Nyomás és terület kapcsolata. Nyomás a bábukra: meghatározás, magyarázat egyszerű szavakkal

Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk egy kis deszkát, amelynek sarkaiba négy szög van beütve, és tegyük felfelé, hegyekkel a homokra. Helyezzen rá egy súlyt (81. ábra). Látni fogjuk, hogy a szögfejek csak enyhén nyomódnak a homokba. Ha újra és újra megfordítjuk a deszkát (a súllyal együtt) a homokra helyezzük, akkor a szögek most sokkal mélyebben fognak belemenni (82. ábra). Mindkét esetben a deszka súlya azonos volt, de a hatás más. Miért? A teljes különbség a vizsgált esetekben az volt, hogy az egyik esetben nagyobb, a másikban kisebb volt a felület, amelyen a körmök feküdtek. Hiszen először a szögek feje érte a homokot, majd a hegyük.

Látjuk, hogy az ütközés eredménye nem csak attól függ, hogy a test milyen erővel nyomja a felületet, hanem a felület területétől is. Emiatt a laza havon csúszni tudó síléceken azonnal beleesik, amint leveszi a sílécet (83. ábra). De ez nem csak a területről szól. Az alkalmazott erő nagysága is fontos szerepet játszik. Ha például ugyanazon. deszkát (lásd 81. ábra) helyezzen el egy másik súlyt, akkor a szögek (ugyanolyan támasztófelülettel) még mélyebbre süllyednek a homokba.

A felületre merőleges erőt ún nyomóerő erre a felületre.

A nyomáserőt nem szabad összetéveszteni a nyomással. Nyomás egy fizikai mennyiség, amely egyenlő az adott felületre kifejtett nyomáserő és a felület területéhez viszonyított arányával:

p - nyomás, F - nyomóerő, S - terület.

Tehát a nyomás meghatározásához el kell osztani a nyomáserőt azzal a felülettel, amelyre a nyomást alkalmazzák.

Ugyanazon erő mellett a nyomás nagyobb, ha a támasztófelület kisebb, és fordítva, minél nagyobb a támasztófelület, annál kisebb a nyomás.

Azokban az esetekben, amikor a nyomóerő a felszínen elhelyezkedő test súlya (F = P = mg), a test által kifejtett nyomás a képlet segítségével határozható meg.

Ha a p nyomás és az S terület ismert, akkor az F nyomóerő meghatározható; Ehhez meg kell szoroznia a nyomást a területtel:

F = pS (32,2)

A nyomáserőt (mint minden más erőt) newtonban mérünk. A nyomást pascalban mérik. Pascal(1 Pa) az a nyomás, amelyet 1 N nyomóerő hoz létre, amikor egy 1 m2-es felületre alkalmazzák:

1 Pa = 1 N/m2.

Más nyomásegységeket is használnak - hektopascal (hPa) és kilopascal (kPa):

1 hPa = 100 Pa, 1 kPa = 1000 Pa.

1. Mondjon példákat, amelyek megmutatják, hogy egy erő eredménye attól a támasztól függ, amelyre ez az erő hat. 2. Miért nem esik a hóba egy síelő ember? 3. Miért illeszkedik könnyebben egy éles gomb a fába, mint egy tompa? 4. Mit nevezünk nyomásnak? 5. Milyen nyomásmértékegységeket ismer? 6. Mi a különbség a nyomás és a nyomóerő között? 7. Hogyan találhatja meg a nyomáserőt, ismerve a nyomást és azt a felületet, amelyre az erő hat?

Tavaly befejeztük a „Nyomás és jelentősége a gyakorlati tevékenységekben” témában projektmunkát. Érdeklődni kezdett a körülöttünk lévő világban uralkodó nyomás jelentése. Érdekes volt tapasztalatainkat gyakorlati célokra is alkalmazni.

Nagyon szeretünk a téli erdőben sétálni. Érdekes lett: miért lehet síléc nélkül állva hóbuckába esni, de síléceken bármilyen havas csúszdán lecsúszhatunk. Otthon, kemény zsámolyon ülve nem lehet túl sokáig ülni, de egy puha széken órákig. Miért?

Ha különböző autókat nézünk, ügyelünk a különböző kerékméretekre. Miért nagyon szélesek a nehézgépjárművek és a terepjárók abroncsai?

A nyomás fogalma.

