo di gas ci saranno più molecole, la densità del gas aumenterà. Quindi aumenterà il numero di impatti delle molecole sulle pareti, cioè aumenterà la pressione del gas. Ciò può essere confermato dall'esperienza.

Sull'immagine UN mostra un tubo di vetro, un'estremità del quale è chiusa con una sottile pellicola di gomma. Un pistone è inserito nel tubo. Quando il pistone si sposta, il volume dell'aria nel tubo diminuisce, cioè il gas viene compresso. La pellicola di gomma si piega verso l'esterno, indicando che la pressione dell'aria nel tubo è aumentata.

Al contrario, all’aumentare del volume della stessa massa di gas, il numero di molecole presenti in ogni centimetro cubo diminuisce. Ciò ridurrà il numero di impatti sulle pareti della nave: la pressione del gas diminuirà. Infatti, quando si estrae il pistone dal tubo, il volume dell'aria aumenta e la pellicola si piega all'interno del vaso. Ciò indica una diminuzione della pressione dell'aria nel tubo. Lo stesso fenomeno si osserverebbe se nel tubo invece dell'aria ci fosse un altro gas.

COSÌ, quando il volume di un gas diminuisce, la sua pressione aumenta, e quando il volume aumenta, la pressione diminuisce, a condizione che la massa e la temperatura del gas rimangano invariate.

Come cambierà la pressione di un gas se viene riscaldato a volume costante? È noto che la velocità delle molecole di gas aumenta quando riscaldate. Muovendosi più velocemente, le molecole colpiranno più spesso le pareti del contenitore. Inoltre, ogni impatto della molecola sul muro sarà più forte. Di conseguenza, le pareti della nave subiranno una pressione maggiore.

Quindi, Maggiore è la temperatura del gas, maggiore è la pressione del gas in un recipiente chiuso, a condizione che la massa e il volume del gas non cambino.

Da questi esperimenti si può generalmente concludere che La pressione del gas aumenta quanto più spesso e con forza le molecole colpiscono le pareti del recipiente .

Per immagazzinare e trasportare i gas, sono altamente compressi. Allo stesso tempo, la loro pressione aumenta, i gas devono essere racchiusi in bombole speciali e molto resistenti. Tali bombole, ad esempio, contengono aria compressa nei sottomarini e ossigeno utilizzato nella saldatura dei metalli. Naturalmente bisogna sempre ricordare che le bombole di gas non possono essere riscaldate, soprattutto quando sono piene di gas. Perché, come abbiamo già capito, può verificarsi un'esplosione con conseguenze molto spiacevoli.

Legge di Pascal.

La pressione viene trasmessa ad ogni punto del liquido o del gas.

La pressione del pistone viene trasmessa ad ogni punto del fluido che riempie la sfera.

Adesso fai benzina.

A differenza dei solidi, i singoli strati e le piccole particelle di liquidi e gas possono muoversi liberamente l'uno rispetto all'altro in tutte le direzioni. Basta, ad esempio, soffiare leggermente sulla superficie dell'acqua in un bicchiere per farla muovere. Su un fiume o un lago, la minima brezza fa apparire delle increspature.

Ciò è spiegato dalla mobilità delle particelle di gas e liquidi la pressione esercitata su di essi si trasmette non solo nella direzione della forza, ma in ogni punto. Consideriamo questo fenomeno in modo più dettagliato.

Nell'immagine, UN raffigura un recipiente contenente gas (o liquido). Le particelle sono distribuite uniformemente in tutto il vaso. La nave è chiusa da un pistone che può muoversi su e giù.

Applicando una certa forza, costringeremo il pistone a spostarsi leggermente verso l'interno e comprimere il gas (liquido) situato direttamente sotto di esso. Quindi le particelle (molecole) si troveranno in questo luogo più densamente di prima (Fig, b). A causa della mobilità, le particelle di gas si muoveranno in tutte le direzioni. Di conseguenza, la loro disposizione tornerà ad essere uniforme, ma più densa di prima (Fig. c). Pertanto, la pressione del gas aumenterà ovunque. Ciò significa che viene trasmessa una pressione aggiuntiva a tutte le particelle di gas o liquido. Quindi, se la pressione sul gas (liquido) vicino al pistone stesso aumenta di 1 Pa, quindi in tutti i punti dentro gas o liquido, la pressione diventerà maggiore di prima della stessa quantità. La pressione sulle pareti del recipiente, sul fondo e sul pistone aumenterà di 1 Pa.

La pressione esercitata su un liquido o gas viene trasmessa in qualsiasi punto in modo uniforme in tutte le direzioni .

Questa affermazione si chiama Legge di Pascal.

Basandosi sulla legge di Pascal, è facile spiegare i seguenti esperimenti.

