EingangFormel für den Druck von Luft, Dampf, Flüssigkeit oder Feststoff. Wie finde ich den Druck (Formel)? Akademie der Unterhaltungswissenschaften. Physik. Video Der Druck eines Festkörpers wird mit der Formel berechnet
Ein Mann mit und ohne Ski.
Auf lockerem Schnee geht ein Mensch mit großer Mühe und sinkt bei jedem Schritt tief ein. Aber nachdem er die Skier angezogen hat, kann er laufen, ohne fast hineinzufallen. Warum? Mit oder ohne Skier wirkt ein Mensch mit der gleichen Kraft auf den Schnee, die seinem Gewicht entspricht. Allerdings ist die Wirkung dieser Kraft in beiden Fällen unterschiedlich, da die Fläche, auf die ein Mensch drückt, mit und ohne Ski unterschiedlich ist. Die Oberfläche von Skiern ist fast 20-mal größer als die Sohlenfläche. Daher wirkt eine Person beim Stehen auf Skiern auf jeden Quadratzentimeter der Schneeoberfläche mit einer Kraft, die 20-mal geringer ist, als wenn sie ohne Skier im Schnee steht.
Ein Schüler, der eine Zeitung mit Knöpfen an die Tafel heftet, betätigt jeden Knopf mit gleicher Kraft. Allerdings dringt ein Knopf mit einem schärferen Ende leichter in das Holz ein.
Das bedeutet, dass das Ergebnis der Kraft nicht nur von ihrem Modul, ihrer Richtung und ihrem Angriffspunkt abhängt, sondern auch von der Fläche der Oberfläche, auf die sie ausgeübt wird (senkrecht zu der sie wirkt).
Diese Schlussfolgerung wird durch physikalische Experimente bestätigt.
Erfahrung: Das Ergebnis der Wirkung einer bestimmten Kraft hängt davon ab, welche Kraft auf eine Flächeneinheit wirkt.
Sie müssen Nägel in die Ecken eines kleinen Bretts schlagen. Legen Sie zunächst die in das Brett eingeschlagenen Nägel mit der Spitze nach oben auf den Sand und legen Sie ein Gewicht auf das Brett. Dabei werden die Nagelköpfe nur leicht in den Sand gedrückt. Dann drehen wir das Brett um und platzieren die Nägel an der Kante. In diesem Fall ist die Auflagefläche kleiner und die Nägel dringen bei gleicher Kraft deutlich tiefer in den Sand ein.
Erfahrung. Zweite Abbildung.
Das Ergebnis der Wirkung dieser Kraft hängt davon ab, welche Kraft auf jede Flächeneinheit wirkt.
In den betrachteten Beispielen wirkten die Kräfte senkrecht zur Körperoberfläche. Das Gewicht des Mannes stand senkrecht zur Schneeoberfläche; Die auf den Knopf wirkende Kraft steht senkrecht zur Oberfläche der Platine.
Die Größe, die dem Verhältnis der senkrecht zur Oberfläche wirkenden Kraft zur Fläche dieser Oberfläche entspricht, wird als Druck bezeichnet.
Um den Druck zu bestimmen, muss die senkrecht zur Oberfläche wirkende Kraft durch die Oberfläche geteilt werden:
Druck = Kraft / Fläche.
Bezeichnen wir die in diesem Ausdruck enthaltenen Größen: Druck - P, die auf die Oberfläche wirkende Kraft ist F und Fläche - S.
Dann erhalten wir die Formel:
p = F/S
Es ist klar, dass eine größere Kraft, die auf die gleiche Fläche einwirkt, einen größeren Druck erzeugt.
Als Druckeinheit wird der Druck angesehen, der durch eine Kraft von 1 N erzeugt wird, die auf eine Fläche mit einer Fläche von 1 m2 senkrecht zu dieser Fläche wirkt..
Druckeinheit - Newton pro Quadratmeter(1 N/m2). Zu Ehren des französischen Wissenschaftlers Blaise Pascal es heißt Pascal ( Pa). Auf diese Weise,
1 Pa = 1 N/m2.
Es werden auch andere Druckeinheiten verwendet: Hektopascal (hPa) Und Kilopascal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Schreiben wir die Bedingungen des Problems auf und lösen es.
Gegeben : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?
In SI-Einheiten: S = 0,03 m2
Lösung:
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
„Antwort“: p = 15000 Pa = 15 kPa
Möglichkeiten, den Druck zu reduzieren und zu erhöhen.
Ein schwerer Raupentraktor erzeugt einen Druck auf den Boden von 40 bis 50 kPa, d. h. nur 2 bis 3 Mal mehr als der Druck eines 45 kg schweren Jungen. Dies liegt daran, dass das Gewicht des Traktors durch den Raupenantrieb auf eine größere Fläche verteilt wird. Und das haben wir festgestellt Je größer die Auflagefläche, desto geringer ist der Druck, der bei gleicher Kraft auf diese Auflage ausgeübt wird .
Je nachdem, ob niedriger oder hoher Druck benötigt wird, vergrößert oder verkleinert sich die Auflagefläche. Damit der Boden beispielsweise dem Druck des zu errichtenden Gebäudes standhält, wird die Fläche des unteren Teils des Fundaments vergrößert.
LKW-Reifen und Flugzeugfahrgestelle sind viel breiter als Pkw-Reifen. Die Reifen von Autos, die für Wüstenfahrten konzipiert sind, sind besonders breit.
Schwere Fahrzeuge wie ein Traktor, ein Panzer oder ein Sumpffahrzeug, die über eine große Auflagefläche der Gleise verfügen, fahren durch sumpfige Gebiete, die für Menschen nicht passierbar sind.
Andererseits kann bei einer kleinen Oberfläche mit einer kleinen Kraft ein großer Druck erzeugt werden. Wenn wir beispielsweise einen Knopf in eine Platine drücken, wirken wir mit einer Kraft von etwa 50 N auf ihn ein. Da die Fläche der Knopfspitze etwa 1 mm 2 beträgt, ist der dadurch erzeugte Druck gleich:
p = 50 N / 0,000 001 m 2 = 50.000.000 Pa = 50.000 kPa.
Zum Vergleich: Dieser Druck ist 1000-mal größer als der Druck, den ein Raupenschlepper auf den Boden ausübt. Sie können noch viele weitere solcher Beispiele finden.
Die Klingen von Schneidinstrumenten und die Spitzen von Stechinstrumenten (Messer, Scheren, Cutter, Sägen, Nadeln usw.) sind speziell geschärft. Die geschärfte Kante einer scharfen Klinge hat eine kleine Fläche, sodass selbst eine geringe Kraft einen großen Druck erzeugt und die Arbeit mit diesem Werkzeug einfach ist.
