入り口空気、蒸気、液体、固体の圧力を表す式。 圧力（計算式）はどうやって求めますか？ エンターテイメント科学アカデミー。 物理。 ビデオ 固体の圧力は次の式を使用して計算されます。
スキーを持っている人もいない人も。
人は緩い雪の上を歩くのが大変で、一歩ごとに深く沈みます。 しかし、スキーを履いたので、ほとんど転ぶことなく歩くことができます。 なぜ？ スキーの有無にかかわらず、人は自分の体重と同じ力で雪の上に作用します。 ただし、スキー板がある場合とない場合では、人が押す表面積が異なるため、この力の影響は両方の場合で異なります。 スキー板の表面積はソール面積の約20倍です。 したがって、スキー板の上に立つとき、人はスキー板を履かずに雪の上に立つ場合に比べて、雪面の 1 平方センチメートルあたりに作用する力が 20 分の 1 になります。
生徒は新聞をボタンでボードに固定し、各ボタンを同じ力で操作します。 ただし、ボタンの端が尖っていると、木に刺さりやすくなります。
これは、力の結果がその係数、方向、作用点だけでなく、力が作用する表面の領域（力が作用する垂直方向）にも依存することを意味します。
この結論は物理実験によって確認されています。
経験: 与えられた力の作用の結果は、単位表面積にどのような力が作用するかによって決まります。
小さな板の角に釘を打ち込む必要があります。 まず、ボードに打ち込んだ釘の先端を上にして砂の上に置き、ボードの上に重りを置きます。 この場合、釘の頭は砂にわずかに押し込まれるだけです。 次に、ボードを裏返し、端に釘を置きます。 この場合、支持面積は小さくなり、同じ力の下で釘は砂の中にかなり深く入ります。
経験。 2番目のイラスト。
この力の作用の結果は、表面積の各単位にどのような力が作用するかによって決まります。
検討した例では、力は物体の表面に対して垂直に作用しました。 男の体重は雪の表面に対して垂直でした。 ボタンに作用する力はボードの表面に対して垂直です。
表面に垂直に働く力とこの表面の面積の比に等しい量を圧力といいます.
圧力を決定するには、表面に垂直に作用する力を表面積で割る必要があります。
圧力 = 力 / 面積.
この式に含まれる量を表しましょう: 圧力 - p、表面に作用する力は Fそして表面積 - S.
次に、次の式が得られます。
p = F/S
同じ領域に大きな力が作用すると、より大きな圧力が発生することは明らかです。
圧力の単位は、この表面に垂直な面積 1 m2 の表面に作用する 1 N の力によって生成される圧力とみなされます。.
圧力の単位 - ニュートン/平方メートル(1N/m2)。 フランスの科学者に敬意を表して ブレーズ・パスカル それはパスカルと呼ばれます（ パ）。 したがって、
1Pa = 1N/m2.
他の圧力単位も使用されます。 ヘクトパスカル (hPa） そして キロパスカル (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1Pa = 0.001kPa;
1 Pa = 0.01 hPa。
問題の条件を書き出して解いてみましょう。
与えられた : m = 45 kg、S = 300 cm 2; p = ?
SI 単位: S = 0.03 m2
解決：
p = F/S,
F = P,
P = グラムメートル,
P= 9.8 N · 45 kg ≈ 450 N、
p= 450/0.03 N/m2 = 15000 Pa = 15 kPa
「答え」: p = 15000 Pa = 15 kPa
圧力を下げる方法と高める方法。
重いクローラートラクターは土壌に40〜50 kPaに等しい圧力を生成します。つまり、体重45 kgの少年の圧力のわずか2〜3倍です。 これは、トラック駆動によりトラクターの重量がより広い領域に分散されるという事実によって説明されます。 そして私たちはそれを確立しました サポート領域が大きいほど、このサポートにかかる同じ力によって生じる圧力は小さくなります。 .
