Vypočítejte sílu tlaku na povrch. Výpočet tlaku na plochu
Udělejme experiment. Vezmeme malé prkénko se čtyřmi hřebíky zaraženými do rohů a položíme ho špičkou nahoru na písek. Umístěte na něj závaží (obr. 81). Uvidíme, že hlavičky hřebíků budou do písku jen lehce tlačit. Pokud prkno otočíme a opět položíme (spolu se závažím) na písek, pak do něj nyní hřebíky zajedou mnohem hlouběji (obr. 82). V obou případech byla hmotnost desky stejná, ale účinek byl jiný. Proč? Celý rozdíl v posuzovaných případech byl v tom, že plocha, na které spočívaly nehty, byla v jednom případě větší a ve druhém menší. Koneckonců, nejprve se hlavy hřebíků dotkly písku a poté jejich hroty.
Vidíme, že výsledek nárazu závisí nejen na síle, kterou tělo tlačí na povrch, ale také na ploše tohoto povrchu. Z tohoto důvodu do něj člověk, který je schopen klouzat na sypkém sněhu na lyžích, okamžitě spadne, jakmile si je sundá (obr. 83). 
Nejde ale jen o oblast. Důležitá role Roli hraje i velikost působící síly. Pokud např. na stejném. prkno (viz obr. 81) umístěte další závaží, pak se hřebíky (se stejnou opěrnou plochou) zaboří ještě hlouběji do písku.
Síla působící kolmo na povrch se nazývá tlaková síla na tento povrch.
Tlaková síla by neměla být zaměňována s tlakem. Tlak je fyzikální veličina rovna poměru tlakové síly působící na daný povrch k ploše tohoto povrchu:
p - tlak, F - tlaková síla, S - plocha.
Chcete-li tedy určit tlak, musíte vydělit tlakovou sílu plochou, na kterou je tlak aplikován.
Při stejné síle je tlak větší, když je opěrná plocha menší, a naopak čím větší opěrná plocha, tím menší tlak.
V případech, kdy tlaková síla je hmotnost tělesa umístěného na povrchu (F = P = mg), lze tlak vyvíjený tělesem zjistit pomocí vzorce
Jsou-li známy tlak p a plocha S, lze určit tlakovou sílu F; Chcete-li to provést, musíte vynásobit tlak plochou:
F = pS (32,2)
Tlaková síla (jako každá jiná síla) se měří v newtonech. Tlak se měří v pascalech. Pascal(1 Pa) je tlak, který vytvoří tlaková síla 1 N při aplikaci na plochu 1 m2:
1 Pa = 1 N/m2.
Používají se také další jednotky tlaku - hektopascal (hPa) a kilopascal (kPa):
1 hPa = 100 Pa, 1 kPa = 1000 Pa.
1. Uveďte příklady ukazující, že výsledek síly závisí na ploše podpory, na kterou tato síla působí. 2. Proč člověk na lyžích nespadne do sněhu? 3. Proč ostrý knoflík zapadne do dřeva snadněji než tupý? 4. Jak se nazývá tlak? 5. Jaké znáš jednotky tlaku? 6. Jaký je rozdíl mezi tlakem a tlakovou silou? 7. Jak zjistíte tlakovou sílu, když znáte tlak a plochu, na kterou síla působí?
Ke změně krevního tlaku dochází při narušení fungování nejen srdce a cév, ale i dalších orgánových systémů.
K měření jeho hodnoty se používá lékařský tonometr.
Chcete-li zjistit nebo zabránit patologii, musíte vědět, jak se počítá průměr arteriální tlak.
Dopisy od našich čtenářů
Předmět: Babiččin krevní tlak se vrátil do normálu!
Komu: Správa webu
Christina
Moskva
Hypertenze mé babičky je dědičná - s největší pravděpodobností budu mít stejné problémy, až budu starší.
Parametry středního krevního tlaku charakterizují pracovní cyklus srdce a cév. Jejich měření se provádí za účelem posouzení zdravotního stavu a získání jasného obrazu o tom, jak jsou orgány zásobovány krví, kyslíkem a důležitými mikroelementy.
Průměrný krevní tlak se měří pomocí následujících složek:
- Systolický je horní limit. Ukazuje sílu krevního tlaku, který se uvolňuje z žíly do cév.
- Diastolický je spodní limit. Charakterizuje intenzitu práce srdce při svalúplně uvolněný.
Nízké parametry průměrného tlaku ukazují na nedostatečné zásobení krví. Pokud není léčba zahájena, může se časem vyvinout orgánová atrofie. Nízké hladiny se vyskytují také kvůli problémům s mozkem a ledvinami. Vysoké hodnoty indikují onemocnění srdce a oběhový systém.
Průměrné parametry umožňují terapeutovi vypočítat tepový objem a rytmus srdce. Na základě těchto hodnot lékař činí závěr o zdravotním stavu a předepisuje účinnou léčbu, pokud je zjištěn vývoj patologie.
- Před výpočtem průměrného krevního tlaku musíte najít systolické a diastolické parametry. K výpočtu hodnot se používá tonometr a fonendoskop. Systolický tlak je údaj na tonometru při 1 srdečním tepu slyšeném pomocí fonendoskopu. Diastolický tlak je určen naměřenými hodnotami, kdy není slyšet srdeční tep.
- Výpočtový vzorec (2(DBP)+SBP)/3. Pokud jsou známy systolické a diastolické parametry, pak zjištění průměrné hodnoty není obtížné. Musíte zdvojnásobit čísla diastolického tlaku a poté přidat systolickou hodnotu. Výsledné číslo vydělte 3. Výsledkem je průměrný krevní tlak. Ke zdvojnásobení diastolického parametru dochází v důsledku skutečnosti, že srdeční sval je ve 2/3 času v uvolněném stavu.
- Aplikace vzorce 1/3(SAD-DBP)+DBP. Chcete-li zjistit průměrný tlak, odečtěte diastolický tlak od systolických hodnot. Poté vydělte mezičíslo 3 a přidejte diastolický parametr.
- Formule SV*OPSS. Ke zjištění krevního tlaku se používá srdeční výdej měřený v l/min a celkový periferní vaskulární odpor měřený v mm. rt. Umění. Vzorec není 100% přesný, ale používá se pro hrubý odhad.
Kvůli velké zaneprázdněnosti mnoho lidí nemá čas si svůj krevní tlak spočítat samostatně. V tomto případě můžete použít speciální online kalkulačka, kde stačí zadat systolický a diastolický ukazatel. Systém vypočítá tlak nezávisle.
U zdravý člověk tlak by měl být v normálních mezích. Ale určitá odchylka od přípustných limitů je možná.
Normální ukazatele
Normální hodnoty krevního tlaku jsou 80/120 mmHg. Umění. Takové parametry naznačují, že zdraví člověka je v pořádku, neexistují žádné problémy s fungováním vnitřních orgánů a v těle nejsou žádné patologie.
80 mmHg Umění. - diastolický tlak. Záleží na stupni naplnění srdeční komory krví.
120 mmHg Umění. - systolický tlak. Indikátor charakterizuje práci krve během systoly.
Hodnoty krevního tlaku jsou 80/120 mm Hg. Umění. - to je nějaký „ideální“ tlak. Není to považováno za normu pro každého, ale pouze pro 70 % populace planety.
Pokud se parametry poněkud odchylují od normy a nacházejí se mezi 80 a 120 mm Hg. čl., pak nehrozí žádné zdraví. Pokud jsou čísla na tonometru daleko od těchto indikátorů, měli byste pečlivě sledovat své zdraví a pokud se necítíte dobře, poraďte se s lékařem, abyste podstoupili vyšetření a určili příčinu změny tlaku.
Vysoký krevní tlak často naznačuje rozvíjející se patologie v organismu. V tomto případě musí dotyčná osoba vyhledat lékařskou pomoc.
Parametry krevního tlaku jsou ovlivněny různé faktory. Tyto zahrnují:
- Výživa. Nedoporučuje se jíst potraviny, které obsahují hodně soli a koření. Negativně ovlivňují práci srdečně- cévní systémy s, přispívají k rozvoji onemocnění orgánů gastrointestinální trakt. Smažené, uzené, přesolené jídlo hodně zatěžuje cévy.
- Stres. Pokud člověk často zažívá úzkost, negativní emoce nebo se dostane do deprese, to nutně ovlivňuje průměrný krevní tlak. Nervový systém je ve vzrušeném stavu, který ovlivňuje srdeční frekvenci.
- Tělesné cvičení. Po sportování byste se neměli dotýkat tlakoměru. Údaje budou nadhodnoceny, protože fyzická aktivita zvyšuje tepovou frekvenci, zrychluje krev, prohřívá svalový systém.
- Špatné návyky. Pravidelné pití a kouření vedou k narušení oběhového systému a srdce. Krevní oběh je narušen, orgány nejsou zásobeny požadované množství užitečné látky a kyslík. Vstupte do těla toxické látky a toxiny, které způsobují intoxikaci a znečištění krve.
Pokud máte problémy s krevním tlakem, člověk se potřebuje zbavit nezdravých návyků a dodržovat je správná výživa dodržovat rozvrh práce a odpočinku. Neměli byste se bát a být nervózní, měli byste se snažit reagovat klidně na vnější podněty.
