Ciśnienie: w jaki sposób ciśnienie w cieczy zależy od głębokości? (wyjaśniono za pomocą diagramu)

Być może słyszałeś w rozmowie słowo "presja". Czym dokładnie jest presja? Jak to się wiąże z siłą? Poniższe czynności pomogą ci to zrozumieć.

Spróbuj wyciąć jabłko tępym ostrzem noża. Użyj całej siły, jaką możesz. To jest łatwe? Teraz pociąć go ostrą krawędzią. Zwróć uwagę, o ile łatwiejsze, lub o tym, że musisz użyć znacznie mniej siły. Znajdź tępy wspólny trzpień i spróbuj przekłuć nim plik kartek (6 lub 7 arkuszy). Następnie użyj szpilki z ostrym punktem, aby zrobić to samo. Które jest łatwiejsze?

Naciśnij tępy koniec ołówka na dłoni. Teraz użyj tej samej siły, aby nacisnąć ostry punkt na dłoni. Co bardziej boli?

Dlaczego łatwiej przebijać plik papierów ostrym pinem niż za pomocą tępego pinezki? Końcówka ostrej szpilki ma znacznie mniejszą powierzchnię niż tępy pin. Załóżmy, że obszar ostrej końcówki to a, a tępa końcówka to 10a. Siła (F), którą przykładasz, koncentruje się na małym obszarze ostrej końcówki, podczas gdy zostaje podzielona na większy obszar tępej końcówki. Siła na jednostkę powierzchni działająca na papier pod ostrym końcem to F / a, podczas gdy pod tępym końcem jest F / (10a). Ponieważ F / a jest dziesięć razy większa niż F / (10a), ostry pin łatwiej przechodzi przez plik papierów.

Ilość F / a, czyli siła na jednostkę powierzchni, nazywa się ciśnieniem.

Ciśnienie = siła / powierzchnia

Jednostką ciśnienia SI jest Newton na metr kwadratowy (N / m ² ):

Tak więc, jeśli siła 10 N działa na powierzchni 1 m2, ciśnienie wyniesie 10 N / m2.

Codzienne przykłady :

Teraz już wiesz, dlaczego ostrza narzędzi, takie jak ostrza, siekiery i noże są ostre i dlaczego szpilki i igły mają ostre krawędzie. Jednakże, tak jak pożądane jest zwiększenie ciśnienia w niektórych sytuacjach, konieczne jest zmniejszenie go w innych. Wyobraź sobie, co by się stało, gdyby ktoś w szpilkach próbował chodzić po piasku lub śniegu. Masa całego ciała działającego na niewielki obszar spowodowałaby wysokie ciśnienie, przez co stopa zapadnie się w piasek lub śnieg.

Dlatego narty są długie i płaskie - poprzez zwiększenie powierzchni, nad którą działa ciężar ciała, zmniejszają ciśnienie, pomagając narciarzowi ślizgać się po śniegu. Podobnie fakt, że wielbłądy mają duże stopy, pomaga im chodzić po piasku. Czy potrafisz odgadnąć, dlaczego boli Cię chód po kamieniach lub żwirze i dlaczego tragarze umieszczają na głowach zwitek tkaniny?

Ciśnienie wywierane przez ciecze:

Czytałeś, że ciężar ciała jest siłą, z jaką przyciąga go ziemia. Ciecz również ma masę i jest przyciągana siłą grawitacji. Ta waga lub siła działa w dół na podstawę pojemnika, który utrzymuje ciecz. Zatem nacisk wywierany na podstawę pojemnika jest masą cieczy podzieloną przez powierzchnię podstawy. Poniższa czynność da lepsze wyobrażenie o ciśnieniu wywieranym przez ciecz.

Przebij cztery otwory z boku plastikowej butelki (lub słoika). Przyklej pasek taśmą samoprzylepną do otworów i napełnij butelkę (lub słoik) wodą. Umieść butelkę na krawędzi stołu, a na podłodze pod nim znajduje się naczynie. Zdejmij taśmę i obserwuj cztery strumienie wody wychodzące z butelki (lub słoika). Strumień z najniższego otworu będzie najdalszy. Jeśli wykonasz cztery otwory na tej samej wysokości, cztery strumienie będą poruszać się w tej samej odległości od pojemnika.

Strumień wody z najniższego otworu przemieszcza się najdalej, ponieważ ciśnienie wywierane przez słup wody jest najwyższe w tym punkcie. Z odległości przebytej przez cztery strumienie, powinieneś być w stanie odgadnąć, że ciśnienie wywierane przez wodę zwiększa się wraz ze wzrostem głębokości.

Gdybyś mógł sobie wyobrazić, że butelka ma fałszywe podstawy na czterech poziomach, A, B, C i D (podstawa A jest najwyższa), zdasz sobie sprawę, że waga wody działającej na podstawę A ​​jest znacznie mniejsza niż ta działająca na bazie B, i tak dalej. Gdy wykonasz cztery dziury na tym samym poziomie butelki, dysze będą poruszać się w tej samej odległości, ponieważ ciecz wywiera takie samo ciśnienie we wszystkich kierunkach na określonej głębokości.