低圧力が必要か高圧が必要かに応じて、サポート面積が増減します。 たとえば、建設中の建物の圧力に土壌が耐えられるようにするために、基礎の下部の面積が増加します。
トラックのタイヤや飛行機のシャーシは、乗用車のタイヤよりもはるかに幅広に作られています。 砂漠を走行するために設計された車のタイヤは、特に幅広に作られています。
線路の支持面積が広いトラクター、戦車、湿地帯車両などの大型車両は、人が通れない湿地帯を通過します。
一方、表面積が小さいと、小さな力で大きな圧力を発生させることができます。 たとえば、ボタンをボードに押すとき、約 50 N の力でボタンに作用します。ボタンの先端の面積は約 1 mm 2 であるため、ボタンによって生成される圧力は次のようになります。
p = 50 N / 0.000 001 m 2 = 50,000,000 Pa = 50,000 kPa。
比較のために、この圧力は、クローラー トラクターによって土壌に加えられる圧力よりも 1000 倍大きくなります。 このような例は他にもたくさんあります。
切断器具の刃や刺し器具（ナイフ、ハサミ、カッター、ノコギリ、針など）の先端は特別に研がれています。 鋭利な刃物は刃先の面積が小さいため、小さな力でも大きな圧力がかかり、作業がしやすい工具です。
切断および穿刺器具は、生きている自然界にも見られます。これらは歯、爪、くちばし、スパイクなどです。それらはすべて硬い材料でできており、滑らかで非常に鋭いです。
プレッシャー
気体分子はランダムに運動することが知られています。
固体や液体とは異なり、気体はそれが入っている容器全体を満たすことはすでにわかっています。 たとえば、ガスを貯蔵するための鋼製シリンダー、車のタイヤのインナーチューブ、バレーボールなどです。 この場合、ガスは、それが配置されているシリンダー、チャンバー、またはその他の本体の壁、底部、蓋に圧力を加えます。 ガス圧力は、支持体上の固体の圧力以外の理由によるものです。
気体分子はランダムに運動することが知られています。 それらが移動すると、それらは互いに衝突するだけでなく、ガスが入っている容器の壁とも衝突します。 気体中には多くの分子が存在するため、衝突の数は非常に多くなります。 たとえば、部屋の空気分子が1秒間に1cm 2 の面積の表面に衝突する回数は、23桁の数字で表されます。 個々の分子の衝撃力は小さいですが、すべての分子が容器の壁に与える影響は大きく、ガス圧が発生します。
それで、 容器の壁（およびガス中に置かれた人体）にかかるガスの圧力は、ガス分子の衝突によって引き起こされます。 .
次の実験を考えてみましょう。 エアポンプのベルの下にゴムボールを置きます。 少量の空気を含み、不規則な形状をしています。 次に、ベルの下から空気を送り出します。 ボールの殻は周囲の空気がますます希薄になり、徐々に膨らみ、通常のボールの形になります。
この経験をどう説明すればいいでしょうか？
圧縮ガスの貯蔵と輸送には、耐久性に優れた特殊鋼製シリンダーが使用されています。
私たちの実験では、移動するガス分子がボールの内側と外側の壁に衝突し続けます。 空気が排出されると、ボールのシェルの周囲のベル内の分子の数が減少します。 しかし、ボールの中で彼らの数は変わりません。 したがって、分子が殻の外壁に衝突する回数は、内壁に衝突する回数よりも少なくなります。 ボールは、ゴムシェルの弾性力がガス圧の力と等しくなるまで膨張します。 ボールの殻はボールの形をしています。 これは次のことを示しています ガスはその壁を全方向に均等に押します。 言い換えれば、表面積 1 平方センチメートル当たりの分子衝突の数は、どの方向でも同じです。 全方向に同じ圧力がかかるのは気体の特徴であり、膨大な数の分子のランダムな動きの結果です。
気体の質量が変わらないように、気体の体積を減らしてみましょう。 これは、気体 1 立方センチメートルごとに分子の数が増え、気体の密度が増加することを意味します。 すると、分子が壁に衝突する回数が増加します。つまり、ガスの圧力が増加します。 これは経験によって確認できます。
画像上 あガラス管の一端が薄いゴム膜で閉じられている様子を示しています。 ピストンがチューブに挿入されます。 ピストンが移動すると、チューブ内の空気の体積が減少します。つまり、ガスが圧縮されます。 ゴム膜が外側に曲がり、チューブ内の空気圧が上昇したことがわかります。
逆に、同じ質量の気体の体積が増加すると、1立方センチメートルあたりの分子の数は減少します。 これにより、容器の壁への衝撃の数が減り、ガスの圧力が低くなります。 実際、ピストンがチューブから引き抜かれると、空気の体積が増加し、容器内でフィルムが曲がります。 これはチューブ内の空気圧の低下を示します。 空気の代わりに他のガスが管内に存在する場合にも、同じ現象が観察されます。
それで、 気体の質量と温度が変わらない限り、気体の体積が減少すると圧力が増加し、体積が増加すると圧力が減少します。.
気体を一定の体積で加熱すると圧力はどのように変化しますか? 気体分子は加熱すると速度が速くなることが知られています。 より速く移動すると、分子はより頻繁に容器の壁にぶつかります。 さらに、壁に対する分子の各衝撃はより強くなります。 その結果、容器の壁はより大きな圧力を受けることになります。
したがって、 ガス温度が高いほど、密閉容器内のガス圧力は大きくなりますただし、ガスの質量と体積が変化しない場合に限ります。
これらの実験から、一般的に次のように結論付けることができます。 ガス圧力は、分子が容器の壁に衝突する頻度が高くなるほど増加します。 .