Auch in der belebten Natur findet man Schneid- und Stechgeräte: Das sind Zähne, Krallen, Schnäbel, Stacheln usw. – sie sind alle aus hartem Material, glatt und sehr scharf.
Druck
Es ist bekannt, dass sich Gasmoleküle zufällig bewegen.
Wir wissen bereits, dass Gase im Gegensatz zu Feststoffen und Flüssigkeiten den gesamten Behälter, in dem sie sich befinden, ausfüllen. Zum Beispiel eine Stahlflasche zur Speicherung von Gasen, ein Autoreifenschlauch oder ein Volleyball. Dabei übt das Gas Druck auf die Wände, den Boden und den Deckel des Zylinders, der Kammer oder eines anderen Körpers aus, in dem es sich befindet. Gasdruck entsteht aus anderen Gründen als dem Druck eines festen Körpers auf den Träger.
Es ist bekannt, dass sich Gasmoleküle zufällig bewegen. Während sie sich bewegen, kollidieren sie miteinander und auch mit den Wänden des Behälters, der das Gas enthält. Es gibt viele Moleküle in einem Gas und daher ist die Anzahl ihrer Stöße sehr groß. Beispielsweise wird die Anzahl der Einwirkungen von Luftmolekülen in einem Raum auf eine Oberfläche mit einer Fläche von 1 cm 2 in 1 s als dreiundzwanzigstellige Zahl ausgedrückt. Obwohl die Aufprallkraft eines einzelnen Moleküls gering ist, ist die Wirkung aller Moleküle auf die Gefäßwände erheblich – es entsteht Gasdruck.
Also, Der Druck des Gases auf die Gefäßwände (und auf den im Gas befindlichen Körper) wird durch den Aufprall von Gasmolekülen verursacht .
Betrachten Sie das folgende Experiment. Legen Sie einen Gummiball unter die Luftpumpenglocke. Es enthält eine kleine Menge Luft und hat eine unregelmäßige Form. Dann pumpen wir die Luft unter der Glocke heraus. Die Hülle des Balls, um die herum die Luft immer dünner wird, bläht sich allmählich auf und nimmt die Form eines regelmäßigen Balls an.
Wie lässt sich diese Erfahrung erklären?
Für die Lagerung und den Transport von Druckgas werden spezielle langlebige Stahlflaschen verwendet.
In unserem Experiment treffen bewegte Gasmoleküle kontinuierlich innen und außen auf die Wände der Kugel. Wenn Luft abgepumpt wird, nimmt die Anzahl der Moleküle in der Glocke um die Kugelhülle ab. Aber innerhalb der Kugel ändert sich ihre Zahl nicht. Daher wird die Anzahl der Einschläge von Molekülen auf die Außenwände der Hülle geringer als die Anzahl der Einschläge auf die Innenwände. Der Ball wird aufgeblasen, bis die elastische Kraft seiner Gummihülle der Kraft des Gasdrucks entspricht. Die Kugelhülle nimmt die Form einer Kugel an. Dies zeigt, dass Gas drückt in alle Richtungen gleichmäßig auf seine Wände. Mit anderen Worten: Die Anzahl der molekularen Stöße pro Quadratzentimeter Oberfläche ist in alle Richtungen gleich. Der gleiche Druck in alle Richtungen ist charakteristisch für ein Gas und eine Folge der zufälligen Bewegung einer großen Anzahl von Molekülen.
Versuchen wir, das Gasvolumen zu reduzieren, aber seine Masse bleibt unverändert. Das bedeutet, dass sich in jedem Kubikzentimeter Gas mehr Moleküle befinden und die Dichte des Gases zunimmt. Dann wird die Anzahl der Stöße der Moleküle auf die Wände zunehmen, d. h. der Gasdruck wird zunehmen. Dies kann durch Erfahrung bestätigt werden.
Auf dem Bild A zeigt ein Glasrohr, dessen eines Ende mit einer dünnen Gummifolie verschlossen ist. In das Rohr wird ein Kolben eingeführt. Beim Einfahren des Kolbens verringert sich das Luftvolumen im Rohr, d. h. das Gas wird komprimiert. Der Gummifilm biegt sich nach außen und zeigt damit an, dass der Luftdruck im Schlauch gestiegen ist.
Im Gegenteil, wenn das Volumen derselben Gasmasse zunimmt, nimmt die Anzahl der Moleküle pro Kubikzentimeter ab. Dadurch wird die Anzahl der Stöße auf die Gefäßwände reduziert – der Gasdruck wird geringer. Wenn der Kolben aus dem Rohr herausgezogen wird, vergrößert sich tatsächlich das Luftvolumen und die Folie biegt sich im Inneren des Gefäßes. Dies weist auf einen Abfall des Luftdrucks im Schlauch hin. Die gleichen Phänomene würden beobachtet, wenn sich anstelle von Luft ein anderes Gas in der Röhre befände.
Also, Wenn das Volumen eines Gases abnimmt, steigt sein Druck, und wenn das Volumen zunimmt, nimmt der Druck ab, sofern Masse und Temperatur des Gases unverändert bleiben.
Wie ändert sich der Druck eines Gases, wenn es auf ein konstantes Volumen erhitzt wird? Es ist bekannt, dass die Geschwindigkeit von Gasmolekülen bei Erwärmung zunimmt. Bei schnellerer Bewegung treffen die Moleküle häufiger auf die Behälterwände. Darüber hinaus wird jeder Aufprall des Moleküls auf die Wand stärker. Dadurch wird ein größerer Druck auf die Gefäßwände ausgeübt.
Somit, Je höher die Gastemperatur, desto größer ist der Gasdruck in einem geschlossenen Gefäß, vorausgesetzt, dass sich Masse und Volumen des Gases nicht ändern.
Aus diesen Experimenten kann allgemein geschlossen werden, dass Der Gasdruck steigt, je häufiger und stärker die Moleküle auf die Gefäßwände treffen .
Um Gase zu speichern und zu transportieren, werden sie stark komprimiert. Gleichzeitig steigt ihr Druck, die Gase müssen in speziellen, sehr langlebigen Flaschen eingeschlossen werden. Solche Zylinder enthalten beispielsweise Druckluft in U-Booten und Sauerstoff, der zum Schweißen von Metallen verwendet wird. Natürlich müssen wir immer bedenken, dass Gasflaschen nicht beheizt werden können, insbesondere wenn sie mit Gas gefüllt sind. Denn wie wir bereits wissen, kann eine Explosion sehr unangenehme Folgen haben.
Pascals Gesetz.
Der Druck wird auf jeden Punkt der Flüssigkeit oder des Gases übertragen.
Der Druck des Kolbens wird auf jeden Punkt der die Kugel füllenden Flüssigkeit übertragen.
Jetzt Gas.