Nyomás és nyomáserő

Többször megfigyeltük, hogy ugyanazon erő hatása hogyan vezet különböző eredményekhez. Például bármennyire is nyomjuk a táblát, nem valószínű, hogy az ujjunkkal tudjuk átszúrni. De ha ugyanazt az erőt alkalmazzuk a gomboscsap fejére, az éles végét könnyedén beleütjük ugyanabba a deszkába. A mély hóba esés elkerülése érdekében az ember sílécet vesz fel. És bár az ember súlya nem változik, síelés közben nem nyomja meg a hó felületét.

Ezek és sok más példa azt mutatja, hogy egy erő eredménye nem csak a számértékétől függ, hanem attól is, hogy ugyanaz az erő különböző nyomásokat fejt ki.

A nyomás a test felületére ható, erre a felületre merőleges erőnek a felület területéhez viszonyított aránya:

NYOMÁS = ERŐ_

A nyomást általában p betűvel jelöljük. Ezért a képletet megírhatja betűjelöléssel (ne feledje, hogy az erőt F betűvel, a területet S-vel jelöljük): p = _F_

A nyomás azt mutatja meg, hogy mekkora erő hat a test egységnyi felületére. A nyomás mértékegysége pascal (Pa). Egy Pascal nyomás egy Newton erőt fejt ki egy négyzetméteres területen: 1 Pa = 1 N/1m².

Azt az erőt, amely bármely felületen nyomást hoz létre, nyomáserőnek nevezzük.

Ha a nyomást megszorozod a felülettel, akkor kiszámíthatod a nyomáserőt: nyomáserő = nyomásterület, vagy ugyanez a betűjel:

A nyomás csökkentéséhez elegendő növelni azt a területet, amelyen az erő hat. Például az alapítvány alsó részének területének növelése, ezáltal csökkentve a ház nyomását a talajra. A traktorok és tartályok nagy nyomtávtartó felülettel rendelkeznek, ezért jelentős súlyuk ellenére a talajra nehezedő nyomásuk nem olyan nagy: ezek a járművek akár mocsaras, mocsaras talajon is áthaladhatnak.

Azokban az esetekben, amikor szükség van a nyomás növelésére, a felület csökken (miközben a nyomóerő változatlan marad). Tehát a nyomás növelése érdekében a szúró- és vágóeszközöket - ollót, kést, tűt, huzalvágót - élesítenek.

2. Nyomás a mélységben

Egy könnyű felszerelést viselő búvár körülbelül 80 méteres mélységig tud merülni a vízbe. Ha mélyebb merülésre van szükség, speciális szkafandereket, és speciális mélytengeri járműveket, például tengeralattjárókat és batiszkáfokat használnak. Megvédik az embert a testre ható hatalmas nyomástól, mélységbe merülve. Hogyan keletkezik ez a nyomás?

Osszuk gondolatban a folyadékot vízszintes rétegekre. A folyadékok felső rétegére a gravitáció hat, így a felső folyadékréteg súlya nyomást gyakorol a második rétegre. A második rétegre is hatással van a gravitáció, és a második réteg súlya nyomást gyakorol a harmadik rétegre. Pascal törvénye szerint azonban a második réteg a felső réteg nyomását is változtatás nélkül átadja a harmadik rétegnek. Ez azt jelenti, hogy a harmadik réteg nagyobb nyomás alatt van, mint a második. Hasonló kép figyelhető meg a következő rétegeknél: minél mélyebb, annál nagyobb a nyomás. Az ezzel a nyomással összenyomott folyadékban rugalmas erő lép fel, amely nyomást gyakorol az edény falára és fenekére, valamint a folyadékba merülő testek felületének aljára.

Számítsuk ki, hogy egy h magasságú folyadékoszlop mekkora nyomást fejt ki egy S területű edény fenekére. A gravitációs erővel egyenlő súly nyomást gyakorol az edény fenekére. A gravitációs erőt az általunk ismert képlettel számítjuk ki: F nehéz = m g, ahol m a folyadék tömege. Bár a tömeg ismeretlen számunkra, térfogatból és sűrűségből kiszámolhatjuk: m = p V

Vegyük ki a sűrűséget a táblázatból, és számítsuk ki az V térfogatot. A térfogat, mint ismeretes, megegyezik az S alap területének és a h magasság szorzatával; V=s h. A folyadék tömege egyenlő lesz: m = p V= p S h

Helyettesítsük be a tömeget a gravitációs erő számítási képletébe:

Fstrand= m g = p S h g

Határozzuk meg a folyadék nyomását az edény alján:

A képletből látható, hogy a folyadék nyomása az edény alján egyenesen arányos a folyadékoszlop magasságával.