ガスを保管および輸送するには、ガスを高度に圧縮します。 同時に、圧力が上昇するため、ガスは特別な非常に耐久性のあるシリンダーに封入されなければなりません。 たとえば、このようなシリンダーには、潜水艦の圧縮空気や金属の溶接に使用される酸素が含まれています。 もちろん、ガスシリンダーは、特にガスが充填されている場合には加熱できないことを常に覚えておく必要があります。 なぜなら、すでに理解しているように、爆発は非常に不快な結果を伴う可能性があるからです。
パスカルの法則。
圧力は液体または気体のあらゆる点に伝達されます。
ピストンの圧力はボールを満たす流体の各点に伝達されます。
今はガスです。
固体とは異なり、液体と気体の個々の層と小さな粒子は、相互にあらゆる方向に自由に移動できます。 たとえば、コップの水面に軽く息を吹きかけて水を動かすだけで十分です。 川や湖では、わずかな風で波紋が現れます。
気体と液体の粒子の移動性は次のことを説明します。 加えられる圧力は力の方向だけでなくあらゆる点に伝わります。。 この現象をさらに詳しく考えてみましょう。
画像上では、 あ気体（または液体）が入った容器を示します。 粒子は容器全体に均一に分散されます。 容器は上下に動くピストンによって密閉されています。
力を加えるとピストンがわずかに内側に移動し、ピストンの直下にある気体（液体）が圧縮されます。 すると、この場所に粒子（分子）が以前よりも密に配置されることになります（図b）。 移動性により、ガス粒子はあらゆる方向に移動します。 その結果、それらの配置は再び均一になりますが、以前よりも密度が高くなります（図c）。 したがって、ガス圧力はどこでも上昇します。 これは、追加の圧力が気体または液体のすべての粒子に伝達されることを意味します。 したがって、ピストン自体の近くの気体（液体）の圧力が 1 Pa 増加すると、すべての点で 内部気体でも液体でも圧力は同じ分だけ大きくなります。 容器の壁、底部、ピストンにかかる圧力は 1 Pa 増加します。
液体や気体にかかる圧力は、どの点にも全方向に均等に伝わります。 .
このステートメントは次のように呼ばれます パスカルの法則.
パスカルの法則に基づいて、次の実験を簡単に説明できます。
写真は、各所に小さな穴が開いた中空のボールです。 ボールにはチューブが取り付けられており、その中にピストンが挿入されています。 ボールに水を入れてピストンをチューブ内に押し込むと、ボールのすべての穴から水が流れ出します。 この実験では、ピストンがチューブ内の水面を押します。 ピストンの下にある水の粒子は圧縮され、その圧力がより深いところにある他の層に伝達されます。 したがって、ピストンの圧力はボールを満たす流体の各点に伝達されます。 その結果、水の一部がすべての穴から流れ出る同一の流れの形でボールから押し出されます。
ボールが煙で満たされている場合、ピストンがチューブに押し込まれると、ボールのすべての穴から均等な煙の流れが出始めます。 これにより、次のことが確認されます 気体は、それにかかる圧力を全方向に均等に伝達します。.
液体と気体の圧力。
液体の重さの影響で、チューブ内のゴム底が曲がります。
地球上のすべての物体と同様、液体は重力の影響を受けます。 したがって、容器に注がれた液体の各層はその重さによって圧力を発生させ、パスカルの法則に従って圧力は全方向に伝わります。 したがって、液体の中には圧力が生じます。 これは経験によって検証できます。
ガラス管に水を注ぎ、その底の穴を薄いゴム膜で閉じます。 液体の重さの影響で、チューブの底が曲がります。
経験上、ゴム膜の上の水柱が高くなるほど、ゴム膜はより曲がりやすくなります。 しかし、ゴムの底が曲がるたびに、重力に加えて、伸びたゴム膜の弾性力が水に作用するため、チューブ内の水は平衡状態になります（停止します）。
ゴム膜に働く力は、 |
両側とも同じです。 |
図。
底部は重力の圧力によりシリンダーから遠ざかります。
水が注がれているゴム底の管を、水の入った別の幅の広い容器に下げてみましょう。 チューブを下げると、ゴム膜が徐々に真っ直ぐになることがわかります。 フィルムを完全に真っ直ぐにすると、上と下からフィルムに作用する力が等しいことがわかります。 チューブと容器内の水位が一致すると、フィルムが完全に真っ直ぐになります。
図aに示すように、側孔をゴム膜で覆ったチューブでも同じ実験を行うことができます。 このチューブを水の入った別の容器に図のように浸してみましょう。 b。 チューブと容器内の水位が等しくなるとすぐにフィルムが再び真っ直ぐになることがわかります。 これは、ゴム膜に作用する力がどの面でも同じであることを意味します。
底が抜けてしまう可能性のある器を考えてみましょう。 水の入った瓶に入れてみましょう。 底が容器の端にしっかりと押し付けられ、落ちません。 下から上に向かう水圧の力で押されます。
慎重に水を容器に注ぎ、底を観察します。 容器の水位が瓶の水位と一致するとすぐに、瓶は容器から落ちます。
分離の瞬間、容器内の液体の柱が上から下に圧力をかけ、瓶の中にある同じ高さの液体の柱からの圧力が下から上、そして底に伝わります。 これらの圧力は両方とも同じですが、底部はシリンダーにかかる自身の重力の作用によりシリンダーから遠ざかります。
上記では水を使った実験について説明しましたが、水の代わりに他の液体を使っても実験結果は同じになります。
したがって、実験は次のことを示しています 液体内には圧力があり、同じレベルではすべての方向で圧力は等しいです。 圧力は深さとともに増加します.
