Υδροστατική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τα χαρακτηριστικά των υγρών σε ηρεμία. Συγκεκριμένα, δημιουργεί σχέσεις με το πίεση ασκείται σε σώματα βυθισμένα σε υγρά όπως ατμοσφαιρικό αέρα και νερό.
Κοίταεπίσης:Σημαντικές έννοιες για τη μελέτη των υδροστατικών
Τι είναι η Υδροστατική;
Ο Υδροστατική είναι ένας τομέας της Φυσικής που μελετά τις ιδιότητες των υγρών σε ηρεμία. Μεταξύ των φυσικών ιδιοτήτων των υγρών, μπορούμε να επισημάνουμε τα πιο σημαντικά: πυκνότητα,πίεση και δύναμη του πλευστότητα. Κατανοούμε ως ρευστές ουσίες ικανές να υποθέσουν το σχήμα του περιέκτη τους, να αλλάξουν το σχήμα τους υπό τη δράση κάποιας εξωτερικής δύναμης.
Ο πυκνότητα είναι μια σημαντική παράμετρος, καθώς αυτή η ιδιότητα μετρά την ποσότητα ύλης που έχει ένα υγρό σε ένα δεδομένο χώρο. Σύμφωνα με το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI), η πυκνότητα ενός υγρού μετράται σε κιλάανάμετρόκυβικός (kg / m³).
Ο πίεσηυδροστατικός μετρά το δύναμη ανά μονάδα εμβαδού ότι ένα ρευστό σε ηρεμία είναι ικανό να ασκεί πάνω σε μια επιφάνεια. Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος ενός σώματος που βυθίζεται σε ένα υγρό, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση που ασκείται σε αυτό. Η μονάδα πίεσης στο SI είναι η
πασχάλινος (Pa), που ισοδυναμεί με την πίεση του 1 newton ανά τετραγωνικό μέτρο (N / m²).Ο πλευστότητα, με τη σειρά του, είναι η δύναμη που ασκεί κάθε υγρό στα σώματα που βυθίζονται σε αυτό. Η πλευστή δύναμη είναι υπεύθυνη για την αποβολή φυσαλίδων αερίου από ανθρακούχα ποτά. Επιπλέον, κάνει έναν φελλό, ένα πλοίο ή έναν παγάκι να επιπλέει στο νερό. Η πλευστή δύναμη περιγράφεται από το Το Θεώρημα του Αρχιμήδη, και η μονάδα σας είναι η νεύτο (Ν).
υδροστατική πίεση
Ο πίεσηυδροστατικός είναι η πίεση που ασκείται από μια στήλη υγρού σε ηρεμία. Για τον υπολογισμό του συντελεστή της υδροστατικής πίεσης που ασκείται από ένα ρευστό, χρησιμοποιούμε το αρχήθεμελιώδηςδίνειΥδροστατική:
Η διαφορά πίεσης μεταξύ δύο σημείων σε ένα ρευστό καθορίζεται από το προϊόν της πυκνότητάς του, τον συντελεστή τοπικής βαρύτητας και τη διαφορά ύψους μεταξύ αυτών των σημείων. |
Η θεμελιώδης αρχή της υδροστατικής δηλώνει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος ενός υγρού, τόσο μεγαλύτερη πίεση θα ασκεί.
Μπορούμε να μεταφράσουμε τη θεμελιώδη αρχή του υδροδυναμική στην ακόλουθη εξίσωση:
ΔΡ - διαφορά πίεσης (Pa)
ρε - πυκνότητα υγρού (kg / m³)
Ω - διαφορά ύψους μεταξύ των σημείων ρευστού (m)
Μια προσεκτική ανάλυση της αρχής που παρουσιάζεται παραπάνω μας επιτρέπει να συμπεράνουμε ότι:
Δύο σημεία που βρίσκονται στο ίδιο ύψος σε ένα υγρό θα έχουν την ίδια πίεση.