L'immagine mostra una palla cava con piccoli fori in vari punti. Alla sfera è attaccato un tubo in cui è inserito un pistone. Se riempi una palla d'acqua e spingi un pistone nel tubo, l'acqua uscirà da tutti i fori della palla. In questo esperimento, un pistone preme sulla superficie dell'acqua in un tubo. Le particelle d'acqua situate sotto il pistone, condensandosi, trasferiscono la sua pressione ad altri strati che si trovano più in profondità. Pertanto, la pressione del pistone viene trasmessa a ciascun punto del fluido che riempie la sfera. Di conseguenza, parte dell'acqua viene espulsa dalla palla sotto forma di flussi identici che escono da tutti i fori.

Se la palla è piena di fumo, quando il pistone viene spinto nel tubo, flussi di fumo uguali inizieranno a fuoriuscire da tutti i fori della palla. Ciò lo conferma i gas trasmettono equamente la pressione esercitata su di essi in tutte le direzioni.

Pressione nei liquidi e nei gas.

Sotto l'influenza del peso del liquido, il fondo in gomma del tubo si piegherà.

I liquidi, come tutti i corpi sulla Terra, sono influenzati dalla gravità. Pertanto, ogni strato di liquido versato in un recipiente crea una pressione con il suo peso che, secondo la legge di Pascal, viene trasmessa in tutte le direzioni. Pertanto, c'è pressione all'interno del liquido. Questo può essere verificato dall'esperienza.

Versare l'acqua in un tubo di vetro, il cui foro inferiore è chiuso con una sottile pellicola di gomma. Sotto l'influenza del peso del liquido, il fondo del tubo si piegherà.

L'esperienza dimostra che quanto più alta è la colonna d'acqua sopra la pellicola di gomma, tanto più questa si piega. Ma ogni volta che il fondo in gomma si piega, l'acqua nel tubo torna in equilibrio (si ferma), poiché, oltre alla forza di gravità, sull'acqua agisce la forza elastica del film di gomma allungato.

Illustrazione.

Il fondo si allontana dal cilindro a causa della pressione di gravità su di esso.

Abbassiamo il tubo con fondo in gomma, in cui viene versata l'acqua, in un altro recipiente più largo con acqua. Vedremo che man mano che il tubo si abbassa, la pellicola di gomma si raddrizza gradualmente. Il completo raddrizzamento del film mostra che le forze che agiscono su di esso dall'alto e dal basso sono uguali. Il completo raddrizzamento del film avviene quando i livelli dell'acqua nel tubo e nel recipiente coincidono.

Lo stesso esperimento può essere effettuato con un tubo in cui una pellicola di gomma ricopre il foro laterale, come mostrato in figura a. Immergiamo questo tubo con acqua in un altro recipiente con acqua, come mostrato in figura, B. Noteremo che la pellicola si raddrizzerà nuovamente non appena i livelli dell'acqua nel tubo e nel recipiente saranno uguali. Ciò significa che le forze che agiscono sulla pellicola di gomma sono le stesse su tutti i lati.

Prendiamo una nave il cui fondo può cadere. Mettiamolo in un barattolo d'acqua. Il fondo verrà premuto saldamente contro il bordo della nave e non cadrà. Viene premuto dalla forza della pressione dell'acqua diretta dal basso verso l'alto.

Verseremo attentamente l'acqua nella nave e ne osserveremo il fondo. Non appena il livello dell'acqua nel recipiente coincide con il livello dell'acqua nel vaso, esso cadrà dal recipiente.

Al momento della separazione, una colonna di liquido nel recipiente preme dall'alto verso il basso e la pressione proveniente da una colonna di liquido della stessa altezza, ma situata nel vaso, viene trasmessa dal basso verso l'alto verso il basso. Entrambe queste pressioni sono uguali, ma il fondo si allontana dal cilindro a causa dell'azione della propria gravità su di esso.

Gli esperimenti con l'acqua sono stati descritti sopra, ma se prendi qualsiasi altro liquido invece dell'acqua, i risultati dell'esperimento saranno gli stessi.

Quindi, gli esperimenti lo dimostrano C'è pressione all'interno del liquido e allo stesso livello è uguale in tutte le direzioni. La pressione aumenta con la profondità.

Sotto questo aspetto i gas non sono diversi dai liquidi perché anch'essi hanno un peso. Ma dobbiamo ricordare che la densità del gas è centinaia di volte inferiore alla densità del liquido. Il peso del gas nel recipiente è piccolo e in molti casi la sua pressione “peso” può essere ignorata.

Calcolo della pressione del liquido sul fondo e sulle pareti di un recipiente.

Calcolo della pressione del liquido sul fondo e sulle pareti di un recipiente.