気体にも重量があるため、この点では液体と変わりません。 しかし、気体の密度は液体の密度より数百倍も小さいことを覚えておく必要があります。 容器内のガスの重量は小さく、多くの場合、その「重量」圧力は無視できます。
容器の底と壁にかかる液体の圧力の計算。
容器の底と壁にかかる液体の圧力の計算。
容器の底と壁にかかる液体の圧力を計算する方法を考えてみましょう。 まず直方体のような形状の容器の問題を解いてみましょう。
力 Fこの容器に注がれた液体が底を押す力は、重さに等しい P容器の中の液体。 液体の重さは、その質量を知ることで求めることができます メートル。 ご存知のとおり、質量は次の式を使用して計算できます。 m = ρ・V。 選択した容器に注ぐ液体の量は簡単に計算できます。 容器内の液柱の高さを文字で表すと h、および容器の底の面積 S、 それ V = Sh.
液体の塊 m = ρ・V、 または m = ρ S h .
この液体の重さは P = g・m、 または P = g ρ S h.
液体の柱の重さは、液体が容器の底を押す力に等しいので、その重さを割ると、 P広場へ S、流体圧力を取得します p:
p = P/S、または p = g・ρ・S・h/S、
容器の底の液体の圧力を計算する式が得られました。 この式から明らかなように、 容器の底の液体の圧力は、液柱の密度と高さにのみ依存します。.
したがって、導出された式を使用して、容器に注がれた液体の圧力を計算できます。 任意の形状（厳密に言えば、私たちの計算は直角柱と円柱の形状を持つ容器にのみ適しています。研究所の物理学の授業では、この式が任意の形状の容器にも当てはまることが証明されました。） さらに、容器の壁にかかる圧力の計算にも使用できます。 同じ深さの圧力はどの方向でも同じであるため、底から上までの圧力を含む液体内の圧力もこの式を使用して計算されます。
圧力を計算式で計算する場合 p = グーρh密度が必要です ρ キログラム/立方メートル (kg/m3) で表され、液柱の高さ h- メートル (m)、 g= 9.8 N/kg の場合、圧力はパスカル (Pa) で表されます。
例。 油柱の高さが 10 m、密度が 800 kg/m 3 の場合、タンク底部の油の圧力を求めます。
問題の状態を書き出して書き出してみましょう。
与えられた :
ρ = 800 kg/m 3
解決 :
p = 9.8 N/kg · 800 kg/m 3 · 10 m ≈ 80,000 Pa ≈ 80 kPa。
答え : p ≈ 80 kPa。
連絡船。
連絡船。
この図は、ゴムチューブによって互いに接続された 2 つの容器を示しています。 このような船はこう呼ばれます 通信する。 じょうろ、ティーポット、コーヒーポットは連通容器の例です。 経験から、たとえばじょうろに注がれた水は、注ぎ口と内部で常に同じレベルにあることがわかっています。
私たちは通信する船によく遭遇します。 たとえば、ティーポット、じょうろ、コーヒーポットなどです。 |
均質な液体の表面は、あらゆる形状の連通容器内で同じレベルに設置されます。 |
異なる密度の液体。 |
次の簡単な実験は、通信血管を使用して行うことができます。 実験の初めに、ゴム管を真ん中で固定し、一方の管に水を注ぎます。 次にクランプを開くと、水はすぐにもう一方の管に流れ込み、両方の管の水面が同じ高さになります。 チューブの 1 つを三脚に取り付け、もう 1 つを上げたり下げたり、さまざまな方向に傾けたりできます。 この場合、液体が落ち着くとすぐに、両方のチューブ内のレベルが均等になります。
あらゆる形状および断面の連通容器内で、均質な液体の表面は同じレベルに設定されます。(液体上の空気圧が同じである場合) (図 109)。
これは次のように正当化できます。 液体は容器から容器へ移動することなく静止しています。 これは、両方の容器内の圧力がどのレベルでも同じであることを意味します。 両方の容器内の液体は同じです、つまり同じ密度を持っています。 したがって、その高さは同じでなければなりません。 1 つの容器を持ち上げたり、そこに液体を加えたりすると、容器内の圧力が上昇し、圧力が均衡するまで液体は別の容器に移動します。
ある密度の液体が連絡容器の 1 つに注がれ、別の密度の液体が 2 番目の容器に注がれる場合、平衡状態ではこれらの液体のレベルは同じではありません。 そしてこれは理解できます。 容器の底の液体の圧力は塔の高さと液体の密度に直接比例することがわかっています。 この場合、液体の密度は異なります。
圧力が等しい場合、密度が高い液体の柱の高さは密度が低い液体の柱の高さよりも低くなります（図）。
経験。 空気の質量を決定する方法。
空気の重さ。 大気圧。
大気圧の存在。
大気圧は容器内の希薄な空気の圧力よりも高くなります。
空気は、地球上の他の物体と同様に重力の影響を受けるため、空気には重さがあります。 空気の重さは、質量が分かれば簡単に計算できます。
