الضغط في السائل والغاز. الخصائص الفيزيائية للسوائل والغازات
المحاضرة 6. عناصر ميكانيكا الموائع.
الفصل 6 ، 28-31
خطة المحاضرة
الضغط في السائل والغاز.
معادلة الاستمرارية. معادلة برنولي.
اللزوجة (الاحتكاك الداخلي). النظم الصفائحية والمضطربة لتدفق السوائل.
الضغط في السائل والغاز.
جزيئات الغاز ، التي تتحرك بشكل عشوائي ، مترابطة تقريبًا أو غير مترابطة على الإطلاق بواسطة قوى التفاعل ، وبالتالي فهي تتحرك بحرية ، ونتيجة للتصادمات ، تميل في جميع الاتجاهات ، وتملأ الحجم الكامل المقدم لها ، أي. يتم تحديد حجم الغاز من خلال حجم الوعاء الذي يشغله الغاز.
مثل الغاز ، يأخذ السائل شكل الوعاء الذي يوجد فيه ، لكن متوسط المسافة بين الجزيئات يظل ثابتًا تقريبًا ، لذلك يظل حجم السائل دون تغيير تقريبًا.
على الرغم من اختلاف خصائص السوائل والغازات من نواحٍ عديدة ، إلا أنه في عدد من الظواهر الميكانيكية ، يتم وصف سلوكها بنفس المعلمات والمعادلات المتطابقة. لذلك ، فإن الميكانيكا المائية - وهي فرع من فروع الميكانيكا التي تدرس حركة السوائل والغازات وتفاعلها مع المواد الصلبة التي تتدفق حولها - تستخدم نهجًا موحدًا لدراسة السوائل والغازات.
المهام الرئيسية للميكانيكا المائية الحديثة:
معرفة الشكل الأمثل للأجسام المتحركة في السوائل أو الغازات ؛
التنميط الأمثل لقنوات التدفق لمختلف آلات الغاز والسائل ؛
اختيار المعلمات المثلى للسوائل والغازات نفسها ؛
دراسة الحركة الهواء الجويوالبحر والتيارات المحيطية.
مساهمة العلماء المحليين:
إذا تم وضع صفيحة رفيعة في سائل أثناء الراحة ، فإن أجزاء السائل الموجودة على جانبيها المتقابلة تعمل على الصفيحة بقوة 
، متساوية في المعامل وموجهة إلى الموقع سبغض النظر عن توجهها ، لأن إن وجود قوى عرضية من شأنه أن يحرك جزيئات السائل. 
ضغط السائل- هذه كمية فيزيائية تساوي نسبة القوة العمودية المؤثرة من جانب السائل في منطقة معينة إلى هذه المنطقة.
1 باسكال يساوي الضغط الناتج عن قوة مقدارها 1 نيوتن ، موزعة بشكل موحد على سطح مساحته 1 م 2.
يطيع الضغط عند توازن السوائل قانون باسكال: الضغط الذي تمارسه قوى خارجية على سائل (أو غاز) ينتقل في جميع الاتجاهات دون تغيير.
الضغط الهيدروليكي
- الضغط الهيدروليكي
وفقًا للصيغة التي تم الحصول عليها ، فإن قوة الضغط على الطبقات السفلية من السائل ستكون أكبر منها على الطبقات العلوية ، وبالتالي ، فإن قوة الطفو ، التي يحددها قانون أرخميدس ، تعمل على جسم مغمور في سائل.
قانون أرخميدس: جسم مغمور في سائل (أو غاز) يتم التأثير عليه بواسطة قوة طفو موجهة رأسياً إلى أعلى وتساوي وزن السائل الذي أزاحه الجسم.
قوة الرفعيسمى الفرق بين قوة الطفو وقوة الجاذبية.
.
معادلة الاستمرارية. معادلة برنولي.
معادلة الاستمرارية.
سائل مثالي- هو سائل مجرّد ليس له لزوجة ولا موصلية حرارية ولا قدرة على الكهربة والمغنطة.
مثل هذا التقريب مقبول لسائل منخفض اللزوجة. يسمى تدفق السوائل ثابتًا إذا ظل متجه السرعة عند كل نقطة في الفضاء ثابتًا.
بيانياً ، يتم تصوير حركة السوائل باستخدام خطوط الانسيابية.
إل 
خطوط تدفق السائل- هذه خطوط يتم توجيه متجه سرعة جسيمات السائل عند كل نقطة منها عرضيًا (الشكل 4).
يتم رسم خطوط الانسياب بطريقة تجعل عدد الخطوط المرسومة عبر منطقة وحدة معينة ، للتدفق ، مساويًا أو يتناسب عدديًا مع سرعة السائل في هذا المكان.
يسمى جزء السائل الذي يحده الانسياب الأنبوب الحالي.
لأن يتم توجيه سرعة الجزيئات السائلة بشكل عرضي إلى جدران أنبوب التدفق ، ولا تترك الجزيئات السائلة أنبوب التدفق ، أي أنبوب - كهيكل صلب. يمكن أن تضيق أنابيب التدفق أو تتوسع اعتمادًا على سرعة السائل ، على الرغم من أن كتلة السائل الذي يتدفق عبر قسم معين ، تدفقه ، سيكون ثابتًا خلال فترة زمنية معينة.
تي 
.ل. السائل غير قابل للضغط ، س 1
و س 2
سوف يمر ل
رنفس كتلة السائل (الشكل 5).
معادلة الاستمرارية النفاثة أو نظرية أويلر.
يكون ناتج سرعة تدفق سائل غير قابل للضغط ومساحة المقطع العرضي لأنبوب التيار نفسه ثابتًا.
تي 
تستخدم نظرية الاستمرارية على نطاق واسع في الحسابات المتعلقة بتزويد الوقود السائل للمحركات من خلال أنابيب ذات مقطع عرضي متغير. اعتماد معدل التدفق على مقطع القناة الذي يتم من خلاله استخدام السائل أو الغاز في تصميم فوهة محرك الصاروخ. عند نقطة تضييق الفوهة (الشكل 6) ، تزداد سرعة نواتج الاحتراق المتدفقة من الصاروخ بشكل حاد ، وينخفض الضغط ، مما ينتج عنه قوة دفع إضافية.
معادلة برنولي.
ص 
دع السائل يتحرك في مجال الجاذبية بطريقة تجعل حجم واتجاه سرعة السائل ثابتًا عند نقطة معينة في الفضاء. يسمى هذا التدفق بالثبات. في السائل المتدفق الثابت ، بالإضافة إلى الجاذبية ، تعمل قوى الضغط أيضًا. دعونا نفرد في تدفق ثابت جزءًا من أنبوب التدفق المحاط بالمقاطع العرضية س 1
و س 2
(الشكل 7)
خلال الوقت t ، سينتقل هذا الحجم على طول الأنبوب الحالي والمقطع العرضي س 1
سينتقل إلى الموضع 1 "، باتباع المسار 
، أ س 2
- إلى الموضع 2 "، بعد اجتياز المسار 
. نظرًا لاستمرارية الطائرة ، فإن الأحجام المخصصة (وكتلها) هي نفسها:
, 
.
تتكون طاقة كل جسيم سائل من طاقاته الحركية والجهدية في مجال قوى الجاذبية الأرضية. بسبب ثبات التدفق ، يمر الجسيم رفي أي من نقاط الجزء غير المظلل من الحجم المدروس ، له نفس السرعة ، وبالتالي دبليو ل، التي كان لها جسيم يقع في نفس النقطة في اللحظة الأولى من الزمن. لذلك ، يمكن حساب التغيير في طاقة الحجم المدروس بأكمله على أنه الفرق بين طاقات الأحجام المظللة الخامس 1 و الخامس 2 .
خذ المقطع العرضي للأنبوب الحالي والقطاعات 
صغيرة جدًا بحيث يمكن تخصيص نفس قيمة السرعة والضغط والارتفاع لجميع نقاط كل من الأحجام المظللة. ثم اكتساب الطاقة هو:
في السائل المثالي ، لا يوجد احتكاك ، لذلك دبليويجب أن تكون مساوية للشغل المنجز على الحجم المخصص بواسطة قوى الضغط:
("-" لأنه موجه في الاتجاه المعاكس للحركة 
)
, 
,
,
دعونا نقصرها الخامسوإعادة ترتيب الأعضاء:
,
أقسام س 1 و س 2 تم اختياره بشكل تعسفي ، لذلك يمكن القول أنه في أي قسم من الأنبوب الحالي
(1)
التعبير (1) هو معادلة برنولي. في سائل مثالي ثابت يتدفق على طول أي خط انسيابي ، يتم استيفاء الشرط (1).
لتبسيط أفقي 
,
تحمل معادلة برنولي جيدًا بما يكفي للسوائل الحقيقية ، حيث لا يكون الاحتكاك الداخلي مرتفعًا جدًا.
يعتبر انخفاض الضغط عند النقاط التي تكون فيها سرعة التدفق أكبر هو الأساس لتصميم مضخة نفاثة مائية.
تؤخذ استنتاجات هذه المعادلة في الاعتبار عند حساب تصميمات المضخات لأنظمة تزويد المحركات بالوقود السائل.
اللزوجة (الاحتكاك الداخلي). الأنظمة الصفحية والمضطربة لتدفق السوائل.
قوة الاحتكاك الداخلي.
اللزوجةتسمى السوائل والغازات بخصائصها لمقاومة حركة بعض الطبقات بالنسبة لطبقات أخرى.
تعود اللزوجة إلى حدوث قوى الاحتكاك الداخلي بين طبقات السوائل المتحركة والغازات ذات الأصل الكهرومغناطيسي.
في 
أسس نيوتن معادلة الديناميكا المائية للسائل اللزج في عام 1687.
- معامل قوة الاحتكاك الداخلي
سرعة الانحدار 
يوضح مدى سرعة تغير السرعة أثناء الانتقال من طبقة إلى أخرى في الاتجاه z ، عموديًا على اتجاه حركة الطبقات.
- اللزوجة أو اللزوجة الديناميكية.
المعنى المادي -
قيمة يعتمد على التركيب الجزيئي للمادة ودرجة الحرارة:
للغازات مع ارتفاع درجة الحرارة يزيد ، لأن تزداد سرعة حركة الجزيئات ويزداد تفاعلها. نتيجة لذلك ، يزداد تبادل الجزيئات بين الطبقات المتحركة للغاز ، والتي تنقل الزخم من طبقة إلى أخرى. لذلك تتسارع الطبقات البطيئة وتتباطأ الطبقات السريعة ، -يزيد.
في السوائل ، مع زيادة درجة الحرارة ، يضعف التفاعل بين الجزيئات وتزداد المسافة بين الجزيئات ، - النقصان.
- معامل اللزوجة الحركية
.
يتم تحديد لزوجة السوائل والغازات باستخدام مقاييس اللزوجة.
تحدد لزوجة الوقود سرعة تدفقه عبر خط الأنابيب ، وكذلك مقدار انتقال حرارة السائل أو الغاز إلى جدران خط الأنابيب ، وبالتالي من الوقود والمبردات تؤخذ في الاعتبار عند تصميم أنظمة إمداد الوقود وأنظمة تبريد المحرك.
أنظمة التدفق الصفحي والمضطربة.
اعتمادًا على سرعة التدفق ، يمكن أن يكون تدفق السائل أو الغاز رقائقيًا أو مضطربًا.
تدفق الصفحي(اللاتينية "لامينا" - شريط) - تدفق يتحرك فيه السائل أو الغاز في طبقات موازية لاتجاه التدفق ، ولا تختلط هذه الطبقات مع بعضها البعض.
التدفق الصفحي ثابت ، يحدث إما على نطاق واسع
، أو الصغيرة 
.
عنيفيُطلق على التدفق اسم التدفق الذي تتشكل فيه دوامات متعددة بأحجام مختلفة في سائل (أو غاز) ، ونتيجة لذلك يتغير الضغط والكثافة وسرعة التدفق باستمرار.
التدفق المضطرب غير مستقر ويسود في الممارسة العملية.
كما تعلم ، تؤثر قوة الجاذبية على جميع الأجسام على الأرض: الصلبة والسائلة والغازية.
ضع في اعتبارك السوائل. صب الماء في وعاء به غشاء مرن بدلاً من قاع. نشاهد الفيلم المطاطي يبدأ في الترهل. من السهل تخمين أنه تحت تأثير الجاذبية ، يضغط وزن عمود السائل على قاع الوعاء. علاوة على ذلك ، كلما ارتفع مستوى السائل المصبوب ، زاد شد الغشاء المطاطي. بعد تجويف قاع المطاط ، يتوقف الماء (يصبح في حالة توازن) ، لأنه بالإضافة إلى الجاذبية ، تعمل القوة المرنة للغشاء المطاطي على الماء ، والتي توازن قوة ضغط الماء على القاع.