Ugyanezzel a képlettel kiszámolhatjuk egy folyadékoszlop nyomását: ekkor h-ként be kell cserélnünk azt a mélységet, amelynél a nyomást meg akarjuk határozni.

Mivel a Pascal-törvény nemcsak folyadékokra, hanem gázokra is érvényes, a fenti okfejtés és következtetés nemcsak a folyadékokra, hanem a gázokra is vonatkozik.

Gyakran mondják, hogy a Földet körülvevő levegős légréteg alján élünk. Ez a légköri nyomás. Ismeretes, hogy a tengerszint feletti magasság növekedésével a légköri nyomás csökken. Ez könnyen megmagyarázható: minél magasabbra emelkedünk, annál kisebb a h légoszlop magassága, és ezért annál kisebb a nyomás is.

3. Nyomásátvitel folyadékok és gázok által

A szilárd anyagok a rájuk kifejtett nyomást az erő irányába továbbítják. Például egy gomb ugyanabba az irányba tolja a táblát, mint ahogy az ujja megnyomja.

Teljesen más a helyzet a folyadékokkal és a gázokkal. Ha felfújunk egy léggömböt, akkor lélegzetünkkel egy nagyon meghatározott irányba gyakorolunk nyomást. A labda azonban minden irányba felfújódik.

A fiúk házi készítésű öntözőkkel játszva összenyomják a vízzel megtöltött műanyag tégelyek oldalát. Ugyanakkor a dugóban lévő lyukból víz lövell ki - a nyomás iránya megváltozik. Ezek és hasonló kísérletek megerősítik Pascal törvényét, amely szerint a folyadékok és gázok a rájuk kifejtett nyomást változtatás nélkül adják át a folyadék vagy gáz minden pontjára.

A folyadékok és gázok ezen tulajdonságát szerkezetük magyarázza. A nyomás alatt álló folyadék vagy gáz helyén az anyag részecskéi sűrűbben helyezkednek el, mint korábban. De a folyadékokban és gázokban lévő anyagrészecskék mozgékonyak, ezért nem helyezkedhetnek el sűrűbben egyik helyen, mint a másikon. Ezért a részecskék ismét egyenletesen oszlanak el, de egymástól közelebb. Az anyag egyes részecskéire kifejtett nyomás átterjed az összes többi részecskére.

A Pascal-törvény a hidraulikus és pneumatikus gépek és berendezések tervezésének alapja.

A hidraulikus gépek két különböző átmérőjű hengeres edényen alapulnak, amelyek folyadékkal, általában olajjal vannak feltöltve. Az edények csővel vannak összekötve egymással. Mindegyik edénynek van egy dugattyúja, amely szorosan illeszkedik az edény falához, ugyanakkor szabadon mozoghat fel és le.

Ha egy kis henger dugattyújára F1 erő hat, akkor a területének ismeretében (nevezzük S1-et) könnyen kiszámítható a rá nehezedő nyomás:

Pascal törvénye szerint a folyadék ezt a nyomást változás nélkül adja át a nagy dugattyúra: alulról a folyadék p nyomást fejt ki a nagy dugattyúra. Figyelembe véve, hogy a nagy dugattyú területe S2, kiszámítjuk az F2 nyomóerőt:

Adjuk meg a nyomást a (2) képletből, és kapjuk:

Vegyük észre, hogy az (1) és (3) egyenlőség bal oldala egyenlő egymással. Ez azt jelenti, hogy ezen egyenlőségek jobb oldalai is egyenlők, azaz:

Honnan következik az

Így a következő eredményt kaptuk: ahányszor nagyobb a második dugattyú területe, mint az elsőé, ugyanannyiszor ad a hidraulikus gép erőnövekedést.

A hidraulikus gép elve alapján létrehozott terveket széles körben alkalmazzák a technikában.

2. fejezet Gyakorlati alkalmazás

1. Az emberi nyomás számítása sílécen és anélkül.

A súlyom 46 kg. Tudva, hogy a gravitációt a képlet számítja ki

Ft = mg; az alapképlet a következő formában lesz: p = ; ahol S mindkét síléc területe, a sílécek méretének ismeretében kiszámoljuk.

