давления. Сообщающиеся сосуды. Гидравлический пресс.

Механика. Статика. Гидростатика.
5.
Давление. Сила давления. Сообщающиеся сосуды. Гидравлический пресс.
ДАВЛЕНИЕ
Давление – это физическая величина, численно равная силе нормального давления, действующей на единицу
площади поверхности:
Fн.д.
.
P
S
Сила нормального давления всегда действует перпендикулярно поверхности.
[ p]
Н
м2
Па .
1 Паскаль – это такое давление, которое производит сила 1 Н на перпендикулярную к ней поверхность площадью
1 м2. На практике применяют и внесистемные единицы давления:
1 атм 101 325 Па 760 мм рт. ст.
ЗАКОН ПАСКАЛЯ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ
Закон Паскаля: давление, оказываемое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку жидкости
или газа. Давление не зависит от направления.
На каждую молекулу жидкости, находящейся в поле тяготения Земли, действует сила тяжести. Под действием
этих сил каждый слой жидкости давит на расположенные под ним слои. По закону Паскаля это давление передается
жидкостью по всем направлениям одинаково. Следовательно, в жидкостях существует давление, обусловленное силой
тяжести.
Наблюдения показывают, что жидкость, находящаяся в сосуде в состоянии покоя, давит на дно и стенки сосуда и
на любое тело, погруженное в эту жидкость. Давление, оказываемое покоящейся жидкостью на любую
соприкасающуюся с ней поверхность, называют гидростатическим.
Гидростатическое давление равно весу покоящегося столба жидкости, приходящегося на единицу площади
поверхности:
p
mg
S
Vg
S
ж
gSh
S
ж
ж
gh , где ρж – плотность жидкости (кг/м3); h – высота столбца жидкости
(глубина) (м), g – ускорение свободного падения.
Такое давление жидкость оказывает на дно и стенки сосуда на глубине h.
Гидростатическое давление в точке А:
p
p0 , где ρж – плотность жидкости (кг/м3); h – высота столба
ж g h
жидкости (глубина) (м); p0 – атмосферное (или внешнее) давление.
Средняя сила давления на боковую площадку АВ площадью S равна
Fср
pA
pB
2
S
h g
h g
ж A
ж B
2
S
ж
g
hA
hB
2
S , т.е. она
равна силе давления на «половинной» глубине.
СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ
Сообщающимися называют сосуды, имеющие между собой канал, заполненный жидкостью.
Равенство давлений жидкости на одной и той же глубине приводит к тому, что в сообщающихся сосудах любой
формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (если влияние
капиллярных сил пренебрежимо мало).
Если в сообщающиеся сосуды налиты жидкости с различной плотностью, то при равенстве давлений высота
столба жидкости с меньшей плотностью будет больше высоты столба жидкости с большей плотностью, т.к. на одной
высоте давление одинаково.
ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА
Основными частями гидравлического пресса являются два сообщающихся цилиндра разных сечений, закрытые
поршнями и заполненные малосжимаемой жидкостью.
Без нагрузки поршни находятся на одном уровне. На поршень S1
действуют силой F1, а между поршнем S2 и верхней опорой закладывают тело,
которое нужно прессовать.
При действии силы F1 на поршень в узком цилиндре создается некоторое
давление. По закону Паскаля такое же давление создается внутри жидкости во
втором цилиндре, т.е.
P
F1
S1
F2
S2
F1
F2
S1
.
S2
Гидравлический пресс дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз отличаются площади его поршней.
Гидравлический пресс используется в домкратах, тормозных системах и др.
АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОТОЙ
Под действием силы тяжести верхние слои воздуха в земной атмосфере давят на нижележащие слои. Это
давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям.
Атмосферное давление – давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем
предметы и на земную поверхность. Измеряется атмосферное давление в паскалях (Па), а так же
широко используется внесистемная единица 1 мм рт. ст. Это давление, которое оказывает столбик
ртути высотой 1 мм.
1 мм рт. ст. ≈ 13,6·103 кг/м3·9,8 м/с2·1·10–3 м = 133 Па.
Приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, называют
барометрами. В ртутном барометре вес ртутного столбика, приходящийся на единицу площади
(гидростатическое давление ртути), уравновешивается весом столба атмосферного воздуха,
приходящегося на единицу площади – атмосферным давлением.
Наибольшее значение давление, называемое атмосферным, имеет у поверхности Земли.
С увеличение высоты над уровнем моря атмосферное давление уменьшается.