ضع في اعتبارك ما إذا كان السائل يضغط على جدران الوعاء؟ خذ إناءً به ثقوب في الجدار الجانبي. دعونا نصب الماء فيه. وسرعان ما افتح الثقوب. نلاحظ صورة مشابهة جدًا لتجربة كرة باسكال. لكن في نفس الوقت لم نمارس أي ضغط خارجي على السائل. لشرح هذه التجربة ، من الضروري أن نتذكر قانون باسكال.
كل طبقة من السائل ، كل جزيء ، بوزنه ، يضغط على الطبقات السفلية. علاوة على ذلك ، وفقًا لقانون باسكال ، ينتقل هذا الضغط في جميع الاتجاهات وبشكل متساوٍ ، على عكس المواد الصلبة ، التي يعمل وزنها في اتجاه واحد فقط. هكذا يعمل السائل في الطبقات السفلية في الوعاء كمية كبيرةالجزيئات السائلة من الجزيئات العلوية - يكون الضغط في الجزء السفلي من الوعاء أكبر. ونتيجة لذلك ، يكون ضغط الماء من الحفرة السفلية أكبر بكثير.
لنقم بتجربة أخرى. دعونا نضع القارورة ذات القاع المتساقط في وعاء كبير به ماء. للقيام بذلك ، اضغط أولاً بقوة على الجزء السفلي بحبل. عندما يكون الوعاء في الماء ، يمكنك تحرير الحبل. ما الذي ضغط بشدة أسفل الوعاء الأسطواني؟ تم ضغط قاع الإناء على جدران ضغط الماء ، والذي يعمل من الأسفل إلى الأعلى.
الآن ببطء وبدقة ابدأ في إضافة الماء إلى الوعاء الفارغ. بمجرد أن تصبح مستويات السوائل في كلا الوعاءين هي نفسها ، سوف يسقط القاع من الوعاء.
نظرًا لأن قوى ضغط الماء داخل الأسطوانة وخارجها أصبحت متماثلة ، فإن القاع سيتصرف بنفس الطريقة التي يتصرف بها الهواء - بمجرد أن نحرر الحبل ، سوف يسقط القاع بسبب الجاذبية.
في لحظة الانفصال ، يضغط عمود من السائل في الوعاء لأسفل على القاع ، وينتقل الضغط من أسفل إلى أعلى إلى أسفل عمود سائل من نفس الارتفاع ، ولكنه يقع في الجرة.
يمكن أيضًا إجراء كل هذه التجارب مع سوائل أخرى. وستكون النتيجة نفسها.
تجريبيًا ، لقد أثبتنا وجود ضغط داخل السائل. على نفس المستوى ، هو نفسه في جميع الاتجاهات. يزداد الضغط مع العمق. تحتوي الغازات أيضًا على وزن ، والذي يمثل خصائص نقل الضغط المماثلة لكل من السوائل والغازات. ومع ذلك ، فإن كثافة الغاز أقل بكثير من كثافة السائل. دعونا نتحدث عن ظاهرة أخرى مذهلة والتي تبدو مستحيلة ، والتي تسمى "التناقض الهيدروستاتيكي". دعنا نستخدم جهازًا خاصًا لإظهار هذه الظاهرة.
نستخدم ثلاث أوعية في التجربة أشكال مختلفةمملوءة بسائل يصل إلى مستوى واحد. منطقة قاع جميع الأوعية هي نفسها ومغلقة بغشاء مطاطي. السائل المصبوب يمتد الغشاء. عند الانحناء ، يضغط الفيلم المطاطي على الرافعة وينحرف سهم الجهاز.
ينحرف سهم الجهاز في جميع الحالات الثلاث بالتساوي. هذا يعني أن الضغط الناتج عن السائل هو نفسه ولا يعتمد على وزن السائل المصبوب. هذه الحقيقة تسمى التناقض الهيدروستاتيكي. يتم تفسير ذلك من خلال حقيقة أن السائل ، على عكس المواد الصلبة ، سينقل أيضًا جزءًا من الضغط إلى جدران الأوعية.
الضغط في السائل والغاز.
يضغط الغاز على جدران الوعاء المحاط به. إذا كان قليلا بالون منتفخيوضع تحت جرس زجاجي ويضخ الهواء من تحته ، سوف ينتفخ البالون. ماذا حدث؟ في الخارج ، لا يوجد ضغط هواء تقريبًا ، فقد تسبب ضغط الهواء في البالون في تمدده. خاتمة : يمارس الغاز ضغطًا.
دعونا نثبت وجود ضغط داخل السائل.
صب الماء في أنبوب اختبار ، قاعه مغطى بغشاء مطاطي. الفيلم عازمة. لماذا؟ ينحني تحت وزن عمود السائل. لذلك فإن هذه التجربة تؤكد وجود ضغط داخل السائل. توقف الفيلم عن الانحناء. لماذا؟ لأن القوة المرنة للفيلم المطاطي متوازنة بقوة الجاذبية المؤثرة على الماء. إذا قمنا بزيادة عمود السائل ماذا سيحدث؟ كلما ارتفع عمود السائل ، زاد ترهل الفيلم.
خاتمة : يوجد ضغط داخل السائل.
كيف يتم تفسير ضغط الغاز على أساس نظرية الحركة الجزيئية؟
ينتج ضغط الغاز والسائل على جدران الأوعية عن تأثير الغازات أو الجزيئات السائلة.
ما الذي يحدد الضغط في السائل والغاز؟
يعتمد على الضغط من نوع السائل أو الغاز ؛ من حرارتها . عند تسخينها ، تتحرك الجزيئات بشكل أسرع وتضرب جدار الوعاء الدموي بقوة أكبر.
ما الذي يحدد الضغط بداخلها أيضًا؟
لماذا لا يمكن للباحثين عن المحيطات وأعماق البحار أن يغرقوا في القاع بدون أجهزة خاصة: مغاطس الأعماق ، وأحواض الأعماق؟
عرض كأس من الماء. تؤثر قوة الجاذبية على السائل. تخلق كل طبقة بوزنها ضغطًا على الطبقات الأخرى.
للإجابة على السؤال: ما الذي يعتمد عليه الضغط في السائل أو الغاز ، سنحدده تجريبياً.
(يو ينقسم الطلاب إلى 4 مجموعات ، ويتم التحقق من الإجابات التالية تجريبيًا على الأسئلة):
1. هل ضغط السائل عند نفس المستوى من الأسفل إلى الأعلى ومن أعلى إلى أسفل هو نفسه؟
2. هل هناك ضغط الجدار الجانبيإناء؟
3. هل يعتمد ضغط السائل على كثافته؟
4. هل يعتمد ضغط السائل على ارتفاع عمود السائل؟
المجموعة الأولى المهمة
هل ضغط السائل عند نفس المستوى من الأسفل إلى الأعلى ومن أعلى إلى أسفل هو نفسه؟
صب الماء الملون في أنبوب الاختبار. لماذا الفيلم عازمة؟
اغمس أنبوب الاختبار في وعاء به ماء.
شاهد سلوك الفيلم المطاطي.
متى تم تقويم الفيلم؟
استنتج: هل يوجد ضغط داخل السائل ، هل ضغط السائل متماثل عند نفس المستوى من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى؟ اكتبه.
المجموعة الثانية المهمة
هل يوجد ضغط على الجدار الجانبي للوعاء وهل هو نفس المستوى؟
املأ الزجاجة بالماء.
افتح الثقوب في نفس الوقت.
شاهد كيف يتدفق الماء من الثقوب.
استنتج: هل يوجد ضغط على الجدار الجانبي ، هل هو نفسه عند نفس المستوى؟
مهمة المجموعة الثالثة
هل يعتمد ضغط السائل على ارتفاع العمود (العمق)؟
املأ الزجاجة بالماء.
افتح كل الثقوب في الزجاجة في نفس الوقت.
اتبع قطرات المياه المتدفقة.
لماذا يتسرب الماء؟
استنتج: هل الضغط في السائل يعتمد على العمق؟
المجموعة الرابعة المهمة
هل الضغط يعتمد على كثافة السائل؟
صب الماء في أنبوب اختبار وزيت عباد الشمس في الآخر بكميات متساوية.
هل تنثني الأفلام بنفس الطريقة؟
استنتج: لماذا تتدلى الأفلام؟ هل يعتمد ضغط السائل على كثافته؟
صب الماء والزيت في أكواب.
كثافة ماء نظيف- 1000 كجم / م 3. زيت عباد الشمس- 930 كجم / م 3.
الاستنتاجات.
1
. يوجد ضغط داخل السائل.
2
. على نفس المستوى ، هو نفسه في جميع الاتجاهات.
3
. كلما زادت كثافة السائل ، زاد ضغطه.
4 . يزداد الضغط مع العمق.
5 . يزداد الضغط مع زيادة درجة الحرارة.
سنؤكد استنتاجاتك بالعديد من التجارب.
تجربة 1.
تجربة 2.إذا كان السائل في حالة راحة وفي حالة توازن ، فهل سيكون الضغط كما هو في جميع النقاط داخل السائل؟ داخل السائل ، لا ينبغي أن يكون الضغط هو نفسه عند مستويات مختلفة. في الأعلى - الأصغر ، في الوسط - المتوسط ، في الأسفل - الأكبر.
يعتمد ضغط السائل فقط على كثافة عمود السائل وارتفاعه.
يتم حساب الضغط في السائل بالصيغة التالية:
ص = gph ,
أينز = 9.8 نيوتن / كجم (م / ث 2)- التسريع السقوط الحر; ρ- كثافة السائلح- ارتفاع عمود السائل (عمق الغمر).
لذا، لإيجاد الضغط ، يجب أن تضرب كثافة السائل في عجلة الجاذبية وارتفاع عمود السائل.
في الغازات ، تكون الكثافة أقل بعدة مرات من كثافة السوائل. لذلك ، فإن وزن الغازات في الوعاء صغير ويمكن تجاهل ضغط وزنه. لكن اذا نحن نتكلمحول الكتل الكبيرة وأحجام الغازات ، على سبيل المثال ، في الغلاف الجوي ، يصبح اعتماد الضغط على الارتفاع ملحوظًا.
قانون باسكال.
بتطبيق بعض القوة ، سنجبر المكبس على الدخول إلى الوعاء قليلاً ونضغط الغاز الموجود أسفله مباشرة. ماذا سيحدث لجزيئات الغاز؟
تستقر الجزيئات تحت المكبس بإحكام أكثر من ذي قبل .
ماذا تعتقد سوف يحدث بعد ذلك؟بسبب تنقل جزيئات الغاز سوف تتحرك في جميع الاتجاهات. نتيجة لذلك ، سيصبح ترتيبهم موحدًا مرة أخرى ، ولكن أكثر كثافة من ذي قبل. لذلك ، سيزداد ضغط الغاز في كل مكان ويزداد عدد التأثيرات على جدران الوعاء. عندما يتمدد ، سوف يتقلص.
تم نقل ضغط إضافي إلى جميع جزيئات الغاز. إذا زاد ضغط الغاز بالقرب من المكبس نفسه بمقدار 1 باسكال ، فإنه في جميع النقاط داخل الغاز سيزداد بنفس المقدار.
تجربة: كرة مجوفة ذات فتحات ضيقة ، متصلة بأنبوب بمكبس. املأ الكرة بالماء وادفع المكبس في الأنبوب. ماذا تشاهد؟ فيسوف تتدفق المياه من جميع الثقوب بالتساوي.
إذا ضغطت على غاز أو سائل ، فسيتم "الشعور" بزيادة الضغط في كل نقطة من السائل أو الغاز ، أي ينتقل الضغط الناتج عن الغاز إلى أي نقطة بالتساوي في جميع الاتجاهات ، وتسمى هذه العبارة قانون باسكال.
قانون باسكال: تنقل السوائل والغازات الضغط الواقع عليها بالتساوي في جميع الاتجاهات.
اكتشف هذا القانون في القرن السابع عشر عالم الفيزياء والرياضيات الفرنسي بليز باسكال (1623-1662) ، الذي اكتشف هذه السلسلة وحقق فيها. خصائص مهمةالسوائل والغازات. أكدت التجربة وجودها الضغط الجوي، التي اكتشفها العالم الإيطالي توريتشيلي.
تأثير قانون باسكال في الحياة:
= في شكل كروي فقاعات الصابون(ينتقل ضغط الهواء داخل الفقاعة في جميع الاتجاهات دون تغيير) ؛
دش ، سقي.
عندما يضرب لاعب كرة القدم الكرة ؛
في إطار السيارة (عند النفخ ، يمكن ملاحظة زيادة الضغط في جميع أنحاء الإطار) ؛
في منطاد الهواء الساخن ...
لذلك ، فقد نظرنا في نقل الضغط بالسوائل والغازات. ينتقل الضغط الذي يمارس على سائل أو غاز إلى أي نقطة بالتساوي في جميع الاتجاهات.
لماذا يتم احتواء الغازات المضغوطة في اسطوانات خاصة؟
تمارس الغازات المضغوطة ضغطًا هائلاً على جدران الوعاء ، لذا يجب وضعها في أسطوانات فولاذية خاصة قوية.