Chcete-li udržet krevní tlak v normálních mezích, měli byste dodržovat doporučení lékařů:
- Přidejte hodně do svého jídelníčku čerstvá zelenina a ovoce. Obsahují velký počet vitamíny a užitečné prvky nezbytné pro normální činnost srdce. Komplexní sacharidy uvolnit srdeční sval.
- Použití více ryb a veverka.
- Minimalizujte spotřebu a, protože obsahují velké množství kofeinu.
- Cvičte, více se procházejte na čerstvém vzduchu.
- Vyhněte se, protože vedou ke vzniku dalších kilogramů a také k rozvoji onemocnění slinivky břišní.
- Odpočinek poté nemůžete zanedbávat pracovní den, je důležité, aby se tělo zotavilo z fyzické a psychické zátěže.
- Konzumujte co nejvíce fermentované mléčné výrobky. Pomáhají nejen zlepšit funkci střev, ale mají příznivý vliv i na činnost srdce.
Každý člověk by měl vědět, jak zjistit průměrný tlak. Jeho ukazatele ukazují jeho zdravotní stav. Odchylky od normy zpravidla naznačují vývoj patologie. V takovém případě byste se měli poradit s lékařem, abyste podstoupili vyšetření a určili důvod změny hodnot. Pokud je zjištěno onemocnění, měla by být okamžitě zahájena adekvátní léčba.
Muž s lyžemi i bez nich.
Člověk jde po sypkém sněhu s velkými obtížemi, s každým krokem se hluboce propadá. Ale po nazutí do lyží může chodit, aniž by do nich málem spadl. Proč? S lyžemi nebo bez nich člověk působí na sníh stejnou silou, která se rovná jeho váze. Působení této síly je však v obou případech odlišné, protože plocha, na kterou člověk tlačí, je jiná, s lyžemi a bez lyží. Povrch lyží je téměř 20krát větší než plocha podrážky. Při stoji na lyžích tedy člověk působí na každý centimetr čtvereční sněhové plochy silou, která je 20x menší, než když stojí na sněhu bez lyží.
Student, který připíná noviny na tabuli pomocí tlačítek, působí na každé tlačítko stejnou silou. Knoflík s ostřejším koncem však půjde do dřeva snadněji.
To znamená, že výsledek síly závisí nejen na jejím modulu, směru a místě působení, ale také na ploše povrchu, na který působí (kolmo na kterou působí).
Tento závěr je potvrzen fyzikálními experimenty.
Zkušenost Výsledek působení dané síly závisí na tom, jaká síla působí na jednotkovou plochu.
Musíte zatlouct hřebíky do rohů malé desky. Nejprve položte hřebíky zaražené do prkna na písek hroty nahoru a položte na prkno závaží. V tomto případě jsou hlavy hřebíků pouze mírně zatlačeny do písku. Poté desku otočíme a hřebíky položíme na okraj. V tomto případě je podpěrná plocha menší a pod stejnou silou nehty výrazně hlouběji do písku.
Zkušenosti. Druhá ilustrace.
Výsledek působení této síly závisí na tom, jaká síla působí na jednotlivé jednotky plochy.
V uvažovaných příkladech síly působily kolmo k povrchu tělesa. Váha muže byla kolmá k povrchu sněhu; síla působící na tlačítko je kolmá k povrchu desky.
Množství rovnající se poměru síly působící kolmo k povrchu k ploše tohoto povrchu se nazývá tlak.
K určení tlaku je třeba sílu působící kolmo k povrchu vydělit plochou povrchu:
tlak = síla / plocha.
Označme veličiny zahrnuté v tomto výrazu: tlak - p, síla působící na povrch je F a povrchová plocha - S.
Pak dostaneme vzorec:
p = F/S
Je jasné, že větší síla působící na stejnou plochu vyvolá větší tlak.
Za jednotku tlaku se považuje tlak vytvářený silou 1 N působící na plochu o ploše 1 m2 kolmou k této ploše..
Jednotka tlaku - newton per metr čtvereční (1 N/m2). Na počest francouzského vědce Blaise Pascala tomu se říká pascal ( Pa). Tím pádem,
1 Pa = 1 N/m2.
Používají se také další jednotky tlaku: hektopascal (hPa) A kilopascal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Zapišme si podmínky problému a vyřešme jej.
Dáno : m = 45 kg, S = 300 cm2; p = ?
V jednotkách SI: S = 0,03 m2
Řešení:
p = F/S,
F = P,
P = g m,
P= 9,8 N · 45 kg ≈ 450 N,
p= 450/0,03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa
"Odpověď": p = 15000 Pa = 15 kPa
Způsoby, jak snížit a zvýšit tlak.
Těžký pásový traktor vyvine tlak na půdu rovný 40 - 50 kPa, tedy jen 2 - 3x větší než tlak chlapce o hmotnosti 45 kg. Vysvětluje se to tím, že váha traktoru je díky pásovému náhonu rozložena na větší plochu. A to jsme stanovili čím větší je plocha podpěry, tím menší tlak působí na tuto podpěru stejná síla .
V závislosti na tom, zda je potřeba nízký nebo vysoký tlak, se oblast podpory zvětšuje nebo zmenšuje. Například, aby půda vydržela tlak stavěné budovy, zvětší se plocha spodní části základu.
Pneumatiky nákladní automobily a podvozek letadel je mnohem širší než u osobních automobilů. Pneumatiky automobilů určených pro jízdu v pouštích jsou vyrobeny obzvláště široké.
Těžká vozidla, jako je traktor, tank nebo bažinaté vozidlo, mající velkou nosnou plochu kolejí, projíždějí bažinatými oblastmi, které člověk nemůže projít.
Na druhou stranu při malé ploše lze při malé síle vyvinout velké množství tlaku. Například při stlačení tlačítka do desky na něj působíme silou asi 50 N. Protože plocha hrotu tlačítka je přibližně 1 mm 2, tlak, který vytváří, se rovná:
p = 50 N / 0,000 001 m2 = 50 000 000 Pa = 50 000 kPa.
Pro srovnání, tento tlak je 1000krát větší než tlak vyvíjený pásovým traktorem na půdu. Takových příkladů můžete najít mnohem více.
Čepele řezných nástrojů a hroty propichovacích nástrojů (nože, nůžky, řezačky, pilky, jehly atd.) jsou speciálně broušeny. Nabroušená hrana ostré čepele má malou plochu, takže i malá síla vytváří velký tlak a s tímto nástrojem se snadno pracuje.
Řezací a propichovací zařízení najdeme i v živé přírodě: jsou to zuby, drápy, zobáky, bodce atd. – všechny jsou z tvrdého materiálu, hladké a velmi ostré.
Tlak
Je známo, že molekuly plynu se pohybují náhodně.
Již víme, že plyny na rozdíl od pevných látek a kapalin zaplňují celou nádobu, ve které se nacházejí. Například ocelová láhev na uskladnění plynů, duše pneumatiky auta nebo volejbalový míč. V tomto případě plyn vyvíjí tlak na stěny, dno a víko válce, komory nebo jakéhokoli jiného tělesa, ve kterém se nachází. Tlak plynu je způsoben jinými důvody než tlakem pevného tělesa na podpěru.
Je známo, že molekuly plynu se pohybují náhodně. Při pohybu narážejí do sebe a také do stěn nádoby obsahující plyn. V plynu je mnoho molekul, a proto je počet jejich dopadů velmi velký. Například počet dopadů molekul vzduchu v místnosti na povrch o ploše 1 cm 2 za 1 s je vyjádřen jako dvacet třimístné číslo. Přestože je nárazová síla jednotlivé molekuly malá, vliv všech molekul na stěny nádoby je významný – vytváří tlak plynu.
Tak, tlak plynu na stěny nádoby (a na těleso umístěné v plynu) je způsoben nárazy molekul plynu .
Zvažte následující experiment. Umístěte gumovou kuličku pod zvonek vzduchového čerpadla. Obsahuje malé množství vzduchu a má nepravidelný tvar. Poté odčerpáme vzduch zpod zvonu. Skořápka míče, kolem které je vzduch stále řidší, se postupně nafukuje a získává tvar pravidelného míče.
Jak vysvětlit tuto zkušenost?
Pro skladování a přepravu stlačeného plynu se používají speciální odolné ocelové lahve.
V našem experimentu pohybující se molekuly plynu nepřetržitě narážejí na stěny koule uvnitř i vně. Když je vzduch odčerpáván, počet molekul ve zvonu kolem pláště míče klesá. Ale uvnitř míče se jejich počet nemění. Proto je počet dopadů molekul na vnější stěny pláště menší než počet dopadů na vnitřní stěny. Míč se nafukuje, dokud se elastická síla jeho pryžového pláště nerovná síle tlaku plynu. Skořápka koule má tvar koule. To ukazuje, že plyn tlačí na jeho stěny ve všech směrech stejně. Jinými slovy, počet molekulárních dopadů na čtvereční centimetr plochy povrchu je stejný ve všech směrech. Stejný tlak ve všech směrech je charakteristický pro plyn a je důsledkem náhodného pohybu velkého množství molekul.