όλο το υγρό ισορροπία παρουσιάζει την ελεύθερη επιφάνειά του διευθετημένη κατά την κατεύθυνση οριζόντιος;
Η πίεση σε ένα υγρό αυξάνεται με το βάθος.
→ Θεώρημα και πίεση του Pascal
Σύμφωνα με Το θεώρημα του Pascal, κάθε πίεση αυξάνεται έναντι ενός ιδανικού υγρού, δηλαδή ενός υγρού μη συμπιέσιμο, συνεχής και χωρίςιξώδες, μεταδίδεται ομοιογενώς σε όλο τον όγκο του. Μία από τις εφαρμογές της αρχής του Pascal είναι η λειτουργία υδραυλικών πρεσών και εμβόλων.
φά - εφαρμοσμένη δύναμη (N)
Ο - περιοχή εφαρμογής δύναμης (m²)
Υδροστατική και πυκνότητα
Ο πυκνότητα είναι μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες ενός υγρού. Μέσω αυτού, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η ποσότητα της ύλης που αποτελεί ένα ρευστό σε έναν δεδομένο όγκο. Ο ορισμός πυκνότητας φαίνεται παρακάτω:
ρε - πυκνότητα (kg / m³)
Μ - μάζα (kg)
Β - όγκος (m³)
Η πυκνότητα ενός υγρού μετράται με βάση την πυκνότητα καθαρού νερού, του οποίου ο συντελεστής είναι 1,0 χιλιόγραμμοανάμετρόκυβικός. Υπάρχουν πολλές μονάδες πυκνότητας που χρησιμοποιούνται συνήθως στη μελέτη των υδροστατικών. Ρίξτε μια ματιά σε ορισμένα από τα παρακάτω στην εικόνα και εκμεταλλευτείτε την ευκαιρία να μάθετε πώς να εκτελείτε μετατροπές μονάδας όταν είναι απαραίτητο:
Ισοδυναμία μεταξύ των κύριων μονάδων πυκνότητας.
Κοίταεπίσης: Διαφορές μεταξύ πυκνότητας και ειδικής μάζας
Πλευστότητα και υδροστατική
Όταν εισάγεται σε ένα υγρό, ένα σώμα καταλαμβάνει μέρος του χώρου που είχε καταλάβει προηγουμένως το ίδιο το υγρό. Έτσι, το ρευστό θα ασκήσει σε αυτό το αντικείμενο μια δύναμη που κατευθύνεται προς τα πάνω με μέγεθος ίσο με το βάρος του υγρού που μετατοπίστηκε λόγω της εισαγωγής του σώματος μέσα σε αυτό.
Ο ορισμός που παρουσιάστηκε παραπάνω αναπτύχθηκε από ΑρχιμήδηςσεΣυρακούσαι, Ένα σημαντικό μαθηματικός, εφευρέτης και φυσικός Ελληνικά. Η αρχική σας δήλωση παρουσιάζεται παρακάτω:
"Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό σε κατάσταση ηρεμίας υφίσταται, από την πλευρά του υγρού, μια κάθετη δύναμη προς τα πάνω, η ένταση της οποίας είναι ίση με το βάρος του υγρού που εκτοπίζεται από το σώμα." |
Το συντελεστή της πλευστικής δύναμης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο ορισμό:
Η ώθηση που ασκείται εξαρτάται από τον όγκο (V) του υγρού που μετατοπίζεται με την εισαγωγή ενός σώματος, την πυκνότητα του υγρού και την τοπική βαρύτητα.
Η πλευστότητα που ασκείται από ένα υγρό όχιθα εξαρτηθεί, επομένως, του Βάροςτουσώμα ή το δικό σας πυκνότητα, αλλά ναι πυκνότητατουυγρό, δίνει βαρύτητατοπικός Είναι από Ενταση ΗΧΟΥσευγρόεκτοπισμένος, που παρεμπιπτόντως είναι ίσος στο Ενταση ΗΧΟΥ του τμήματος του σώματος που βυθίζεται στο υγρό.