Im Gegensatz zu Festkörpern können sich einzelne Schichten und kleine Partikel von Flüssigkeiten und Gasen relativ zueinander in alle Richtungen frei bewegen. Es reicht beispielsweise aus, in einem Glas leicht auf die Wasseroberfläche zu blasen, um das Wasser in Bewegung zu versetzen. Auf einem Fluss oder See entstehen bereits bei der geringsten Brise Wellen.
Die Beweglichkeit von Gas- und Flüssigkeitspartikeln erklärt dies Der auf sie ausgeübte Druck wird nicht nur in Kraftrichtung, sondern auf jeden Punkt übertragen. Betrachten wir dieses Phänomen genauer.
Auf dem Bild, A stellt ein Gefäß dar, das Gas (oder Flüssigkeit) enthält. Die Partikel werden gleichmäßig im Gefäß verteilt. Das Gefäß wird durch einen Kolben verschlossen, der sich auf und ab bewegen kann.
Durch die Anwendung einer gewissen Kraft zwingen wir den Kolben, sich leicht nach innen zu bewegen und das direkt darunter befindliche Gas (die Flüssigkeit) zu komprimieren. Dann werden die Teilchen (Moleküle) an dieser Stelle dichter angeordnet sein als zuvor (Abb. b). Aufgrund der Mobilität bewegen sich Gasteilchen in alle Richtungen. Dadurch wird ihre Anordnung wieder gleichmäßiger, aber dichter als zuvor (Abb. c). Daher wird der Gasdruck überall ansteigen. Dadurch wird zusätzlicher Druck auf alle Gas- oder Flüssigkeitspartikel übertragen. Wenn also der Druck auf das Gas (die Flüssigkeit) in der Nähe des Kolbens selbst um 1 Pa zunimmt, dann an allen Punkten innen B. Gas oder Flüssigkeit, wird der Druck um den gleichen Betrag größer als zuvor. Der Druck auf die Gefäßwände, den Boden und den Kolben erhöht sich um 1 Pa.
Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck wird auf jeden Punkt gleichmäßig in alle Richtungen übertragen .
Diese Aussage heißt Pascals Gesetz.
Basierend auf dem Pascalschen Gesetz lassen sich die folgenden Experimente leicht erklären.
Das Bild zeigt eine hohle Kugel mit kleinen Löchern an verschiedenen Stellen. An der Kugel ist ein Rohr befestigt, in das ein Kolben eingesetzt ist. Wenn Sie eine Kugel mit Wasser füllen und einen Kolben in das Rohr drücken, fließt Wasser aus allen Löchern der Kugel. Bei diesem Experiment drückt ein Kolben auf die Wasseroberfläche in einem Rohr. Die unter dem Kolben befindlichen Wasserpartikel verdichten sich und übertragen ihren Druck auf andere, tiefer liegende Schichten. Dadurch wird der Druck des Kolbens auf jeden Punkt der die Kugel füllenden Flüssigkeit übertragen. Dadurch wird ein Teil des Wassers in Form identischer Ströme, die aus allen Löchern fließen, aus der Kugel gedrückt.
Wenn die Kugel mit Rauch gefüllt ist, treten beim Einschieben des Kolbens in das Rohr gleichmäßige Rauchströme aus allen Löchern der Kugel aus. Das bestätigt das Gase übertragen den auf sie ausgeübten Druck in alle Richtungen gleichmäßig.
Druck in Flüssigkeit und Gas.
Unter dem Einfluss des Gewichts der Flüssigkeit verbiegt sich der Gummiboden im Röhrchen.
Flüssigkeiten unterliegen wie alle Körper auf der Erde der Schwerkraft. Daher erzeugt jede in ein Gefäß gegossene Flüssigkeitsschicht mit ihrem Gewicht einen Druck, der sich nach dem Pascalschen Gesetz in alle Richtungen überträgt. Daher herrscht in der Flüssigkeit ein Druck. Dies kann durch Erfahrung bestätigt werden.
Gießen Sie Wasser in ein Glasröhrchen, dessen unteres Loch mit einer dünnen Gummifolie verschlossen ist. Unter dem Einfluss des Gewichts der Flüssigkeit verbiegt sich der Boden des Röhrchens.
Die Erfahrung zeigt: Je höher die Wassersäule über der Gummifolie ist, desto stärker biegt sie sich. Aber jedes Mal, wenn sich der Gummiboden biegt, kommt das Wasser im Schlauch zum Gleichgewicht (stoppt), da zusätzlich zur Schwerkraft die elastische Kraft des gedehnten Gummifilms auf das Wasser wirkt.
Die auf die Gummifolie wirkenden Kräfte sind |
sind auf beiden Seiten gleich. |
Illustration.
Durch den Schwerkraftdruck bewegt sich der Boden vom Zylinder weg.
Lassen Sie uns das Rohr mit Gummiboden, in das Wasser gegossen wird, in ein anderes, breiteres Gefäß mit Wasser absenken. Wir werden sehen, dass sich der Gummifilm beim Absenken des Schlauchs allmählich aufrichtet. Das vollständige Aufrichten der Folie zeigt, dass die von oben und unten auf sie einwirkenden Kräfte gleich sind. Eine vollständige Glättung des Films erfolgt, wenn die Wasserstände in Rohr und Gefäß übereinstimmen.
Das gleiche Experiment kann mit einem Schlauch durchgeführt werden, bei dem eine Gummifolie das Seitenloch bedeckt, wie in Abbildung a gezeigt. Lassen Sie uns dieses Rohr mit Wasser in ein anderes Gefäß mit Wasser eintauchen, wie in der Abbildung gezeigt. B. Wir werden feststellen, dass sich der Film wieder aufrichtet, sobald der Wasserstand in Rohr und Gefäß gleich ist. Das bedeutet, dass die auf die Gummifolie wirkenden Kräfte auf allen Seiten gleich sind.
Nehmen wir ein Gefäß, dessen Boden abfallen kann. Geben wir es in ein Glas Wasser. Der Boden wird fest an den Gefäßrand gedrückt und fällt nicht ab. Es wird durch den von unten nach oben gerichteten Wasserdruck gedrückt.
Wir werden vorsichtig Wasser in das Gefäß gießen und seinen Boden beobachten. Sobald der Wasserstand im Gefäß mit dem Wasserstand im Gefäß übereinstimmt, fällt es vom Gefäß ab.
Im Moment der Trennung drückt eine Flüssigkeitssäule im Gefäß von oben nach unten, und der Druck einer Flüssigkeitssäule gleicher Höhe, die sich jedoch im Gefäß befindet, wird von unten nach oben auf den Boden übertragen. Beide Drücke sind gleich, aber der Boden bewegt sich aufgrund der Einwirkung seiner eigenen Schwerkraft vom Zylinder weg.