Zkusme zmenšit objem plynu, ale tak, aby jeho hmotnost zůstala nezměněna. To znamená, že v každém krychlovém centimetru plynu bude více molekul, hustota plynu se zvýší. Pak se zvýší počet dopadů molekul na stěny, tj. zvýší se tlak plynu. To lze potvrdit zkušenostmi.
Na obrázku A znázorňuje skleněnou trubici, jejíž jeden konec je uzavřen tenkým pryžovým filmem. Do trubky je vložen píst. Při pohybu pístu se objem vzduchu v trubici zmenšuje, tj. plyn je stlačen. Pryžový film se ohýbá směrem ven, což naznačuje, že tlak vzduchu v trubici vzrostl.
Naopak s rostoucím objemem stejné hmotnosti plynu se počet molekul v každém krychlovém centimetru snižuje. Tím se sníží počet nárazů na stěny nádoby - tlak plynu se sníží. Když je píst vytažen z trubice, objem vzduchu se zvětší a fólie se ohne uvnitř nádoby. To ukazuje na pokles tlaku vzduchu v trubici. Stejné jevy by byly pozorovány, kdyby byl v trubici místo vzduchu jakýkoli jiný plyn.
Tak, když se objem plynu zmenšuje, jeho tlak se zvyšuje, a když se objem zvětšuje, tlak klesá, za předpokladu, že hmotnost a teplota plynu zůstávají nezměněny.
Jak se změní tlak plynu, je-li ohříván na konstantní objem? Je známo, že rychlost molekul plynu se při zahřívání zvyšuje. Při rychlejším pohybu budou molekuly narážet na stěny nádoby častěji. Každý dopad molekuly na stěnu bude navíc silnější. V důsledku toho budou stěny nádoby vystaveny většímu tlaku.
Proto, Čím vyšší je teplota plynu, tím větší je tlak plynu v uzavřené nádobě za předpokladu, že se hmotnost a objem plynu nemění.
Z těchto experimentů lze obecně usoudit, že Tlak plynu se zvyšuje, čím častěji a tvrději molekuly narážejí na stěny nádoby .
Pro skladování a přepravu plynů jsou vysoce stlačené. Zároveň se zvyšuje jejich tlak, plyny musí být uzavřeny ve speciálních, velmi odolných lahvích. Takové lahve například obsahují stlačený vzduch v ponorkách a kyslík používaný při svařování kovů. Samozřejmě musíme vždy pamatovat na to, že plynové lahve nelze ohřívat, zvláště když jsou naplněny plynem. Protože, jak již chápeme, může dojít k výbuchu s velmi nepříjemnými následky.
Pascalův zákon.
Tlak je přenášen do každého bodu v kapalině nebo plynu.
Tlak pístu se přenáší do každého bodu kapaliny plnící kouli.
Nyní plyn.
Na rozdíl od pevných látek se jednotlivé vrstvy a malé částice kapaliny a plynu mohou vůči sobě volně pohybovat ve všech směrech. Stačí například lehce fouknout na hladinu vody ve sklenici, aby se voda rozhýbala. Na řece nebo jezeře způsobí sebemenší vánek vlnky.
To vysvětluje pohyblivost plynných a kapalných částic tlak na ně vyvíjený se přenáší nejen ve směru síly, ale do každého bodu. Podívejme se na tento jev podrobněji.
na obrázku, A znázorňuje nádobu obsahující plyn (nebo kapalinu). Částice jsou rovnoměrně rozmístěny po celé nádobě. Nádoba je uzavřena pístem, který se může pohybovat nahoru a dolů.
Působením určité síly přinutíme píst k mírnému pohybu dovnitř a stlačíme plyn (kapalinu) umístěný přímo pod ním. Pak budou částice (molekuly) umístěny v tomto místě hustěji než dříve (obr. b). Díky pohyblivosti se částice plynu budou pohybovat všemi směry. Díky tomu bude jejich uspořádání opět jednotné, ale hustší než dříve (obr. c). Proto se všude zvýší tlak plynu. To znamená, že dodatečný tlak je přenášen na všechny částice plynu nebo kapaliny. Pokud se tedy tlak na plyn (kapalinu) v blízkosti samotného pístu zvýší o 1 Pa, pak ve všech bodech uvnitř plyn nebo kapalina, tlak se zvýší o stejnou hodnotu než dříve. Tlak na stěny nádoby, dno a píst se zvýší o 1 Pa.
Tlak vyvíjený na kapalinu nebo plyn se přenáší do jakéhokoli bodu rovnoměrně ve všech směrech .
Toto prohlášení se nazývá Pascalův zákon.
Na základě Pascalova zákona je snadné vysvětlit následující experimenty.
Na obrázku je dutá kulička s malými otvory na různých místech. Ke kouli je připevněna trubka, do které je vložen píst. Pokud naplníte kouli vodou a zatlačíte píst do trubičky, voda vyteče ze všech otvorů v kouli. V tomto experimentu píst tlačí na hladinu vody v trubici. Částice vody umístěné pod pístem, zhutňující se, přenášejí svůj tlak do dalších vrstev, které leží hlouběji. Tlak pístu se tak přenáší do každého bodu kapaliny vyplňující kouli. V důsledku toho je část vody vytlačena z koule v podobě stejných proudů vytékajících ze všech otvorů.
Pokud je koule naplněna kouřem, pak při zatlačení pístu do trubice začnou ze všech otvorů v kouli vycházet stejné proudy kouře. To potvrzuje plyny přenášejí tlak, který na ně působí, ve všech směrech stejně.
Tlak v kapalině a plynu.
Vlivem hmotnosti kapaliny se pryžové dno v trubici prohne.
Na kapaliny, stejně jako na všechna tělesa na Zemi, působí gravitace. Každá vrstva kapaliny nalité do nádoby proto svou hmotností vytváří tlak, který se podle Pascalova zákona přenáší všemi směry. Proto je uvnitř kapaliny tlak. To lze ověřit zkušenostmi.
Ve skleněné trubici spodní otvor který je pokryt tenkou gumovou fólií, nalijte vodu. Pod vlivem hmotnosti kapaliny se dno trubice ohne.
Zkušenosti ukazují, že čím vyšší je sloupec vody nad pryžovou fólií, tím více se ohýbá. Ale pokaždé, když se gumové dno ohne, voda v hadici se dostane do rovnováhy (zastaví se), protože kromě gravitační síly působí na vodu pružná síla natažené gumové fólie.
Síly působící na pryžový film jsou |
jsou na obou stranách stejné. |
Ilustrace.
Dno se pohybuje směrem od válce v důsledku tlaku gravitace na něj.
Trubku s gumovým dnem, do které se nalévá voda, spustíme do jiné širší nádoby s vodou. Uvidíme, že při spouštění trubky se gumová fólie postupně narovnává. Úplné narovnání fólie ukazuje, že síly působící na ni shora a zdola jsou stejné. K úplnému narovnání fólie dochází, když se hladiny vody v trubici a nádobě shodují.
Stejný experiment lze provést s trubicí, ve které je boční otvor pokryt pryžovou fólií, jak je znázorněno na obrázku a. Ponořme tuto trubici s vodou do jiné nádoby s vodou, jak je znázorněno na obrázku, b. Všimneme si, že fólie se opět narovná, jakmile se hladiny vody v trubici a nádobě vyrovnají. To znamená, že síly působící na pryžovou fólii jsou ze všech stran stejné.
Vezměme nádobu, jejíž dno může odpadnout. Dáme do sklenice s vodou. Dno bude pevně přitlačeno k okraji nádoby a nespadne. Je tlačen silou tlaku vody směřující zdola nahoru.
Do nádoby opatrně nalijeme vodu a hlídáme její dno. Jakmile se hladina vody v nádobě shoduje s hladinou vody ve sklenici, odpadne z nádoby.
V okamžiku oddělení se sloupec kapaliny v nádobě tlačí shora dolů a tlak ze sloupce kapaliny o stejné výšce, ale umístěném v nádobě, se přenáší zdola nahoru na dno. Oba tyto tlaky jsou stejné, ale působením na něj se spodek oddaluje od válce vlastní sílu gravitace.
Experimenty s vodou byly popsány výše, ale pokud místo vody vezmete jakoukoli jinou kapalinu, výsledky experimentu budou stejné.
Experimenty to tedy ukazují Uvnitř kapaliny je tlak a na stejné úrovni je ve všech směrech stejný. Tlak se zvyšuje s hloubkou.
Plyny se v tomto ohledu neliší od kapalin, protože mají také váhu. Musíme si však pamatovat, že hustota plynu je stokrát menší než hustota kapaliny. Hmotnost plynu v nádobě je malá a jeho „hmotnostní“ tlak lze v mnoha případech ignorovat.
Výpočet tlaku kapaliny na dně a stěnách nádoby.
Výpočet tlaku kapaliny na dně a stěnách nádoby.
Podívejme se, jak můžete vypočítat tlak kapaliny na dně a stěnách nádoby. Nejprve vyřešme problém pro nádobu ve tvaru pravoúhlého rovnoběžnostěnu.
Platnost F, kterým kapalina nalitá do této nádoby tlačí na její dno, se rovná hmotnosti P kapalina v nádobě. Hmotnost kapaliny lze určit na základě znalosti její hmotnosti m. Hmotnost, jak víte, lze vypočítat pomocí vzorce: m = ρ·V. Objem kapaliny nalité do námi zvolené nádoby lze snadno vypočítat. Pokud je výška sloupce kapaliny v nádobě označena písmenem h a oblast dna nádoby S, Že V = S h.
