Що таке тиск

1. Що таке тиск Подробиці Опубліковано 30.11.2014 18:25 Переглядів: 6057 Чому стоїть на лижах людина...
2. Тиск в рідинах
3. Атмосферний тиск
4. Вимірювання атмосферного тиску

Що таке тиск

Наши партнеры ArtmMisto

Подробиці Опубліковано 30.11.2014 18:25 Переглядів: 6057

Чому стоїть на лижах людина не провалюється в пухкий сніг? Чому автомобіль з широкими шинами володіє більшій прохідністю, ніж автомобіль зі звичайними шинами? Навіщо трактору гусениці? Відповідь на ці питання ми дізнаємося, познайомившись з фізичною величиною, яка називається тиском.

Тиск твердих тіл

Коли сила прикладена немає однієї точки тіла, а до безлічі точок, то вона діє на поверхню тіла. У цьому випадку говорять про тиск, який створює ця сила на поверхні твердого тіла.

У фізиці тиском називають фізичну величину, чисельно рівну відношенню сили, що діє на поверхню перпендикулярно до неї, до площі цієї поверхні.

p = F / S,

де р - тиск; F - сила, що діє на поверхню; S - площа поверхні.

Отже, тиск виникає, коли на поверхню, перпендикулярно до неї, діє сила. Величина тиску залежить від величини цієї сили, і прямо пропорційна їй. Чим більше сила, тим більший тиск вона створює на одиниці площі. Слон важче тигра, тому надає на поверхню бóльшее тиск. Автомобіль тисне на дорогу з бóльшей силою, ніж пішохід.

Тиск твердого тіла обернено пропорційно площі поверхні, на яку діє сила.

Всім відомо, що йти по глибокому снігу важко через те, що ноги постійно провалюються. Але на лижах це зробити досить просто. Вся справа в тому, що в тому і в іншому випадку людина діє на сніг з однієї і тієї ж силою - силою тяжіння. Але ця сила розподіляється по поверхнях з різною площею. Так як площа поверхні лиж більше площі підошов черевиків, то вага людини в даному випадку розподіляється на більшу площу. А сила, що діє на одиницю площі, виявляється меншою в кілька разів. Тому стоїть на лижах людина меншою силою тисне на сніг і не провалюється в нього.

Змінюючи площа поверхні, можна збільшити або зменшити величину тиску.

Збираючись у похід, ми вибираємо рюкзак з широкими лямками, щоб зменшити тиск на плече.

Щоб зменшити тиск будівлі на грунт, збільшують площу фундаменту.

Шини вантажних автомобілів роблять більш широкими, ніж шини легкових машин, щоб вони надавали менший тиск на грунт. З цієї ж причини трактор або танк роблять на гусеничному ходу, а не на колісному.

Ножі, леза, ножиці, голки гостро відточують, щоб вони мали якомога меншу площу ріжучої або колючої частини. І тоді навіть за допомогою невеликої прикладеної сили створюється великий тиск.

З цієї ж причини природа наділила тварин гострими зубами, іклами, кігтями.

Тиск - скалярна величина. У твердих тілах воно передається в напрямку дії сили.

Одиниця виміру сили - ньютон. Одиниця виміру площі - м2. Отже, одиниця виміру тиск - н / м2. Ця величина в міжнародній системі одиниць СІ називається паскаль (Па або Ра). Отримала свою назву на честь французького фізика Блеза Паскаля. Тиск в 1 паскаль викликає сила в 1 ньютон, діюча на поверхню розміром 1 м2.

1 Па = 1 н / м2.

В інших системах використовуються такі одиниці виміру, як бар, атмосфера, мм рт. ст. (Міліметри ртутного стовпа) і ін.

Тиск в рідинах

Якщо в твердому тілі тиск передається в напрямку дії сили, то в рідинах і газах, відповідно до закону Паскаля, «будь-який тиск, вироблене на рідину або газ, передається в усіх напрямках без змін».

Заповнимо рідиною куля з крихітними отворами, з'єднаний з вузькою трубкою у вигляді циліндра. Заповнимо куля рідиною, вставимо в трубку поршень і почнемо його рухати. Поршень тисне на поверхню рідини. Це тиск передається в кожну точку рідини. Рідина починає виливатися з отворів в кулі.

Заповнивши куля димом, ми побачимо такий же результат. Це означає, що і в газах тиск також передається в усіх напрямках.

На рідина, як і на будь-яке тіло на поверхні Землі, діє сила тяжіння. Кожен шар рідини, що знаходиться в ємності, свої вагою створює тиск.

Це підтверджує наступний досвід.

Якщо в скляну посудину, замість дна у якого гумова плівка, налити воду, то плівка буде прогинатися під вагою води. І чим більше буде води, тим більше прогнеться плівка. Якщо ж ми будемо поступово занурювати цю посудину з водою в іншу ємність, також наповнену водою, то в міру опускання плівка буде розпрямлятися. І коли рівні води в посудині і ємності зрівняються, плівка випрямиться зовсім.

