Slėgis: kaip slėgis skystyje yra susijęs su gyliu? (paaiškinta diagrama)

Galbūt girdėjote pokalbio metu naudojamą žodį „slėgis“. Kas yra spaudimas? Kaip tai susiję su jėga? Tai padės suprasti šią veiklą.

Pabandykite nupjauti obuolį su nelygiu peilio kraštu. Naudokite visas galimas jėgas. Ar tai lengva? Dabar nupjaukite jį aštriu kraštu. Atkreipkite dėmesį, kiek lengviau tai yra, ar tai, kad turite naudoti daug mažiau jėgos. Raskite bukas bendrą kištuką ir pabandykite su juo pernešti popieriaus lapus (6 ar 7 lapus). Tada naudokite aštrią tašką, kad padarytumėte tą patį. Kuris yra lengviau?

Paspauskite ant jūsų delno tuščią pieštuko galą. Dabar naudokite tą pačią jėgą, norėdami paspausti aštrų tašką ant delno. Kas skauda daugiau?

Kodėl lengviau perpjauti popieriaus pynes su aštriu kaiščiu, nei su švelniu kaiščiu? Aštrių kaiščių galas turi daug mažesnį plotą nei bukas. Tarkime, kad aštraus galo plotas yra lygus ir bukas galas yra 10a. Taikoma jėga (F) yra sutelkta į mažą aštraus galo plotą, tuo tarpu ji padalijama į didesnį bukas viršūnės plotą. Jėga, tenkanti vieneto ploto vienetui, veikianti ant popieriaus po aštriu galu, yra F / a, o po nelygiu galu - F / (10a). Kadangi F / a yra dešimt kartų didesnė už F / (10a), aštrus kaištis lengviau pereina per popieriaus juostelę.

Kiekis F / a arba jėgos vieneto plotas vadinamas slėgiu.

Slėgis = jėga / plotas

SI slėgio vienetas yra Niutonas vienam kvadratiniam metrui (N / m ² ):

Taigi, jei 10 N jėga veikia 1 m ² plote, slėgis būtų 10 N / m ² .

Kasdieniniai pavyzdžiai :

Taigi, dabar jūs žinote, kodėl padargų, pvz., Ašmenų, ašių ir peilių, pjovimo briaunos yra aštrios ir kodėl kaiščiai ir adatos turi aštrius taškus. Tačiau, kaip pageidautina kai kuriose situacijose padidinti spaudimą, būtina jį sumažinti kitose. Įsivaizduokite, kas atsitiktų, jei kažkas dėvėtų stilettos, bandė vaikščioti ant smėlio ar sniego. Viso kūno, veikiančio nedideliame plote, svoris sukeltų aukštą slėgį, todėl pėdos nuskendo į smėlį ar sniegą.

Štai kodėl slidės yra ilgos ir plokščios - padidinant plotą, kuriame kūno svoris sumažina slėgį, padėdamas slidininkui slinkti per sniegą. Panašiai tai, kad kupranugariai turi dideles kojas, padeda jiems vaikščioti per smėlį. Ar galite atspėti, kodėl skauda vaikščioti per akmenis ar žvyrą ir kodėl nešėjai padėkite audiniu ant galvos?

Skysčių sukeliamas slėgis:

Jūs perskaitėte, kad kūno svoris yra jėga, su kuria žemė jį pritraukia. Skystis taip pat turi masę ir jį traukia sunkio jėga. Šis svoris arba jėga veikia ant konteinerio, kuriame laikomas skystis, pagrindo. Taigi slėgis konteinerio pagrindui yra skysčio svoris, padalytas iš pagrindo ploto. Toliau pateikta veikla padės geriau suprasti skysčio poveikį.

Pakelkite keturias skyles plastikinio butelio (arba indelio) šone. Ant skylių priklijuokite lipnios juostos juostelę ir užpildykite buteliuką (arba indelį) vandeniu. Buteliuką uždėkite ant stalo krašto, po to, kai jis yra ant grindų. Nuplėškite juostą ir stebėkite keturis vandens išpylimus iš butelio (arba indelio). Iš žemiausios skylės esantis srautas judės toliausiai. Jei keturias skyles padarysite viename aukštyje, keturi purkštukai keliaus tokiu pačiu atstumu nuo konteinerio.

Vandens srautas iš žemiausios skylės keliauja toliausiai, nes vandens kolonos spaudimas šiuo metu yra didžiausias. Nuo keturių purkštukų nuvažiuoto atstumo turėtumėte sugebėti atspėti, kad vandens spaudimas didėja didėjant gyliui.

Jei galėtumėte įsivaizduoti, kad butelis turi melagingą bazę keturiuose lygiuose: A, B, C ir D (A bazė yra didžiausia), jūs suprasite, kad vandens, veikiančio bazę A, svoris yra daug mažesnis už veikiantį bazę B ir pan. Kai jūs gaminate keturias skyles tame pačiame buteliuko lygyje, purkštukai važiuoja tuo pačiu atstumu, nes skystis visais kryptimis daro tam tikrą slėgį tam tikru gyliu.