Tekutá hmota m = ρ·V nebo m = ρ S h .
Hmotnost této kapaliny P = gm nebo P = g ρ S h.
Protože hmotnost sloupce kapaliny je rovna síle, kterou kapalina tlačí na dno nádoby, pak vydělením hmotnosti P Na náměstí S, dostaneme tlak kapaliny p:
p = P/S nebo p = g·ρ·S·h/S,
Získali jsme vzorec pro výpočet tlaku kapaliny na dně nádoby. Z tohoto vzorce je zřejmé, že tlak kapaliny na dně nádoby závisí pouze na hustotě a výšce sloupce kapaliny.
Proto pomocí odvozeného vzorce můžete vypočítat tlak kapaliny nalité do nádoby jakýkoli tvar(přesně vzato, náš výpočet je vhodný pouze pro nádoby, které mají tvar přímého hranolu a válce. V kurzech fyziky pro ústav bylo prokázáno, že vzorec platí i pro nádobu libovolného tvaru). Kromě toho jej lze použít k výpočtu tlaku na stěny nádoby. Pomocí tohoto vzorce se také vypočítá tlak uvnitř kapaliny, včetně tlaku zdola nahoru, protože tlak ve stejné hloubce je ve všech směrech stejný.
Při výpočtu tlaku pomocí vzorce p = gρh potřebujete hustotu ρ vyjádřeno v kilogramech na metr krychlový (kg/m3) a výška sloupce kapaliny h- v metrech (m), G= 9,8 N/kg, pak bude tlak vyjádřen v pascalech (Pa).
Příklad. Určete tlak oleje na dně nádrže, je-li výška sloupce oleje 10 m a jeho hustota 800 kg/m 3 .
Zapišme si stav problému a zapišme.
Dáno :
ρ = 800 kg/m 3
Řešení :
p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.
Odpovědět : p ≈ 80 kPa.
Komunikační nádoby.
Komunikační nádoby.
Na obrázku jsou dvě nádoby navzájem spojené pryžovou trubicí. Taková plavidla se nazývají komunikující. Konev, čajová konvice, konvice na kávu jsou příklady komunikujících nádob. Ze zkušenosti víme, že voda nalitá např. do konve je ve výtoku i uvnitř vždy na stejné úrovni.
Často se setkáváme s komunikujícími nádobami. Může to být například konvice na čaj, konev nebo konvice na kávu. |
Povrchy homogenní kapaliny jsou instalovány na stejné úrovni v komunikujících nádobách libovolného tvaru. |
Kapaliny různé hustoty. |
Následující jednoduchý experiment lze provést s komunikujícími nádobami. Na začátku pokusu upneme pryžovou hadičku uprostřed a do jedné z hadiček nalijeme vodu. Poté otevřeme svorku a voda okamžitě proudí do druhé trubice, dokud nejsou vodní plochy v obou trubkách na stejné úrovni. Jedno ze sluchátek můžete připevnit na stativ a druhé zvednout, spustit nebo naklonit různé strany. A v tomto případě, jakmile se kapalina uklidní, její hladiny v obou trubkách se vyrovnají.
Ve spojovacích nádobách jakéhokoli tvaru a průřezu jsou povrchy homogenní kapaliny nastaveny na stejnou úroveň(za předpokladu, že tlak vzduchu nad kapalinou je stejný) (obr. 109).
To lze zdůvodnit následovně. Kapalina je v klidu, aniž by se pohybovala z jedné nádoby do druhé. To znamená, že tlak v obou nádobách na jakékoli úrovni je stejný. Kapalina v obou nádobách je stejná, tj. má stejnou hustotu. Proto musí být jeho výšky stejné. Když zvedneme jednu nádobu nebo do ní přidáme kapalinu, tlak v ní vzroste a kapalina se přesune do jiné nádoby, dokud se tlaky nevyrovnají.
Pokud se do jedné ze spojovacích nádob nalije kapalina jedné hustoty a do druhé kapalina jiné hustoty, pak v rovnováze nebudou hladiny těchto kapalin stejné. A to je pochopitelné. Víme, že tlak kapaliny na dně nádoby je přímo úměrný výšce sloupce a hustotě kapaliny. A v tomto případě budou hustoty kapalin různé.
Pokud jsou tlaky stejné, bude výška sloupce kapaliny s vyšší hustotou menší než výška sloupce kapaliny s nižší hustotou (obr.).
Zkušenosti. Jak určit hmotnost vzduchu.
Hmotnost vzduchu. Atmosférický tlak.
Existence atmosférického tlaku.
Atmosférický tlak je větší než tlak zředěného vzduchu v nádobě.
Vzduch, jako každé těleso na Zemi, je ovlivněn gravitací, a proto má vzduch váhu. Hmotnost vzduchu lze snadno vypočítat, pokud znáte jeho hmotnost.
Experimentálně si ukážeme, jak vypočítat hmotnost vzduchu. Chcete-li to provést, musíte si vzít odolnou skleněnou kouli se zátkou a gumovou trubici se svorkou. Odčerpáme z něj vzduch, hadičku upneme svorkou a vyrovnáme na váze. Poté otevřete svorku na pryžové trubici a vpusťte do ní vzduch. To naruší rovnováhu vah. Chcete-li jej obnovit, budete muset na druhou misku váhy položit závaží, jejichž hmotnost se bude rovnat hmotnosti vzduchu v objemu koule.
Experimenty prokázaly, že při teplotě 0 °C a normálním atmosférickém tlaku je hmotnost vzduchu o objemu 1 m 3 rovna 1,29 kg. Hmotnost tohoto vzduchu lze snadno vypočítat:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Vzdušný obal obklopující Zemi se nazývá atmosféra (z řečtiny atmosféra- pára, vzduch a koule- míč).
Atmosféra, jak ukazují pozorování letu umělých družic Země, sahá do výšky několika tisíc kilometrů.
Vlivem gravitace horní vrstvy atmosféry, podobně jako voda oceánu, stlačují spodní vrstvy. Vzduchová vrstva přiléhající přímo k Zemi je nejvíce stlačena a podle Pascalova zákona přenáší tlak na ni vyvíjený všemi směry.
V důsledku toho je zemský povrch a tělesa na něm umístěná vystavena tlaku z celé tloušťky vzduchu, nebo, jak se v takových případech obvykle říká, zažívá Atmosférický tlak .
Existence atmosférického tlaku může vysvětlit mnoho jevů, se kterými se v životě setkáváme. Podívejme se na některé z nich.
Obrázek ukazuje skleněnou trubici, uvnitř které je píst, který těsně přiléhá ke stěnám trubice. Konec trubky je spuštěn do vody. Pokud píst zvednete, voda za ním stoupne.
Tento jev se využívá u vodních čerpadel a některých dalších zařízení.
Na obrázku je znázorněna válcová nádoba. Uzavře se zátkou, do které se zasune trubička s kohoutkem. Vzduch je z nádoby odčerpáván čerpadlem. Konec trubky se pak umístí do vody. Pokud nyní otevřete kohoutek, voda vystříkne do vnitřku nádoby jako fontána. Voda vstupuje do nádoby, protože atmosférický tlak je větší než tlak zředěného vzduchu v nádobě.
Proč existuje vzduchový obal Země?
Jako všechna tělesa jsou molekuly plynu, které tvoří vzduchový obal Země, přitahovány k Zemi.
Ale proč potom všechny nespadnou na povrch Země? Jak se zachovává vzduchový obal Země a její atmosféra? Abychom to pochopili, musíme vzít v úvahu, že molekuly plynu jsou v nepřetržitém a náhodném pohybu. Ale pak vyvstává další otázka: proč tyto molekuly neodletí do vesmíru, tedy do vesmíru.
Aby bylo možné úplně opustit Zemi, molekula, jako kosmická loď nebo raketa, musí mít velmi vysokou rychlost (ne méně než 11,2 km/s). Jedná se o tzv druhá úniková rychlost. Rychlost většiny molekul ve vzduchovém obalu Země je výrazně menší než tato úniková rychlost. Většina z nich je proto k Zemi připoutána gravitací, jen zanedbatelné množství molekul letí mimo Zemi do vesmíru.
Náhodný pohyb molekul a vliv gravitace na ně vede k tomu, že se molekuly plynu „vznášejí“ v prostoru blízko Země a vytvářejí vzduchový obal nebo nám známou atmosféru.
Měření ukazují, že hustota vzduchu rychle klesá s nadmořskou výškou. Takže ve výšce 5,5 km nad Zemí je hustota vzduchu 2krát menší než jeho hustota na povrchu Země, ve výšce 11 km - 4krát menší atd. Čím je vyšší, tím je vzduch vzácnější. A konečně v nejsvrchnějších vrstvách (stovky a tisíce kilometrů nad Zemí) se atmosféra postupně mění v bezvzduchový prostor. Vzdušný obal Země nemá jasnou hranici.