Dwie rzeczy, które należy pamiętać o ciśnieniu wywieranym przez ciecz, są następujące:

1. Ciśnienie wywierane przez ciecz zwiększa się wraz z głębokością.

2. Ciecz wywiera takie samo ciśnienie we wszystkich kierunkach na danej głębokości.

Pomiar ciśnienia cieczy:

Manometr to przyrząd służący do pomiaru różnic ciśnień. Możesz zrobić prosty manometr i użyć go, aby zobaczyć, jak zmienia się ciśnienie cieczy. Napraw U-rurkę (będziesz musiał ją kupić lub wypożyczyć w laboratorium), jak pokazano na Rysunku 8.13 (a) i napełnij jej połowę wodą. Zobaczysz, że poziom wody jest taki sam w obu ramionach U-rurki. To jest twój manometr. Wsuń jeden koniec gumowej rurki o długości 1 m na jeden koniec rury U i przymocuj lejek do drugiego końca gumowej rurki.

Rozciągnij cienki balon nad wylotem lejka i przymocuj go nicią lub gumką. Jeśli naciśniesz rozciągnięty balon palcem, poziom wody w ramieniu A rury U spadnie, a poziom w ramieniu B wzrośnie, jak pokazano na rysunku 8.13 (b). Różnica wysokości wody w dwóch ramionach jest miarą nacisku, jaki nakładasz palcem.

Następnie powoli opuść lejek do wiadra z wodą, jak pokazano na rysunku 8.13 (c). Różnica między wysokościami wody w dwóch ramionach manometru zwiększy się, gdy lejek znajdzie się głębiej w wiadrze z wodą. Pokazuje to, że ciśnienie wzrasta wraz z głębokością cieczy.

Jeśli zginiesz gumową rurkę tak, że lejka będzie pionowa, jak pokazano na rysunku 8.13 (d), i obróć ją na tym samym poziomie wody, ciśnienie wskazane przez manometr pozostanie stałe. Pokazuje to, że na danej głębokości ciśnienie w cieczy jest takie samo we wszystkich kierunkach.

Ciśnienie atmosferyczne:

Wiesz, że jesteśmy otoczeni kocem powietrza. To powietrze ma masę i jest przyciągane siłą grawitacji. Czy to powietrze nie wywiera presji? Tak, tak, jak pokazuje to poniższe działanie. Wypełnij połowę pustej puszki metalicznej (można użyć puszki po napojach bezalkoholowych) z wodą.

Podgrzać, aż woda zacznie wrzeć. Usuń puszkę z płomienia i szczelnie zamknij pokrywę. (Jeśli używasz puszki do napojów bezalkoholowych, możesz użyć taśmy do zaklejenia otworu.) Umieść puszkę pod kranem i odkręć kran (zachowaj ostrożność podczas dotykania gorącej puszki). W miarę ochładzania puszki zostaje on zmiażdżony. Jeśli podgrzewanie puszki jest kłopotliwe, nalej gorącą wodę do plastikowej butelki i nakręć pokrywkę. Następnie wlać nad butelkę lodowatą wodę. Butelka zostanie zmiażdżona.

Dlaczego puszka (lub butelka) zostaje zmiażdżona? Ponieważ najpierw para z wrzącej wody wypiera powietrze z niego. Następnie, po zamknięciu pokrywy i schłodzeniu puszki (lub butelki) para skrapla się, pozostawiając pustą przestrzeń. Ciśnienie powietrza, którego normalnie nie odczuwasz, działa na wszystkie strony puszki i powoduje jej zasypanie.

Dlaczego pusty nie może normalnie się zapaść? Ponieważ jest pełna powietrza, a ciśnienie powietrza na zewnętrznej powierzchni puszki jest równoważone przez ciśnienie powietrza na jej wewnętrznej powierzchni. I dlaczego nie czujesz wagi kilkuset kilogramów powietrza spychającego na ciebie (ciężar tego powietrza jest w przybliżeniu równy ciężarowi słonia)? Dzieje się tak, ponieważ ciśnienie w twoim ciele jest równe ciśnieniu wywieranemu przez powietrze na zewnętrzną powierzchnię twojego ciała.

Rozważmy jeszcze kilka przykładów. Jak myślisz, dlaczego balon pęka, gdy wpompowuje się w niego zbyt dużo powietrza? Podczas pompowania powietrza do balonu wzrasta ciśnienie wewnątrz (działając na ścianę balonu). To powoduje, że balon zwiększa swój rozmiar lub objętość. Potem pojawia się moment, w którym materiał balonu nie może już się rozciągać. Jeśli zwiększysz ciśnienie, pompując więcej powietrza, balon pęknie.

Spróbuj wepchnąć pustą szklankę (lub kubek) do wiadra z wodą. Czy czujesz opór? Jest to ciśnienie wywierane przez powietrze uwięzione wewnątrz szkła (lub kubka). Zaskocz swoich znajomych tymi czynnościami i spróbuj je wyjaśnić. Aby uzyskać wskazówki, patrz rysunki 8.15 i 8.16.

1. Napełnij szklankę wodą i przykryj ją podstawką. Odwróć szkło. Podstawka pozostanie przyklejona do szklanki, a woda nie rozleje się.

2. Przebij otwór przy dnie pustej puszki i zakryj otwór taśmą samoprzylepną. Napełnij puszkę wodą Rozciągnij balon nad wylotem puszki. Przytrzymaj puszkę nad zlewem i zdejmij taśmę zakrywającą otwór. Gdy woda wypływa z otworu, balon zostaje wepchnięty do puszki.