Давление жидкости
Средняя оценка: 4.7
Всего получено оценок: 152.
Средняя оценка: 4.7
Всего получено оценок: 152.
Давление — это мера распределения силы на некоторой площади. Давление может создаваться не только твёрдыми телами, но и жидкими или газообразными. Использование этой физической величины для жидкостей имеет некоторые особенности, которые изучают на уроках физики в 7 классе. Рассмотрим их подробнее, выведем формулу давления жидкости.
Распределение давления в жидкости
Давление подразумевает действие некоторой силы. Для жидкостей такая сила может иметь два источника. И первый возможный источник — это внешняя сила.
Представим себе вертикальный цилиндр с поршнем в верхней части, полностью заполненный жидкостью. Теперь, если со стороны поршня на молекулы жидкости начнёт действовать сила, то ближайшие к поршню молекулы жидкости начнут смещаться вниз. При этом они встретят на пути противодействие молекул более глубоких слоёв и начнут передавать усилие им. Молекулы более глубоких слоёв в свою очередь будут передавать усилия ещё более глубоким слоям, и так далее, до самого дна поршня.
Напомним, что молекулы в жидкости связаны друг с другом слабо и совершают хаотичные тепловые движения. Если на молекулу действует сила со стороны вышележащего слоя, а вниз её «не пускает» нижележащий слой, то молекула начинает смещение вбок. Получается, что усилие поршня, направленное вниз, будет передаваться в жидкости не только вниз, но и в стороны. При этом за счёт хаотичного движения молекул «траектория передачи силы» может быть любой, сколь угодно извилистой — сила будет передаваться по этому пути через жидкость и создавать давление в любой точке.
Давление, производимое на жидкость, передаётся в любую точку жидкости без изменения во всех направлениях. Данный закон был открыт Б. Паскалем, и носит его имя. В честь этого физика также была названа единица измерения давления.
Давление в глубине жидкости
Вторым источником давления жидкости является её собственный вес.
Этот вес будет распределён по площади дна ёмкости, содержащей жидкость, и мера этого распределения характеризуется давлением.
Если сосуд имеет площадь дна $S$, и столб жидкости в нём будет иметь высоту $h$, то объём этой жидкости будет равен:
$$V=Sh$$
Если плотность жидкости равна $\rho$, то масса жидкости равна:
$$m=\rho V=\rho Sh$$
Вес покоящегося тела равен силе тяжести. То есть:
$$P=m\mathrm{g} =\rho Sh \mathrm{g}$$
Этот вес распределён по площади дна $S$. Следовательно, давление на дне сосуда будет равно:
$$p={P\over S}={ \rho Sh \mathrm{g}\over S} $$
Сокращая значение площади, получаем формулу давления жидкости на глубине $h$:
$$p = \rho \mathrm{g} h$$
В данную формулу не входит площадь дна сосуда. Сосуд может иметь любую форму, давление жидкости на его дно будет определяться только высотой столба жидкости и её плотностью. По этой же формуле определяется давление в любой точке жидкости, не только на дне.
Что мы узнали?
Давление в жидкости распространяется во все стороны без изменений. Источником этого давления может являться внешняя сила или вес самой жидкости. В последнем случае давление жидкости зависит только от плотности этой жидкости и от глубины точки измерения.
Тест по теме
- /5Вопрос 1 из 5
Если в цилиндре, наполненном жидкостью, с помощью поршня создать давление сверху, где оно будет меньше?