A síléc méretei 1,6 m 0,04 m; akkor S1 = 1,6 0,04 = 0,064 (m²) (Ez egy síléc területe, és kettőnk van belőle). Ennek eredményeként a végső számítási képlet a következő formában lesz: p = = = 3593 = 3593Pa

Most számoljuk ki, hogy mekkora nyomást gyakorolok a padlón állva. Számítsuk ki akkor a cipőtalp méreteit 26 cm * 10,5 cm

S2 = 0,26m * 0,105m = 0,027m² (ez egy talp területe, nálunk kettő van). Ennek eredményeként a végső számítási képlet így fog kinézni:

Р2 = = 8518 Pa

A számítások eredményeként azt találtuk, hogy a sílécek nyomása 3595 Pa, a sílécek nélkül a támasztékon pedig 8518 Pa.

A kapott számítások eredményeként a sílécek területe 0,128 m², a talpé pedig 0,054 m².

0,128 m² > 0,054 m² 2,3-szor.

Ebből a következő következtetést vonhatjuk le: ahányszor növeljük a támogatási területet, annyiszor csökken a támasztékra gyakorolt nyomás.

2. A támaszra nehezedő nyomás kiszámítása a rúd különböző helyzeteiben.

Ezt meg kell tennünk annak érdekében, hogy kitaláljuk, hogyan készítsünk téglafalat egy vidéki házban? Melyik esetben lesz kisebb a nyomás?

Mérjük meg kísérletileg a rudat. A blokk méretei 10 cm * 6 cm * 4 cm A számításokhoz a következő képleteket használjuk: p = Ft = mg p =

Keressük meg az arcok területeit:

S1 = 0,1 m * 0,06 m = 0,006 m²

S2 = 0,1 m * 0,04 m = 0,004 m²

S3 = 0,06 * 0,04 m = 0,0024 m²

Mérjük le a blokkot. m = 100g = 0,1 kg

Végezzük el a szükséges számításokat.

p1 = = Pa = 167 Pa p2 = = Pa = 250 Pa p3 = Pa = 417 Pa

Megvizsgálva a nyomás függését a támogatási területtől, arra a következtetésre jutottunk: ahányszor növeljük a támogatási területet, annyiszor csökken a támasztékra gyakorolt nyomás.

S1 (0,006 m²) > S2 (0,004 m²) > S3 (0,0024 m²)

3. A folyadéknyomás kiszámítása az edények alján.

A gyakorlati életben változatos formájú edényekkel találkozunk: különböző méretű üvegekkel, üvegekkel, edényekkel, bögrékkel. Számítsuk ki, hogy egy vízoszlop mekkora nyomást fejt ki a különböző alakú edények fenekére.

Öntsön vizet egy 3 literes edénybe és 1 liter vizet, és számítsa ki a folyadék nyomását az edények alján. Az üvegekben lévő folyadékoszlop magassága változó. 3 literes üvegben 5 cm, literesben 14 cm.

Számítási képlet a folyadék nyomásának meghatározásához:

Р = ρ g h ρ = 1000 kg/m² (vízsűrűség) h1 = 14 cm = 0,14 m h2 = 5 cm = 0,05 m

Nyomás egy literes edény alján: P1 = 1000 kg/m * 10 N/kg * 0,14 m = 1400 N/m = 1400 Pa

Nyomás egy 3 literes edény alján: P2 = 1000 kg/m * 10 N/kg * 0,05 m = 500 N/kg = 500 Pa h1 (0,14 m) > h2 (0,05 m) p1 (1400 Pa) > p2 ( 500 Pa )

A kísérlet eredményeként azt találtuk, hogy ugyanannyi víz eltérő nyomást fejt ki az edények fenekére, és közvetlenül csak a folyadékoszlop magasságától függ.

3. fejezet Nyomás a természetben és a technológiában.

Amikor megismerkedtünk a „Nyomás” téma szakirodalmával, sok érdekes és tanulságos dolgot tudtunk meg.

1. Légköri nyomás az élő természetben

A legyek és a leveli békák az ablaküveghez tapadhatnak az apró tapadókorongoknak köszönhetően, amelyek vákuumot hoznak létre, és a légköri nyomás tartja a tapadókorongot az üvegen.