Přísně vzato, v důsledku působení gravitace není hustota plynu v žádné uzavřené nádobě stejná v celém objemu nádoby. Na dně nádoby je hustota plynu větší než v jejích horních částech, proto tlak v nádobě není stejný. Ve spodní části nádoby je větší než nahoře. Pro plyn obsažený v nádobě je však tento rozdíl v hustotě a tlaku tak malý, že jej lze v mnoha případech zcela ignorovat, jen o něm vědět. Ale pro atmosféru přesahující několik tisíc kilometrů je tento rozdíl významný.
Měření atmosférického tlaku. Torricelliho zkušenost.
Výpočet atmosférického tlaku pomocí vzorce pro výpočet tlaku sloupce kapaliny (§ 38) není možný. Pro takový výpočet potřebujete znát výšku atmosféry a hustotu vzduchu. Ale atmosféra nemá definitivní hranici a hustota vzduchu v různých výškách je různá. Atmosférický tlak však lze měřit pomocí experimentu navrženého v 17. století italským vědcem Evangelista Torricelli , student Galileo.
Torricelliho experiment se skládá z následujícího: skleněná trubice o délce asi 1 m, na jednom konci utěsněná, je naplněna rtutí. Poté se druhý konec zkumavky těsně uzavře, převrátí se a spustí se do misky se rtutí, kde se tento konec zkumavky otevře pod hladinou rtuti. Jako v každém experimentu s kapalinou se část rtuti nalije do šálku a část zůstane v trubici. Výška sloupce rtuti zbývající v trubici je přibližně 760 mm. Nad rtutí uvnitř trubice není žádný vzduch, je zde bezvzduchový prostor, takže žádný plyn nevyvíjí tlak shora na sloupec rtuti uvnitř této trubice a neovlivňuje měření.
Torricelli, který navrhl výše popsaný experiment, také podal své vysvětlení. Atmosféra tlačí na povrch rtuti v pohárku. Merkur je v rovnováze. To znamená, že tlak v trubici je na úrovni ahh 1 (viz obrázek) se rovná atmosférickému tlaku. Při změně atmosférického tlaku se mění i výška sloupce rtuti v trubici. S rostoucím tlakem se kolona prodlužuje. S klesajícím tlakem rtuťový sloupec zmenšuje svou výšku.
Tlak v trubici na úrovni aa1 je vytvářen tíhou rtuťového sloupce v trubici, protože nad rtutí v horní části trubice není žádný vzduch. Z toho vyplývá, že atmosférický tlak se rovná tlaku rtuťového sloupce v trubici , tj.
p atm = p rtuť
Čím vyšší je atmosférický tlak, tím vyšší je sloupec rtuti v Torricelliho experimentu. Proto lze v praxi atmosférický tlak měřit výškou rtuťového sloupce (v milimetrech nebo centimetrech). Pokud je například atmosférický tlak 780 mm Hg. Umění. (říkají „milimetry rtuti“), to znamená, že vzduch vytváří stejný tlak jako vertikální sloupec rtuti vysoký 780 mm.
Proto je v tomto případě jednotkou měření atmosférického tlaku 1 milimetr rtuti (1 mm Hg). Pojďme najít vztah mezi touto jednotkou a jednotkou, která je nám známá - pascal(Pa).
Tlak rtuťového sloupce ρ rtuti o výšce 1 mm se rovná:
p = g·ρ·h, p= 9,8 N/kg · 13 600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Takže 1 mmHg. Umění. = 133,3 Pa.
V současné době se atmosférický tlak obvykle měří v hektopascalech (1 hPa = 100 Pa). Zprávy o počasí mohou například oznamovat, že tlak je 1013 hPa, což je stejně jako 760 mmHg. Umění.
Při každodenním pozorování výšky rtuťového sloupce v trubici Torricelli zjistil, že tato výška se mění, to znamená, že atmosférický tlak není konstantní, může se zvyšovat a snižovat. Torricelli také poznamenal, že atmosférický tlak je spojen se změnami počasí.
Pokud připojíte vertikální stupnici k trubici rtuti použité v Torricelliho experimentu, získáte nejjednodušší zařízení - rtuťový barometr (z řečtiny baros- tíže, metro- Měřím). Používá se k měření atmosférického tlaku.
Barometr - aneroid.
V praxi se pro měření atmosférického tlaku používá kovový barometr zvaný kovový barometr. aneroid (přeloženo z řečtiny - aneroid). Tak se nazývá barometr, protože neobsahuje žádnou rtuť.
Vzhled aneroidu je znázorněn na obrázku. Jeho hlavní částí je kovová krabice 1 s vlnitým (vlnitým) povrchem (viz další obrázek). Z tohoto boxu je odčerpáván vzduch a aby se zabránilo rozdrcení boxu atmosférickým tlakem, jeho víko 2 je taženo nahoru pružinou. Jak se atmosférický tlak zvyšuje, víko se ohýbá dolů a utahuje pružinu. Jak tlak klesá, pružina narovná víčko. Na pružině je pomocí převodového mechanismu 3 připevněna indikační šipka 4, která se při změně tlaku pohybuje doprava nebo doleva. Pod šipkou je stupnice, jejíž dílky jsou vyznačeny podle údajů rtuťového barometru. Číslo 750, proti kterému stojí aneroidní šipka (viz obrázek), tedy ukazuje, že v tento moment u rtuťového barometru je výška rtuťového sloupce 750 mm.
Proto je atmosférický tlak 750 mmHg. Umění. nebo ≈ 1000 hPa.
Hodnota atmosférického tlaku je velmi důležitá pro předpověď počasí na další dny, protože změny atmosférického tlaku jsou spojeny se změnami počasí. Barometr je nezbytným nástrojem pro meteorologická pozorování.
Atmosférický tlak v různých nadmořských výškách.
V kapalině tlak, jak víme, závisí na hustotě kapaliny a výšce jejího sloupce. Díky nízké stlačitelnosti je hustota kapaliny v různých hloubkách téměř stejná. Proto při výpočtu tlaku uvažujeme jeho hustotu konstantu a bereme v úvahu pouze změnu výšky.
U plynů je situace složitější. Plyny jsou vysoce stlačitelné. A čím více je plyn stlačen, tím větší je jeho hustota a tím větší tlak vytváří. Tlak plynu totiž vzniká dopady jeho molekul na povrch těla.
Vrstvy vzduchu na povrchu Země jsou stlačeny všemi nad nimi umístěnými vrstvami vzduchu. Ale čím vyšší je vrstva vzduchu od povrchu, tím slabší je stlačená, tím nižší je její hustota. Proto tím menší tlak vytváří. Pokud např. balón stoupá nad povrch Země, tlak vzduchu na kouli se snižuje. Děje se tak nejen proto, že se zmenšuje výška vzduchového sloupce nad ním, ale také proto, že se snižuje hustota vzduchu. Nahoře je menší než dole. Proto je závislost tlaku vzduchu na výšce složitější než u kapalin.
Pozorování ukazují, že atmosférický tlak v oblastech na hladině moře je v průměru 760 mm Hg. Umění.
Atmosférický tlak rovný tlaku rtuťového sloupce o výšce 760 mm při teplotě 0 °C se nazývá normální atmosférický tlak..
Normální atmosférický tlak rovná se 101 300 Pa = 1013 hPa.
Čím vyšší je nadmořská výška, tím nižší je tlak.
Při malých stoupáních v průměru na každých 12 m stoupání tlak klesá o 1 mmHg. Umění. (nebo o 1,33 hPa).
Znáte-li závislost tlaku na nadmořské výšce, můžete určit nadmořskou výšku změnou hodnot barometru. Aneroidy, které mají měřítko, podle kterého lze přímo měřit výšku nad hladinou moře, se nazývají výškoměry . Používají se v letectví a horolezectví.
Měřiče tlaku.
Již víme, že barometry se používají k měření atmosférického tlaku. Používá se k měření tlaků větších nebo menších než je atmosférický tlak měřiče tlaku (z řečtiny manos- vzácný, volný, metro- Měřím). Jsou tam manometry kapalina A kov.
|
|
Nejprve se podíváme na zařízení a akci. otevřený tlakoměr kapaliny. Skládá se z dvounohé skleněné trubice, do které se nalévá trocha tekutiny. Kapalina je instalována v obou kolenech ve stejné úrovni, protože na její povrch v kolenech nádoby působí pouze atmosférický tlak.
Abychom pochopili, jak takový tlakoměr funguje, lze jej připojit gumovou hadičkou ke kulaté ploché krabici, jejíž jedna strana je pokryta pryžovou fólií. Pokud na fólii zatlačíte prstem, hladina kapaliny v koleni tlakoměru připojeném ke krabičce se sníží a ve druhém koleni se zvýší. co to vysvětluje?
Při lisování na fólii se tlak vzduchu v krabici zvyšuje. Podle Pascalova zákona se toto zvýšení tlaku přenáší i na kapalinu v koleni tlakoměru, který je připojen ke krabici. Proto bude tlak na kapalinu v tomto koleni větší než v druhém, kde na kapalinu působí pouze atmosférický tlak. Pod silou tohoto přetlaku se kapalina začne pohybovat. V lokti se stlačeným vzduchem bude kapalina klesat, v druhém bude stoupat. Kapalina se dostane do rovnováhy (zastaví se), když se přetlak stlačeného vzduchu vyrovná tlakem vytvářeným přebytečným sloupcem kapaliny v druhé větvi tlakoměru.
