Весовое давление жидкостей в физике - формулы и определения с примерами

Весовое давление жидкостей:

На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. По этой причине жидкость, находясь в сосуде или на поверхности какого-либо твердого тела, создает давление. Это давление называют давлением жидкости.

Давление жидкости имеет большое значение во многих природных явлениях и используется человеком в технологических процессах. Поэтому важно знать, как рассчитывать это давление, чтобы можно было предусмотреть последствия его действия. С этой целью рассмотрим жидкость, которая содержится в цилиндрическом сосуде правильной формы.

Поскольку на жидкость действует сила тяжести, то она имеет определенный вес, создавая действие силы давления на дно сосуда.

По определению давление равно отношению силы давления к площади поверхности, на которую оно действует:

Силой давления в данном случае является вес жидкости:

Для цилиндрического сосуда масса жидкости равна:

где - высота уровня жидкости над дном сосуда; — площадь дна сосуда; - плотность жидкости.

Таким образом, давление жидкости на дно сосуда

Следовательно, давление жидкости на дно сосуда зависит только от высоты столба жидкости и ее плотности. Такой вывод получил в физике название парадокса Паскаля.

Давление жидкости зависит только от ее плотности и высоты столба.

Согласно гидростатическому парадоксу давление жидкости не зависит от ее массы. Если два сосуда, в которых объем различный, а площадь дна одинаковая (рис. 92), заполнить определенной однородной жидкостью так, чтобы расстояние от дна к уровню поверхности было одинаковым, то окажется, что давление на дно в обоих сосудах одинаковое, хотя в первом сосуде масса жидкости значительно меньше, чем во втором. Доказывая свое открытие, Паскаль опустил в полностью наполненную водой и герметически закрытую бочку тонкую длинную трубку с небольшим количеством воды и разрушил бочку (рис. 93).

Жидкость создает давление не только на дно, но и на любое тело, опущенное в жидкость. Поэтому говорят, что давление жидкости действует и внутри ее. Этим жидкость похожа на газ. Но если в газе давление возникает в результате движения молекул, то в жидкости давление возникает и вследствие действия силы тяжести. Это приводит к тому, что в жидкости на разных глубинах различное давление. Чтобы убедиться в этом, возьмем высокий сосуд, в стенке которого на различной высоте имеются небольшие отверстия. Если в сосуд залить жидкость, то она будет выливаться через отверстия (рис. 94). Но скорость вытекания будет наибольшей там, где давление наибольшее. По мере приближения к поверхности давление будет уменьшаться. Этот опыт подтверждает одновременно зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости и действие закона Паскаля.

• Заказать решение задач по физике

Пример решения задачи:

Определить давление, которое действует на нижнюю и верхнюю поверхности кубика, находящегося в воде, если длина его ребра равна 5 см, а глубина погружения верхней грани — 10 см.

Дано:

Решение

На верхнюю грань кубика действует давление столба жидкости высотой

Давление жидкости на нижнюю грань определяется столбом жидкости высотой

По закону Паскаля это давление действует снизу вверх:

Ответ. На верхнюю грань действует давление 0,98 кПа; на нижнюю — 1,47 кПа.

Как человек исследует водные глубины:

Жизнь человека тесно связана с процессами, происходящими в природных водоемах — реках, озерах, морях, океанах. Там не только живут различные животные, но и находятся полезные ископаемые, множество памятников человеческой культуры, по разным причинам в разные часы и эпохи оказавшиеся на дне. Понятно, что человек стремится исследовать водные глубины, чтобы использовать природные богатства и удовлетворить свое природное любопытство. Однако при этом человек сталкивается с действием давления жидкости, которое возрастает с увеличением глубины и существенно ограничивает глубину погружения человека в воду. Такое изменение давления с глубиной чувствуют люди, которые по своей профессии должны работать на значительных глубинах. Если в легком костюме водолаз может работать на глубине не боле 100 м, то для исследования глубин морей и океанов, достигающих во многих случаях нескольких километров, приходится изготавливать специальные скафандры или глубинные аппараты - батисферы и батискафы.

Батисфера (рис. 95) - это крепкий стальной шар с окном из толстого и крепкого стекла. Внутри шара находятся наблюдатели, которые поддерживают телефонную связь с людьми на поверхности моря. Батисферу опускают в море на прочном тросе, что обеспечивает безопасный спуск и подъем аппарата.

Батискаф (рис. 96) не связан тросом с кораблем. У него есть собственный двигатель, и он может перемещаться в любом направлении. Наибольшая глубина, на которую опускался человек в батискафе, превышает 10 км.