A ragadós halak szívófelülete egy sor redőből áll, amelyek mély „zsebeket” alkotnak. Amikor megpróbálja letépni a tapadókorongot arról a felületről, amelyre ráragadt, a zsebek mélysége megnő, a bennük lévő nyomás csökken, majd a külső nyomás még erősebben nyomja a tapadókorongot.

Az elefánt akkor használja a légköri nyomást, amikor inni akar. Nyakja rövid, fejét nem tudja a vízbe hajtani, csak leengedi a törzsét és beszívja a levegőt. A légköri nyomás hatására a törzs megtelik vízzel, majd az elefánt meghajlítja és vizet önt a szájába.

A mocsár szívóhatása azzal magyarázható, hogy amikor felemeli a lábát, egy kisülési tér keletkezik alatta. A légköri nyomástúllépés ebben az esetben elérheti az 1000 N-t felnőtt lábterületenként. Az artiodaktilus állatok patái azonban, ha kihúzzák a mocsárból, levegőt engednek bevágásukon keresztül a keletkező ritka térbe. A pata felülről és alulról érkező nyomás kiegyenlítődik, a lábszárat minden nehézség nélkül eltávolítják.

2. Nyomás alkalmazása a technológiában.

A tenger mélyén nagyon nagy a nyomás, ezért az ember nem tud a mélységben tartózkodni speciális felszerelés nélkül. A búvárkodás során az ember körülbelül 100 méteres mélységig tud leereszkedni. Miután megvédte magát egy tengeralattjáró testével, az ember akár egy kilométer mélyre is leereszkedhet a tengerbe. És csak speciális eszközök - batiszkáfok és batiszférák - engedik le a több kilométeres mélységbe.

Tavaly a Bajkál-tavunk mélytengeri feltárására került sor. A szent tó fenekére süllyedt eszközt „Mir”-nek hívják. Egyedi fényképek készültek a Bajkál-tó tájáról, növény- és állatvilágáról. A tófenékről talajmintákat vettek. A tervek szerint folytatják a világ legmélyebb tavának tanulmányozására megkezdett munkát.

Amikor búvárfelszereléssel mélyen merül, meg kell védenie magát a dekompressziós betegségtől. Akkor fordul elő, ha egy búvár gyorsan felemelkedik a mélyből a felszínre. A víznyomás meredeken csökken, és a vérben oldott levegő kitágul. A keletkező buborékok eltömítik az ereket, megzavarják a véráramlást, és a személy meghalhat. Ezért a búvárok lassan emelkednek fel, hogy a vérnek legyen ideje a keletkező légbuborékokat a tüdőbe szállítani.

A légkör a Földdel együtt forog a Föld tengelye körül. Ha a légkör mozdulatlan lenne, akkor állandóan egy 1500 km/h-nál nagyobb szélsebességű hurrikán uralkodna a Földön.

A légköri nyomás hatására testünk minden négyzetcentiméterére 10 N erő hat.

a Naprendszer egyes bolygóinak is van légköre, de a nyomásuk nem teszi lehetővé, hogy az ember szkafander nélkül ott legyen. Például a Vénuszon a légköri nyomás körülbelül 100 atm, a Marson körülbelül 0,006 atm.

A Torricelli barométerek a legpontosabb barométerek. Meteorológiai állomásokkal vannak felszerelve, és leolvasásaik alapján aneroid barométerek működését ellenőrzik.

Az aneroid barométer nagyon érzékeny műszer. Például egy 9 emeletes épület legfelső emeletére felmenve a különböző magasságokban a légköri nyomáskülönbségek miatt a légköri nyomás 2-3 Hgmm-es csökkenését tapasztaljuk. Művészet.

A légköri nyomás mesterséges csökkentését vagy növelését speciális helyiségekben - nyomáskamrákban - gyógyászati célokra használják. A baroterápia (görögül „terápia” - kezelés) egyik módszere az orvosi üvegedények otthoni elhelyezése.

Egy tűt vagy tűt a szövetbe szúrva körülbelül 100 MPa nyomást hozunk létre.

3. Érdekes tények

*Miért nehéz ülni egy egyszerű zsámolyon, miközben a szintén fából készült széken egyáltalán nem kemény? Miért feküdne lágyan egy kötélfüggőágyban, amely meglehetősen kemény csipkék aljára van szőve?*

Nem nehéz kitalálni. Egy egyszerű zsámoly ülése lapos; testünk csak kis felület mentén érintkezik vele, erre összpontosul a test teljes súlya. A szék homorú üléssel rendelkezik; nagy felületen érintkezik a testtel; A test súlya ezen a felületen oszlik el: kisebb a terhelés és kisebb a nyomás egységnyi felületen.