Experimente mit Wasser wurden oben beschrieben, aber wenn Sie anstelle von Wasser eine andere Flüssigkeit nehmen, sind die Ergebnisse des Experiments die gleichen.
Experimente zeigen das also In der Flüssigkeit herrscht ein Druck, der bei gleichem Niveau in alle Richtungen gleich ist. Der Druck nimmt mit der Tiefe zu.
Gase unterscheiden sich in dieser Hinsicht nicht von Flüssigkeiten, denn sie haben auch Gewicht. Wir müssen jedoch bedenken, dass die Dichte von Gas hunderte Male geringer ist als die Dichte von Flüssigkeiten. Das Gewicht des Gases im Behälter ist gering und sein „Gewichtsdruck“ kann in vielen Fällen vernachlässigt werden.
Berechnung des Flüssigkeitsdrucks am Boden und an den Wänden eines Gefäßes.
Berechnung des Flüssigkeitsdrucks am Boden und an den Wänden eines Gefäßes.
Betrachten wir, wie Sie den Druck einer Flüssigkeit auf den Boden und die Wände eines Gefäßes berechnen können. Lösen wir zunächst das Problem für ein Gefäß in Form eines rechteckigen Parallelepipeds.
Gewalt F, mit dem die in dieses Gefäß eingefüllte Flüssigkeit auf dessen Boden drückt, ist gleich dem Gewicht P Flüssigkeit im Behälter. Das Gewicht einer Flüssigkeit kann durch Kenntnis ihrer Masse bestimmt werden M. Wie Sie wissen, kann die Masse nach folgender Formel berechnet werden: m = ρ·V. Das in das von uns gewählte Gefäß eingefüllte Flüssigkeitsvolumen lässt sich leicht berechnen. Mit dem Buchstaben wird die Höhe der Flüssigkeitssäule in einem Gefäß bezeichnet H und die Fläche des Gefäßbodens S, Das V = S h.
Flüssige Masse m = ρ·V, oder m = ρ S h .
Das Gewicht dieser Flüssigkeit P = g m, oder P = g ρ S h.
Da das Gewicht einer Flüssigkeitssäule gleich der Kraft ist, mit der die Flüssigkeit auf den Boden des Gefäßes drückt, dividiert man das Gewicht P Zum Platz S, wir erhalten den Flüssigkeitsdruck P:
p = P/S, oder p = g·ρ·S·h/S,
Wir haben eine Formel zur Berechnung des Drucks der Flüssigkeit am Boden des Gefäßes erhalten. Aus dieser Formel geht hervor, dass Der Druck der Flüssigkeit am Boden des Gefäßes hängt nur von der Dichte und Höhe der Flüssigkeitssäule ab.
Mithilfe der abgeleiteten Formel können Sie daher den Druck der in das Gefäß eingefüllten Flüssigkeit berechnen jede Form(Genau genommen ist unsere Berechnung nur für Gefäße geeignet, die die Form eines geraden Prismas und eines Zylinders haben. In Physikkursen des Instituts wurde nachgewiesen, dass die Formel auch für ein Gefäß beliebiger Form gilt.) Darüber hinaus lässt sich damit der Druck auf die Gefäßwände berechnen. Auch der Druck im Inneren der Flüssigkeit, also auch der Druck von unten nach oben, wird mit dieser Formel berechnet, da der Druck in gleicher Tiefe in alle Richtungen gleich ist.
Bei der Druckberechnung nach der Formel p = gρh Du brauchst Dichte ρ ausgedrückt in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3) und der Höhe der Flüssigkeitssäule H- in Metern (m), G= 9,8 N/kg, dann wird der Druck in Pascal (Pa) ausgedrückt.
Beispiel. Bestimmen Sie den Öldruck am Boden des Tanks, wenn die Höhe der Ölsäule 10 m und ihre Dichte 800 kg/m 3 beträgt.
Lassen Sie uns den Zustand des Problems aufschreiben und aufschreiben.
Gegeben :
ρ = 800 kg/m 3
Lösung :
p = 9,8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80.000 Pa ≈ 80 kPa.
Antwort : p ≈ 80 kPa.
Kommunizierende Gefäße.
Kommunizierende Gefäße.
Die Abbildung zeigt zwei Gefäße, die durch einen Gummischlauch miteinander verbunden sind. Solche Gefäße werden genannt kommunizieren. Eine Gießkanne, eine Teekanne, eine Kaffeekanne sind Beispiele für kommunizierende Gefäße. Aus Erfahrung wissen wir, dass sich das Wasser, das beispielsweise in eine Gießkanne gegossen wird, im Auslauf und im Inneren immer auf dem gleichen Niveau befindet.
Wir begegnen oft kommunizierenden Gefäßen. Es könnte sich zum Beispiel um eine Teekanne, Gießkanne oder Kaffeekanne handeln. |
In kommunizierenden Gefäßen beliebiger Form sind die Oberflächen einer homogenen Flüssigkeit auf gleicher Höhe angebracht. |
Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte. |
Das folgende einfache Experiment kann mit kommunizierenden Gefäßen durchgeführt werden. Zu Beginn des Experiments klemmen wir den Gummischlauch in der Mitte fest und gießen Wasser in einen der Schläuche. Dann öffnen wir die Klemme und das Wasser fließt sofort in das andere Rohr, bis die Wasseroberflächen in beiden Rohren auf gleicher Höhe sind. Sie können eines der Rohre an einem Stativ befestigen und das andere in verschiedene Richtungen heben, senken oder neigen. Und in diesem Fall gleichen sich die Flüssigkeitsstände in beiden Rohren an, sobald sie sich beruhigt.
In kommunizierenden Gefäßen beliebiger Form und Querschnitts sind die Oberflächen einer homogenen Flüssigkeit auf gleichem Niveau eingestellt(vorausgesetzt, der Luftdruck über der Flüssigkeit ist gleich) (Abb. 109).
Dies lässt sich wie folgt begründen. Die Flüssigkeit ruht, ohne sich von einem Gefäß in ein anderes zu bewegen. Das bedeutet, dass der Druck in beiden Behältern auf jeder Ebene gleich ist. Die Flüssigkeit in beiden Gefäßen ist gleich, hat also die gleiche Dichte. Daher müssen seine Höhen gleich sein. Wenn wir einen Behälter anheben oder ihm Flüssigkeit hinzufügen, erhöht sich der Druck darin und die Flüssigkeit bewegt sich in einen anderen Behälter, bis die Drücke ausgeglichen sind.
Wenn eine Flüssigkeit mit einer Dichte in eines der kommunizierenden Gefäße und eine Flüssigkeit mit einer anderen Dichte in das zweite gegossen wird, sind die Füllstände dieser Flüssigkeiten im Gleichgewicht nicht gleich. Und das ist verständlich. Wir wissen, dass der Druck der Flüssigkeit am Boden des Gefäßes direkt proportional zur Höhe der Säule und zur Dichte der Flüssigkeit ist. Und in diesem Fall werden die Dichten der Flüssigkeiten unterschiedlich sein.