空気の質量を計算する方法を実験的に示します。 これを行うには、ストッパー付きの耐久性のあるガラス球とクランプ付きのゴムチューブを使用する必要があります。 ポンプで空気を抜き、クランプでチューブを固定し、秤の上でバランスを取りましょう。 次に、ゴムチューブのクランプを開いて空気を入れます。 そうなると天秤のバランスが崩れてしまいます。 それを元に戻すには、秤のもう一方の皿に重りを置く必要があります。その質量はボールの体積内の空気の質量と等しくなります。
実験により、温度 0 °C、通常の大気圧では、体積 1 m 3 の空気の質量は 1.29 kg に等しいことが証明されました。 この空気の重さは簡単に計算できます。
P = g・m、P = 9.8 N/kg 1.29 kg ≈ 13 N。
地球を取り囲む空気の殻はと呼ばれます 雰囲気 (ギリシャ語より アトモス- 蒸気、空気、 球- ボール）。
人工地球衛星の飛行観測からわかるように、大気は高度数千キロメートルまで広がっています。
重力により、海水と同様に大気の上層は下層を圧縮します。 地球に直接隣接する空気層は最も圧縮されており、パスカルの法則に従って、空気層にかかる圧力が全方向に伝わります。
この結果、地球の表面とその上にある物体は、空気の層全体から圧力を受けることになります。または、そのような場合によく言われるように、 大気圧 .
大気圧の存在は、私たちが人生で遭遇する多くの現象を説明できます。 それらのいくつかを見てみましょう。
この図はガラス管を示しており、その内部には管の壁にしっかりとフィットするピストンがあります。 チューブの端を水中に下げます。 ピストンを持ち上げると後ろから水が上がってきます。
この現象はウォーターポンプなどで利用されています。
図は円筒形の容器を示しています。 タップ付きチューブを差し込んでストッパーで閉めます。 空気はポンプで容器から汲み出されます。 次に、チューブの端を水の中に置きます。 ここで蛇口を開けると、容器の中に噴水のように水が噴き出します。 大気圧が容器内の希薄な空気の圧力よりも高いため、水が容器に入ります。
地球の空気のエンベロープはなぜ存在するのでしょうか?
すべての物体と同様に、地球の空気のエンベロープを構成するガス分子は地球に引き寄せられます。
しかし、ではなぜそれらはすべて地球の表面に落ちないのでしょうか? 地球の空気層と大気はどのように保存されているのでしょうか? これを理解するには、気体分子が連続的かつランダムに運動していることを考慮する必要があります。 しかし、別の疑問が生じます。なぜこれらの分子は宇宙空間、つまり宇宙に飛び去らないのでしょう。
宇宙船やロケットなどの分子が地球から完全に離れるためには、非常に高速 (少なくとも 11.2 km/s) でなければなりません。 これはいわゆる 第 2 脱出速度。 地球の空気の殻にあるほとんどの分子の速度は、この脱出速度よりも大幅に遅いです。 したがって、それらのほとんどは重力によって地球に結びついており、地球を超えて宇宙に飛び出す分子はごくわずかです。
分子のランダムな動きとそれらに対する重力の影響により、ガス分子は地球近くの空間に「浮遊」し、空気のエンベロープ、つまり私たちに知られている大気を形成します。
測定によれば、空気密度は高度とともに急速に減少します。 したがって、地球上空 5.5 km の空気の密度は、地表の密度より 2 倍小さくなり、高度 11 km では 4 分の 1 になります。高ければ高いほど、空気の密度は低くなります。空気。 そして最後に、最上層（地球上空数百、数千キロメートル）では、大気は徐々に空気のない空間に変わります。 地球の空気のエンベロープには明確な境界がありません。
厳密に言えば、重力の作用により、密閉容器内のガス密度は容器全体の体積全体で同じではありません。 容器の底部ではガス密度が上部よりも高いため、容器内の圧力は同じではありません。 容器の上部よりも下部の方が大きくなります。 しかし、容器内に含まれる気体の場合、この密度と圧力の差は非常に小さいため、多くの場合、それが知られているだけで完全に無視できます。 しかし、数千キロメートルにわたって広がる大気の場合、この違いは重大です。
大気圧を測定します。 トリチェリの経験。
液柱の圧力を計算する公式 (§ 38) を使用して大気圧を計算することは不可能です。 このような計算を行うには、大気の高さと空気密度を知る必要があります。 しかし、大気には明確な境界がなく、高度によって空気の密度が異なります。 ただし、大気圧は 17 世紀にイタリアの科学者によって提案された実験を使用して測定できます。 エヴァンジェリスタ・トリチェッリ , ガリレオの弟子。
トリチェリの実験は次のようなもので構成されています。一端が密閉された長さ約 1 m のガラス管に水銀が満たされています。 次に、管のもう一方の端をしっかりと閉じ、管をひっくり返して水銀の入ったカップの中に下げ、そこで管のこの端を水銀のレベルの下で開きます。 液体を使った他の実験と同様、水銀の一部はカップに注がれ、一部は管内に残ります。 管内に残る水銀柱の高さは約 760 mm です。 チューブ内の水銀の上には空気がなく、空気のない空間があるため、ガスはこのチューブ内の水銀柱に上から圧力を加えず、測定に影響を与えません。