Consideriamo come calcolare la pressione di un liquido sul fondo e sulle pareti di una nave. Risolviamo innanzitutto il problema per un recipiente a forma di parallelepipedo rettangolare.

Forza F, con cui il liquido versato in questo recipiente preme sul suo fondo, è pari al peso P liquido nel contenitore. Il peso di un liquido può essere determinato conoscendone la massa M. La massa, come sai, può essere calcolata utilizzando la formula: m = ρ·V. Il volume di liquido versato nel recipiente che abbiamo scelto è facile da calcolare. Se l'altezza della colonna di liquido in un recipiente è indicata con la lettera H e l'area del fondo della nave S, Quello V = S h.

Massa liquida m = ρ·V, O m = ρ S h .

Il peso di questo liquido P = gr, O P = gρS h.

Poiché il peso di una colonna di liquido è uguale alla forza con cui il liquido preme sul fondo del recipiente, allora dividendo il peso P Alla piazza S, otteniamo la pressione del fluido P:

p = P/S, oppure p = g·ρ·S·h/S,

Abbiamo ottenuto una formula per calcolare la pressione del liquido sul fondo del recipiente. Da questa formula è chiaro che la pressione del liquido sul fondo del recipiente dipende solo dalla densità e dall'altezza della colonna di liquido.

Pertanto, utilizzando la formula derivata, è possibile calcolare la pressione del liquido versato nel recipiente qualsiasi forma(in senso stretto, il nostro calcolo è adatto solo per vasi che hanno la forma di un prisma diritto e di un cilindro. Nei corsi di fisica dell'istituto, è stato dimostrato che la formula è vera anche per un vaso di forma arbitraria). Inoltre, può essere utilizzato per calcolare la pressione sulle pareti del vaso. Anche la pressione all'interno del liquido, compresa la pressione dal basso verso l'alto, viene calcolata utilizzando questa formula, poiché la pressione alla stessa profondità è la stessa in tutte le direzioni.

Quando si calcola la pressione utilizzando la formula p = gρh hai bisogno di densità ρ espresso in chilogrammi per metro cubo (kg/m3) e l'altezza della colonna di liquido H- in metri (m), G= 9,8 N/kg, quindi la pressione sarà espressa in pascal (Pa).

Esempio. Determinare la pressione dell'olio sul fondo del serbatoio se l'altezza della colonna d'olio è 10 m e la sua densità è 800 kg/m3.

Annotiamo la condizione del problema e scriviamolo.

Dato :

ρ = 800 kg/m3

Soluzione :

p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80.000 Pa ≈ 80 kPa.

Risposta : p ≈ 80 kPa.

Vasi comunicanti.

Vasi comunicanti.

La figura mostra due vasi collegati tra loro da un tubo di gomma. Tali navi sono chiamate comunicare. Un annaffiatoio, una teiera, una caffettiera sono esempi di vasi comunicanti. Per esperienza sappiamo che l'acqua versata, ad esempio, in un annaffiatoio si trova sempre allo stesso livello nel beccuccio e all'interno.

Il seguente semplice esperimento può essere effettuato con i vasi comunicanti. All'inizio dell'esperimento, fissiamo il tubo di gomma al centro e versiamo l'acqua in uno dei tubi. Quindi apriamo il morsetto e l'acqua scorre istantaneamente nell'altro tubo finché le superfici dell'acqua in entrambi i tubi non sono allo stesso livello. Puoi collegare uno dei tubi a un treppiede e sollevare, abbassare o inclinare l'altro in diverse direzioni. E in questo caso, non appena il liquido si sarà calmato, i suoi livelli in entrambi i tubi verranno livellati.

Nei vasi comunicanti di qualsiasi forma e sezione le superfici di un liquido omogeneo sono poste allo stesso livello(a condizione che la pressione dell'aria sopra il liquido sia la stessa) (Fig. 109).

Ciò può essere giustificato come segue. Il liquido è a riposo senza spostarsi da un recipiente all'altro. Ciò significa che la pressione in entrambi i vasi a qualsiasi livello è la stessa. Il liquido in entrambi i recipienti è lo stesso, cioè ha la stessa densità. Pertanto, le sue altezze devono essere le stesse. Quando solleviamo un contenitore o vi aggiungiamo del liquido, la pressione al suo interno aumenta e il liquido si sposta in un altro contenitore finché le pressioni non vengono bilanciate.

Se un liquido di una densità viene versato in uno dei vasi comunicanti e un liquido di un'altra densità viene versato nel secondo, all'equilibrio i livelli di questi liquidi non saranno gli stessi. E questo è comprensibile. Sappiamo che la pressione del liquido sul fondo del recipiente è direttamente proporzionale all'altezza della colonna e alla densità del liquido. E in questo caso le densità dei liquidi saranno diverse.