Bei gleichen Drücken ist die Höhe einer Flüssigkeitssäule mit höherer Dichte geringer als die Höhe einer Flüssigkeitssäule mit geringerer Dichte (Abb.).
Erfahrung. So bestimmen Sie die Luftmasse.
Luftgewicht. Atmosphärendruck.
Die Existenz von atmosphärischem Druck.
Der atmosphärische Druck ist höher als der Druck der verdünnten Luft im Gefäß.
Luft unterliegt wie jeder Körper auf der Erde der Schwerkraft und hat daher ein Gewicht. Das Gewicht der Luft lässt sich leicht berechnen, wenn man ihre Masse kennt.
Wir zeigen Ihnen experimentell, wie Sie die Luftmasse berechnen. Dazu benötigen Sie eine haltbare Glaskugel mit Stopfen und einen Gummischlauch mit Klemme. Pumpen wir die Luft heraus, klemmen den Schlauch mit einer Klemme fest und balancieren ihn auf der Waage. Öffnen Sie dann die Klemme am Gummischlauch und lassen Sie Luft hinein. Dadurch wird das Gleichgewicht der Waage gestört. Um es wiederherzustellen, müssen Sie Gewichte auf die andere Waagschale legen, deren Masse der Luftmasse im Volumen der Kugel entspricht.
Experimente haben ergeben, dass bei einer Temperatur von 0 °C und normalem Atmosphärendruck die Luftmasse mit einem Volumen von 1 m 3 1,29 kg beträgt. Das Gewicht dieser Luft lässt sich leicht berechnen:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Die Lufthülle, die die Erde umgibt, wird genannt Atmosphäre (aus dem Griechischen Atmosphäre- Dampf, Luft und Kugel- Kugel).
Die Atmosphäre erstreckt sich, wie Flugbeobachtungen künstlicher Erdsatelliten zeigen, bis in eine Höhe von mehreren tausend Kilometern.
Aufgrund der Schwerkraft komprimieren die oberen Schichten der Atmosphäre, wie auch das Meerwasser, die unteren Schichten. Die direkt an die Erde angrenzende Luftschicht wird am stärksten komprimiert und überträgt nach dem Pascalschen Gesetz den auf sie ausgeübten Druck in alle Richtungen.
Dadurch erfahren die Erdoberfläche und die darauf befindlichen Körper Druck aus der gesamten Luftschicht oder, wie man in solchen Fällen üblicherweise sagt, Erfahrung Atmosphärendruck .
Die Existenz des atmosphärischen Drucks kann viele Phänomene erklären, denen wir im Leben begegnen. Schauen wir uns einige davon an.
Die Abbildung zeigt eine Glasröhre, in deren Inneren sich ein Kolben befindet, der eng an den Wänden der Röhre anliegt. Das Ende des Rohrs wird ins Wasser abgesenkt. Wenn Sie den Kolben anheben, steigt das Wasser dahinter auf.
Dieses Phänomen wird bei Wasserpumpen und einigen anderen Geräten genutzt.
Die Abbildung zeigt ein zylindrisches Gefäß. Es wird mit einem Stopfen verschlossen, in den ein Röhrchen mit Hahn eingeführt wird. Mit einer Pumpe wird Luft aus dem Gefäß abgepumpt. Das Ende des Röhrchens wird dann in Wasser gelegt. Wenn Sie nun den Wasserhahn öffnen, spritzt Wasser wie eine Fontäne ins Innere des Gefäßes. Wasser dringt in das Gefäß ein, weil der atmosphärische Druck größer ist als der Druck der verdünnten Luft im Gefäß.
Warum gibt es die Lufthülle der Erde?
Wie alle Körper werden die Gasmoleküle, aus denen die Lufthülle der Erde besteht, von der Erde angezogen.
Aber warum fallen sie dann nicht alle auf die Erdoberfläche? Wie bleiben die Lufthülle und die Atmosphäre der Erde erhalten? Um dies zu verstehen, müssen wir berücksichtigen, dass sich Gasmoleküle in kontinuierlicher und zufälliger Bewegung befinden. Aber dann stellt sich eine andere Frage: Warum fliegen diese Moleküle nicht in den Weltraum, also in den Weltraum?
Um die Erde vollständig zu verlassen, muss ein Molekül, etwa ein Raumschiff oder eine Rakete, eine sehr hohe Geschwindigkeit haben (mindestens 11,2 km/s). Dies ist das sogenannte zweite Fluchtgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit der meisten Moleküle in der Lufthülle der Erde ist deutlich geringer als diese Fluchtgeschwindigkeit. Daher sind die meisten von ihnen durch die Schwerkraft an die Erde gebunden, nur eine vernachlässigbare Anzahl von Molekülen fliegt über die Erde hinaus in den Weltraum.
Die zufällige Bewegung von Molekülen und die Wirkung der Schwerkraft auf sie führen dazu, dass Gasmoleküle im Weltraum in der Nähe der Erde „schweben“ und eine Lufthülle oder die uns bekannte Atmosphäre bilden.
Messungen zeigen, dass die Luftdichte mit der Höhe schnell abnimmt. In einer Höhe von 5,5 km über der Erde ist die Luftdichte also 2-mal geringer als die Dichte an der Erdoberfläche, in einer Höhe von 11 km ist sie 4-mal geringer usw. Je höher sie ist, desto seltener ist die Luft. Und schließlich verwandelt sich die Atmosphäre in den obersten Schichten (Hunderte und Tausende Kilometer über der Erde) allmählich in einen luftlosen Raum. Die Lufthülle der Erde hat keine klare Grenze.
Aufgrund der Wirkung der Schwerkraft ist die Gasdichte in einem geschlossenen Gefäß streng genommen nicht über das gesamte Gefäßvolumen gleich. Am Boden des Gefäßes ist die Gasdichte größer als im oberen Teil, daher ist der Druck im Gefäß nicht gleich. Am Boden des Gefäßes ist es größer als oben. Bei einem in einem Gefäß enthaltenen Gas ist dieser Unterschied in Dichte und Druck jedoch so gering, dass er in vielen Fällen völlig ignoriert werden kann, sondern nur bekannt ist. Aber für eine Atmosphäre, die sich über mehrere tausend Kilometer erstreckt, ist dieser Unterschied erheblich.
Messung des atmosphärischen Drucks. Torricellis Erfahrung.