لذلك ، على عكس المواد الصلبة ، يمكن للطبقات الفردية والجزيئات الصغيرة من السائل والغاز أن تتحرك بحرية بالنسبة لبعضها البعض في جميع الاتجاهات.
يرى قانون باسكال تطبيق واسعوفي التكنولوجيا:
= نظام التسخين: بفضل الضغط ، يسخن الماء بالتساوي ;
آلات وأدوات تعمل بالهواء المضغوط ،
ساندبلاسترز(للتنظيف و دهان الحائط),
الفرامل الهوائية ،
رافعة ، مكبس هيدروليكي ، تفتح أبواب عربات قطار الأنفاق وحافلات الترولي بهواء مضغوط.
جزيئات الغاز ، التي تصنع حركة عشوائية فوضوية ، ليست مرتبطة أو ضعيفة للغاية بقوى التفاعل ، وبالتالي فهي تتحرك بحرية ، ونتيجة للتصادم ، تميل إلى التشتت في جميع الاتجاهات ، وملء الحجم الكامل المقدم لها ، أي يتم تحديد حجم الغاز من خلال حجم الوعاء الذي يأخذه الغاز.
مثل الغاز ، يأخذ السائل شكل الوعاء الذي يحيط به. لكن في السوائل ، على عكس الغازات ، يظل متوسط المسافة بين الجزيئات ثابتًا تقريبًا ، وبالتالي فإن السائل له حجم ثابت تقريبًا.
على الرغم من اختلاف خصائص السوائل والغازات من نواحٍ عديدة ، إلا أنه في عدد من الظواهر الميكانيكية يتم تحديد سلوكها من خلال نفس المعلمات والمعادلات المتطابقة. لذلك ، الميكانيكا المائية - فرع من الميكانيكا التي تدرس التوازن وحركة السوائل والغازات ، وتفاعلها بينها وبين المواد الصلبة التي تتدفق حولها - الاستخدامات نهج موحدلدراسة السوائل والغازات.
في الميكانيكا ، وبدرجة عالية من الدقة ، تعتبر السوائل والغازات مستمرة ، وموزعة باستمرار في الجزء الذي يشغلها من الفضاء. كثافة السائل تعتمد قليلا على الضغط. تعتمد كثافة الغازات على الضغط بشكل كبير. من المعروف من التجربة أنه يمكن إهمال انضغاط السائل والغاز في العديد من المشاكل ويمكن استخدام المفهوم الموحد للسائل غير القابل للضغط - سائل كثافته هي نفسها في كل مكان ولا تتغير بمرور الوقت.
إذا تم وضع صفيحة رفيعة في سائل أثناء الراحة ، فإن أجزاء السائل تقع على طول جوانب مختلفةمنه ، سوف يعمل على كل عنصر من عناصره Δ سبالقوى Δ ، والتي ، بغض النظر عن كيفية توجيه اللوحة ، ستكون متساوية في القيمة المطلقة وموجهة بشكل عمودي على المنطقة Δ س، لأن وجود قوى عرضية من شأنه أن يحرك جزيئات السوائل.
الكمية المادية تحددها القوة العادية Fيسمى n الذي يعمل من جانب السائل لكل وحدة مساحة ضغطسائل ( ع = واون/ س).
وحدة الضغط هي باسكال (Pa): 1 باسكال تساوي الضغط الناتج عن قوة مقدارها 1 نيوتن ، موزعة بشكل موحد على سطح مساحته 1 م 2.
وحدات الضغط غير النظامية هي 1 بار = 10 5 باسكال ، 1 جو مادي (1 ضغط جوي = 760 مم زئبق ، حيث 1 مم زئبق = 133 باسكال).
يطيع الضغط عند توازن السوائل (الغازات) قانون باسكال: الضغط في أي مكان للسائل في حالة الراحة هو نفسه في جميع الاتجاهات ، وينتقل الضغط بالتساوي في جميع أنحاء الحجم الذي يشغله السائل في حالة السكون.
دعونا نفكر في كيفية تأثير وزن السائل على توزيع الضغط داخل سائل غير قابل للضغط أثناء الراحة. عندما يكون السائل في حالة توازن ، يكون الضغط الأفقي هو نفسه دائمًا ، وإلا فلن يكون هناك توازن. لذلك ، فإن السطح الحر للسائل في حالة السكون يكون دائمًا أفقيًا بعيدًا عن جدران الوعاء. إذا كان السائل غير قابل للضغط ، فإن كثافته تكون مستقلة عن الضغط. ثم بالنسبة للمقطع العرضي S لعمود السائل ، ارتفاعه حوالكثافة ρ وزن P = ρgSh ،والضغط على القاعدة السفلية
ع = P / S = ρgSh / S = gh, (6.1)
أي يتغير الضغط خطيًا مع الارتفاع. ضغط ρghمُسَمًّى الضغط الهيدروليكي.
وفقًا للصيغة (6.1) ، ستكون قوة الضغط على الطبقات السفلية من السائل أكبر من تلك الموجودة في الطبقات العلوية ، وبالتالي ، فإن قوة الطفو تؤثر على جسم مغمور في سائل ، ويتم تحديدها بواسطة قانون أرخميدس: على جسم مغمور في سائل (غاز) ، تعمل قوة طفو صاعدة من هذا السائل ، مساوية لوزن السائل (الغاز) الذي أزاحه الجسم:
F A = ρgV,
أين ρ هي كثافة السائل ، الخامس-حجم الجسم المغمور في سائل.
معادلة الاستمرارية
حركة السوائل تسمى تدفق,
ومجموعة جسيمات مائع متحرك - تدفق.بيانيا ، يتم تصوير حركة السوائل باستخدام الخطوط الحالية,
التي يتم رسمها بحيث تتطابق الظل لها في الاتجاه مع المتجه قريبًا 
السائل عند النقاط المقابلة في الفضاء (الشكل 6.1). يتم رسم خطوط الانسياب بطريقة تجعل كثافتها ، والتي تتميز بنسبة عدد الخطوط إلى مساحة المنطقة المتعامدة معها ، والتي تمر من خلالها ، أكبر حيث تكون سرعة تدفق السوائل أكبر ، وأقل حيث يتدفق السائل بشكل أبطأ. وبالتالي ، وفقًا لنمط الانسيابية ، يمكن للمرء أن يحكم على الاتجاه ومعامل السرعة عند نقاط مختلفة في الفضاء ، أي أنه يمكن للمرء تحديد حالة حركة السوائل. يمكن "الكشف" عن الانسياب في السائل ، على سبيل المثال ، عن طريق خلط أي جسيمات معلقة ملحوظة فيه.
يسمى جزء السائل الذي يحده الانسياب الأنبوب الحالي.يسمى تدفق السائل مقرر(أو ثابت) ، إذا كان شكل وموقع الخطوط الانسيابية ، وكذلك قيم السرعات في كل نقطة من نقاطها لا تتغير بمرور الوقت. ضع في اعتبارك أي أنبوب للتيار. نختار قسمين من أقسامها س 1 و س 2 ، عمودي على اتجاه السرعة (الشكل 6.2).
خلال الوقت Δ رمن خلال القسم سحجم يمر السائل SυΔ ر؛ لذلك ، في 1 ثانية من خلال س 1 سوف يمر حجم السائل س 1 υ
1 ,
أين υ
1 -
س 1. من خلال القسم س 2 لمدة 1 ثانية سوف يمر حجم السائل س 2 υ
2 ,
أين υ
2 -
سرعة تدفق السوائل في المقطع العرضي س 2 .
من المفترض هنا أن سرعة السائل في المقطع العرضي ثابتة. إذا كان السائل غير قابل للضغط ( ρ
= const) ، ثم من خلال القسم س 2 سوف يمر نفس حجم السائل كما من خلال القسم س 1 ، أي
س 1 υ 1 = S. 2 υ 2 = const . (6.2)
لذلك ، يكون ناتج سرعة التدفق لسائل غير قابل للضغط والمقطع العرضي للأنبوب الحالي قيمة ثابتة لهذا الأنبوب الحالي. تسمى العلاقة (6.2) معادلة الاستمراريةلسائل غير قابل للضغط.
رجل على الزلاجات وبدونها.
على الثلج السائب ، يمشي الشخص بصعوبة كبيرة ، ويغرق بعمق في كل خطوة. ولكن ، بعد أن ارتدى الزلاجات ، يمكنه المشي دون الوقوع فيها تقريبًا. لماذا؟ على الزلاجات أو بدون زلاجات ، يتصرف الشخص على الثلج بنفس القوة التي تساوي وزنه. ومع ذلك ، فإن تأثير هذه القوة في كلتا الحالتين مختلف ، لأن مساحة السطح التي يضغط عليها الشخص مختلفة ، سواء بالزلاجات أو بدونها. تبلغ مساحة سطح الزحافات 20 مرة تقريبًا مساحة أكبرنعل. لذلك ، عند الوقوف على الزلاجات ، يتصرف الشخص على كل سنتيمتر مربع من مساحة سطح الثلج بقوة 20 مرة أقل من الوقوف على الثلج بدون زلاجات.
يقوم الطالب بتثبيت صحيفة على السبورة باستخدام الأزرار ، ويعمل على كل زر بنفس القوة. ومع ذلك ، من الأسهل إدخال الزر ذي النهاية الأكثر حدة في الشجرة.
هذا يعني أن نتيجة عمل القوة لا تعتمد فقط على معاملها واتجاهها ونقطة تطبيقها ، ولكن أيضًا على مساحة السطح التي يتم تطبيقها عليها (عموديًا تعمل عليها).
تم تأكيد هذا الاستنتاج من خلال التجارب الفيزيائية.
الخبرة: تعتمد نتيجة هذه القوة على القوة المؤثرة لكل وحدة مساحة من السطح.
يجب دفع المسامير في زوايا لوح صغير. أولاً ، قمنا بتثبيت المسامير في اللوحة على الرمل مع وضع نقاطها للأعلى ووضعنا ثقلًا على السبورة. في هذه الحالة ، يتم ضغط رؤوس الظفر قليلاً في الرمال. ثم اقلب اللوح وضع المسامير على الحافة. في هذه الحالة ، تكون منطقة الدعم أصغر ، وتحت تأثير نفس القوة ، تتعمق المسامير في الرمال.
خبرة. التوضيح الثاني.
تعتمد نتيجة تأثير هذه القوة على القوة المؤثرة على كل وحدة من وحدات المساحة السطحية.
في الأمثلة المدروسة ، تصرفت القوى بشكل عمودي على سطح الجسم. كان وزن الشخص عموديًا على سطح الثلج ؛ القوة المؤثرة على الزر عمودية على سطح اللوحة.
قيمة، يساوي النسبةالقوة التي تعمل بشكل عمودي على السطح ، على مساحة هذا السطح ، تسمى الضغط.
لتحديد الضغط ، من الضروري تقسيم القوة المؤثرة بشكل عمودي على السطح على مساحة السطح:
الضغط = القوة / المنطقة.
دعونا نشير إلى الكميات المدرجة في هذا التعبير: ضغط - ص، القوة المؤثرة على السطح ، - Fومساحة السطح س.
ثم نحصل على الصيغة:
ع = F / S.
من الواضح أن قوة أكبر تعمل على نفس المنطقة ستنتج ضغطًا أكبر.
وحدة الضغط هي الضغط الذي ينتج قوة مقدارها 1 نيوتن تعمل على سطح مساحته 1 م 2 عموديًا على هذا السطح.
وحدة الضغط - نيوتن لكل متر مربع (1 نيوتن / م 2). تكريما للعالم الفرنسي بليز باسكال إنه يسمى باسكال بنسلفانيا). هكذا،
1 باسكال = 1 نيوتن / م 2.
تستخدم وحدات الضغط الأخرى أيضًا: ناضح (hPa) و كيلوباسكال (كيلو باسكال).
1 كيلو باسكال = 1000 باسكال ؛
1 هكتو باسكال = 100 باسكال ؛
1 باسكال = 0.001 كيلو باسكال ؛
1 باسكال = 0.01 هيكتو باسكال.
دعنا نكتب حالة المشكلة ونحلها.
منح : م = 45 كجم ، S = 300 سم 2 ؛ ع =؟
في وحدات النظام الدولي SI: S = 0.03 م 2
حل:
ص = F/س,
F = ص,
ص = ز م,
ص= 9.8 نيوتن 45 كجم ≈ 450 نيوتن ،
ص= 450 / 0.03 نيوتن / م 2 = 15000 باسكال = 15 كيلو باسكال
"الإجابة": p = 15000 Pa = 15 كيلو باسكال
طرق تقليل وزيادة الضغط.
ينتج جرار كاتربيلر ثقيل ضغطًا على التربة يساوي 40-50 كيلو باسكال ، أي 2-3 مرات أكثر من ضغط صبي يزن 45 كجم. هذا لأن وزن الجرار موزع على مساحة أكبر بسبب محرك كاتربيلر. وقد أثبتنا ذلك كلما كبرت مساحة الدعم ، قل الضغط الناتج عن نفس القوة على هذا الدعم .