Αν και η πλευστότητα δεν καθορίζεται από την πυκνότητα του σώματος, μέσω της σχέσης μεταξύ πυκνότητας σώματος και υγρών, είναι δυνατόν να γνωρίζουμε εάν το σώμα θα επιπλέει, θα παραμείνεισεισορροπία ή θα βυθιστεί. Παρακολουθώ:
αν το σώμα είναι περισσότεροπυκνός ότι το κάτω μέρος, θα τείνει να βυθιστεί?
Εάν το σώμα έχει πυκνότητα Επόμενο αυτό του υγρού, θα τείνει να παραμείνει σε ισορροπία.
Εάν το σώμα έχει πυκνότητα μικρότερος από την πυκνότητα του υγρού, θα τείνει να κυμαίνεται.
φαινόμενο βάρος
Βάροςεμφανής είναι το αποτέλεσμα των δυνάμεων Βάρος και πλευστότητα που δρουν σε σώμα ενσωματωμένο σε υγρό. Όταν βυθίζεται σε υγρό, το σώμα θα εμφανίζεται περισσότερο "Φως" από ό, τι είναι πραγματικά. Αυτό συμβαίνει επειδή η πλευστή δύναμη ενεργεί σε αυτό το σώμα προς την κατεύθυνση κατακόρυφος, πάντα δείχνοντας Γιαπάνω.
Ο Βάροςεμφανής μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
ΠΑΡ - φαινόμενο βάρος (N)
Π - σωματικό βάρος (N)
ΚΑΙ - ώθηση στο σώμα (N)
Υδροστατικοί τύποι
Δείτε παρακάτω μερικούς από τους κύριους τύπους που χρησιμοποιούνται στη μελέτη των υδροστατικών.
→ Θεμελιώδης αρχή της υδροστατικής
Η θεμελιώδης αρχή της υδροστατικής επιτρέπει τον υπολογισμό της διαφοράς πίεσης μεταξύ δύο σημείων διαφορετικών υψών εντός ενός ιδανικού υγρού.
→ Πυκνότητα
Η πυκνότητα μετρά την ποσότητα της ύλης που περιέχεται σε ένα υγρό ή ένα σώμα ανά μονάδα χώρου που καταλαμβάνεται από αυτό:
→ Θεώρημα του Pascal
Το θεώρημα του Pascal υποδεικνύει ότι η αύξηση της πίεσης που ασκείται σε ένα υγρό ισορροπίας κατανέμεται πάνω του με έναν ολοκληρωμένο και ομοιογενή τρόπο:
→ Πλευστότητα
Η πλευστότητα είναι η δύναμη που ασκείται από ένα ρευστό που έχει μετατοπιστεί από τη θέση του ως αποτέλεσμα της εισαγωγής ενός σώματος. Η πλευστότητα εξαρτάται από τον όγκο του εκτοπισμένου υγρού, την τοπική βαρύτητα και την πυκνότητα υγρού:
→ φαινόμενο βάρος
Το φαινόμενο βάρος είναι η προκύπτουσα δύναμη σε ένα σώμα που εισάγεται πλήρως ή μερικώς σε ένα υγρό:
Υδροστατικές ασκήσεις
1. Προσδιορίστε τη διαφορά πίεσης μεταξύ δύο σημείων που βρίσκονται σε βάθος 10 m και 20 m σε μια λίμνη υφάλμυρου νερού με πυκνότητα ίση με 1200 kg / m³.
ενστερνίζομαι:
σολ = 10 m / s²
Ανάλυση
Για να υπολογίσουμε τη διαφορά πίεσης μεταξύ των δύο σημείων που αναφέρονται στην άσκηση, θα χρησιμοποιήσουμε τη θεμελιώδη αρχή της Υδροστατικής:
'
Με αυτόν τον τρόπο, θα έχουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
Από εμένα, Rafael Helerbrock