Se le pressioni sono uguali, l'altezza di una colonna di liquido con densità maggiore sarà inferiore all'altezza di una colonna di liquido con densità inferiore (Fig.).

Esperienza. Come determinare la massa d'aria.

Peso dell'aria. Pressione atmosferica.

L'esistenza della pressione atmosferica.

La pressione atmosferica è maggiore della pressione dell'aria rarefatta nella nave.

L'aria, come ogni corpo sulla Terra, è influenzata dalla gravità e quindi ha un peso. Il peso dell'aria è facile da calcolare se ne conosci la massa.

Ti mostreremo sperimentalmente come calcolare la massa d'aria. Per fare questo, devi prendere una palla di vetro resistente con un tappo e un tubo di gomma con un morsetto. Pompiamo fuori l'aria, fissiamo il tubo con una fascetta e bilanciamolo sulla bilancia. Quindi, aprendo la fascetta sul tubo di gomma, far entrare l'aria. Ciò sconvolgerà l’equilibrio della bilancia. Per ripristinarlo, dovrai mettere dei pesi sull'altro piatto della bilancia, la cui massa sarà uguale alla massa d'aria contenuta nel volume della palla.

Gli esperimenti hanno stabilito che ad una temperatura di 0 °C e ad una pressione atmosferica normale, la massa d'aria con un volume di 1 m 3 è pari a 1,29 kg. Il peso di quest'aria è facile da calcolare:

P = g·m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.

Si chiama il guscio d'aria che circonda la Terra atmosfera (dal greco atmosfera- vapore, aria e sfera- palla).

L'atmosfera, come dimostrato dalle osservazioni del volo dei satelliti artificiali della Terra, si estende fino a un'altitudine di diverse migliaia di chilometri.

A causa della gravità, gli strati superiori dell’atmosfera, come l’acqua dell’oceano, comprimono gli strati inferiori. Lo strato d'aria direttamente adiacente alla Terra è quello più compresso e, secondo la legge di Pascal, trasmette la pressione esercitata su di esso in tutte le direzioni.

Di conseguenza, la superficie terrestre e i corpi che si trovano su di essa subiscono la pressione dell'intero spessore dell'aria o, come si dice di solito in questi casi, sperimentano Pressione atmosferica .

L'esistenza della pressione atmosferica può spiegare molti fenomeni che incontriamo nella vita. Diamo un'occhiata ad alcuni di loro.

La figura mostra un tubo di vetro, all'interno del quale è presente un pistone che si adatta perfettamente alle pareti del tubo. L'estremità del tubo viene abbassata nell'acqua. Se sollevi il pistone, l'acqua salirà dietro di esso.

Questo fenomeno viene utilizzato nelle pompe dell'acqua e in alcuni altri dispositivi.

La figura mostra un vaso cilindrico. È chiuso con un tappo nel quale è inserito un tubo con rubinetto. L'aria viene pompata fuori dalla nave con una pompa. L'estremità del tubo viene quindi immersa nell'acqua. Se ora apri il rubinetto, l'acqua spruzzerà come una fontana all'interno del vaso. L'acqua entra nel vaso perché la pressione atmosferica è maggiore della pressione dell'aria rarefatta nel vaso.

Perché esiste l'involucro d'aria della Terra?

Come tutti i corpi, le molecole di gas che compongono l'involucro d'aria della Terra sono attratte dalla Terra.

Ma allora perché non cadono tutti sulla superficie della Terra? Come vengono preservati l'involucro d'aria della Terra e la sua atmosfera? Per capirlo dobbiamo tenere conto del fatto che le molecole del gas sono in movimento continuo e casuale. Ma poi sorge un’altra domanda: perché queste molecole non volano via nello spazio, cioè nello spazio.

Per lasciare completamente la Terra, una molecola, come un'astronave o un razzo, deve avere una velocità molto elevata (almeno 11,2 km/s). Questo è il cosiddetto seconda velocità di fuga. La velocità della maggior parte delle molecole nel guscio d'aria della Terra è significativamente inferiore a questa velocità di fuga. Pertanto, la maggior parte di essi sono legati alla Terra dalla gravità, solo un numero trascurabile di molecole vola oltre la Terra nello spazio.

Il movimento casuale delle molecole e l'effetto della gravità su di esse fanno sì che le molecole di gas “si librano” nello spazio vicino alla Terra, formando un involucro d'aria, o l'atmosfera a noi nota.