Čím silněji na fólii tlačíte, tím vyšší je sloupec přebytečné kapaliny, tím větší je její tlak. Proto, změna tlaku může být posuzována podle výšky tohoto přebytečného sloupce.
Obrázek ukazuje, jak může takový manometr měřit tlak uvnitř kapaliny. Čím hlouběji je trubice ponořena do kapaliny, tím větší je rozdíl ve výškách sloupců kapaliny v kolenech tlakoměru., tedy a kapalina vytváří větší tlak.
Pokud nainstalujete krabici zařízení v určité hloubce uvnitř kapaliny a otočíte ji fólií nahoru, do stran a dolů, údaje na tlakoměru se nezmění. Tak to má být, protože na stejné úrovni uvnitř kapaliny je tlak ve všech směrech stejný.
Obrázek ukazuje kovový tlakoměr . Hlavní částí takového tlakoměru je kovová trubka ohnutá do trubky 1 , jehož jeden konec je uzavřen. Druhý konec trubky pomocí kohoutku 4 komunikuje s nádobou, ve které se měří tlak. Jak se tlak zvyšuje, trubka se ohýbá. Pohyb jeho uzavřeného konce pomocí páky 5 a zoubkování 3 přenášeno na šipku 2 , pohybující se v blízkosti stupnice přístroje. Při poklesu tlaku se trubice díky své pružnosti vrátí do předchozí polohy a šipka se vrátí na nulový dílek stupnice.
Pístové čerpadlo kapaliny.
V experimentu, který jsme uvažovali dříve (§ 40), bylo zjištěno, že voda ve skleněné trubici pod vlivem atmosférického tlaku stoupala za pístem nahoru. Na tom je akce založena. pístčerpadla
Čerpadlo je schematicky znázorněno na obrázku. Skládá se z válce, uvnitř kterého se píst pohybuje nahoru a dolů, těsně přiléhající ke stěnám nádoby. 1 . Ventily jsou instalovány ve spodní části válce a v samotném pístu 2 , otevírající se pouze nahoru. Když se píst pohybuje nahoru, voda pod vlivem atmosférického tlaku vstupuje do potrubí, zvedá spodní ventil a pohybuje se za pístem.
Když se píst pohybuje dolů, voda pod pístem tlačí na spodní ventil a ten se uzavře. Současně se pod tlakem vody otevře ventil uvnitř pístu a voda proudí do prostoru nad pístem. Na další tah Při pohybu pístu nahoru stoupá i voda nad ním, která se vlévá do výstupní trubky. Zároveň za pístem stoupá nová porce vody, která se při následném sklopení pístu objeví nad ním a celý tento postup se za chodu čerpadla stále opakuje.
Hydraulický lis.
Pascalův zákon vysvětluje akci hydraulický stroj (z řečtiny hydraulika- voda). Jedná se o stroje, jejichž provoz je založen na zákonech pohybu a rovnováhy tekutin.
Hlavní částí hydraulického stroje jsou dva válce různých průměrů, vybavené písty a spojovací trubkou. Prostor pod písty a trubkou je vyplněn kapalinou (obvykle minerálním olejem). Výšky kapalinových sloupců v obou válcích jsou stejné, pokud na písty nepůsobí žádné síly.
Předpokládejme nyní, že síly F 1 a F 2 - síly působící na písty, S 1 a S 2 - oblasti pístu. Tlak pod prvním (malým) pístem je roven p 1 = F 1 / S 1 a pod druhou (velkou) p 2 = F 2 / S 2. Podle Pascalova zákona je tlak kapalinou v klidu přenášen rovnoměrně všemi směry, tzn. p 1 = p 2 nebo F 1 / S 1 = F 2 / S 2, od:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Proto ta síla F 2 tolikrát více síly F 1 , Kolikrát je plocha velkého pístu větší než plocha malého pístu?. Pokud je například plocha velkého pístu 500 cm2 a malého 5 cm2 a na malý píst působí síla 100 N, pak bude síla 100krát větší, tedy 10 000 N. působit na větší píst.
Pomocí hydraulického stroje je tedy možné vyrovnat větší sílu malou silou.
přístup F 1 / F 2 ukazuje nárůst síly. Například v uvedeném příkladu je nárůst pevnosti 10 000 N / 100 N = 100.
Hydraulický stroj sloužící k lisování (mačkání) se nazývá hydraulický lis .
Hydraulické lisy se používají tam, kde je potřeba větší síla. Například pro lisování oleje ze semen v lisovnách oleje, pro lisování překližky, kartonu, sena. Na hutních závodů Hydraulické lisy se používají k výrobě ocelových hřídelí strojů, železničních kol a mnoha dalších výrobků. Moderní hydraulické lisy mohou vyvinout síly v řádu desítek a stovek milionů newtonů.
Struktura hydraulického lisu je schematicky znázorněna na obrázku. Lisované těleso 1 (A) je umístěno na plošině spojené s velkým pístem 2 (B). Pomocí malého pístu 3 (D) vzniká na kapalinu vysoký tlak. Tento tlak je přenášen do každého bodu kapaliny plnící válce. Proto stejný tlak působí i na druhý, větší píst. Ale protože plocha druhého (velkého) pístu je větší než plocha malého pístu, síla působící na něj bude větší než síla působící na píst 3 (D). Pod vlivem této síly se píst 2 (B) zvedne. Když se píst 2 (B) zvedne, tělo (A) se opře o stacionární horní plošinu a je stlačeno. Tlakoměr 4 (M) měří tlak kapaliny. Pojistný ventil 5 (P) se automaticky otevře, když tlak kapaliny překročí přípustnou hodnotu.
Z malého válce do velkého je kapalina čerpána opakovanými pohyby malého pístu 3 (D). To se provádí následovně. Když se malý píst (D) zvedne, ventil 6 (K) se otevře a kapalina je nasávána do prostoru pod pístem. Když je malý píst spuštěn pod vlivem tlaku kapaliny, ventil 6 (K) se uzavře a ventil 7 (K") se otevře a kapalina proudí do velké nádoby.
Vliv vody a plynu na tělo v nich ponořené.
Pod vodou snadno zvedneme kámen, který se ve vzduchu těžko zvedá. Pokud ponoříte korek pod vodu a uvolníte jej z rukou, vyplave nahoru. Jak lze tyto jevy vysvětlit?
Víme (§ 38), že kapalina tlačí na dno a stěny nádoby. A pokud je uvnitř kapaliny umístěno nějaké pevné těleso, bude také vystaveno tlaku, stejně jako stěny nádoby.
Uvažujme síly, které působí z kapaliny na těleso v ní ponořené. Abychom usnadnili uvažování, zvolíme těleso, které má tvar rovnoběžnostěnu se základnami rovnoběžnými s povrchem kapaliny (obr.). Síly působící na boční stěny těla jsou ve dvojicích stejné a vzájemně se vyrovnávají. Pod vlivem těchto sil se tělo stahuje. Ale síly působící na horní a spodní okraj tělesa nejsou stejné. Horní okraj je tlačen silou shora F 1 sloupec kapaliny vysoký h 1. Na úrovni spodního okraje vytváří tlak sloupec kapaliny s výškou h 2. Tento tlak, jak víme (§ 37), se přenáší uvnitř kapaliny všemi směry. V důsledku toho na spodní straně těla zdola nahoru silou F 2 stlačí sloupec kapaliny vysoký h 2. Ale h 2 další h 1 tedy modul síly F 2 další výkonové moduly F 1. Proto je těleso z kapaliny vytlačováno silou F Vt, rovno rozdílu sil F 2 - F 1, tzn.
|
|
Ale S·h = V, kde V je objem rovnoběžnostěnu a ρ f ·V = m f je hmotnost kapaliny v objemu rovnoběžnostěnu. Proto, F out = g m w = P w, tj. vztlaková síla se rovná hmotnosti kapaliny v objemu tělesa v ní ponořeného(vztlaková síla je rovna hmotnosti kapaliny o stejném objemu, jako je objem tělesa v ní ponořeného). Existenci síly vytlačující těleso z kapaliny lze experimentálně snadno zjistit. Na obrázku A ukazuje těleso zavěšené na pružině se šipkou na konci. Šipka označuje napětí pružiny na stativu. Když je tělo vypuštěno do vody, pružina se smrští (obr. b). Stejné smrštění pružiny bude dosaženo, pokud budete působit na tělo zdola nahoru nějakou silou, například zatlačíte rukou (zdvihnete). Zkušenosti to tedy potvrzují na těleso v kapalině působí síla, která těleso z kapaliny vytlačuje. Jak víme, Pascalův zákon platí i pro plyny. Proto tělesa v plynu jsou vystavena síle, která je vytlačuje z plynu. Pod vlivem této síly se balónky zvedají vzhůru. Existenci síly vytlačující těleso z plynu lze pozorovat i experimentálně. Ze zkrácené pánvičky pověsíme skleněnou kouli nebo velkou baňku uzavřenou zátkou. Váhy jsou vyvážené. Poté se pod baňku (nebo kouli) umístí široká nádoba tak, aby obklopovala celou baňku. Nádoba je naplněna oxidem uhličitým, jehož hustota je větší než hustota vzduchu (proto oxid uhličitý spadne a naplní nádobu a vytlačí z ní vzduch). V tomto případě je rovnováha vah narušena. Pohár se zavěšenou baňkou se zvedá nahoru (obr.). Na baňku ponořenou do oxidu uhličitého působí větší vztlaková síla než síla, která na ni působí ve vzduchu. Síla, která vytlačuje těleso z kapaliny nebo plynu, je směrována opačně než gravitační síla působící na toto těleso. Proto prolkosmos). To je přesně důvod, proč ve vodě někdy snadno zvedáme těla, která máme potíže udržet ve vzduchu. Na pružině je zavěšeno malé vědro a válcové tělo (obr., a). Šipka na stativu označuje natažení pružiny. Ukazuje váhu těla ve vzduchu. Po zvednutí tělesa se pod něj umístí licí nádoba naplněná kapalinou po úroveň licí trubky. Poté je tělo zcela ponořeno do kapaliny (obr., b). V čem část kapaliny, jejíž objem se rovná objemu tělesa, se vylije z nalévací nádoby do sklenice. Pružina se stahuje a ukazatel pružiny stoupá, což ukazuje na pokles tělesné hmotnosti v tekutině. V v tomto případě Kromě gravitace působí na těleso ještě jedna síla, která ho vytlačuje z kapaliny. Pokud se do horního kbelíku nalije kapalina ze sklenice (tj. kapalina, která byla vytlačena tělem), vrátí se ukazatel pružiny do své výchozí polohy (obr., c).