اعتمادًا على ما إذا كنت بحاجة إلى الحصول على ضغط صغير أو كبير ، تزداد مساحة الدعم أو تنقص. على سبيل المثال ، لكي تتحمل التربة ضغط المبنى الذي يتم تشييده ، يتم زيادة مساحة الجزء السفلي من الأساس.
الإطارات الشاحناتكما أن معدات هبوط الطائرات أصبحت أوسع بكثير من معدات هبوط الطائرات. الإطارات العريضة بشكل خاص مصنوعة للسيارات المصممة للسفر في الصحاري.
الآلات الثقيلة ، مثل الجرار أو الخزان أو المستنقع ، ذات مساحة تحمل كبيرة من المسارات ، تمر عبر تضاريس مستنقعية لا يمكن لأي شخص المرور من خلالها.
من ناحية أخرى ، مع مساحة سطح صغيرة ، يمكن توليد ضغط كبير بقوة صغيرة. على سبيل المثال ، عند الضغط على زر في لوحة ، فإننا نتصرف عليه بقوة تبلغ حوالي 50 N. نظرًا لأن مساحة طرف الزر تبلغ حوالي 1 مم 2 ، فإن الضغط الناتج عنه يساوي:
ع \ u003d 50 N / 0.000001 م 2 \ u003d 50000000 باسكال \ u003d 50000 كيلو باسكال.
للمقارنة ، هذا الضغط يزيد 1000 مرة عن الضغط الذي يمارسه جرار كاتربيلر على التربة. يمكن العثور على العديد من هذه الأمثلة.
يتم شحذ شفرة أدوات القطع والثقب (سكاكين ، مقص ، قواطع ، مناشير ، إبر ، إلخ) بشكل خاص. تتميز الحافة الحادة للشفرة الحادة بمساحة صغيرة ، لذلك حتى قوة صغيرة تخلق الكثير من الضغط ، ومن السهل العمل باستخدام مثل هذه الأداة.
توجد أيضًا أجهزة القطع والثقب في الحياة البرية: هذه أسنان ، ومخالب ، ومناقير ، ومسامير ، وما إلى ذلك - كلها من المواد الصلبة، على نحو سلس وحاد جدا.
ضغط
من المعروف أن جزيئات الغاز تتحرك بشكل عشوائي.
نحن نعلم بالفعل أن الغازات ، على عكس المواد الصلبة والسوائل ، تملأ الوعاء بأكمله الذي توجد فيه. على سبيل المثال ، أسطوانة فولاذية لتخزين الغازات ، غرفة إطار سيارةأو كرة طائرة. في هذه الحالة ، يمارس الغاز ضغطًا على الجدران وأسفل وغطاء الأسطوانة أو الغرفة أو أي جسم آخر يوجد فيه. ضغط الغاز ناتج عن أسباب أخرى غير الضغط جسم صلبعلى الدعم.
من المعروف أن جزيئات الغاز تتحرك بشكل عشوائي. أثناء حركتهم ، يصطدمون ببعضهم البعض ، وكذلك بجدران الوعاء الذي يوجد فيه الغاز. هناك العديد من الجزيئات في الغاز ، وبالتالي فإن عدد تأثيراتها كبير جدًا. على سبيل المثال ، يتم التعبير عن عدد تأثيرات جزيئات الهواء في غرفة على سطح مساحته 1 سم 2 في ثانية واحدة في صورة عدد مكون من ثلاثة وعشرين رقمًا. على الرغم من أن قوة تأثير الجزيء الفردي صغيرة ، فإن تأثير جميع الجزيئات على جدران الوعاء يكون مهمًا - فهو يخلق ضغطًا للغاز.
لذا، ضغط الغاز على جدران الوعاء (وعلى الجسم الموضوع في الغاز) ناتج عن تأثيرات جزيئات الغاز .
ضع في اعتبارك التجربة التالية. ضع كرة مطاطية تحت جرس مضخة الهواء. يحتوي على كمية صغيرة من الهواء وله شكل غير منتظم. ثم نقوم بضخ الهواء من تحت الجرس بمضخة. تتضخم قوقعة الكرة ، التي يتخلل الهواء حولها أكثر فأكثر ، وتتضخم تدريجياً وتتخذ شكل كرة عادية.
كيف نفسر هذه التجربة؟
تستخدم أسطوانات فولاذية متينة خاصة لتخزين ونقل الغاز المضغوط.
في تجربتنا ، اصطدمت جزيئات الغاز المتحركة باستمرار بجدران الكرة من الداخل والخارج. عندما يتم ضخ الهواء إلى الخارج ، يتناقص عدد الجزيئات الموجودة في الجرس حول قشرة الكرة. لكن داخل الكرة لا يتغير عددهم. لذلك ، فإن عدد تأثيرات الجزيئات على الجدران الخارجية للقشرة يصبح أقل من عدد التأثيرات على الجدران الداخلية. يتم نفخ البالون حتى تصبح قوة مرونة غلافه المطاطي مساوية لقوة ضغط الغاز. تتخذ قوقعة الكرة شكل كرة. وهذا يبين أن يضغط الغاز على جدرانه بالتساوي في جميع الاتجاهات. بمعنى آخر ، عدد التأثيرات الجزيئية لكل سنتيمتر مربع من مساحة السطح هو نفسه في جميع الاتجاهات. نفس الضغط في جميع الاتجاهات هو سمة مميزة للغاز ونتيجة للحركة العشوائية لعدد كبير من الجزيئات.
دعونا نحاول تقليل حجم الغاز ، ولكن تبقى كتلته دون تغيير. هذا يعني أن في كل سنتيمتر مكعبسيكون هناك المزيد من جزيئات الغاز ، ستزداد كثافة الغاز. ثم سيزداد عدد تأثيرات الجزيئات على الجدران ، أي سيزداد ضغط الغاز. يمكن تأكيد ذلك من خلال التجربة.
على الصورة أيظهر أنبوب زجاجي ، أحد طرفيه مغطى بطبقة رقيقة من المطاط. يتم إدخال مكبس في الأنبوب. عندما يتم دفع المكبس للداخل ، يقل حجم الهواء في الأنبوب ، أي يتم ضغط الغاز. ينتفخ الفيلم المطاطي للخارج ، مما يشير إلى زيادة ضغط الهواء في الأنبوب.
على العكس من ذلك ، مع زيادة حجم نفس كتلة الغاز ، ينخفض عدد الجزيئات في كل سنتيمتر مكعب. سيؤدي ذلك إلى تقليل عدد التأثيرات على جدران الوعاء - سيقل ضغط الغاز. في الواقع ، عندما يتم سحب المكبس من الأنبوب ، يزداد حجم الهواء ، وينحني الفيلم داخل الوعاء. يشير هذا إلى انخفاض ضغط الهواء في الأنبوب. يمكن ملاحظة نفس الظواهر إذا كان هناك أي غاز آخر بدلاً من الهواء في الأنبوب.
لذا، عندما ينقص حجم الغاز ، يزداد ضغطه ، وعندما يزداد الحجم ، ينخفض الضغط ، بشرط أن تظل كتلة الغاز ودرجة حرارته دون تغيير.
كيف يتغير ضغط الغاز عند تسخينه حجم ثابت؟ من المعروف أن سرعة حركة جزيئات الغاز تزداد عند تسخينها. تتحرك الجزيئات بشكل أسرع ، وتضرب جدران الوعاء في كثير من الأحيان. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون كل تأثير للجزيء على الحائط أقوى. نتيجة لذلك ، ستواجه جدران الوعاء مزيدًا من الضغط.
لذلك، يزداد ضغط الغاز في وعاء مغلق كلما ارتفعت درجة حرارة الغازبشرط ألا تتغير كتلة الغاز وحجمه.
من هذه التجارب يمكن استنتاج أن كلما كان ضغط الغاز أكبر ، كلما اصطدمت الجزيئات بجدران الوعاء بشكل أقوى .
لتخزين ونقل الغازات ، يتم ضغطها بشكل كبير. في الوقت نفسه ، يزداد ضغطها ، يجب وضع الغازات في أسطوانات خاصة متينة للغاية. تحتوي هذه الأسطوانات ، على سبيل المثال ، على هواء مضغوط في الغواصات ، والأكسجين المستخدم في اللحام المعدني. بالطبع ، يجب أن نتذكر ذلك دائمًا اسطوانات الغازلا يمكن تسخينها خاصة عندما تكون مليئة بالغاز. لأنه ، كما نفهم بالفعل ، يمكن أن يحدث انفجار مع عواقب غير سارة للغاية.
قانون باسكال.
ينتقل الضغط إلى كل نقطة من السائل أو الغاز.
ينتقل ضغط المكبس إلى كل نقطة من السائل الذي يملأ الكرة.
الآن الغاز.
على عكس المواد الصلبة ، يمكن للطبقات الفردية والجزيئات الصغيرة من السائل والغاز أن تتحرك بحرية بالنسبة لبعضها البعض في جميع الاتجاهات. يكفي ، على سبيل المثال ، النفخ برفق على سطح الماء في كوب لتحريك الماء. تظهر التموجات على نهر أو بحيرة عند أدنى نسيم.
تفسر حركة الغاز والجسيمات السائلة ذلك الضغط الناتج عنهم ينتقل ليس فقط في اتجاه القوة ، ولكن في كل نقطة. دعونا نفكر في هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل.
على الصورة أيصور وعاء يحتوي على غاز (أو سائل). يتم توزيع الجسيمات بالتساوي في جميع أنحاء الوعاء. يتم إغلاق الوعاء بواسطة مكبس يمكن أن يتحرك لأعلى ولأسفل.
من خلال تطبيق بعض القوة ، دعنا نجعل المكبس يتحرك قليلاً إلى الداخل ونضغط الغاز (السائل) أسفله مباشرةً. ثم سيتم وضع الجسيمات (الجزيئات) في هذا المكان بشكل أكثر كثافة من ذي قبل (الشكل ، ب). بسبب تنقل جزيئات الغاز سوف تتحرك في جميع الاتجاهات. نتيجة لذلك ، سيصبح ترتيبها موحدًا مرة أخرى ، ولكن أكثر كثافة من ذي قبل (الشكل ج). لذلك ، فإن ضغط الغاز سيزداد في كل مكان. هذا يعني أن ضغطًا إضافيًا ينتقل إلى جميع جزيئات الغاز أو السائل. لذلك ، إذا زاد الضغط على الغاز (السائل) بالقرب من المكبس نفسه بمقدار 1 باسكال ، فعندئذٍ في جميع النقاط داخلسيكون ضغط الغاز أو السائل أكبر من ذي قبل بنفس المقدار. سيزداد الضغط على جدران الوعاء وفي الأسفل وعلى المكبس بمقدار 1 باسكال.
ينتقل الضغط الذي يمارس على سائل أو غاز إلى أي نقطة بالتساوي في جميع الاتجاهات .
هذا البيان يسمى قانون باسكال.
بناءً على قانون باسكال ، من السهل شرح التجارب التالية.
يوضح الشكل كرة مجوفة مع أماكن متعددةثقوب صغيرة. يتم توصيل أنبوب بالكرة ، يتم إدخال مكبس فيه. إذا قمت بسحب الماء إلى الكرة ودفعت المكبس في الأنبوب ، فسيتدفق الماء من جميع الثقوب الموجودة في الكرة. في هذه التجربة ، يضغط المكبس على سطح الماء في الأنبوب. جزيئات الماء تحت المكبس ، بالتكثيف ، تنقل ضغطها إلى طبقات أخرى أعمق. وهكذا ، ينتقل ضغط المكبس إلى كل نقطة من السائل الذي يملأ الكرة. نتيجة لذلك ، يتم دفع جزء من الماء خارج الكرة في شكل تيارات متطابقة تتدفق من جميع الثقوب.
إذا كانت الكرة مملوءة بالدخان ، فعندما يتم دفع المكبس داخل الأنبوب ، ستبدأ تيارات متطابقة من الدخان في الخروج من جميع الثقوب الموجودة في الكرة. هذا يؤكد أن و تنقل الغازات الضغط الناتج عنها بالتساوي في جميع الاتجاهات.
الضغط في السائل والغاز.
تحت وزن السائل ، سوف يتدلى قاع المطاط في الأنبوب.
تتأثر السوائل ، مثل جميع الأجسام على الأرض ، بقوة الجاذبية. لذلك ، فإن كل طبقة من السائل تُسكب في وعاء تخلق ضغطًا بوزنها ، والذي ، وفقًا لقانون باسكال ، ينتقل في جميع الاتجاهات. لذلك ، يوجد ضغط داخل السائل. يمكن التحقق من ذلك من خلال التجربة.
صب الماء في أنبوب زجاجي ، يتم إغلاق ثقبه السفلي بغشاء مطاطي رفيع. تحت وزن السائل ، ينحني قاع الأنبوب.
تُظهر التجربة أنه كلما ارتفع عمود الماء فوق الفيلم المطاطي ، زاد ترهله. ولكن في كل مرة بعد ارتخاء قاع المطاط ، يصل الماء الموجود في الأنبوب إلى حالة توازن (توقف) ، لأنه بالإضافة إلى الجاذبية ، تعمل القوة المرنة للفيلم المطاطي الممتد على الماء.