上記の実験を提案したトリチェリ氏もその説明を行っています。 大気がカップ内の水銀の表面を圧迫します。 水星は平衡状態にあります。 これは、チューブ内の圧力が次のレベルであることを意味します。 ああ 1 (図を参照) は大気圧に等しい。 大気圧が変化すると、管内の水銀柱の高さも変化します。 圧力が増加すると、カラムは長くなります。 圧力が低下すると、水銀柱の高さが減少します。
管の上部の水銀より上には空気がないため、レベル aa1 の管内の圧力は管内の水銀柱の重量によって生成されます。 したがって、 大気圧は管の中の水銀柱の圧力に等しい 、つまり
pＡＴＭ＝ p水星
トリチェリの実験では、大気圧が高くなるほど水銀柱の高さが高くなります。 したがって、実際には、大気圧は水銀柱の高さ (ミリメートルまたはセンチメートル単位) で測定できます。 たとえば、大気圧が 780 mm Hg であるとします。 美術。 （彼らは「水銀柱ミリメートル」と言います）、これは、空気が高さ 780 mm の水銀の垂直柱と同じ圧力を生み出すことを意味します。
したがって、この場合、大気圧の測定単位は 1 水銀柱ミリメートル (1 mmHg) です。 この単位と私たちが知っている単位との関係を調べてみましょう - パスカル(パ)。
高さ 1 mm の水銀柱 ρ の圧力は次のようになります。
p = g・ρ・h, p= 9.8 N/kg · 13,600 kg/m 3 · 0.001 m ≈ 133.3 Pa。
ということで、1mmHg。 美術。 = 133.3Pa。
現在、大気圧は通常ヘクト パスカル (1 hPa = 100 Pa) で測定されます。 たとえば、天気予報では、気圧が 1013 hPa であると発表されることがありますが、これは 760 mmHg と同じです。 美術。
トリチェリは、管の中の水銀柱の高さを毎日観察し、この高さが変化すること、つまり大気圧は一定ではなく、増加したり減少したりする可能性があることを発見しました。 トリチェッリ氏はまた、気圧が天候の変化と関連していることにも言及した。
トリチェリの実験で使用された水銀管に垂直スケールを取り付けると、最も単純な装置が得られます。 水銀気圧計 (ギリシャ語より バロス- 重さ、 メトレオ- 私は測定する）。 大気圧を測定するために使用されます。
気圧計 - アネロイド。
実際の気圧の計測にはメタルバロメーターと呼ばれる金属製の気圧計が使用されます。 アネロイド (ギリシャ語から翻訳 - アネロイド）。 気圧計には水銀が含まれていないため、このように呼ばれています。
アネロイドの外観を図に示します。 その主要部分は、波状（波形）表面を有する金属製の箱１である（他の図を参照）。 この箱から空気がポンプで排出され、大気圧で箱が潰れないように、蓋 2 がバネで上に引っ張られています。 大気圧が上昇すると、蓋がたわみ、バネが締め付けられます。 圧力が低下すると、スプリングによってキャップが真っ直ぐになります。 インジケータ矢印 4 は伝達機構 3 を使用してスプリングに取り付けられており、圧力が変化すると左右に動きます。 矢印の下には目盛りがあり、その目盛りは水銀気圧計の測定値に従ってマークされています。 したがって、アネロイド針が立っている数字 750 (図を参照) は、水銀気圧計の現時点での水銀柱の高さが 750 mm であることを示しています。
したがって、大気圧は750mmHgとなります。 美術。 または ≈ 1000 hPa。
気圧の変化は天気の変化と関連しているため、気圧の値は今後数日の天気を予測する上で非常に重要です。 気圧計は気象観測に欠かせない機器です。
さまざまな高度での大気圧。
ご存知のように、液体中の圧力は液体の密度と液体の柱の高さに依存します。 圧縮率が低いため、異なる深さの液体の密度はほぼ同じになります。 したがって、圧力を計算するときは、その密度が一定であるとみなし、高さの変化のみを考慮します。
ガスの状況はさらに複雑です。 ガスは非常に圧縮性が高いです。 そして、ガスが圧縮されるほど、その密度は大きくなり、生成される圧力も大きくなります。 結局のところ、ガス圧力はその分子が物体の表面に衝突することによって発生します。
地球の表面の空気の層は、その上にあるすべての空気層によって圧縮されます。 しかし、空気の層が地表から高くなるほど、圧縮が弱くなり、密度が低くなります。 したがって、生成される圧力は小さくなります。 たとえば、気球が地表から上昇すると、気球にかかる気圧が小さくなります。 これは、その上の気柱の高さが減少するだけでなく、空気の密度が減少することによっても発生します。 上部よりも下部の方が小さいです。 したがって、気圧の高度への依存性は液体の依存性よりも複雑です。
観測によると、海抜ゼロメートルの地域の大気圧は平均 760 mm Hg です。 美術。
温度0℃における高さ760mmの水銀柱の圧力に等しい大気圧を常圧といいます。.