Le misurazioni mostrano che la densità dell’aria diminuisce rapidamente con l’altitudine. Quindi, ad un'altitudine di 5,5 km sopra la Terra, la densità dell'aria è 2 volte inferiore alla sua densità sulla superficie terrestre, ad un'altitudine di 11 km - 4 volte inferiore, ecc. Più è alta, più l'aria è rara. E infine, negli strati più alti (centinaia e migliaia di chilometri sopra la Terra), l'atmosfera si trasforma gradualmente in uno spazio senz'aria. L'involucro d'aria della Terra non ha un confine chiaro.

A rigor di termini, a causa dell'azione della gravità, la densità del gas in qualsiasi recipiente chiuso non è la stessa in tutto il volume del recipiente. Sul fondo del recipiente, la densità del gas è maggiore che nelle sue parti superiori, quindi la pressione nel recipiente non è la stessa. È più grande nella parte inferiore della nave che nella parte superiore. Tuttavia, per un gas contenuto in un recipiente, questa differenza di densità e pressione è così piccola che in molti casi può essere completamente ignorata, semplicemente conosciuta. Ma per un’atmosfera che si estende per diverse migliaia di chilometri, questa differenza è significativa.

Misurazione della pressione atmosferica. L'esperienza di Torricelli.

È impossibile calcolare la pressione atmosferica utilizzando la formula per calcolare la pressione di una colonna liquida (§ 38). Per tale calcolo, è necessario conoscere l'altezza dell'atmosfera e la densità dell'aria. Ma l'atmosfera non ha confini definiti e la densità dell'aria a diverse altitudini è diversa. Tuttavia, la pressione atmosferica può essere misurata utilizzando un esperimento proposto nel XVII secolo da uno scienziato italiano Evangelista Torricelli , allievo di Galileo.

L'esperimento di Torricelli consiste nel seguente: un tubo di vetro lungo circa 1 m, sigillato ad un'estremità, è riempito di mercurio. Quindi, chiudendo ermeticamente la seconda estremità del tubo, viene capovolto e abbassato in una tazza di mercurio, dove questa estremità del tubo viene aperta sotto il livello del mercurio. Come in ogni esperimento con liquidi, parte del mercurio viene versata nella tazza e parte rimane nel tubo. L'altezza della colonna di mercurio rimasta nel tubo è di circa 760 mm. Non c'è aria sopra il mercurio all'interno del tubo, c'è uno spazio senz'aria, quindi nessun gas esercita pressione dall'alto sulla colonna di mercurio all'interno di questo tubo e non influenza le misurazioni.

Anche Torricelli, che propose l'esperimento sopra descritto, diede la sua spiegazione. L'atmosfera preme sulla superficie del mercurio nella tazza. Mercurio è in equilibrio. Ciò significa che la pressione nel tubo è al livello ah 1 (vedi figura) è uguale alla pressione atmosferica. Quando la pressione atmosferica cambia, cambia anche l'altezza della colonna di mercurio nel tubo. All'aumentare della pressione la colonna si allunga. Quando la pressione diminuisce, la colonna di mercurio diminuisce la sua altezza.

La pressione nel tubo al livello aa1 è creata dal peso della colonna di mercurio nel tubo, poiché non c'è aria sopra il mercurio nella parte superiore del tubo. Ne consegue che la pressione atmosferica è uguale alla pressione della colonna di mercurio nel tubo , cioè.

P bancomat = P mercurio

Maggiore è la pressione atmosferica, maggiore è la colonna di mercurio nell'esperimento di Torricelli. Pertanto, in pratica, la pressione atmosferica può essere misurata dall'altezza della colonna di mercurio (in millimetri o centimetri). Se, ad esempio, la pressione atmosferica è di 780 mm Hg. Arte. (si dice “millimetri di mercurio”), ciò significa che l’aria produce la stessa pressione di una colonna verticale di mercurio alta 780 mm.

Pertanto, in questo caso, l'unità di misura della pressione atmosferica è 1 millimetro di mercurio (1 mm Hg). Troviamo la relazione tra questa unità e l'unità a noi nota - pascal(Papà).

La pressione di una colonna di mercurio ρ alta 1 mm è pari a:

P = g·ρ·h, P= 9,8 N/kg · 13.600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.

Quindi, 1 mmHg. Arte. = 133,3 Pa.

Attualmente la pressione atmosferica viene solitamente misurata in ettopascal (1 hPa = 100 Pa). Ad esempio, le previsioni del tempo potrebbero annunciare che la pressione è di 1013 hPa, che equivale a 760 mmHg. Arte.

Osservando ogni giorno l'altezza della colonna di mercurio nel tubo, Torricelli scoprì che questa altezza cambia, cioè la pressione atmosferica non è costante, può aumentare e diminuire. Torricelli notò anche che la pressione atmosferica è associata ai cambiamenti meteorologici.