A nagyon széles gumiabroncsok nagy teherbírású járművekhez készültek. Ez csökkenti a nyomást az úton. Mocsaras terepen haladva csökkenteni kell a nyomást. Ehhez fából készült chagákat raknak, amelyekre akár tankok is hajthatnak.

A tűk, pengék és vágótárgyak úgy vannak élezve, hogy kis erők mellett nagy nyomás nehezedik a hegyére. Ezekkel az eszközökkel sokkal könnyebb dolgozni.

Ez az állatvilágban is megfigyelhető. Ezek állatfogak, karmok, csőrök stb.

Hogyan iszunk?

Tényleg lehet ezen gondolkodni? Biztosan. Egy pohár vagy kanál folyadékot teszünk a szánkhoz, és „beszívjuk” a tartalmát. Ezt az egyszerű folyadék „beszívást” kell megmagyarázni, amit annyira megszoktunk. Valójában miért zúdul a folyadék a szánkba? Mi nyűgözi le? Ennek oka a következő: iváskor kitágítjuk a mellkast, és ezáltal elvékonyítjuk a levegőt a szájban; a külső levegő nyomása alatt a folyadék abba a térbe zúdul, ahol kisebb a nyomás, és így behatol a szánkba.

Ellenkezőleg, ha ajkaival megfogja egy palack nyakát, akkor semmi erőfeszítéssel nem fog belőle vizet „szívni” a szájába, hiszen a légnyomás a szájban és a víz felett azonos.

Tehát szigorúan véve nemcsak a szánkkal iszunk, hanem a tüdőnkkel is; végül is a tüdő kitágulása az oka annak, hogy folyadék zúdul a szánkba.

Az elvégzett munka során mélyen megismertük a „Nyomás” fogalmát fizikai szempontból. Különféle élethelyzetekben, természetben és technológiában való felhasználását vizsgáltuk. Megismertük ennek a fogalomnak az állatvilágra gyakorolt jelentőségét, megvizsgáltuk a nyomás gyakorlati alkalmazásának eseteit az emberi életben és az élővilágban. Matematikai készségekkel számoltunk és tanulmányoztuk a nyomás megnyilvánulási mintáit a következő helyzetekben:

Emberi nyomás különféle helyzetekben;

Folyadéknyomás az edények alján;

Szilárd test nyomása egy hordozóra;

A saját tested nyomása extrém helyzetben.

A kutatás eredményeként a következő következtetésekre jutottak:

1. Szilárd anyagokban a nyomás csökkenthető a hordozófelület növelésével.

2. Folyadékokban és gázokban a nyomás közvetlenül függ a folyadék- vagy gázoszlop magasságától

Miért nem esik a síléceken álló ember a laza hóba? Miért jobb a széles gumiabroncsokkal szerelt autó terepjáró képessége, mint egy normál gumiabroncsos autó? Miért van szüksége egy traktornak lánctalpasra? Ezekre a kérdésekre úgy fogjuk meg a választ, hogy megismerkedünk a nyomásnak nevezett fizikai mennyiséggel.

Szilárd nyomás

Ha egy erő nem a test egy pontjára, hanem több pontra hat, akkor az a test felületére hat. Ebben az esetben arról a nyomásról beszélünk, amelyet ez az erő hoz létre a szilárd test felületén.

A fizikában a nyomás olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő a rá merőleges felületre ható erő és a felület területének arányával.

p = F/S ,

Ahol r - nyomás; F - a felületre ható erő; S - felület.

Tehát nyomás akkor keletkezik, amikor egy erő hat rá merőleges felületre. A nyomás mértéke ennek az erőnek a nagyságától függ, és egyenesen arányos vele. Minél nagyobb az erő, annál nagyobb nyomást hoz létre egységnyi területen. Az elefánt nehezebb, mint a tigris, ezért nagyobb nyomást gyakorol a felszínre. Egy autó nagyobb erővel nyomja az utat, mint egy gyalogos.

A szilárd test nyomása fordítottan arányos azzal a felülettel, amelyre az erő hat.