القوى المؤثرة على الفيلم المطاطي |
هي نفسها على كلا الجانبين. |
توضيح.
يتحرك الجزء السفلي بعيدًا عن الأسطوانة بسبب الضغط عليها بسبب الجاذبية.
لننزل أنبوبًا بقاع مطاطي ، يُسكب فيه الماء ، في وعاء آخر أوسع به ماء. سنرى أنه أثناء خفض الأنبوب ، يتم تقويم الفيلم المطاطي تدريجياً. يظهر الاستقامة الكاملة للفيلم أن القوى المؤثرة عليه من أعلى وأسفل متساوية. يحدث الاستقامة الكاملة للفيلم عندما تتزامن مستويات الماء في الأنبوب والوعاء.
يمكن إجراء نفس التجربة باستخدام أنبوب يغلق فيه فيلم مطاطي الفتحة الجانبية ، كما هو موضح في الشكل أ. اغمر أنبوب الماء هذا في وعاء ماء آخر ، كما هو موضح في الشكل ، ب. سنلاحظ أن الفيلم يستقيم مرة أخرى بمجرد تساوي مستويات المياه في الأنبوب والوعاء. هذا يعني أن القوى المؤثرة على الفيلم المطاطي هي نفسها من جميع الجوانب.
خذ سفينة يمكن أن يسقط قاعها. دعونا نضعها في وعاء من الماء. في هذه الحالة ، سيتم الضغط على الجزء السفلي بإحكام على حافة الوعاء ولن يسقط. يتم ضغطه بقوة ضغط الماء ، ويتجه من الأسفل إلى الأعلى.
سنسكب الماء بحذر في الوعاء ونراقب قاعه. بمجرد أن يتطابق مستوى الماء في الإناء مع مستوى الماء في الجرة ، فإنه سينخفض بعيدًا عن الإناء.
في لحظة الانفصال ، يضغط عمود من السائل في الوعاء لأسفل على القاع ، وينتقل الضغط من أسفل إلى أعلى إلى أسفل عمود سائل من نفس الارتفاع ، ولكن يقع في الجرة. كلا هذين الضغطين متماثلان ، لكن الجزء السفلي يتحرك بعيدًا عن الأسطوانة بسبب التأثير عليه قوتها الخاصةجاذبية.
تم وصف التجارب مع الماء أعلاه ، ولكن إذا تم أخذ أي سائل آخر بدلاً من الماء ، فستكون نتائج التجربة هي نفسها.
لذا ، تظهر التجارب ذلك يوجد ضغط داخل السائل ، وعند نفس المستوى يكون هو نفسه في جميع الاتجاهات. يزداد الضغط مع العمق.
لا تختلف الغازات في هذا الصدد عن السوائل ، لأن لها وزنًا أيضًا. لكن يجب أن نتذكر أن كثافة الغاز أقل بمئات المرات من كثافة السائل. وزن الغاز في الوعاء صغير ، وفي كثير من الحالات يمكن تجاهل ضغط "وزنه".
حساب ضغط السائل على قاع وجدران الوعاء.
حساب ضغط السائل على قاع وجدران الوعاء.
ضع في اعتبارك كيف يمكنك حساب ضغط السائل على قاع الإناء وجدرانه. دعونا أولاً نحل مشكلة السفينة التي لها شكل متوازي السطوح المستطيل.
قوة F، التي يضغط بها السائل في هذه الوعاء على قاعها ، يساوي الوزن صالسائل في الوعاء. يمكن تحديد وزن السائل بمعرفة كتلته. م. الكتلة ، كما تعلم ، يمكن حسابها بالصيغة: م = ρ الخامس. من السهل حساب حجم السائل الذي يتم سكبه في الوعاء الذي اخترناه. إذا تم الإشارة إلى ارتفاع عمود السائل في الوعاء بالحرف ح، ومساحة قاع الإناء س، الذي - التي V = S ح.
الكتلة السائلة م = ρ الخامس، أو م = ρ S ح .
وزن هذا السائل P = جرام، أو P = ز ρ S ح.
بما أن وزن عمود السائل يساوي القوة التي يضغط بها السائل على قاع الإناء ، إذن ، يتم تقسيم الوزن صالى الساحة س، نحصل على ضغط السائل ص:
p = P / S ، أو p = g ρ S h / S ،
لقد حصلنا على صيغة لحساب ضغط السائل في قاع الوعاء. من هذه الصيغة يمكن ملاحظة ذلك يعتمد ضغط السائل في قاع الوعاء فقط على كثافة عمود السائل وارتفاعه.
لذلك ، وفقًا للصيغة المشتقة ، من الممكن حساب ضغط السائل الذي يتم سكبه في الوعاء اي نموذج(بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن حساباتنا مناسبة فقط للأوعية التي لها شكل المنشور المستقيم والأسطوانة. في دورات الفيزياء للمعهد ، ثبت أن الصيغة صحيحة أيضًا بالنسبة لسفينة ذات شكل عشوائي). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدامه لحساب الضغط على جدران الوعاء. يتم أيضًا حساب الضغط داخل السائل ، بما في ذلك الضغط من الأسفل إلى الأعلى ، باستخدام هذه الصيغة ، لأن الضغط عند نفس العمق هو نفسه في جميع الاتجاهات.
عند حساب الضغط باستخدام الصيغة ع = gphتحتاج كثافة ρ معبرا عنها بالكيلوغرام لكل متر مكعب(كجم / م 3) ، وارتفاع عمود السائل ح- بالأمتار (م) ، ز\ u003d 9.8 نيوتن / كجم ، ثم يتم التعبير عن الضغط بالباسكال (Pa).
مثال. حدد ضغط الزيت في قاع الخزان إذا كان ارتفاع عمود الزيت 10 م وكثافته 800 كجم / م 3.
دعنا نكتب حالة المشكلة ونكتبها.
منح :
ρ \ u003d 800 كجم / م 3
حل :
ع = 9.8 نيوتن / كجم 800 كجم / م 3 10 م ≈ 80000 باسكال ≈ 80 كيلو باسكال.
إجابة : ص ≈ 80 كيلو باسكال.
الأواني المستطرقة.
الأواني المستطرقة.
يوضح الشكل سفينتين متصلتين ببعضهما البعض بواسطة أنبوب مطاطي. تسمى هذه السفن التواصل. تعتبر علبة الري ، إبريق الشاي ، وعاء القهوة أمثلة على الأوعية المتصلة. نعلم من التجربة أن الماء الذي يتم سكبه ، على سبيل المثال ، في إبريق الري ، يقف دائمًا على نفس المستوى في الفوهة والداخل.
السفن المتصلة أمر شائع بالنسبة لنا. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون إبريق شاي أو إبريق سقي أو إبريق قهوة. |
يتم تثبيت أسطح السائل المتجانس على نفس المستوى في الأوعية المتصلة من أي شكل. |
سوائل ذات كثافة مختلفة. |
باستخدام الأوعية المتصلة ، يمكن إجراء التجربة البسيطة التالية. في بداية التجربة ، قمنا بربط الأنبوب المطاطي في المنتصف ، ونسكب الماء في أحد الأنابيب. ثم نفتح المشبك ، ويتدفق الماء على الفور إلى الأنبوب الآخر حتى تصبح أسطح الماء في كلا الأنبوبين على نفس المستوى. يمكنك تثبيت أحد الأنابيب في حامل ثلاثي القوائم ، ورفع الآخر أو خفضه أو إمالته في اتجاهات مختلفة. وفي هذه الحالة ، بمجرد أن يهدأ السائل ، فإن مستوياته في كلا الأنبوبين سوف تتساوى.
في الأوعية المتصلة من أي شكل وقسم ، يتم ضبط أسطح السائل المتجانس على نفس المستوى(بشرط أن يكون ضغط الهواء فوق السائل هو نفسه) (الشكل 109).
يمكن تبرير هذا على النحو التالي. السائل في حالة سكون دون الانتقال من وعاء إلى آخر. هذا يعني أن الضغوط في كلا السفينتين هي نفسها على أي مستوى. السائل في كلا الوعاءين هو نفسه ، أي له نفس الكثافة. لذلك ، يجب أن تكون ارتفاعاتها هي نفسها. عندما نرفع وعاءً أو نضيف إليه سائلًا ، يزداد الضغط فيه ويتحرك السائل إلى وعاء آخر حتى تتوازن الضغوط.
إذا تم سكب سائل بكثافة واحدة في أحد الأوعية المتصلة ، وتم سكب كثافة أخرى في الثانية ، فلن تكون مستويات هذه السوائل متماثلة عند التوازن. وهذا أمر مفهوم. نعلم أن ضغط السائل في قاع الوعاء يتناسب طرديًا مع ارتفاع العمود وكثافة السائل. وفي هذه الحالة ، ستكون كثافة السوائل مختلفة.
مع ضغوط متساوية ، سيكون ارتفاع عمود السائل بكثافة أعلى ارتفاع أقلعمود سائل بكثافة أقل (الشكل).
خبرة. كيفية تحديد كتلة الهواء.
وزن الهواء. الضغط الجوي.
وجود ضغط جوي.
الضغط الجوي أكبر من ضغط الهواء المخلخل في وعاء.
تؤثر قوة الجاذبية على الهواء وكذلك على أي جسم موجود على الأرض ، وبالتالي فإن الهواء له وزن. من السهل حساب وزن الهواء بمعرفة كتلته.
سنبين بالتجربة كيفية حساب كتلة الهواء. للقيام بذلك ، تحتاج إلى اتخاذ موقف قوي إناء زجاجيمع سدادة وأنبوب مطاطي مع مشبك. نقوم بضخ الهواء منه بمضخة ، ونشبك الأنبوب بمشبك ونوازنه على الميزان. ثم ، افتح المشبك على الأنبوب المطاطي ، اترك الهواء فيه. في هذه الحالة ، سوف يضطرب ميزان الميزان. لاستعادته ، سيتعين عليك وضع أوزان على المقياس الآخر ، حيث ستكون كتلته مساوية لكتلة الهواء في حجم الكرة.
أثبتت التجارب أنه عند درجة حرارة 0 درجة مئوية وضغط جوي عادي ، تكون كتلة الهواء بحجم 1 م 3 هي 1.29 كجم. من السهل حساب وزن هذا الهواء:
P = جم م ، ف = 9.8 نيوتن / كجم 1.29 كجم 13 ن.
يسمى غلاف الهواء الذي يحيط بالأرض أَجواء (من اليونانية. أَجواءالبخار والهواء و جسم كروي- كرة).
يمتد الغلاف الجوي ، كما يتضح من ملاحظات تحليق أقمار صناعية للأرض ، على ارتفاع يصل إلى عدة آلاف من الكيلومترات.
بسبب تأثير الجاذبية ، تضغط الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، مثل مياه المحيطات ، على الطبقات السفلية. يتم ضغط طبقة الهواء المجاورة مباشرة للأرض بشكل أكبر ، ووفقًا لقانون باسكال ، فإنها تنقل الضغط الناتج عنها في جميع الاتجاهات.
نتيجة لذلك ، يتعرض سطح الأرض والأجسام الموجودة عليه لضغط سمك الهواء بالكامل ، أو كما يقال عادةً في مثل هذه الحالات ، تجربة الضغط الجوي .
يمكن تفسير وجود الضغط الجوي من خلال العديد من الظواهر التي نواجهها في الحياة. دعونا نفكر في بعضها.
يوضح الشكل أنبوبًا زجاجيًا ، يوجد بداخله مكبس يلائم جدران الأنبوب بإحكام. يتم غمس نهاية الأنبوب في الماء. إذا رفعت المكبس ، سيرتفع الماء خلفه.
تستخدم هذه الظاهرة في مضخات المياه وبعض الأجهزة الأخرى.
يوضح الشكل وعاء أسطواني. يتم إغلاقها بسدادة يتم إدخال أنبوب بها صنبور. يتم ضخ الهواء خارج الوعاء بواسطة مضخة. ثم يتم وضع نهاية الأنبوب في الماء. إذا فتحت الصنبور الآن ، فسوف يتناثر الماء داخل الوعاء في نافورة. يدخل الماء إلى الوعاء لأن الضغط الجوي أكبر من ضغط الهواء المخلخل في الوعاء.
لماذا الغلاف الجوي للأرض موجود.
مثل كل الأجسام ، تنجذب جزيئات الغازات التي تشكل الغلاف الجوي للأرض إلى الأرض.
لكن لماذا إذن لا يسقطون جميعًا على سطح الأرض؟ كيف يتم الحفاظ على الغلاف الجوي للأرض؟ لفهم هذا ، يجب أن نأخذ في الاعتبار أن جزيئات الغازات في حركة مستمرة وعشوائية. ولكن بعد ذلك يطرح سؤال آخر: لماذا لا تطير هذه الجزيئات بعيدًا في الفضاء العالمي ، أي في الفضاء.