Na základě této zkušenosti lze usoudit, že síla vytlačující těleso zcela ponořené v kapalině se rovná hmotnosti kapaliny v objemu tohoto tělesa . Stejný závěr jsme dostali v § 48. Pokud by byl podobný experiment proveden s tělesem ponořeným do nějakého plynu, ukázalo by to síla vytlačující těleso z plynu se také rovná hmotnosti plynu odebraného v objemu tělesa . Síla, která vytlačuje těleso z kapaliny nebo plynu, se nazývá Archimedova síla, na počest vědce Archimedes , který jako první upozornil na jeho existenci a vypočítal jeho hodnotu. Takže zkušenost potvrdila, že Archimédova (neboli vztlaková) síla se rovná hmotnosti kapaliny v objemu tělesa, tzn. F A = P f = g m a. Hmotnost kapaliny mf vytlačená tělesem lze vyjádřit její hustotou ρf a objemem tělesa Vt ponořeného do kapaliny (protože Vf - objem kapaliny vytlačený tělesem je roven Vt - objem tělesa ponořeného do kapaliny v kapalině), tj. m f = ρ f · V t. Pak dostaneme: F A= g·ρ a · PROTI T V důsledku toho závisí Archimedova síla na hustotě kapaliny, ve které je těleso ponořeno, a na objemu tohoto tělesa. Nezáleží však například na hustotě hmoty tělesa ponořeného do kapaliny, protože toto množství není ve výsledném vzorci zahrnuto. Pojďme nyní určit hmotnost tělesa ponořeného do kapaliny (nebo plynu). Protože dvě síly působící na těleso v tomto případě směřují v opačných směrech (gravitační síla směřuje dolů a Archimedova síla nahoru), bude hmotnost tělesa v kapalině P 1 menší hmotnost těles ve vakuu P = gm o Archimédově síle F A = g m w (kde m g - hmotnost kapaliny nebo plynu vytlačená tělesem). Tím pádem, pokud je těleso ponořeno do kapaliny nebo plynu, ztratí tolik hmotnosti, kolik váží kapalina nebo plyn, které vytlačil. Příklad. Určete vztlakovou sílu působící na kámen o objemu 1,6 m 3 v mořské vodě. Zapišme si podmínky problému a vyřešme jej. Když plovoucí těleso dosáhne hladiny kapaliny, pak s jeho dalším pohybem vzhůru bude Archimédova síla klesat. Proč? Ale protože objem části tělesa ponořeného do kapaliny se zmenší a Archimédova síla se rovná hmotnosti kapaliny v objemu části tělesa v ní ponořené. Když se Archimédova síla vyrovná gravitační síle, těleso se zastaví a bude plavat na hladině kapaliny, částečně do ní ponořené. Výsledný závěr lze snadno ověřit experimentálně. Nalijte vodu do drenážní nádoby po úroveň drenážní trubky. Poté plovoucí těleso ponoříme do nádoby, když jsme jej předtím ve vzduchu zvážili. Po sestupu do vody tělo vytlačí objem vody, který se rovná objemu části těla, která je v něm ponořena. Po zvážení této vody zjistíme, že její hmotnost (Archimedova síla) se rovná gravitační síle působící na plovoucí těleso, neboli hmotnosti tohoto tělesa ve vzduchu. Po provedení stejných experimentů s jinými tělesy plovoucími v různých kapalinách – vodě, alkoholu, solném roztoku, si můžete být jisti, že pokud těleso plave v kapalině, pak se váha jím vytlačené kapaliny rovná hmotnosti tohoto tělesa ve vzduchu. Je snadné to dokázat je-li hustota pevné pevné látky větší než hustota kapaliny, pak těleso v takové kapalině klesá. V této kapalině plave těleso s nižší hustotou. Kus železa se například potopí ve vodě, ale plave ve rtuti. Těleso, jehož hustota je rovna hustotě kapaliny, zůstává uvnitř kapaliny v rovnováze. Led plave na hladině vody, protože jeho hustota je menší než hustota vody. Čím nižší je hustota tělesa ve srovnání s hustotou kapaliny, tím menší část tělesa je ponořena v kapalině . Při stejných hustotách tělesa a kapaliny se těleso vznáší uvnitř kapaliny v libovolné hloubce. Dvě nemísitelné kapaliny, například voda a petrolej, jsou umístěny v nádobě podle jejich hustot: ve spodní části nádoby - hustší voda (ρ = 1000 kg/m3), nahoře - lehčí petrolej (ρ = 800 kg /m3). Průměrná hustota živých organismů obývajících vodní prostředí se jen málo liší od hustoty vody, takže jejich hmotnost je téměř zcela vyvážena Archimedovou silou. Díky tomu vodní živočichové nepotřebují tak silné a masivní kostry jako suchozemští. Ze stejného důvodu jsou kmeny vodních rostlin elastické. Plavecký měchýř ryby snadno mění svůj objem. Když ryba pomocí svalů klesá do větší hloubky a tlak vody na ni se zvyšuje, bublina se smršťuje, objem rybího těla se zmenšuje a ta není tlačena nahoru, ale plave v hloubce. Ryba tak může v určitých mezích regulovat hloubku svého ponoru. Velryby regulují hloubku svého ponoru tím, že snižují a zvyšují kapacitu plic. Plachtění lodí.Plavidla plující po řekách, jezerech, mořích a oceánech jsou postavena z různé materiály S různé hustoty. Trup lodí je obvykle vyroben z ocelových plechů. Veškeré vnitřní upevnění, které dodává lodím pevnost, je rovněž vyrobeno z kovů. Ke stavbě lodí se používají různé materiály, které mají ve srovnání s vodou vyšší i nižší hustotu. Jak lodě plují, berou na palubu a převážejí velký náklad? Pokus s plovoucím tělesem (§ 50) ukázal, že těleso svou podvodní částí vytlačí tolik vody, že váha této vody se rovná váze tělesa ve vzduchu. To platí také pro jakékoli plavidlo. Hmotnost vody vytlačená podvodní částí plavidla se rovná hmotnosti plavidla s nákladem ve vzduchu nebo gravitační síle působící na plavidlo s nákladem. Hloubka, do které je loď ponořena do vody, se nazývá návrh . Maximální přípustný ponor je vyznačen na trupu lodi červenou čarou tzv čára ponoru (z holandštiny. voda- voda). Hmotnost vody vytlačená lodí, když je ponořena k vodorysce, rovná gravitační síle působící na naloženou loď, se nazývá výtlak lodi.. V současné době se pro přepravu ropy staví lodě o výtlaku 5 000 000 kN (5 × 10 6 kN) nebo více, to znamená o hmotnosti 500 000 tun (5 × 10 5 t) nebo více spolu s nákladem. Odečteme-li od výtlaku hmotnost samotného plavidla, dostaneme nosnost tohoto plavidla. Nosnost ukazuje hmotnost nákladu přepravovaného lodí. Stavění lodí existovalo zpět v r Starověký Egypt, ve Fénicii (věří se, že Féničané byli jedním z nejlepších stavitelů lodí), starověké Číně. V Rusku stavba lodí vznikla na přelomu 17. a 18. století. Stavěly se převážně válečné lodě, ale právě v Rusku vznikl první ledoborec, lodě se spalovacím motorem, jaderný ledoborec"Arktický". Aeronautika.
