Від чого залежить тиск в рідині і газі?
Як вже говорилося, тиск нас буквально оточує. Воно існує в будь-якому предметі або організмі. Досить сказати, що на будь-який предмет або живу істоту, що знаходиться на поверхні Землі, тисне тиск в 100 кН / м2. Це тиск стовпа повітря. Люди якось більше сприймають візуальну картинку тиску, як спрямовані сили в закритому об`ємі. Це справедливо для ізольованих судин. У відкритих ємностях ця картинка - наслідок тиску стовпа. Будь-який тиск в рідині і газі - це результат "поведінки" молекул самого матеріалу. Абсолютно справедливо для рідини, газу та твердого тіла твердження, що тиск як фізична величина - це сумарна сила ударів всіх молекул об поверхню.
З курсу елементарної фізики відомо, що формула тиску рідини і газу має вигляд:
Р = &rho - g-h, [Па]
Розглянемо звідки такі складові. Якщо взяти будь-який обсяг рідини / газу, то визначити тиск його на площу можна наступним чином. Тиск - це сила, прикладена до площі - F / S. Це зрозуміло будь-якому школяреві. Тепер розпишемо, що таке сила з другого закону Ньютона - маса тіла, помножена на прискорення (в даному випадку - коли робоче тіло в стані спокою - прискорення вільного падіння). У свою чергу, маса - це твір щільності на об`єм займаний тілом. А обсяг можна розкласти як добуток площі на висоту. У формульному вигляді отримуємо:
P = F / S = (m-g) / S = (V-&rho - g) / S = (S-h-&rho - g) / S = &rho - g-h
де P - тиск, F - сила, S - пдощадь, m - маса, g - прискорення вільного падіння, V - об`єм, &rho- - щільність, h - висота
Па = Н / м2 = (кг-м / с2) / м2 = (м3-кг / м3-м / с2) / м2 = (м2-м-кг / м3-м / с2) / м2 = м-кг / м3-м / с2 = кг / (м-с2)
Наведені одиниці виміру показують, як утворюється Паскаль. Блез Паскаль був відомим вченим, в тому числі і в галузі фізики. Він автор основного закону, який відповідає на питання: "Як знайти тиск газу або рідини, якщо вона знаходиться в стані спокою?" На основі його досвіду було отримано один з основних законів фізики і гідравліки - тиск від тіла (рідини або газу) в будь-якій обраній точці однаково по всій поверхні, з якою взаємодіє тіло.
Більш сучасна наука - гідравліка має на озброєнні також закон з його авторством - "Закон сталості напору". Він говорить, що напір рідини буде постійним у будь-якій точці рідини, за умови її спокою. Ці основи і поклали початок розрахунками складних нині систем і дали можливість створювати незвичайні технічні рішення. У наш час будь-яка система або механізм, що працює з рідиною або газом, в обов`язковому порядку прораховується на неперевищення гранично допустимих значень (які відомі з дослідів для різних матеріалів), які утворюють тиск в рідині і газі.
Якщо розглядати тиск при спокійному стані рідини, то слід говорити про гідростатіческоме тиску. Якщо ж мова про динаміку, то актуальніше говорити про гідроударі. Гідроудар - це явище, яке виникає в ємностях і трубах, внаслідок різкого підвищення тиску в будь-якому місці. Все гідромеханізму і їх елементи прораховуються на граничні статичні тиску і короткочасні закидання - гідроудари. Наприклад, частою причиною виходу з ладу водопровідних кранів є саме гідроудар. Великий стрибок на лінії магістралі може дійти до крана, і він вийде з ладу (повністю або частково).
Цікаво, що хоч рідина і нестислива (практично), з одного боку це покращує передачу імпульсу. З іншого - якщо шлях буде довгим і на ньому будуть перешкоди (наприклад, побутовий фільтр), то гідроудар може повністю загасити. Змінити тиск в рідині і газі можна і іншими факторами. Перше, що виходить з формули - це зміна висоти розташування ємності. Цей принцип активно використовували в давнину різні цивілізації, а також наочно можна побачити в селах. Ще залишилися з часів СРСР водонапірні башти працюють саме на цьому принципі. У велику ємність під тиском нагнітає насоса подається вода до певного рівня. Це регулюється автоматично - поплавком, як в зливному бачку вашого унітазу (при досягненні рівня поплавок спливає, і важіль перекриває подачу води). Далі рідина тече самоходом, тому що рівень її над землею великий, а отвір маленький.
Крім цього, змінити тиск можна шляхом зміни температури. Від неї залежить швидкість руху молекул, а значить, і кількість ударів. Здавалося б, чим вона більше, тим вищим буде тиск в рідині і газі. Але чи так це? Насправді ні. Тут справа у властивостях. Вода, наприклад, застигає і збільшується в об`ємі, а повітря - зменшується. Простий приклад - у кого є дачі, знає, що на зиму треба зливати воду із системи магістралі, щоб труби і кранів не полопалися. Ще приклад з приводу повітря - надійти повітряну кульку і помістіть його в холодильник на 10 ... 15 хвилин. Коли ви його витягнете, він зменшиться в обсязі. Якщо ж його полити гарячою водою з чайника, то він швидко роздується.
Тиск - це явище, з яким нам доводиться не тільки жити, але і рахуватися. Згадайте пірнання на глибину або звукову хвилю при сильному громі. Будьте завжди обережні і пам`ятайте, що тиск - це рух молекул, а молекули - це маленькі частинки життя!