Du dalykai, kuriuos reikia prisiminti dėl skysčio poveikio, yra šie:

1. Skysčio spaudimas didėja giliai.

2. Skystis išleidžia tą patį slėgį visomis kryptimis tam tikru gyliu.

Skysčio slėgio matavimas:

Manometras yra slėgio skirtumų matavimo priemonė. Jūs galite padaryti paprastą manometrą ir jį naudoti norėdami pamatyti, kaip skysčio slėgis keičiasi giliai. Uždėkite U-vamzdį (kurį reikės nusipirkti arba pasiskolinti iš savo laboratorijos) ant lentos, kaip parodyta 8.13 (a) paveiksle, ir pusę jos užpildykite vandeniu. Jūs pamatysite, kad vandens lygis yra vienodas abiejose U vamzdelio rankose. Tai jūsų manometras. Vieną 1 m gumos vamzdžio galą uždėkite ant vieno U vamzdžio galo ir į kitą guminio vamzdžio galą prijunkite piltuvą.

Plonas balionas stumiamas ant piltuvo žiočių ir pritvirtinamas sriegiu arba gumine juosta. Jei paspaudžiate ištemptą balioną pirštu, sumažės vandens lygis U vamzdelio rankoje A, o B rankos lygis pakils, kaip parodyta 8.13 (b) paveiksle. Vandens aukščio skirtumas dviejose rankose yra slėgio, kurį naudojate pirštu, matas.

Toliau lėtai nuleiskite piltuvą į vandens kibirą, kaip parodyta 8.13 (c) paveiksle. Skirtumas tarp vandens aukščio dviejose manometro rankose padidės, kai piltuvas giliau įeis į vandens kibirą. Tai rodo, kad slėgis didėja skysčio gylyje.

Jei sulenkite guminį vamzdelį taip, kad piltuvo paviršius būtų vertikalus, kaip parodyta 8.13 (d) paveiksle, ir pasukite tą patį vandens lygį, manometro nurodytas slėgis išliks pastovus. Tai rodo, kad tam tikru gyliu slėgis skystyje yra vienodas visomis kryptimis.

Atmosferos slėgis:

Jūs žinote, kad mus supa oro sluoksnis. Šis oras turi masę ir jį traukia sunkio jėga. Taigi, ar šis oras neturi spaudimo? Taip, taip, nes jums bus parodyta ši veikla. Užpildykite pusę tuščios metalo skardinės (galite naudoti gaivų gėrimą) su vandeniu.

Šildykite, kol virs vanduo. Nuimkite skardą nuo liepsnos ir glaudžiai uždarykite dangtelį. (Jei naudojate gaiviųjų gėrimų skardą, galite uždėti antspaudą juostele.) Uždėkite skardinę po čiaupu ir įjunkite čiaupą (būkite atsargūs, kai dirbate su karšta skardine). Kaip gali atvėsti, jis suspaustas. Jei šildymas gali būti varginantis, į plastikinį butelį supilkite karštą vandenį ir užsukite dangtelį. Tada per butelį supilkite šaltą vandenį. Butelis bus sutraiškytas.

Kodėl gali susmulkinti skardinę (arba butelį)? Nes pirma, garas iš verdančio vandens varo orą iš jo. Tada, uždarius dangtelį ir atvėsindami skardinę (arba butelį), garas kondensuojasi, paliekant tuščią vietą. Oro slėgis, kurį paprastai nejaučiate, veikia visose skardinės pusėse ir daro jį urvas.

Kodėl tuščiasis negali įprasti įprasto? Kadangi jis yra pilnas oro ir oro slėgis ant išorinio skardos paviršiaus yra suderintas su oro slėgiu jos vidiniame paviršiuje. O kodėl nejaučiate kelių šimtų kilogramų oro, kuris stumdytų jus žemyn (šio oro svoris yra maždaug lygus dramblio svoriui)? Taip yra todėl, kad slėgis jūsų kūno viduje yra lygus oro spaudimui ant kūno išorinio paviršiaus.

Apsvarstykime keletą pavyzdžių. Kodėl manote, kad balionas išsilieja, kai į jį pumpuojamas per daug oro? Siurbdami orą į balioną, padidėja slėgis (veikiantis baliono sienelėje). Tai padidina baliono dydį ar tūrį. Tada atsiranda taškas, kai baliono medžiaga nebegali ištiesti. Jei padidinsite slėgį, siurbdami daugiau oro, balionas išsilieja.

Pabandykite stumti tuščią stiklą (ar puodelį) į vandens kibirą. Ar jaučiatės pasipriešinimas? Tai yra slėgis, kurį daro oro stiklas (arba puodelis). Nustebinkite savo draugus su šia veikla ir pabandykite juos paaiškinti. Žr. 8.15 ir 8.16 pav.

1. Užpildykite stiklinę vandeniu ir uždenkite jį kalneliu. Apverskite stiklą. Kalnelius liks įstrigęs prie stiklo ir vanduo neišsipils.

2. Pritvirtinkite skylę prie tuščio indo dugno ir uždenkite skylę lipnia juosta. Užpildykite skardinę vandeniu. Stumkite balioną virš skardos burnos. Laikykite skardinę virš kriauklės ir nuimkite skylę, apimančią skylę. Kai vanduo išeina iš skylės, balionas patenka į skardinę.