من أجل مغادرة الأرض تمامًا ، مثل الجزيء سفينة فضائيةأو صاروخ ، يجب أن يكون بسرعة عالية جدًا (11.2 كم / ثانية على الأقل). هذا ما يسمى سرعة الهروب الثانية. سرعة معظم الجزيئات في الغلاف الجوي للأرض أقل بكثير من هذه السرعة الكونية. لذلك ، يرتبط معظمهم بالأرض عن طريق الجاذبية ، ولا يطير سوى عدد ضئيل من الجزيئات خارج الأرض إلى الفضاء.
تؤدي الحركة العشوائية للجزيئات وتأثير الجاذبية عليها إلى حقيقة أن جزيئات الغاز "تطفو" في الفضاء القريب من الأرض ، مكونة غلافًا هوائيًا ، أو الغلاف الجوي المعروف لنا.
تظهر القياسات أن كثافة الهواء تتناقص بسرعة مع الارتفاع. لذلك ، عند ارتفاع 5.5 كم فوق الأرض ، تكون كثافة الهواء أقل بمرتين من كثافته على سطح الأرض ، على ارتفاع 11 كم - 4 مرات أقل ، إلخ. وأخيرًا ، في الطبقات العلوية (مئات وآلاف الكيلومترات فوق الأرض) ، يتحول الغلاف الجوي تدريجيًا إلى فضاء خالٍ من الهواء. ليس للقذيفة الجوية للأرض حدود واضحة.
بالمعنى الدقيق للكلمة ، نظرًا لتأثير الجاذبية ، فإن كثافة الغاز في أي وعاء مغلق ليست هي نفسها في جميع أنحاء حجم الوعاء بأكمله. في الجزء السفلي من الوعاء ، تكون كثافة الغاز أكبر مما هي عليه في أجزائه العلوية ، وبالتالي فإن الضغط في الوعاء ليس هو نفسه. يكون أكبر في قاع الإناء منه في الجزء العلوي. ومع ذلك ، بالنسبة للغاز الموجود في الوعاء ، فإن هذا الاختلاف في الكثافة والضغط صغير جدًا لدرجة أنه في كثير من الحالات يمكن تجاهله تمامًا ، فقط كن على دراية به. لكن بالنسبة للغلاف الجوي الذي يمتد على عدة آلاف من الكيلومترات ، فإن الفرق كبير.
قياس الضغط الجوي. تجربة توريشيلي.
من المستحيل حساب الضغط الجوي باستخدام صيغة حساب ضغط عمود السائل (الفقرة 38). لمثل هذا الحساب ، تحتاج إلى معرفة ارتفاع الغلاف الجوي وكثافة الهواء. لكن الغلاف الجوي ليس له حدود محددة ، وتختلف كثافة الهواء عند ارتفاعات مختلفة. ومع ذلك ، يمكن قياس الضغط الجوي باستخدام تجربة اقترحها عالم إيطالي في القرن السابع عشر. إيفانجليستا توريشيلي طالب غاليليو.
تجربة توريتشيلي هي كالتالي: أنبوب زجاجي طوله حوالي متر واحد ، محكم الإغلاق من أحد طرفيه ، مملوء بالزئبق. بعد ذلك ، يتم إغلاق الطرف الثاني من الأنبوب بإحكام ، ويتم قلبه وخفضه في كوب به زئبق ، حيث يتم فتح نهاية الأنبوب تحت مستوى الزئبق. كما هو الحال في أي تجربة سائلة ، يُسكب جزء من الزئبق في الكوب ، ويبقى جزء منه في الأنبوب. يبلغ ارتفاع عمود الزئبق المتبقي في الأنبوب حوالي 760 مم. لا يوجد هواء فوق الزئبق داخل الأنبوب ، وهناك مساحة خالية من الهواء ، لذلك لا يمارس الغاز ضغطًا من الأعلى على عمود الزئبق داخل هذا الأنبوب ولا يؤثر على القياسات.
توريتشيللي ، الذي اقترح التجربة الموضحة أعلاه ، قدم أيضًا تفسيره. يضغط الغلاف الجوي على سطح الزئبق في الكوب. الزئبق في حالة توازن. هذا يعني أن الضغط في الأنبوب هو أأ 1 (انظر الشكل) يساوي الضغط الجوي. عندما يتغير الضغط الجوي ، يتغير أيضًا ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب. مع زيادة الضغط ، يطول العمود. مع انخفاض الضغط ، يتناقص ارتفاع عمود الزئبق.
يتم إنشاء الضغط في الأنبوب عند المستوى aa1 بوزن عمود الزئبق في الأنبوب ، حيث لا يوجد هواء فوق الزئبق في الجزء العلوي من الأنبوب. ومن ثم يتبع ذلك الضغط الجوي يساوي ضغط عمود الزئبق في الأنبوب ، أي.
ص atm = صالزئبق.
كلما زاد الضغط الجوي ، زاد عمود الزئبق في تجربة توريسيلي. لذلك ، من الناحية العملية ، يمكن قياس الضغط الجوي بارتفاع عمود الزئبق (بالمليمترات أو السنتيمترات). على سبيل المثال ، إذا كان الضغط الجوي 780 ملم زئبق. فن. (يقولون "ملليمتر من الزئبق") ، وهذا يعني أن الهواء ينتج نفس الضغط مثل عمود رأسي من الزئبق ينتج 780 مم.
لذلك ، في هذه الحالة ، يؤخذ 1 ملم من الزئبق (1 ملم زئبق) كوحدة للضغط الجوي. لنجد العلاقة بين هذه الوحدة والوحدة التي نعرفها - باسكال(باسكال).
ضغط عمود الزئبق ρ من الزئبق بارتفاع 1 مم هو:
ص = ز ρ ح, ص= 9.8 نيوتن / كجم 13600 كجم / م 3 0.001 م ≈ 133.3 باسكال.
لذلك ، 1 ملم زئبق. فن. = 133.3 باسكال.
حاليًا ، يُقاس الضغط الجوي عادةً بالهكتوباسكال (1 hPa = 100 Pa). على سبيل المثال ، قد تعلن تقارير الطقس أن الضغط هو 1013 hPa ، وهو نفس الضغط 760 mmHg. فن.
من خلال مراقبة ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب يوميًا ، اكتشف توريشيلي أن هذا الارتفاع يتغير ، أي أن الضغط الجوي ليس ثابتًا ، ويمكن أن يزيد وينقص. لاحظ توريشيلي أيضًا أن الضغط الجوي مرتبط بالتغيرات في الطقس.
إذا تم إرفاق مقياس عمودي بأنبوب الزئبق المستخدم في تجربة Torricelli ، نحصل عليه أبسط جهاز - بارومتر الزئبق (من اليونانية. باروس- ثقل ، ميتريو- يقيس). يتم استخدامه لقياس الضغط الجوي.
بارومتر - لا سائلي.
في الممارسة العملية ، يتم استخدام مقياس معدني لقياس الضغط الجوي ، يسمى لا سائلي (مترجم من اليونانية - لا سائلي). يسمى البارومتر بذلك لأنه لا يحتوي على الزئبق.
يظهر مظهر اللاسائلي في الشكل. الجزء الرئيسيإنه صندوق معدني 1 بسطح مموج (مموج) (انظر الشكل الآخر). يُضخ الهواء من هذا الصندوق ، وحتى لا يسحق الضغط الجوي الصندوق ، يُسحب غلافه 2 بواسطة زنبرك. مع زيادة الضغط الجوي ، ينثني الغطاء لأسفل ويشد الزنبرك. عندما ينخفض الضغط ، يقوم الزنبرك بتقوية الغطاء. يتم توصيل مؤشر السهم 4 بالزنبرك بواسطة آلية نقل 3 ، والتي تتحرك إلى اليمين أو اليسار عندما يتغير الضغط. يتم تثبيت مقياس تحت السهم ، يتم تمييز أقسامه وفقًا لمؤشرات مقياس الزئبق. لذا ، فإن الرقم 750 ، الذي تقف عليه الإبرة اللاسائلية (انظر الشكل) ، يوضح أنه في لحظة معينة في مقياس الزئبق ، يبلغ ارتفاع عمود الزئبق 750 ملم.
لذلك يبلغ الضغط الجوي 750 ملم زئبق. فن. أو ≈ 1000 هيكتوباسكال.
تعتبر قيمة الضغط الجوي مهمة جدًا للتنبؤ بالطقس للأيام القادمة ، حيث ترتبط التغيرات في الضغط الجوي بالتغيرات في الطقس. البارومتر هو أداة ضرورية لرصد الأرصاد الجوية.
الضغط الجوي على ارتفاعات مختلفة.
في السائل ، يعتمد الضغط ، كما نعلم ، على كثافة السائل وارتفاع عموده. بسبب الانضغاطية المنخفضة ، فإن كثافة السائل عند أعماق مختلفة هي نفسها تقريبًا. لذلك ، عند حساب الضغط ، نعتبر أن كثافته ثابتة ونأخذ في الاعتبار فقط التغير في الارتفاع.
الوضع أكثر تعقيدًا مع الغازات. الغازات شديدة الانضغاط. وكلما زاد ضغط الغاز ، زادت كثافته ، وزاد الضغط الذي ينتجه. بعد كل شيء ، يتم إنشاء ضغط الغاز من تأثير جزيئاته على سطح الجسم.
يتم ضغط طبقات الهواء بالقرب من سطح الأرض بواسطة جميع طبقات الهواء فوقها. ولكن كلما ارتفعت طبقة الهواء من السطح ، كلما كان ضغطها أضعف ، قلت كثافتها. وبالتالي ، كلما قل الضغط الذي ينتجه. إذا ، على سبيل المثال ، بالونيرتفع فوق سطح الأرض ، ثم يقل ضغط الهواء على الكرة. يحدث هذا ليس فقط بسبب انخفاض ارتفاع عمود الهواء فوقه ، ولكن أيضًا بسبب انخفاض كثافة الهواء. إنه أصغر في الأعلى منه في الأسفل. لذلك ، فإن اعتماد ضغط الهواء على الارتفاع أكثر تعقيدًا من اعتماد السوائل.
تظهر الملاحظات أن الضغط الجوي في المناطق الواقعة على مستوى سطح البحر يبلغ في المتوسط 760 ملم زئبق. فن.
الضغط الجوي الذي يساوي ضغط عمود الزئبق بارتفاع 760 مم عند درجة حرارة 0 درجة مئوية يسمى الضغط الجوي العادي..
الضغط الجوي العادييساوي 101300 باسكال = 1013 هيكتوباسكال.
كلما زاد الارتفاع ، انخفض الضغط.
مع الارتفاعات الصغيرة ، في المتوسط ، لكل 12 متر ارتفاع ، ينخفض الضغط بمقدار 1 ملم زئبق. فن. (أو 1.33 هكتو باسكال).
من خلال معرفة اعتماد الضغط على الارتفاع ، من الممكن تحديد الارتفاع فوق مستوى سطح البحر عن طريق تغيير قراءات البارومتر. تسمى Aneroids التي لها مقياس يمكنك من خلاله قياس الارتفاع فوق مستوى سطح البحر مباشرة أجهزة قياس الارتفاع . يتم استخدامها في الطيران وعند تسلق الجبال.
أجهزة قياس الضغط.
نحن نعلم بالفعل أن البارومترات تستخدم لقياس الضغط الجوي. لقياس الضغوط الأكبر أو الأقل من الضغط الجوي ، يتم استخدام أجهزة قياس الضغط (من اليونانية. مانوس- نادر وغير واضح ميتريو- يقيس). مقاييس الضغط سائلو معدن.
|
|
ضع في اعتبارك أولاً الجهاز والعمل فتح مقياس ضغط السائل. يتكون من أنبوب زجاجي ذو أرجل يُسكب فيه بعض السوائل. يتم تثبيت السائل في كلتا الركبتين على نفس المستوى ، حيث يعمل الضغط الجوي فقط على سطحه في ركبتي الوعاء.
لفهم كيفية عمل مقياس الضغط هذا ، يمكن توصيله بأنبوب مطاطي بصندوق مسطح دائري ، أحد جوانبه مغطى بغشاء مطاطي. إذا ضغطت بإصبعك على الفيلم ، فسوف ينخفض مستوى السائل في الركبة المتصلة بجهاز قياس الضغط في الصندوق ، وسيزداد مستوى السائل في الركبة الأخرى. ما الذي يفسر هذا؟
يؤدي الضغط على الفيلم إلى زيادة ضغط الهواء في الصندوق. وفقًا لقانون باسكال ، يتم نقل هذه الزيادة في الضغط إلى السائل الموجود في ركبة مقياس الضغط هذه ، والتي يتم توصيلها بالصندوق. لذلك ، فإن الضغط على السائل في هذه الركبة سيكون أكبر منه في الركبة الأخرى ، حيث يعمل الضغط الجوي فقط على السائل. تحت تأثير هذا الضغط الزائد ، سيبدأ السائل في التحرك. في الركبة مع الهواء المضغوط ، يسقط السائل ، وفي الأخرى سيرتفع. سيصل السائل إلى حالة توازن (توقف) عندما يتم موازنة الضغط الزائد للهواء المضغوط بالضغط الذي ينتجه عمود السائل الزائد في الجزء الآخر من مقياس الضغط.