通常の大気圧 101,300 Pa = 1013 hPa に相当します。
海抜が高くなるほど、気圧は低くなります。
小さな上昇では、平均して 12 m 上昇するごとに、圧力は 1 mmHg 低下します。 美術。 (または 1.33 hPa まで)。
気圧の高度依存性がわかれば、気圧計の測定値を変更することで海抜高度を判断できます。 海抜の高さを直接測定できる目盛りを持つものをアネロイドといいます。 高度計 。 航空や登山などに使われています。
圧力計。
気圧計が大気圧の測定に使用されることはすでに知られています。 大気圧より高いまたは低い圧力を測定するには、それが使用されます。 圧力計 (ギリシャ語より マノス- 珍しい、緩い、 メトレオ- 私は測定する）。 圧力計もあるよ 液体そして 金属.
まずデバイスとアクションを見てみましょう。 液圧計を開く。 それは液体が注がれる二本足のガラス管で構成されています。 容器エルボ内の液体表面には大気圧のみが作用するため、液体は両方のエルボに同じレベルで設置されます。
このような圧力計がどのように機能するかを理解するには、片面がゴムフィルムで覆われた丸い平らな箱にゴムチューブで圧力計を接続します。 フィルムを指で押すと、ボックスに接続されている圧力計のエルボの液面が下がり、もう一方のエルボの液面が上がります。 これは何で説明されますか?
フィルムを押すとボックス内の気圧が高まります。 パスカルの法則によれば、この圧力増加は、ボックスに接続されている圧力計エルボ内の流体にも伝達されます。 したがって、このエルボ内の流体にかかる圧力は、大気圧のみが流体に作用する他のエルボよりも大きくなります。 この過剰な圧力の力により、液体は動き始めます。 圧縮空気のあるエルボでは液体は下がり、もう一方のエルボでは液体は上昇します。 圧縮空気の過剰な圧力が、圧力計のもう一方の脚にある過剰な液体の柱によって生成される圧力と釣り合うと、流体は平衡状態 (停止) に達します。
フィルムを強く押すほど、余分な液柱が高くなり、その圧力が大きくなります。 したがって、 圧力の変化はこの余分な柱の高さで判断できます.
図は、このような圧力計が液体内の圧力をどのように測定できるかを示しています。 チューブが液体に深く浸かるほど、圧力計エルボ内の液柱の高さの差が大きくなります。、したがって、そして 流体によってより多くの圧力が発生します.
デバイスボックスを液体内のある程度の深さに設置し、フィルムを上、横、下に向けて回転しても、圧力計の指示値は変化しません。 それはそうあるべきです、なぜなら 液体内の同じレベルでは、圧力はどの方向でも等しい.
写真は示す 金属製圧力計 。 このような圧力計の主要部分は、パイプ状に曲げられた金属管です。 1 、一端が閉じられています。 タップを使用してチューブのもう一方の端を 4 圧力が測定される容器と通信します。 圧力が増加すると、チューブの曲がりが戻ります。 レバーを使用して閉じた端を移動します 5 と鋸歯状の 3 矢に伝わる 2 、計器のスケールの近くを移動します。 圧力が減少すると、チューブはその弾性により元の位置に戻り、矢印は目盛りのゼロの目盛りに戻ります。
ピストン液体ポンプ。
以前に検討した実験 (§ 40) では、ガラス管内の水が大気圧の影響を受けてピストンの後ろで上向きに上昇することが確認されました。 これがアクションのベースになっています。 ピストンパンプス
ポンプは図に概略的に示されています。 それはシリンダーで構成されており、その中でピストンが容器の壁にぴったりと隣接して上下に移動します。 1 。 バルブはシリンダーの底部とピストン自体に取り付けられています 2 、上方向にのみ開きます。 ピストンが上方に移動すると、大気圧の影響で水がパイプに入り、下部のバルブを持ち上げてピストンの後ろに移動します。
ピストンが下方に移動すると、ピストンの下の水が底部のバルブを押し、バルブが閉じます。 同時に水圧によりピストン内のバルブが開き、ピストン上部の空間に水が流れ込みます。 次にピストンが上方に移動すると、その上の水も上昇して出口パイプに流れ込みます。 同時に、新しい水の部分がピストンの後ろで上昇し、その後ピストンが下降すると水がピストンの上に現れます。この手順全体がポンプの動作中に何度も繰り返されます。
油圧プレス。
パスカルの法則はその行動を説明する 油圧機械 (ギリシャ語より 油圧- 水）。 これらは、流体の運動と平衡の法則に基づいて動作する機械です。
油圧機械の主要部分は、ピストンと接続チューブを備えた異なる直径の 2 つのシリンダーです。 ピストンとチューブの下の空間は液体 (通常は鉱物油) で満たされています。 ピストンに力が作用しない限り、両方のシリンダーの液柱の高さは同じです。