Kresba popisující balón bratří Montgolfierů z roku 1783: „Pohled a přesné rozměry balónu Země"Kdo byl první." 1786 Od pradávna lidé snili o možnosti létat nad mraky, plavat v oceánu vzduchu, stejně jako plavali na moři. Pro letectví Nejprve používali balónky, které byly naplněny buď ohřátým vzduchem, vodíkem nebo heliem. Aby se balón zvedl do vzduchu, je nutné, aby Archimédova síla (vztlak) F Působení na míček bylo větší než gravitační síla F těžký, tzn. F A > F těžký Jak míč stoupá vzhůru, Archimedova síla, která na něj působí, klesá ( F A = gρV), protože hustota horních vrstev atmosféry je menší než hustota zemského povrchu. Pro zvýšení výše je z míče shozen speciální balast (závaží), který míč odlehčí. Nakonec míč dosáhne své maximální výšky zdvihu. K uvolnění koule z pláště se část plynu uvolní pomocí speciálního ventilu. Ve vodorovném směru se balón pohybuje pouze pod vlivem větru, proto se mu říká balón (z řečtiny aer- vzduch, stato- stojící). Není to tak dávno, co se ke studiu horních vrstev atmosféry a stratosféry používaly obrovské balony – stratosférické balóny . Než jsme se naučili stavět velká letadla pro leteckou přepravu cestujících a nákladu byly použity řízené balóny - vzducholodě. Mají protáhlý tvar, pod korbou je zavěšena gondola s motorem, který pohání vrtuli. Balón se nejen sám zvedne, ale může zvednout i nějaký náklad: kabinu, lidi, přístroje. Abychom tedy zjistili, jakou zátěž může balón zvednout, je nutné ji určit výtah. Nechme např. vypustit do vzduchu balon o objemu 40 m 3 naplněný heliem. Hmotnost helia vyplňujícího plášť koule se bude rovnat: To znamená, že tato koule dokáže zvednout břemeno o hmotnosti 520 N - 71 N = 449 N. To je její zdvihací síla. Balón o stejném objemu, ale naplněný vodíkem, dokáže zvednout zátěž 479 N. To znamená, že jeho zdvihací síla je větší než u balónu naplněného heliem. Stále se však častěji používá helium, protože nehoří a je tedy bezpečnější. Vodík je hořlavý plyn. Je mnohem snazší zvednout a spustit míč naplněný horkým vzduchem. K tomu je pod otvorem umístěným ve spodní části koule umístěn hořák. Pomocí plynového hořáku můžete regulovat teplotu vzduchu uvnitř míče a tím i jeho hustotu a vztlakovou sílu. Aby se kulička zvedla výš, stačí v ní silněji zahřát vzduch zvýšením plamene hořáku. S klesajícím plamenem hořáku klesá teplota vzduchu v kouli a koule klesá. Můžete zvolit teplotu míče, při které bude hmotnost míče a kabiny rovna vztlakové síle. Pak bude míč viset ve vzduchu a bude snadné z něj pozorovat. Jak se vyvíjela věda, tak se vyvíjela významné změny v letecké technice. Bylo možné použít nové pláště pro balóny, které se staly odolnými, mrazuvzdornými a lehkými. Pokroky v oblasti radiotechniky, elektroniky a automatizace umožnily navrhovat bezpilotní balóny. Tyto balóny se používají ke studiu vzdušných proudů, pro geografický a biomedicínský výzkum v nižších vrstvách atmosféry. Fungování srdečního a cévního systému se posuzuje podle mnoha kritérií. Lidé s problémy v této oblasti musí obzvláště pečlivě sledovat svůj krevní tlak a užívat předepsané léky. Obecně přijímané hranice normálních hodnot se pohybují od 110/65 do 130/85 mmHg. Odchylky v jednom nebo druhém směru jsou důvodem k konzultaci s lékařem. V medicíně však existuje několik vzorců, které jsou informativnější než čísla na tonometru. Po jejich zvládnutí můžete snadno vypočítat průměrný arteriální tlak a vzít nezbytná opatření prevence komplikací. Cévy a pohyb krvePojem krevní tlak se vztahuje k nárazové síle, kterou krev působí cévní stěny. Postupně pod vlivem času a negativních faktorů ztrácejí svou pevnost a pružnost a stávají se stále náchylnějšími ke všem druhům poškození. Jednotlivé naměřené hodnoty krevního tlaku pro osobu se skládají z horních (systolických nebo SBP) a dolních (diastolických nebo DBP) hodnot. Číslo před frakčním separátorem odráží tlakovou sílu, kterou krev působí na stěny tepny přímo během srdeční ejekce. Toto je systolický tlak. Číslo za zlomkem ukazuje zatížení krevní proudy během pauzy nebo odpočinku srdečních svalů. Toto je diastolické. Pro výpočet všech následných matematických výrazů budou tyto konečné faktory sloužit jako hlavní. Stanovení důležitých hodnotLékaři jen zřídka varují lidi před důležitostí takového konceptu, jako je pulzní tlak (PPP). Lze jím však zjistit průchodnost cév, tuhost stěn, přítomnost křečí a zánětů v jejich tkáních. Vzhledem k tomu, jak snadné je vypočítat pulzní krevní tlak, každý by měl znát vzorec. Musíte odečíst DBP od SBP a ve výsledku dostanete to, co hledáte.
To může být:
Pokud je hladina krevního tlaku zvýšená nad 50, nelze vyloučit následující příčiny: ateroskleróza, těžká hypertenze, srdeční blok, endokarditida, anémie a další onemocnění.  Normy krevního tlaku podle WHO Výpočet středního arteriálního tlaku (MAP) pomáhá lékaři a pacientovi sledovat proces celý cyklus srdeční činnost. Tento ukazatel neumožňuje definitivně popsat funkce srdce, ale je při takovém hodnocení základní. Existuje několik způsobů, jak vypočítat průměrný krevní tlak.
Průměrný tlak po celý život zůstává přibližně na stejné úrovni, bez ohledu na změny systolického nebo diastolického tlaku. I v průběhu času, kdy se hypertenze nebo hypotenze stane společníkem člověka, by měl být indikátor MAP konstantní a stabilní. Normální ukazateleNa základě jakéhokoli vzorce pro výpočet průměrného arteriálního tlaku bude údaj pro každou osobu stejný. Rozsah normální ukazatele Za MAP se obvykle považuje 70–100 mmHg. Člověk může svůj stav posoudit mnoha způsoby, jedním z nich je výpočet MAP. Vzorce by měli používat jak pacienti s abnormalitami ve fungování krevních cév, tak ti, kteří jsou v současné době zdraví. To pomůže včas reagovat a předcházet nežádoucím onemocněním.
Střední arteriální tlak (MAP) je průměrný krevní tlak naměřený za určité časové období. Nerovná se aritmetickému průměru mezi DM a DD, protože během většiny srdečního cyklu je krevní tlak blíže diastolické hladině než systolické hladině. V souladu s fyziologií člověka je výpočet průměrného arteriálního tlaku určen z 60 % úrovní dolní hodnoty a ze 40 % úrovní horní hodnoty. MAP je tlak celého srdečního cyklu. Vypočítává se podle určitých vzorců – doma nebo v nemocnici. Jeho variabilita je ideálně 80-95 mmHg. Tento indikátor neposuzuje funkčnost srdce. Pro úplný obrázek je nutné vzít v úvahu srdeční výdej, tepový objem a srdeční index. V medicíně existuje termín zvaný pulzní tlak. Vypočítá se jednoduše: diastolická hodnota se odečte od systolického čísla. Normálně je to do 50 mm. Nejlepší možnost se pohybuje od 35 do 45 mmHg. Jak vypočítat střední arteriální tlak?Před výpočtem středního arteriálního tlaku je třeba změřit horní a dolní hodnoty. To lze provést doma pomocí tonometru. Měření probíhá v klidu, aby se eliminovaly falešné výsledky. MAP umožňuje zjistit, jak fungují orgány celého těla, do jaké míry dochází k saturaci krve a živin. Pokud je pozorován pokles, hovoří o poruše krevního oběhu v těle, což vede k onemocnění ledvin, mozku, atrofii a dalším patologiím. chronický. Samozřejmě, v ideálním případě tento ukazatel vypočítá ošetřující lékař, který bere v úvahu další parametry stavu těla. Jedině tak zjistíte přesnou představu o fungování srdce a celého cévního systému. Metody výpočtu:
Data nemusíte počítat sami, program to udělá společně za vás. Na internetu jsou k dispozici různé kalkulačky středního krevního tlaku.
Odhad středního krevního tlaku
Po provedení výpočtu potřebujete znát dekódování získaných hodnot. Normou pro střední arteriální tlak je široký rozsah hodnot. Pohybuje se od 70 do 110 mmHg. Ideálně pro zdravého člověka bez chronická onemocnění by měla být 85-95 mm. Na patologické abnormality z normální hodnota potřeba poradit se s lékařem. Vezmeme nějaké léky může vést ke změnám srdečního krevního tlaku. Pokud nelze léčbu zrušit, je nutné lékařský dohled aby se zabránilo nadměrnému nárůstu. Například, pokud pacient užívá lék Likferr, předepsaný pro patologie gastrointestinálního traktu, nedostatek železa, ovlivňuje ukazatele krevního tlaku. V souladu s tím může jeho použití změnit MAP. Když průměrný krevní tlak není normální, důvody jsou následující:
Norma průměrného arteriálního tlaku, stejně jako rozdíl pulsu, je stejná pro dospívající, těhotné ženy, starší lidi a lidi středního věku.
Jak získat správný průměr?
|
Pro správný výpočet MAP musíte zadat správné krevní hodnoty. Mnoho dospělých nedodržuje pravidla měření, v důsledku čehož dostávají nesprávný výpočet průměru.