كلما زاد الضغط على الفيلم ، كلما زاد عمود السائل الزائد ، زاد ضغطه. لذلك، يمكن الحكم على التغير في الضغط بارتفاع هذا العمود الزائد.
يوضح الشكل كيف يمكن لمقياس الضغط هذا قياس الضغط داخل السائل. كلما كان الأنبوب مغمورًا بشكل أعمق في السائل ، زاد الاختلاف في ارتفاعات الأعمدة السائلة في ركبتي مقياس ضغط الدم.، لذلك ، و ينتج السائل المزيد من الضغط.
إذا قمت بتثبيت صندوق الجهاز على عمق ما داخل السائل وقلبته بفيلم لأعلى ولأسفل ولأعلى ، فلن تتغير قراءات مقياس الضغط. هذه هي الطريقة التي يجب أن تكون عليها ، لأن عند نفس المستوى داخل السائل ، يكون الضغط هو نفسه في جميع الاتجاهات.
تظهر الصورة مقياس ضغط معدني . الجزء الرئيسي لمقياس الضغط هذا هو أنبوب معدني منحني في أنبوب 1 ، أحد طرفيه مغلق. الطرف الآخر من الأنبوب بنقرة 4 يتواصل مع الوعاء الذي يقاس فيه الضغط. مع زيادة الضغط ، ينثني الأنبوب. حركة نهايتها المغلقة برافعة 5 والتروس 3 مرت إلى مطلق النار 2 تتحرك حول مقياس الأداة. عندما ينخفض الضغط ، يعود الأنبوب ، بسبب مرونته ، إلى موضعه السابق ، ويعود السهم إلى تقسيم المقياس الصفري.
مضخة السائل المكبس.
في التجربة التي درسناها سابقًا (§ 40) ، وجد أن الماء في أنبوب زجاجي ، تحت تأثير الضغط الجوي ، ارتفع خلف المكبس. يستند هذا الإجراء مكبسمضخات.
تظهر المضخة بشكل تخطيطي في الشكل. يتكون من اسطوانة ، بداخلها ترتفع وتنخفض ، تلتصق بإحكام بجدران الوعاء ، المكبس 1 . يتم تثبيت الصمامات في الجزء السفلي من الاسطوانة وفي المكبس نفسه. 2 فتح فقط لأعلى. عندما يتحرك المكبس لأعلى ، يدخل الماء الأنبوب تحت تأثير الضغط الجوي ، ويرفع الصمام السفلي ويتحرك خلف المكبس.
عندما يتحرك المكبس لأسفل ، يضغط الماء الموجود أسفل المكبس على الصمام السفلي وينغلق. في نفس الوقت ، تحت ضغط الماء ، ينفتح صمام داخل المكبس ويتدفق الماء إلى الفضاء فوق المكبس. مع الحركة التالية للمكبس لأعلى ، يرتفع الماء فوقه أيضًا في المكان الذي يصب فيه في أنبوب المخرج. في الوقت نفسه ، يرتفع جزء جديد من الماء خلف المكبس ، والذي عندما يتم خفض المكبس لاحقًا ، سيكون فوقه ، ويتكرر هذا الإجراء بأكمله مرارًا وتكرارًا أثناء تشغيل المضخة.
الضغط الهيدروليكي.
يسمح لك قانون باسكال بشرح الإجراء آلة هيدروليكية (من اليونانية. هيدروليك- ماء). هذه آلات يعتمد عملها على قوانين الحركة وتوازن السوائل.
الجزء الرئيسي من الآلة الهيدروليكية عبارة عن أسطوانتين قطر مختلفمزودة بمكابس وأنبوب توصيل. تمتلئ المساحة الموجودة أسفل المكابس والأنبوب بسائل (عادة زيت معدني). ارتفاعات الأعمدة السائلة في كلا الأسطوانتين هي نفسها طالما لا توجد قوى مؤثرة على المكابس.
دعونا نفترض الآن أن القوات F 1 و F 2 - القوى المؤثرة على المكابس ، س 1 و س 2- مناطق المكابس. الضغط تحت المكبس الأول (الصغير) هو ص 1 = F 1 / س 1 ، وتحت الثانية (كبيرة) ص 2 = F 2 / س 2. وفقًا لقانون باسكال ، ينتقل ضغط السائل أثناء الراحة بالتساوي في جميع الاتجاهات ، أي ص 1 = ص 2 أو F 1 / س 1 = F 2 / س 2 ، من حيث:
F 2 / F 1 = س 2 / س 1 .
لذلك ، القوة F 2 الكثير من القوة F 1 , كم مرة تكون مساحة المكبس الكبير أكبر من مساحة المكبس الصغير؟. على سبيل المثال ، إذا كانت مساحة المكبس الكبير 500 سم 2 ، والصغير 5 سم 2 ، وتأثير قوة مقدارها 100 نيوتن على المكبس الصغير ، فعندئذ ستؤثر قوة أكبر 100 مرة على المكبس الصغير. أكبر مكبس ، أي 10000 نيوتن.
وبالتالي ، بمساعدة آلة هيدروليكية ، من الممكن موازنة قوة كبيرة بقوة صغيرة.
سلوك F 1 / F 2 يظهر زيادة القوة. على سبيل المثال ، في المثال أعلاه ، المكسب في القوة هو 10000 نيوتن / 100 نيوتن = 100.
الآلة الهيدروليكية المستخدمة للضغط (الضغط) تسمى الضغط الهيدروليكي .
تستخدم المكابس الهيدروليكية في الأماكن التي تتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة. على سبيل المثال ، لعصر الزيت من البذور في مصانع الزيت ، للضغط على الخشب الرقائقي ، والكرتون ، والتبن. تستخدم مصانع الصلب مكابس هيدروليكية لصنع أعمدة ماكينات الصلب وعجلات السكك الحديدية والعديد من المنتجات الأخرى. يمكن للمكابس الهيدروليكية الحديثة تطوير قوة عشرات ومئات الملايين من النيوتن.
جهاز الضغط الهيدروليكييظهر بشكل تخطيطي في الشكل. يوضع الجسم المراد ضغطه 1 (أ) على منصة متصلة بمكبس كبير 2 (ب). ينشئ المكبس الصغير 3 (D) ضغطًا كبيرًا على السائل. ينتقل هذا الضغط إلى كل نقطة من السائل الذي يملأ الأسطوانات. لذلك ، يعمل نفس الضغط على المكبس الثاني الكبير. ولكن بما أن مساحة المكبس الثاني (الكبير) أكبر من مساحة المكبس الصغير ، فإن القوة المؤثرة عليه ستكون أكبر من القوة المؤثرة على المكبس 3 (د). تحت هذه القوة سيرتفع المكبس 2 (ب). عندما يرتفع المكبس 2 (ب) ، يستقر الجسم (أ) على المنصة العلوية الثابتة ويتم ضغطه. مقياس الضغط 4 (M) يقيس ضغط السائل. يفتح صمام الأمان 5 (P) تلقائيًا عندما يتجاوز ضغط السائل القيمة المسموح بها.
من اسطوانة صغيرة إلى سائل كبير يتم ضخه بواسطة حركات متكررة للمكبس الصغير 3 (D). ويتم ذلك بالطريقة التالية. عندما يتم رفع المكبس الصغير (D) ، يفتح الصمام 6 (K) ويتم امتصاص السائل في الفراغ الموجود أسفل المكبس. عندما يتم خفض المكبس الصغير تحت تأثير ضغط السائل ، يغلق الصمام 6 (K) ويفتح الصمام 7 (K ") ويمر السائل إلى وعاء كبير.
تأثير الماء والغاز على جسم مغمور فيها.
تحت الماء ، يمكننا بسهولة رفع الحجر الذي يصعب رفعه في الهواء. إذا غمرت الفلين تحت الماء وحررته من يديك ، فسوف يطفو. كيف يمكن تفسير هذه الظواهر؟
نعلم (الفقرة 38) أن السائل يضغط على قاع الإناء وجدرانه. وإذا وضع جسم صلب داخل السائل ، فإنه سيتعرض أيضًا للضغط ، مثل جدران الوعاء.
ضع في اعتبارك القوى التي تعمل من جانب السائل على الجسم المغمور فيه. لتسهيل التفكير ، نختار جسمًا له شكل متوازي مع قواعد موازية لسطح السائل (الشكل). القوى المؤثرة على الوجوه الجانبية للجسم متساوية في أزواج وتوازن بعضها البعض. تحت تأثير هذه القوى ، يتم ضغط الجسم. لكن القوى المؤثرة على الوجوه العلوية والسفلية من الجسم ليست هي نفسها. على الوجه العلوي يضغط من أعلى بقوة Fعمود واحد من السائل طويل القامة ح 1. على مستوى الوجه السفلي ، ينتج الضغط عمود سائل بارتفاع ح 2. هذا الضغط ، كما نعلم (§ 37) ، ينتقل داخل السائل في جميع الاتجاهات. لذلك ، على الجزء السفلي من الجسم بقوة من أسفل إلى أعلى F 2 يضغط عمود السائل عاليًا ح 2. لكن ح 2 أكثر ح 1 ، وبالتالي ، معامل القوة F 2 المزيد من وحدات الطاقة F 1. لذلك ، يُطرد الجسم من السائل بقوة Fفيت ، يساوي فرق القوى F 2 - F 1 ، أي
|
|
لكن S · h = V ، حيث V هو حجم خط الموازي ، و ρ W · V = m W هي كتلة السائل في حجم خط الموازي. لذلك، F vyt \ u003d g m جيد \ u003d P جيدًا ، أي. قوة الطفو تساوي وزن السائل في حجم الجسم المغمور فيه(قوة الطفو تساوي وزن سائل من نفس الحجم مثل حجم الجسم المغمور فيه). من السهل اكتشاف وجود قوة تدفع الجسم خارج السائل تجريبيًا. على الصورة أيظهر جسم معلق من زنبرك بمؤشر سهم في نهايته. يشير السهم إلى شد الزنبرك على الحامل ثلاثي القوائم. عندما يتم إطلاق الجسم في الماء ، يتقلص الربيع (الشكل. ب). سيتم الحصول على تقلص الزنبرك نفسه إذا تحركت على الجسم من الأسفل إلى الأعلى ببعض القوة ، على سبيل المثال ، اضغط عليه بيدك (ارفعه). لذلك تؤكد التجربة ذلك القوة المؤثرة على الجسم في السائل تدفع الجسم خارج السائل. بالنسبة للغازات ، كما نعلم ، ينطبق قانون باسكال أيضًا. لهذا تتعرض الأجسام الموجودة في الغاز لقوة تدفعها للخروج من الغاز. تحت تأثير هذه القوة ، ترتفع البالونات. يمكن أيضًا ملاحظة وجود قوة تدفع الجسم خارج الغاز بشكل تجريبي. نقوم بتعليق كرة زجاجية أو قارورة كبيرة مغلقة بفلين إلى مقلاة تقصير الحجم. الموازين متوازنة. ثم يتم وضع وعاء عريض أسفل القارورة (أو الكرة) بحيث يحيط بالقارورة بأكملها. تمتلئ الوعاء بغاز ثاني أكسيد الكربون الذي تزيد كثافته عن كثافة الهواء (لذلك ينخفض ثاني أكسيد الكربون ويملأ الوعاء ويخرج الهواء منه). في هذه الحالة ، يكون ميزان الميزان مضطربًا. يرتفع كوب به دورق معلق (الشكل). تتعرض القارورة المغمورة في ثاني أكسيد الكربون لقوة طفو أكبر من تلك التي تعمل عليه في الهواء. القوة التي تدفع الجسم خارج السائل أو الغاز موجهة عكس قوة الجاذبية المطبقة على هذا الجسم. لذلك ، برولكوزموس). وهذا يفسر لماذا نرفع أحيانًا أجسادًا في الماء بسهولة يصعب علينا الاحتفاظ بها في الهواء. دلو صغير وجسم أسطواني معلقان من الزنبرك (الشكل أ). يشير السهم الموجود على الحامل ثلاثي القوائم إلى امتداد الزنبرك. يظهر وزن الجسم في الهواء. بعد رفع الجسم ، يتم وضع وعاء تصريف تحته مملوء بالسائل إلى مستوى أنبوب التصريف. بعد ذلك ، ينغمس الجسم تمامًا في السائل (الشكل ، ب). حيث يتم سكب جزء من السائل ، حجمه يساوي حجم الجسممن وعاء صب في كوب. ينقبض الزنبرك ويرتفع مؤشر الزنبرك ليشير إلى نقص وزن الجسم في السائل. في هذه القضيةعلى الجسم ، بالإضافة إلى الجاذبية ، هناك قوة أخرى تدفعه خارج السائل. إذا تم سكب السائل من الزجاج في الدلو العلوي (أي الذي أزاحه الجسم) ، فسيعود مؤشر الزنبرك إلى موضعه الأولي (الشكل ، ج).