Mindenki tudja, hogy a mély hóban járni nehéz, mert a lábad folyamatosan megsüllyed. De sílécen elég könnyű megtenni. A lényeg az, hogy az ember mindkét esetben azonos erővel - gravitációval - hat a hóra. De ez az erő megoszlik a különböző területű felületeken. Mivel a sílécek felülete nagyobb, mint a bakancs talpfelülete, az ember súlya ebben az esetben nagyobb területen oszlik el. És az egységnyi területre ható erő többszörösen kisebbnek bizonyul. Ezért a sílécen álló ember kisebb erőt fejt ki a hóra, és nem esik bele.

A felület megváltoztatásával növelheti vagy csökkentheti a nyomás mértékét.

Túrázáskor széles pántokkal ellátott hátizsákot válasszunk, hogy csökkentsük a vállra nehezedő nyomást.

Az épület talajra gyakorolt nyomásának csökkentése érdekében az alap területét megnövelik.

A teherautó gumiabroncsok szélesebbek, mint a személygépkocsik, így kisebb nyomást gyakorolnak a talajra. Ugyanezen okból a traktor vagy tartály hernyótalpakon készül, nem kerekeken.

A kések, pengék, ollók és tűk úgy vannak élezve, hogy a lehető legkisebb vágási vagy szúrási területük legyen. És ekkor még kis erővel is nagy nyomás keletkezik.

Ugyanezen okból a természet éles fogakat, agyarakat és karmokat adott az állatoknak.

A nyomás egy skaláris mennyiség. Szilárd testekben az erő irányába továbbítódik.

Az erő mértékegysége a newton. A terület mértékegysége m2. Ezért a nyomás mértékegysége N/m2. Ezt a mennyiséget az SI-mértékegységek nemzetközi rendszerében ún pascal (Pa vagy Ra). Nevét Blaise Pascal francia fizikus tiszteletére kapta. 1 pascal nyomást az 1 m2-es felületre ható 1 newton erő okoz.

1 Pa = 1 N/m2 .

Más rendszerek olyan mértékegységeket használnak, mint a bár, légkör, Hgmm. Művészet. (higanymilliméter) stb.

Nyomás folyadékokban

Ha szilárd testben a nyomás az erő irányába terjed, akkor folyadékokban és gázokban Pascal törvénye szerint: a folyadékra vagy gázra kifejtett nyomás változás nélkül minden irányba továbbítódik ».

Töltsünk meg egy henger alakú keskeny csőhöz kapcsolódó apró lyukakkal ellátott labdát folyadékkal. Töltsük meg a labdát folyadékkal, helyezzünk egy dugattyút a csőbe, és kezdjük el mozgatni. A dugattyú megnyomja a folyadék felületét. Ez a nyomás a folyadék minden pontjára továbbítódik. A labda lyukaiból elkezd kifolyni a folyadék.

A labdát füsttel megtöltve ugyanazt az eredményt fogjuk látni. Ez azt jelenti, hogy a gázokban a nyomás is minden irányba továbbítódik.

A folyadékra, mint minden testre a Föld felszínén, hatással van a gravitáció. A tartályban lévő folyadék minden rétege nyomást kelt a súlyával.

Ezt igazolja a következő tapasztalat.

Ha az alja helyett gumifóliával ellátott üvegedénybe vizet öntünk, a fólia a víz súlya alatt meghajlik. És minél több víz van, annál jobban meghajlik a film. Ha ezt a vízzel ellátott edényt fokozatosan egy másik, szintén vízzel töltött edénybe merítjük, akkor lefelé haladva a film kiegyenesedik. És ha a vízszint az edényben és a tartályban egyenlő, a film teljesen kiegyenesedik.

Az egyik szinten a folyadék nyomása azonos. De a mélység növekedésével növekszik, mivel a felső rétegek molekulái nyomást gyakorolnak az alsó rétegek molekuláira. És ezek viszont nyomást gyakorolnak a még alacsonyabban elhelyezkedő rétegek molekuláira. Ezért a tartály legalacsonyabb pontján lesz a legnagyobb a nyomás.

A mélységi nyomást a következő képlet határozza meg:

p = ρ g h ,

Ahol p - nyomás (Pa);

ρ - folyadék sűrűsége (kg/m3);

g - szabadesési gyorsulás (9,81 m/s);

h - a folyadékoszlop magassága (m).