Se si collega una scala verticale al tubo di mercurio utilizzato nell'esperimento di Torricelli, si ottiene il dispositivo più semplice: barometro a mercurio (dal greco baros- pesantezza, metro- Misuro). Viene utilizzato per misurare la pressione atmosferica.

Barometro - aneroide.

In pratica per misurare la pressione atmosferica viene utilizzato un barometro metallico chiamato barometro metallico. aneroide (tradotto dal greco - aneroide). Così viene chiamato il barometro perché non contiene mercurio.

L'aspetto dell'aneroide è mostrato in figura. La sua parte principale è una scatola metallica 1 con una superficie ondulata (ondulata) (vedi altra figura). L'aria viene pompata fuori da questa scatola e, per evitare che la pressione atmosferica schiacci la scatola, il suo coperchio 2 viene tirato verso l'alto da una molla. All'aumentare della pressione atmosferica, il coperchio si piega verso il basso e stringe la molla. Al diminuire della pressione la molla raddrizza il tappo. Un puntatore a freccia 4 è fissato alla molla mediante un meccanismo di trasmissione 3, che si sposta verso destra o sinistra al variare della pressione. Sotto la freccia c'è una scala, le cui divisioni sono contrassegnate in base alle letture del barometro a mercurio. Pertanto, il numero 750, contro il quale si trova l'ago aneroide (vedi figura), mostra che attualmente nel barometro a mercurio l'altezza della colonna di mercurio è di 750 mm.

Pertanto, la pressione atmosferica è di 750 mmHg. Arte. o ≈ 1000 hPa.

Il valore della pressione atmosferica è molto importante per prevedere il tempo per i prossimi giorni, poiché i cambiamenti della pressione atmosferica sono associati ai cambiamenti del tempo. Il barometro è uno strumento necessario per le osservazioni meteorologiche.

Pressione atmosferica a diverse altitudini.

In un liquido la pressione, come sappiamo, dipende dalla densità del liquido e dall'altezza della sua colonna. A causa della bassa comprimibilità, la densità del liquido a diverse profondità è quasi la stessa. Pertanto, quando calcoliamo la pressione, consideriamo la sua densità costante e teniamo conto solo della variazione di altezza.

La situazione con i gas è più complicata. I gas sono altamente comprimibili. E quanto più un gas viene compresso, tanto maggiore è la sua densità, e maggiore è la pressione che produce. Dopotutto, la pressione del gas viene creata dall'impatto delle sue molecole sulla superficie del corpo.

Gli strati d'aria sulla superficie della Terra sono compressi da tutti gli strati d'aria sovrastanti situati sopra di loro. Ma quanto più alto è lo strato d'aria dalla superficie, tanto più debole è compresso, tanto minore è la sua densità. Pertanto, minore è la pressione che produce. Se, ad esempio, un pallone si solleva sopra la superficie della Terra, la pressione dell'aria sul pallone diminuisce. Ciò accade non solo perché diminuisce l'altezza della colonna d'aria sopra di essa, ma anche perché diminuisce la densità dell'aria. È più piccolo in alto che in basso. Pertanto, la dipendenza della pressione dell'aria dall'altitudine è più complessa di quella dei liquidi.

Le osservazioni mostrano che la pressione atmosferica nelle aree al livello del mare è in media di 760 mm Hg. Arte.

La pressione atmosferica pari alla pressione di una colonna di mercurio alta 760 mm alla temperatura di 0°C è detta pressione atmosferica normale.

Pressione atmosferica normale equivale a 101.300 Pa = 1013 hPa.

Maggiore è l'altitudine sul livello del mare, minore è la pressione.

Con piccole salite, in media, per ogni 12 m di dislivello la pressione diminuisce di 1 mmHg. Arte. (o di 1,33 hPa).

Conoscendo la dipendenza della pressione dall'altitudine, è possibile determinare l'altitudine sul livello del mare modificando le letture del barometro. Vengono chiamati aneroidi che hanno una scala con la quale l'altezza sul livello del mare può essere misurata direttamente altimetri . Sono utilizzati nell'aviazione e nell'alpinismo.

Manometri.

Sappiamo già che i barometri vengono utilizzati per misurare la pressione atmosferica. Per misurare pressioni maggiori o minori della pressione atmosferica, viene utilizzato manometri (dal greco manos- raro, sciolto, metro- Misuro). Ci sono manometri liquido E metallo.

Consideriamo innanzitutto il dispositivo e l'azione aprire il manometro del liquido. È costituito da un tubo di vetro a due gambe nel quale viene versato del liquido. Il liquido viene installato in entrambi i gomiti allo stesso livello, poiché nei gomiti del serbatoio agisce solo la pressione atmosferica sulla sua superficie.