Es ist unmöglich, den atmosphärischen Druck mit der Formel zur Berechnung des Drucks einer Flüssigkeitssäule (§ 38) zu berechnen. Für eine solche Berechnung müssen Sie die Höhe der Atmosphäre und die Luftdichte kennen. Die Atmosphäre hat jedoch keine eindeutige Grenze und die Luftdichte ist in verschiedenen Höhen unterschiedlich. Der atmosphärische Druck kann jedoch mithilfe eines Experiments gemessen werden, das im 17. Jahrhundert von einem italienischen Wissenschaftler vorgeschlagen wurde Evangelista Torricelli , Schüler von Galilei.
Torricellis Experiment besteht aus Folgendem: Ein etwa 1 m langes, an einem Ende verschlossenes Glasrohr wird mit Quecksilber gefüllt. Dann wird das zweite Ende des Röhrchens fest verschlossen, umgedreht und in einen Quecksilberbecher abgesenkt, wo dieses Ende des Röhrchens unter dem Quecksilberspiegel geöffnet wird. Wie bei jedem Experiment mit Flüssigkeit wird ein Teil des Quecksilbers in den Becher gegossen und ein Teil verbleibt im Röhrchen. Die Höhe der im Rohr verbleibenden Quecksilbersäule beträgt etwa 760 mm. Es gibt keine Luft über dem Quecksilber im Inneren des Rohrs, es gibt einen luftlosen Raum, sodass kein Gas von oben Druck auf die Quecksilbersäule im Inneren dieses Rohrs ausübt und die Messungen nicht beeinflusst.
Torricelli, der das oben beschriebene Experiment vorschlug, gab auch seine Erklärung. Die Atmosphäre drückt auf die Oberfläche des Quecksilbers im Becher. Merkur ist im Gleichgewicht. Das bedeutet, dass der Druck im Rohr gleich ist ahh 1 (siehe Abbildung) entspricht dem Atmosphärendruck. Wenn sich der Atmosphärendruck ändert, ändert sich auch die Höhe der Quecksilbersäule im Rohr. Mit steigendem Druck verlängert sich die Säule. Mit abnehmendem Druck verringert sich die Höhe der Quecksilbersäule.
Der Druck im Rohr auf Höhe aa1 entsteht durch das Gewicht der Quecksilbersäule im Rohr, da sich über dem Quecksilber im oberen Teil des Rohrs keine Luft befindet. Es folgt dem Der Atmosphärendruck entspricht dem Druck der Quecksilbersäule im Rohr , d.h.
P atm = P Quecksilber
Je höher der Atmosphärendruck, desto höher ist die Quecksilbersäule in Torricellis Experiment. Daher kann der Atmosphärendruck in der Praxis anhand der Höhe der Quecksilbersäule (in Millimetern oder Zentimetern) gemessen werden. Wenn beispielsweise der Atmosphärendruck 780 mm Hg beträgt. Kunst. (man sagt „Millimeter Quecksilbersäule“), das bedeutet, dass die Luft den gleichen Druck erzeugt wie eine vertikale Quecksilbersäule mit einer Höhe von 780 mm.
Daher ist in diesem Fall die Maßeinheit für den Atmosphärendruck 1 Millimeter Quecksilbersäule (1 mmHg). Finden wir die Beziehung zwischen dieser Einheit und der uns bekannten Einheit - Pascal(Pa).
Der Druck einer Quecksilbersäule ρ Quecksilber mit einer Höhe von 1 mm ist gleich:
P = g·ρ·h, P= 9,8 N/kg · 13.600 kg/m 3 · 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Also 1 mmHg. Kunst. = 133,3 Pa.
Derzeit wird der Luftdruck üblicherweise in Hektopascal (1 hPa = 100 Pa) gemessen. Beispielsweise können Wetterberichte einen Luftdruck von 1013 hPa ankündigen, was 760 mmHg entspricht. Kunst.
Torricelli beobachtete täglich die Höhe der Quecksilbersäule in der Röhre und entdeckte, dass sich diese Höhe ändert, das heißt, der Atmosphärendruck ist nicht konstant, er kann zunehmen und abnehmen. Torricelli stellte außerdem fest, dass der Luftdruck mit Wetteränderungen zusammenhängt.
Wenn man an der Quecksilberröhre, die in Torricellis Experiment verwendet wurde, eine vertikale Skala anbringt, erhält man das einfachste Gerät – Quecksilberbarometer (aus dem Griechischen Baros- Schwere, metreo- Ich messe). Es dient zur Messung des atmosphärischen Drucks.
Barometer - Aneroid.
In der Praxis wird zur Messung des Luftdrucks ein Metallbarometer namens Metallbarometer verwendet. Aneroid (übersetzt aus dem Griechischen - Aneroid). So wird ein Barometer genannt, weil es kein Quecksilber enthält.
Das Aussehen des Aneroids ist in der Abbildung dargestellt. Sein Hauptbestandteil ist ein Metallkasten 1 mit einer gewellten (gewellten) Oberfläche (siehe andere Abbildung). Die Luft wird aus dieser Box abgepumpt und um zu verhindern, dass der atmosphärische Druck die Box zerdrückt, wird ihr Deckel 2 durch eine Feder nach oben gezogen. Wenn der Atmosphärendruck steigt, biegt sich der Deckel nach unten und spannt die Feder. Wenn der Druck abnimmt, richtet die Feder die Kappe auf. An der Feder ist über einen Übertragungsmechanismus 3 ein Anzeigepfeil 4 befestigt, der sich bei Druckänderung nach rechts oder links bewegt. Unter dem Pfeil befindet sich eine Skala, deren Unterteilung den Messwerten des Quecksilberbarometers entspricht. So zeigt die Zahl 750, vor der die Aneroidnadel steht (siehe Abbildung), dass die Höhe der Quecksilbersäule im Quecksilberbarometer derzeit 750 mm beträgt.
Daher beträgt der Atmosphärendruck 750 mmHg. Kunst. oder ≈ 1000 hPa.
Der Wert des Luftdrucks ist für die Vorhersage des Wetters für die kommenden Tage sehr wichtig, da Änderungen des Luftdrucks mit Wetteränderungen verbunden sind. Ein Barometer ist ein notwendiges Instrument für meteorologische Beobachtungen.
Atmosphärendruck in verschiedenen Höhen.
Wie wir wissen, hängt der Druck in einer Flüssigkeit von der Dichte der Flüssigkeit und der Höhe ihrer Säule ab. Aufgrund der geringen Kompressibilität ist die Dichte der Flüssigkeit in verschiedenen Tiefen nahezu gleich. Daher betrachten wir bei der Berechnung des Drucks seine Dichte als konstant und berücksichtigen nur die Höhenänderung.
Bei Gasen ist die Situation komplizierter. Gase sind stark komprimierbar. Und je stärker ein Gas komprimiert wird, desto größer ist seine Dichte und desto größer ist der Druck, den es erzeugt. Schließlich entsteht Gasdruck durch den Aufprall seiner Moleküle auf die Körperoberfläche.