بناءً على هذه التجربة ، يمكن استنتاج أن القوة التي تدفع جسمًا مغمورًا تمامًا في سائل تساوي وزن السائل في حجم هذا الجسم . لقد توصلنا إلى نفس الاستنتاج في الفقرة 48. إذا تم إجراء تجربة مماثلة على جسم مغمور في بعض الغازات ، فستظهر ذلك القوة التي تدفع الجسم خارج الغاز تساوي أيضًا وزن الغاز المأخوذ في حجم الجسم . تسمى القوة التي تدفع الجسم خارج السائل أو الغاز قوة أرخميدس تكريما للعالم أرخميدس من أشار أولاً إلى وجودها وحسب أهميتها. لذلك ، أكدت التجربة أن قوة أرخميدس (أو قوة الطفو) تساوي وزن السائل في حجم الجسم ، أي Fأ = صو = ز مو. يمكن التعبير عن كتلة السائل m f ، التي أزاحها الجسم ، من حيث كثافتها ρ w وحجم الجسم V t المغمور في السائل (نظرًا لأن V l - حجم السائل الذي أزاحه الجسم يساوي V t - حجم الجسم المغمور في السائل) ، أي m W = ρ W V t ثم نحصل على: Fأ = ز ρو · الخامستي لذلك ، تعتمد قوة أرخميدس على كثافة السائل الذي يغمر فيه الجسم ، وعلى حجم هذا الجسم. لكنها لا تعتمد ، على سبيل المثال ، على كثافة مادة جسم مغمور في سائل ، حيث لا يتم تضمين هذه الكمية في الصيغة الناتجة. دعونا الآن نحدد وزن جسم مغمور في سائل (أو غاز). حيث يتم توجيه القوتين المؤثرين على الجسم في هذه الحالة الأطراف المقابلة(الجاذبية تنخفض ، وقوة أرخميدس ترتفع) ، ثم وزن الجسم في السائل P 1 سيكون أقل من وزن الجسم في الفراغ P = جراملقوة أرخميدس Fأ = ز مث (أين م w هي كتلة السائل أو الغاز التي يزيحها الجسم). هكذا، إذا كان الجسم مغمورًا في سائل أو غاز ، فإنه يفقد وزنه بقدر وزن السائل أو الغاز الذي ينقله.. مثال. أوجد قوة الطفو المؤثرة على حجر حجمه 1.6 م 3 في ماء البحر. دعنا نكتب حالة المشكلة ونحلها. عندما يصل الجسم العائم إلى سطح السائل ، ثم مع مزيد من الحركة الصعودية ، ستنخفض قوة أرخميدس. لماذا؟ ولكن لأن حجم جزء الجسم المغمور في السائل سينخفض ، وقوة أرخميدس تساوي وزن السائل في حجم الجزء المغمور فيه من الجسم. عندما تصبح قوة أرخميدس مساوية لقوة الجاذبية ، سيتوقف الجسم ويطفو على سطح السائل ، مغمورًا جزئيًا فيه. الاستنتاج الناتج سهل التحقق تجريبيا. صب الماء في وعاء الصرف حتى مستوى أنبوب الصرف. بعد ذلك ، دعنا نغمر الجسم العائم في الوعاء ، بعد أن قمنا بوزنه مسبقًا في الهواء. بعد النزول إلى الماء ، يزيح الجسم كمية من الماء مساوية لحجم جزء الجسم المغمور فيه. بعد وزن هذا الماء ، نجد أن وزنه (قوة أرخميدس) يساوي قوة الجاذبية المؤثرة على جسم عائم ، أو وزن هذا الجسم في الهواء. بعد إجراء التجارب نفسها مع أي أجسام أخرى تطفو في سوائل مختلفة - في الماء والكحول ومحلول الملح ، يمكنك التأكد من ذلك إذا طاف الجسم في سائل ، فإن وزن السائل المزاح به يساوي وزن هذا الجسم في الهواء.. من السهل إثبات ذلك إذا كانت كثافة المادة الصلبة أكبر من كثافة السائل ، فإن الجسم يغرق في مثل هذا السائل. جسم ذو كثافة منخفضة يطفو في هذا السائل. قطعة من الحديد ، على سبيل المثال ، تغرق في الماء ولكنها تطفو في الزئبق. من ناحية أخرى ، يبقى الجسم ، الذي تساوي كثافته كثافة السائل ، في حالة توازن داخل السائل. يطفو الجليد على سطح الماء لأن كثافته أقل من كثافة الماء. كلما قلت كثافة الجسم مقارنة بكثافة السائل ، ينغمس الجزء الأصغر من الجسم في السائل . مع كثافات متساوية للجسم والسائل ، يطفو الجسم داخل السائل عند أي عمق. يوجد سائلين غير قابلين للامتزاج ، على سبيل المثال ، الماء والكيروسين ، في وعاء وفقًا لكثافتهما: في الجزء السفلي من الوعاء - ماء أكثر كثافة (ρ = 1000 كجم / م 3) ، في الأعلى - كيروسين أخف (ρ = 800 كجم / م 3). متوسط كثافة الكائنات الحية التي تعيش البيئة المائية، تختلف قليلاً عن كثافة الماء ، لذا فإن وزنها يكاد يكون متوازنًا تمامًا بواسطة قوة أرخميدس. بفضل هذا ، لا تحتاج الحيوانات المائية إلى هياكل عظمية قوية وهائلة مثل تلك الأرضية. للسبب نفسه ، جذوع النباتات المائية مرنة. تغير مثانة السباحة للأسماك حجمها بسهولة. عندما تنزل السمكة بمساعدة العضلات إلى عمق كبير ، ويزداد ضغط الماء عليها ، تنقبض الفقاعة ، ويقل حجم جسم السمكة ، ولا تندفع للأعلى ، بل تسبح في الأعماق. وبالتالي ، يمكن للأسماك ، ضمن حدود معينة ، تنظيم عمق الغوص. تنظم الحيتان عمق غوصها من خلال تقليص وتوسيع سعة الرئة. السفن الشراعية.السفن التي تبحر في الأنهار والبحيرات والبحار والمحيطات مبنية منها مواد مختلفةمع كثافة مختلفة. عادة ما يكون الهيكل مصنوعًا من صفائح الفولاذ. جميع السحابات الداخلية التي تمنح السفن القوة مصنوعة أيضًا من المعادن. تستخدم لبناء القوارب مواد متعددة، والتي تتميز بكثافة أعلى وأقل كثافة مقارنة بالمياه. كيف تطفو السفن وتحمل على متنها وتحمل حمولات كبيرة؟ أظهرت تجربة على جسم عائم (الفقرة 50) أن الجسم يزيح الكثير من الماء بجزءه الموجود تحت الماء بحيث يكون وزن هذا الماء مساويًا لوزن الجسم في الهواء. هذا صحيح أيضًا لأي سفينة. وزن الماء الذي ينزحه الجزء الموجود تحت الماء من السفينة يساوي وزن السفينة مع حمولة في الهواء أو قوة الجاذبية المؤثرة على السفينة التي تحمل حمولة. يسمى العمق الذي تغمر به السفينة في الماء مسودة . تم وضع علامة على أعمق غاطس مسموح به على بدن السفينة بخط أحمر يسمى خط الماء (من الهولندية. ماء- ماء). يُطلق على وزن الماء الذي أزاحته السفينة عند غمرها في خط الماء ، والذي يساوي قوة الجاذبية المؤثرة على السفينة مع البضائع ، إزاحة السفينة. في الوقت الحاضر ، يتم بناء السفن التي يبلغ إزاحتها 5.000.000 كيلو نيوتن (5 10 6 كيلو نيوتن) وأكثر لنقل النفط ، أي بوزن 500.000 طن (5 10 5 طن) وأكثر مع الحمولة. إذا طرحنا وزن السفينة نفسها من الإزاحة ، فسنحصل على القدرة الاستيعابية لهذه السفينة. تظهر القدرة الاستيعابية وزن الحمولة التي تحملها السفينة. بناء السفن موجود منذ ذلك الحين مصر القديمة، في فينيقيا (يُعتقد أن الفينيقيين كانوا من أفضل بناة السفن) ، الصين القديمة. في روسيا ، نشأ بناء السفن في مطلع القرنين السابع عشر والثامن عشر. تم بناء السفن الحربية بشكل أساسي ، ولكن تم بناء أول كاسحة جليد ، وسفن بمحرك احتراق داخلي ، وكاسحة الجليد Arktika النووية في روسيا. علم الطيران.
رسم يصف كرة الأخوين مونتغولفييه عام 1783: "عرض و أبعاد دقيقة"ايروستات أرض"الذي كان الأول". 1786 منذ العصور القديمة ، كان الناس يحلمون بالقدرة على الطيران فوق الغيوم ، والسباحة في محيط الهواء ، وهم يبحرون في البحر. للملاحة الجوية في البداية ، تم استخدام البالونات ، والتي كانت مملوءة إما بالهواء الساخن أو بالهيدروجين أو الهيليوم. لكي يرتفع البالون في الهواء ، من الضروري أن تكون قوة أرخميدس (الطفو) Fكان التأثير على الكرة أكثر من الجاذبية Fثقيل ، أي Fأ> Fثقيل مع ارتفاع الكرة ، تقل قوة أرخميدس المؤثرة عليها ( Fأ = gρV) ، لأن الكثافة الطبقات العلياأقل من الغلاف الجوي على سطح الأرض. للارتفاع إلى أعلى ، يتم إسقاط ثقل خاص (وزن) من الكرة وهذا يخفف الكرة. في النهاية تصل الكرة إلى أقصى ارتفاع لها. لخفض الكرة ، يتم تحرير جزء من الغاز من غلافها باستخدام صمام خاص. في الاتجاه الأفقي ، يتحرك البالون فقط تحت تأثير الرياح ، لذلك يطلق عليه بالون (من اليونانية هواء- هواء، ستاتو- الوقوف). منذ وقت ليس ببعيد ، تم استخدام بالونات ضخمة لدراسة الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، الستراتوسفير - ستراتوستاتس . قبل أن نتعلم كيف نبني طائرات كبيرةلنقل الركاب والبضائع عن طريق الجو ، تم استخدام بالونات التحكم - المناطيد. لديهم شكل ممدود ، يتم تعليق جندول بمحرك أسفل الجسم ، والذي يحرك المروحة. لا يرتفع البالون من تلقاء نفسه فحسب ، بل يمكنه أيضًا رفع بعض البضائع: مقصورة ، أشخاص ، أدوات. لذلك ، من أجل معرفة نوع الحمل الذي يمكن أن يرفعه البالون ، من الضروري تحديده. قوة الرفع. لنفترض ، على سبيل المثال ، إطلاق بالون بحجم 40 م 3 مملوء بالهيليوم في الهواء. ستكون كتلة الهليوم التي تملأ غلاف الكرة مساوية لـ: هذا يعني أن هذه الكرة يمكنها رفع حمولة تزن 520 نيوتن - 71 نيوتن = 449 نيوتن. هذه هي قوة الرفع الخاصة بها. يمكن لبالون من نفس الحجم ، ولكنه مملوء بالهيدروجين ، أن يرفع حمولة قدرها 479 نيوتن. وهذا يعني أن قوة الرفع الخاصة به أكبر من قوة البالون المملوء بالهيليوم. لكن مع ذلك ، يتم استخدام الهيليوم في كثير من الأحيان ، لأنه لا يحترق وبالتالي فهو أكثر أمانًا. الهيدروجين غاز قابل للاشتعال. من الأسهل بكثير رفع وخفض بالون مملوء بالهواء الساخن. لهذا الغرض ، يوجد الموقد أسفل الفتحة الموجودة في الجزء السفلي من الكرة. مع مساعدة موقد غازمن الممكن تنظيم درجة حرارة الهواء داخل الكرة ، ومن ثم كثافتها وقابليتها للطفو. لكي ترتفع الكرة إلى أعلى ، يكفي تسخين الهواء فيها بقوة أكبر ، مما يزيد من شعلة الموقد. عندما تقل شعلة الموقد ، تنخفض درجة حرارة الهواء في الكرة وتنخفض الكرة. من الممكن اختيار درجة حرارة الكرة التي يكون فيها وزن الكرة والمقصورة مساوياً لقوة الطفو. ثم ستتدلى الكرة في الهواء ، وسيكون من السهل إجراء ملاحظات منها. مع تطور العلم ، كانت هناك أيضًا تغييرات كبيرة في تكنولوجيا الطيران. أصبح من الممكن استخدام قذائف جديدة للبالونات ، والتي أصبحت متينة ومقاومة للصقيع وخفيفة. جعلت الإنجازات في مجال هندسة الراديو والإلكترونيات والأتمتة من الممكن تصميم بالونات بدون طيار. تستخدم هذه البالونات لدراسة التيارات الهوائية ، لأغراض البحث الجغرافي والطب الحيوي في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي.
مقالات بواسطةعنوان:
|