Per capire come funziona un manometro di questo tipo, è possibile collegarlo tramite un tubo di gomma a una scatola rotonda e piatta, un lato della quale è ricoperto da una pellicola di gomma. Se si preme il dito sulla pellicola, il livello del liquido nel gomito del manometro collegato alla scatola diminuirà e nell'altro gomito aumenterà. Cosa spiega questo?

Quando si preme sulla pellicola, la pressione dell'aria nella scatola aumenta. Secondo la legge di Pascal, questo aumento di pressione si trasmette al fluido presente nella curva del manometro collegata alla scatola. Pertanto la pressione sul fluido in questo gomito sarà maggiore che nell'altro, dove sul fluido agisce solo la pressione atmosferica. Sotto la forza di questa pressione eccessiva, il liquido inizierà a muoversi. Nel gomito con aria compressa il liquido cadrà, nell'altro salirà. Il fluido raggiungerà l'equilibrio (arresto) quando la pressione in eccesso dell'aria compressa sarà bilanciata dalla pressione prodotta dalla colonna di liquido in eccesso nell'altra gamba del manometro.

Più si preme sulla pellicola, maggiore è la colonna di liquido in eccesso, maggiore è la sua pressione. Quindi, la variazione di pressione può essere giudicata dall'altezza di questa colonna in eccesso.

La figura mostra come un manometro di questo tipo può misurare la pressione all'interno di un liquido. Quanto più il tubo è immerso nel liquido, tanto maggiore diventa la differenza di altezza delle colonne di liquido nei gomiti del manometro., quindi, e maggiore pressione viene generata dal fluido.

Se si installa la scatola del dispositivo ad una certa profondità all'interno del liquido e la si gira con la pellicola verso l'alto, lateralmente e verso il basso, le letture del manometro non cambieranno. È così che dovrebbe essere, perché allo stesso livello all'interno di un liquido, la pressione è uguale in tutte le direzioni.

L'immagine mostra manometro in metallo . La parte principale di un tale manometro è un tubo metallico piegato in un tubo 1 , di cui un'estremità è chiusa. L'altra estremità del tubo utilizzando un rubinetto 4 comunica con il recipiente in cui viene misurata la pressione. All'aumentare della pressione, il tubo si distende. Movimento della sua estremità chiusa mediante una leva 5 e denti 3 trasmesso alla freccia 2 , avvicinandosi alla scala dello strumento. Quando la pressione diminuisce, il tubo, grazie alla sua elasticità, ritorna nella posizione precedente e la freccia ritorna alla divisione zero della scala.

Pompa per liquidi a pistone.

Nell'esperimento che abbiamo considerato in precedenza (§ 40), è stato stabilito che l'acqua nel tubo di vetro, sotto l'influenza della pressione atmosferica, saliva verso l'alto dietro il pistone. Su questo si basa l'azione. pistone pompe

La pompa è mostrata schematicamente in figura. È costituito da un cilindro, all'interno del quale un pistone si muove su e giù, strettamente adiacente alle pareti della nave. 1 . Le valvole sono installate nella parte inferiore del cilindro e nel pistone stesso 2 , aprendosi solo verso l'alto. Quando il pistone si muove verso l'alto, l'acqua sotto l'influenza della pressione atmosferica entra nel tubo, solleva la valvola inferiore e si sposta dietro il pistone.

Quando il pistone si sposta verso il basso, l'acqua sotto il pistone preme sulla valvola inferiore e questa si chiude. Allo stesso tempo, sotto la pressione dell'acqua, una valvola all'interno del pistone si apre e l'acqua scorre nello spazio sopra il pistone. La prossima volta che il pistone si sposta verso l'alto, anche l'acqua sopra di esso si alza e si riversa nel tubo di uscita. Allo stesso tempo, dietro il pistone sale una nuova porzione d'acqua che, quando il pistone viene successivamente abbassato, apparirà sopra di esso, e l'intera procedura viene ripetuta ancora e ancora mentre la pompa è in funzione.

Pressa idraulica.

La legge di Pascal spiega l'azione macchina idraulica (dal greco idraulica- acqua). Si tratta di macchine il cui funzionamento si basa sulle leggi del movimento e dell'equilibrio dei fluidi.

La parte principale di una macchina idraulica è costituita da due cilindri di diverso diametro, dotati di pistoni e di un tubo di collegamento. Lo spazio sotto i pistoni e il tubo sono riempiti di liquido (solitamente olio minerale). L'altezza delle colonne di liquido in entrambi i cilindri è la stessa finché non agiscono forze sui pistoni.