Die Luftschichten an der Erdoberfläche werden durch alle darüber liegenden Luftschichten komprimiert. Aber je höher die Luftschicht von der Oberfläche ist, desto schwächer wird sie komprimiert, desto geringer ist ihre Dichte. Daher ist der Druck geringer, den es erzeugt. Steigt beispielsweise ein Ballon über die Erdoberfläche, dann wird der Luftdruck auf dem Ballon geringer. Dies geschieht nicht nur, weil die Höhe der darüber liegenden Luftsäule abnimmt, sondern auch, weil die Dichte der Luft abnimmt. Es ist oben kleiner als unten. Daher ist die Abhängigkeit des Luftdrucks von der Höhe komplexer als die von Flüssigkeiten.
Beobachtungen zeigen, dass der Luftdruck in Gebieten auf Meereshöhe im Durchschnitt 760 mm Hg beträgt. Kunst.
Der Atmosphärendruck, der dem Druck einer 760 mm hohen Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 0 °C entspricht, wird als normaler Atmosphärendruck bezeichnet.
Normaler atmosphärischer Druck entspricht 101.300 Pa = 1013 hPa.
Je höher die Höhe über dem Meeresspiegel, desto geringer ist der Druck.
Bei kleinen Anstiegen nimmt der Druck im Durchschnitt pro 12 m Steigung um 1 mmHg ab. Kunst. (bzw. um 1,33 hPa).
Wenn Sie die Abhängigkeit des Drucks von der Höhe kennen, können Sie die Höhe über dem Meeresspiegel bestimmen, indem Sie die Barometerwerte ändern. Man nennt Aneroide, die über eine Skala verfügen, anhand derer die Höhe über dem Meeresspiegel direkt gemessen werden kann Höhenmesser . Sie werden in der Luftfahrt und beim Bergsteigen eingesetzt.
Manometer.
Wir wissen bereits, dass Barometer zur Messung des Luftdrucks verwendet werden. Es wird verwendet, um Drücke zu messen, die größer oder kleiner als der Atmosphärendruck sind Manometer (aus dem Griechischen manos- selten, locker, metreo- Ich messe). Es gibt Manometer flüssig Und Metall.
Schauen wir uns zunächst das Gerät und die Aktion an. Offenes Flüssigkeitsmanometer. Es besteht aus einem zweibeinigen Glasrohr, in das etwas Flüssigkeit gegossen wird. Die Flüssigkeit befindet sich in beiden Rohrkrümmern auf gleicher Höhe, da in den Behälterkrümmern nur der atmosphärische Druck auf ihre Oberfläche einwirkt.
Um zu verstehen, wie ein solches Manometer funktioniert, kann man es über einen Gummischlauch mit einer runden flachen Box verbinden, deren eine Seite mit Gummifolie abgedeckt ist. Wenn Sie mit dem Finger auf die Folie drücken, sinkt der Flüssigkeitsstand im mit der Box verbundenen Manometerkrümmer und im anderen Krümmer steigt er an. Was erklärt das?
Beim Andrücken der Folie erhöht sich der Luftdruck in der Box. Nach dem Gesetz von Pascal wird dieser Druckanstieg auch auf die Flüssigkeit im Manometerkrümmer übertragen, der mit der Box verbunden ist. Daher ist der Druck auf die Flüssigkeit in diesem Krümmer größer als im anderen, wo nur Atmosphärendruck auf die Flüssigkeit wirkt. Unter der Kraft dieses Überdrucks beginnt sich die Flüssigkeit zu bewegen. Im Kniestück mit Druckluft sinkt die Flüssigkeit, im anderen steigt sie auf. Die Flüssigkeit kommt zum Gleichgewicht (Stopp), wenn der Überdruck der Druckluft durch den Druck ausgeglichen wird, der von der überschüssigen Flüssigkeitssäule im anderen Zweig des Manometers erzeugt wird.
Je stärker Sie auf die Folie drücken, desto höher ist die überschüssige Flüssigkeitssäule und desto größer ist der Druck. Somit, Die Druckänderung kann anhand der Höhe dieser Überschusssäule beurteilt werden.
Die Abbildung zeigt, wie ein solches Manometer den Druck im Inneren einer Flüssigkeit messen kann. Je tiefer das Rohr in die Flüssigkeit eintaucht, desto größer wird der Höhenunterschied der Flüssigkeitssäulen in den Manometerbögen., deshalb und Durch die Flüssigkeit wird mehr Druck erzeugt.
Wenn Sie die Gerätebox in einiger Tiefe in der Flüssigkeit installieren und sie mit der Folie nach oben, zur Seite und nach unten drehen, ändern sich die Manometerwerte nicht. So soll es sein, denn Bei gleichem Niveau in einer Flüssigkeit ist der Druck in alle Richtungen gleich.
Das Bild zeigt Manometer aus Metall . Der Hauptteil eines solchen Manometers ist ein zu einem Rohr gebogenes Metallrohr 1 , dessen eines Ende geschlossen ist. Das andere Ende des Schlauchs mit einem Hahn abschrauben 4 kommuniziert mit dem Gefäß, in dem der Druck gemessen wird. Mit zunehmendem Druck entspannt sich der Schlauch. Bewegung seines geschlossenen Endes mit einem Hebel 5 und Zacken 3 auf den Pfeil übertragen 2 , sich in die Nähe der Instrumentenskala bewegen. Wenn der Druck nachlässt, kehrt das Rohr aufgrund seiner Elastizität in seine vorherige Position zurück und der Pfeil kehrt in die Nullteilung der Skala zurück.
Kolbenflüssigkeitspumpe.
In dem zuvor betrachteten Experiment (§ 40) wurde festgestellt, dass das Wasser in der Glasröhre unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks hinter dem Kolben nach oben stieg. Darauf basiert die Aktion. Kolben Pumps
Die Pumpe ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Es besteht aus einem Zylinder, in dem sich ein Kolben auf und ab bewegt, der eng an den Gefäßwänden anliegt. 1 . Am Boden des Zylinders und im Kolben selbst sind Ventile eingebaut 2 , Öffnung nur nach oben. Wenn sich der Kolben nach oben bewegt, dringt Wasser unter dem Einfluss des atmosphärischen Drucks in das Rohr ein, hebt das untere Ventil an und bewegt sich hinter den Kolben.
Während sich der Kolben nach unten bewegt, drückt das Wasser unter dem Kolben auf das Bodenventil und dieses schließt. Gleichzeitig öffnet sich unter Wasserdruck ein Ventil im Inneren des Kolbens und Wasser fließt in den Raum über dem Kolben. Wenn sich der Kolben das nächste Mal nach oben bewegt, steigt auch das darüber liegende Wasser auf und ergießt sich in das Auslassrohr. Gleichzeitig steigt hinter dem Kolben eine neue Wassermenge auf, die beim anschließenden Absenken des Kolbens darüber erscheint, und dieser ganze Vorgang wiederholt sich bei laufender Pumpe immer wieder.