На одному рівні тиск в рідині однаково. Але зі збільшенням глибини воно зростає, так як молекули верхніх шарів чинять тиск на молекули нижніх шарів. А ті, в свою чергу, тиснуть на молекули шарів, розташовані ще нижче. Тому в найнижчій точці ємності тиск буде найвищим.

Тиск на глибині визначається за формулою:

p = ρ · g · h,

де p - тиск (Па);

ρ - щільність рідини (кг / м3);

g - прискорення вільного падіння (9,81 м / с);

h - висота стовпа рідини (м).

З формули видно, що тиск зростає з ростом глибини. Чим нижче в океані опускається підводний апарат, тим бóльшее тиск він буде відчувати.

Атмосферний тиск

Еванджеліста Торрічеллі

Хто знає, якби в 1638 р герцог Тосканський не розв'язав прикрасити сади Флоренції красивими фонтанами, атмосферний тиск було б відкрито не в XVII столітті, а набагато пізніше. Можна сказати, що це відкриття було зроблено випадково.

У ті часи вважалося, що вода буде підніматися за поршнем насоса, тому що, як стверджував Аристотель, «природа не терпить порожнечі». Однак захід не увінчалося успіхом. Вода в фонтанах дійсно піднімалася, заповнюючи «порожнечу», проте на висоті 10,3 м вона зупинялася.

За допомогою звернулися до Галілео Галілею. Так як логічного пояснення він знайти не зміг, то доручив своїм учням - Еванджеліста Торрічеллі і Вінценцо Вівіані провести експерименти.

Намагаючись знайти причину невдачі, учні Галілея з'ясували, що різні рідини піднімаються за насосом на різну висоту. Чим щільніше рідина, тим на меншу висоту вона може піднятися. Так як щільність ртуті в 13 разів більше щільності води, то і піднятися вона зможе на висоту в 13 разів меншу. Тому в своєму досвіді вони використовували ртуть.

У 1644 р досвід був проведений. Скляну трубку заповнили ртуттю. Потім її перекинули в ємність, також наповнену ртуттю. Через деякий час стовпчик ртуті в трубці піднявся. Але всю трубку він не заповнив. Над стовпчиком ртуті залишалося порожній простір. Пізніше воно було названо «торрічеллевой порожнечею». Але і в ємність ртуть з трубки не виливалася. Торрічеллі пояснив це тим, що на ртуть тисне атмосферне повітря і утримує її в трубці. А висота стовпчика ртуті в трубці показує величину цього тиску. Так було вперше виміряно атмосферний тиск.

Атмосфера Землі - це її повітряна оболонка, яка утримується біля неї гравітаційним притяганням. Молекули газів, що складають цю оболонку, безперервно і хаотично рухаються. Під дією сили тяжіння верхні шари атмосфери тиснуть на нижні шари, стискаючи їх. Найсильніше стиснутий самий нижній шар, що знаходиться біля поверхні Землі. Тому тиск в ньому найбільше. Відповідно до закону Паскаля, це тиск він передає в усіх напрямках. Його відчуває на собі все, що знаходиться на поверхні Землі. Це тиск називають атмосферним тиском.

Так як атмосферний тиск створюється вищерозташованими шарами повітря, то зі збільшенням висоти воно зменшується. Відомо, що високо в горах воно менше, ніж біля підніжжя гір. А глибоко під землею воно набагато вище, ніж на поверхні.

Нормальним атмосферним тиск вважається тиск, що дорівнює тиску стовпчика ртуті висотою 760 мм при температурі 0 ° С.

Вимірювання атмосферного тиску

Так як атмосферне повітря має різну щільність на різній висоті, то величину атмосферного тиску можна визначити за формулою p = ρ · g · h. Тому його визначають за допомогою спеціальних приладів, які називаються барометрами.

Найпростішим барометром можна вважати трубку Торрічеллі. У ній він використав ртуть. Пізніше досвід Торрічеллі намагався повторити Паскаль 1646 р Однак замість ртуті він використовував воду і вино.

Розрізняють рідинні барометри і анероїди (безжідкостние). Робота рідинних барометрів заснована на зміні в стовпчику рівня рідини під тиском атмосфери.

Анероїд є герметичний контейнер з гофрованого металу, всередині якого створено розрідження. Контейнер стискається, коли атмосферний тиск підвищується, і розпрямляється при його зниженні. Всі ці зміни передаються на стрілку за допомогою пружної металевої пластини. Кінець стрілки пересувається за шкалою.

За зміною показань барометра можна припускати, як зміниться погода в найближчі дні. Якщо атмосферний тиск підвищується, значить, можна очікувати ясної погоди. А якщо знижується, буде похмуро.