Supponiamo ora che le forze F 1 e F 2 - forze che agiscono sui pistoni, S 1 e S 2 - aree del pistone. La pressione sotto il primo (piccolo) pistone è uguale a P 1 = F 1 / S 1, e sotto il secondo (grande) P 2 = F 2 / S 2. Secondo la legge di Pascal, in un fluido a riposo la pressione si trasmette uniformemente in tutte le direzioni, cioè P 1 = P 2 o F 1 / S 1 = F 2 / S 2, da:

F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .

Quindi la forza F 2 così tante volte più potere F 1 , Quante volte l'area del pistone grande è maggiore dell'area del pistone piccolo?. Ad esempio, se l'area del pistone grande è 500 cm2, e quella piccola è 5 cm2, e sul pistone piccolo agisce una forza di 100 N, allora si verificherà una forza 100 volte maggiore, cioè 10.000 N. agire sul pistone più grande.

Pertanto, con l'aiuto di una macchina idraulica, è possibile bilanciare una forza maggiore con una forza piccola.

Atteggiamento F 1 / F 2 mostra l'aumento di forza. Ad esempio, nell'esempio fornito, l'aumento di forza è 10.000 N / 100 N = 100.

Viene chiamata una macchina idraulica utilizzata per la pressatura (spremitura). pressa idraulica .

Le presse idrauliche vengono utilizzate dove è richiesta una forza maggiore. Ad esempio, per spremere l'olio dai semi nei frantoi, per pressare compensato, cartone, fieno. Negli stabilimenti metallurgici, le presse idrauliche vengono utilizzate per realizzare alberi di macchine in acciaio, ruote ferroviarie e molti altri prodotti. Le moderne presse idrauliche possono sviluppare forze di decine e centinaia di milioni di newton.

La struttura di una pressa idraulica è mostrata schematicamente in figura. Il corpo pressato 1 (A) è posto su una piattaforma collegata al pistone grande 2 (B). Con l'aiuto di un piccolo pistone 3 (D) viene creata un'alta pressione sul liquido. Questa pressione viene trasmessa ad ogni punto del fluido che riempie i cilindri. Sul secondo pistone, più grande, agisce quindi la stessa pressione. Ma poiché l'area del 2o pistone (grande) è maggiore dell'area di quello piccolo, la forza che agisce su di esso sarà maggiore della forza che agisce sul pistone 3 (D). Sotto l'influenza di questa forza, il pistone 2 (B) si solleverà. Quando il pistone 2 (B) si solleva, il corpo (A) poggia contro la piattaforma superiore fissa e viene compresso. Il manometro 4 (M) misura la pressione del fluido. La valvola di sicurezza 5 (P) si apre automaticamente quando la pressione del fluido supera il valore consentito.

Dal cilindro piccolo a quello grande il liquido viene pompato mediante movimenti ripetuti del pistoncino 3 (D). Questo viene fatto come segue. Quando il pistoncino (D) si solleva, la valvola 6 (K) si apre e il liquido viene aspirato nello spazio sotto il pistone. Quando il pistone piccolo viene abbassato sotto l'influenza della pressione del liquido, la valvola 6 (K) si chiude e la valvola 7 (K") si apre e il liquido scorre nel recipiente grande.

L'effetto dell'acqua e del gas su un corpo immerso in essi.

Sott'acqua possiamo sollevare facilmente una pietra che difficilmente si solleva in aria. Se metti un tappo sott'acqua e lo rilasci dalle mani, galleggerà in superficie. Come si possono spiegare questi fenomeni?

Sappiamo (§ 38) che il liquido preme sul fondo e sulle pareti del vaso. E se nel liquido si mette qualche corpo solido, anch'esso sarà soggetto a pressione, proprio come le pareti del vaso.

Consideriamo le forze che agiscono dal liquido su un corpo in esso immerso. Per facilitare il ragionamento scegliamo un corpo che abbia la forma di un parallelepipedo con basi parallele alla superficie del liquido (Fig.). Le forze che agiscono sulle facce laterali del corpo sono uguali a coppie e si bilanciano a vicenda. Sotto l'influenza di queste forze, il corpo si contrae. Ma le forze che agiscono sui bordi superiore e inferiore del corpo non sono le stesse. Il bordo superiore viene premuto con forza dall'alto F 1 colonna di liquido alto H 1 . A livello del bordo inferiore, la pressione produce una colonna di liquido alta H 2. Questa pressione, come sappiamo (§ 37), si trasmette all'interno del liquido in tutte le direzioni. Di conseguenza, sulla faccia inferiore del corpo dal basso verso l'alto con forza F 2 preme una colonna di liquido alta H 2. Ma H altri 2 H 1, quindi, il modulo di forza F Altri 2 moduli di potenza F 1 . Pertanto, il corpo viene spinto fuori dal liquido con forza F Vt, pari alla differenza di forze F 2 - F 1, cioè