Hydraulikpresse.
Das Gesetz von Pascal erklärt die Aktion hydraulische Maschine (aus dem Griechischen Hydraulik- Wasser). Dabei handelt es sich um Maschinen, deren Funktionsweise auf den Bewegungs- und Gleichgewichtsgesetzen von Flüssigkeiten beruht.
Der Hauptbestandteil einer hydraulischen Maschine sind zwei Zylinder unterschiedlichen Durchmessers, ausgestattet mit Kolben und einem Verbindungsrohr. Der Raum unter den Kolben und das Rohr sind mit Flüssigkeit (meist Mineralöl) gefüllt. Die Höhen der Flüssigkeitssäulen in beiden Zylindern sind gleich, solange keine Kräfte auf die Kolben wirken.
Nehmen wir nun an, dass die Kräfte F 1 und F 2 - Kräfte, die auf die Kolben wirken, S 1 und S 2 - Kolbenbereiche. Der Druck unter dem ersten (kleinen) Kolben ist gleich P 1 = F 1 / S 1 und unter der zweiten (groß) P 2 = F 2 / S 2. Nach dem Pascalschen Gesetz wird der Druck von einer ruhenden Flüssigkeit in alle Richtungen gleichmäßig übertragen, d.h. P 1 = P 2 oder F 1 / S 1 = F 2 / S 2, aus:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Daher die Stärke F 2 so viel mehr Leistung F 1 , Wie oft ist die Fläche des großen Kolbens größer als die Fläche des kleinen Kolbens?. Wenn beispielsweise die Fläche des großen Kolbens 500 cm2 und die des kleinen 5 cm2 beträgt und auf den kleinen Kolben eine Kraft von 100 N einwirkt, dann wirkt eine 100-mal größere Kraft, also 10.000 N wirken auf den größeren Kolben.
So ist es mit Hilfe einer hydraulischen Maschine möglich, eine größere Kraft mit einer kleinen Kraft auszugleichen.
Attitüde F 1 / F 2 zeigt den Kraftzuwachs. Im gegebenen Beispiel beträgt der Festigkeitsgewinn beispielsweise 10.000 N / 100 N = 100.
Als hydraulische Maschine wird eine zum Pressen (Quetschen) verwendete Maschine bezeichnet Hydraulikpresse .
Hydraulische Pressen werden dort eingesetzt, wo eine größere Kraft erforderlich ist. Zum Beispiel zum Auspressen von Öl aus Samen in Ölmühlen, zum Pressen von Sperrholz, Pappe, Heu. In metallurgischen Anlagen werden hydraulische Pressen zur Herstellung von Maschinenwellen aus Stahl, Eisenbahnrädern und vielen anderen Produkten verwendet. Moderne hydraulische Pressen können Kräfte von mehreren zehn bis hunderten Millionen Newton entwickeln.
Der Aufbau einer hydraulischen Presse ist in der Abbildung schematisch dargestellt. Der gepresste Körper 1 (A) wird auf einer Plattform platziert, die mit dem großen Kolben 2 (B) verbunden ist. Mit Hilfe eines kleinen Kolbens 3 (D) wird ein hoher Druck auf die Flüssigkeit erzeugt. Dieser Druck wird auf jeden Punkt der die Zylinder füllenden Flüssigkeit übertragen. Daher wirkt auf den zweiten, größeren Kolben der gleiche Druck. Da aber die Fläche des 2. (großen) Kolbens größer ist als die Fläche des kleinen, ist die auf ihn wirkende Kraft größer als die auf Kolben 3 (D) wirkende Kraft. Unter dem Einfluss dieser Kraft wird Kolben 2 (B) angehoben. Wenn Kolben 2 (B) ansteigt, liegt Körper (A) an der stationären oberen Plattform an und wird komprimiert. Manometer 4 (M) misst den Flüssigkeitsdruck. Das Sicherheitsventil 5 (P) öffnet automatisch, wenn der Flüssigkeitsdruck den zulässigen Wert überschreitet.
Vom kleinen zum großen Zylinder wird die Flüssigkeit durch wiederholte Bewegungen des kleinen Kolbens 3 (D) gepumpt. Dies geschieht wie folgt. Wenn der kleine Kolben (D) ansteigt, öffnet sich Ventil 6 (K) und Flüssigkeit wird in den Raum unter dem Kolben gesaugt. Wenn der kleine Kolben unter dem Einfluss des Flüssigkeitsdrucks abgesenkt wird, schließt Ventil 6 (K), Ventil 7 (K") öffnet sich und die Flüssigkeit fließt in das große Gefäß.
Die Wirkung von Wasser und Gas auf einen darin eingetauchten Körper.
Unter Wasser können wir leicht einen Stein anheben, der in der Luft schwer zu heben ist. Wenn Sie einen Korken unter Wasser halten und ihn aus Ihren Händen lösen, schwimmt er auf. Wie lassen sich diese Phänomene erklären?
Wir wissen (§ 38), dass die Flüssigkeit auf den Boden und die Wände des Gefäßes drückt. Und wenn sich ein fester Körper in der Flüssigkeit befindet, wird auch dieser einem Druck ausgesetzt, genau wie die Wände des Gefäßes.
Betrachten wir die Kräfte, die von der Flüssigkeit auf einen darin eingetauchten Körper wirken. Um das Denken zu erleichtern, wählen wir einen Körper aus, der die Form eines Parallelepipeds hat, dessen Grundflächen parallel zur Flüssigkeitsoberfläche verlaufen (Abb.). Die auf die Seitenflächen des Körpers wirkenden Kräfte sind paarweise gleich und gleichen sich gegenseitig aus. Unter dem Einfluss dieser Kräfte zieht sich der Körper zusammen. Aber die Kräfte, die auf die Ober- und Unterkante des Körpers wirken, sind nicht gleich. Die Oberkante wird von oben mit Gewalt angedrückt F 1 Flüssigkeitssäule hoch H 1 . Auf Höhe der Unterkante entsteht durch den Druck eine Flüssigkeitssäule mit einer Höhe H 2. Dieser Druck wird, wie wir wissen (§ 37), im Inneren der Flüssigkeit in alle Richtungen übertragen. Folglich auf die Unterseite des Körpers von unten nach oben mit Kraft F 2 drückt eine Flüssigkeitssäule hoch H 2. Aber H 2 mehr H 1 also der Kraftmodul F 2 weitere Leistungsmodule F 1 . Daher wird der Körper mit Kraft aus der Flüssigkeit gedrückt F Vt, gleich der Kraftdifferenz F 2 - F 1, d.h.