ここで、次の力があると仮定しましょう。 F 1と F 2 - ピストンに作用する力、 S 1と S 2 - ピストン領域。 最初の (小さい) ピストンの下の圧力は次の値に等しいです。 p 1 = F 1 / S 1、2 つ目以下 (大) p 2 = F 2 / S 2. パスカルの法則によれば、圧力は静止している流体によって全方向に均等に伝達されます。 p 1 = p 2または F 1 / S 1 = F 2 / S 2、以下から:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
したがって、強度は、 F 2 何倍ものパワー F 1 , 大きいピストンの面積は小さいピストンの面積より何倍大きいですか?。 たとえば、大きいピストンの面積が 500 cm2、小さいピストンの面積が 5 cm2 で、小さいピストンに 100 N の力が作用した場合、100 倍、つまり 10,000 N の力がかかります。大きいピストンに作用します。
したがって、油圧機械の助けを借りて、小さな力で大きな力のバランスをとることが可能です。
態度 F 1 / F 2は強度の向上を示しています。 たとえば、上記の例では、強度の増加は 10,000 N / 100 N = 100 です。
プレス（絞り）する際に使用する油圧機械を「油圧機械」といいます。 油圧プレス .
より大きな力が必要な場合には油圧プレスが使用されます。 たとえば、製油所で種子から油を搾る場合、合板、ボール紙、干し草をプレスする場合などです。 冶金工場では、鋼製機械シャフト、鉄道車輪、その他多くの製品の製造に油圧プレスが使用されます。 最新の油圧プレスは、数千万ニュートン、数億ニュートンの力を発生させることができます。
油圧プレスの構造を模式的に図に示します。 加圧体 1 (A) は、大型ピストン 2 (B) に接続されたプラットフォーム上に配置されます。 小さなピストン 3 (D) の助けにより、液体に高圧が発生します。 この圧力は、シリンダーを満たす流体のあらゆる点に伝達されます。 したがって、同じ圧力が 2 番目の大きいピストンに作用します。 ただし、2番目（大きい）ピストンの面積は小さいピストンの面積より大きいため、それに作用する力はピストン3（D）に作用する力よりも大きくなります。 この力の影響でピストン 2 (B) が上昇します。 ピストン 2 (B) が上昇すると、本体 (A) が固定上部プラットフォームに寄りかかり、圧縮されます。 圧力計４（Ｍ）は流体の圧力を計測する。 安全弁5(P)は流体圧力が許容値を超えると自動的に開きます。
小さなピストン 3 (D) の繰り返しの動きによって、小さなシリンダーから大きなシリンダーへ液体が圧送されます。 これは次のようにして行われます。 小ピストン (D) が上昇すると、バルブ 6 (K) が開き、ピストンの下の空間に液体が吸い込まれます。 液体の圧力の影響で小さなピストンが下がると、バルブ 6 (K) が閉じ、バルブ 7 (K'') が開き、液体が大きな容器に流れ込みます。
水とガスが浸漬された身体に及ぼす影響。
空中では持ち上げるのが難しい石を、水中では簡単に持ち上げることができます。 コルクを水の中に入れて手を離すと浮き上がります。 これらの現象はどのように説明できるでしょうか?
私たちは、液体が容器の底と壁を押すことを知っています (§ 38)。 また、液体の中に固体が置かれている場合、容器の壁と同様に圧力がかかります。
液体に浸された物体に液体から作用する力を考えてみましょう。 推論を容易にするために、液体の表面に平行な底面を持つ直方体の形状を持つ物体を選択してみましょう (図)。 物体の側面に作用する力は対で等しく、互いに釣り合います。 これらの力の影響下で、体は収縮します。 しかし、物体の上部と下部の端に作用する力は同じではありません。 上端を上から力で押す F液体高の 1 列 h 1. 下端のレベルでは、圧力によって高さのある液体の柱が生成されます。 h 2. 私たちが知っているように (§ 37)、この圧力は液体内であらゆる方向に伝達されます。 したがって、ボディの下面を下から上に向かって力を入れていきます。 F 2 液体の柱を高圧で押します h 2. しかし h 2以上 h 1 したがって、力係数 Fさらに2つの電源モジュール F 1. したがって、本体は液体から勢いよく押し出されます。 F Vt、力の差に等しい F 2 - F 1、つまり