A képletből jól látható, hogy a nyomás a mélység növekedésével nő. Minél lejjebb kerül egy merülőhajó az óceánba, annál nagyobb nyomást fog tapasztalni.

Légköri nyomás

Evangelista Torricelli

Ki tudja, ha 1638-ban Toszkána hercege nem úgy döntött volna, hogy gyönyörű szökőkutakkal díszíti fel Firenze kertjeit, a légköri nyomást nem a 17. században fedezték volna fel, hanem sokkal később. Elmondhatjuk, hogy ez a felfedezés véletlenül történt.

Akkoriban azt hitték, hogy a víz felszáll a szivattyú dugattyúja mögött, mert – ahogy Arisztotelész mondta – „a természet irtózik a vákuumtól”. A rendezvény azonban nem járt sikerrel. A szökőkutak vize valóban felemelkedett, kitöltve a keletkezett „ürt”, de 10,3 m magasságban megállt.

Galileo Galileihez fordultak segítségért. Mivel nem talált logikus magyarázatot, utasította tanítványait: Evangelista TorricelliÉs Vincenzo Viviani kísérleteket végezni.

A meghibásodás okát keresve a Galileo diákjai rájöttek, hogy a szivattyú mögött különböző folyadékok emelkednek különböző magasságokba. Minél sűrűbb a folyadék, annál alacsonyabbra tud emelkedni. Mivel a higany sűrűsége 13-szor nagyobb, mint a víz sűrűsége, 13-szor kisebb magasságba emelkedhet. Ezért használtak higanyt a kísérletükben.

A kísérletet 1644-ben végezték el. Egy üvegcső tele volt higannyal. Aztán beledöntötték egy szintén higannyal töltött tartályba. Egy idő után a csőben lévő higanyoszlop felemelkedett. De nem töltötte meg az egész csövet. A higanyoszlop fölött üres hely volt. Később „torricelli űrnek” nevezték el. De a higany sem ömlött ki a csőből a tartályba. Torricelli ezt azzal magyarázta, hogy a légköri levegő rányomja a higanyt, és a csőben tartja. A csőben lévő higanyoszlop magassága pedig ennek a nyomásnak a nagyságát mutatja. Ez volt az első alkalom, hogy légköri nyomást mértek.

A Föld légköre a gravitációs vonzás által a közelében lévő levegő héja. A héjat alkotó gázok molekulái folyamatosan és kaotikusan mozognak. A gravitáció hatására a légkör felső rétegei rányomnak az alsóbb rétegekre, összenyomják azokat. A Föld felszínén található legalsó réteg a leginkább összenyomott. Ezért a nyomás ott a legnagyobb. Pascal törvénye szerint ezt a nyomást minden irányba továbbítja. Minden megtapasztalja, ami a Föld felszínén van. Ezt a nyomást ún légköri nyomás .

Mivel a légköri nyomást a fedő levegőrétegek hozzák létre, a magasság növekedésével csökken. Köztudott, hogy magasan a hegyekben kevesebb, mint a hegyek lábánál. És mélyen a föld alatt sokkal magasabban van, mint a felszínen.

Normál légköri nyomásnak azt a nyomást tekintjük, amely megegyezik egy 760 mm magas higanyoszlop nyomásával 0 o C hőmérsékleten.

Légköri nyomásmérés

Mivel a légköri levegő sűrűsége különböző magasságokban eltérő, a légköri nyomás értéke nem határozható meg a képlettelp = ρ · g · h . Ezért speciális, úgynevezett barométerek .

Vannak folyékony barométerek és aneroidok (folyadékmentes). A folyadékbarométerek működése a folyadékszint légköri nyomás alatti változásán alapul.

Az aneroid egy hullámos fémből készült lezárt tartály, amelynek belsejében vákuumot hoznak létre. A tartály összehúzódik, ha a légköri nyomás nő, és kitágul, ha csökken. Mindezeket a változásokat egy rugós fémlemez segítségével továbbítják a mutatóhoz. A nyíl vége a skála mentén mozog.

A barométer állásainak megváltoztatásával megjósolhatja, hogyan változik az időjárás a következő napokban. Ha emelkedik a légnyomás, akkor derült időre lehet számítani. És ha lemegy, felhős lesz.

A nyomás olyan fizikai mennyiség, amely különleges szerepet játszik a természetben és az emberi életben. Ez a szemnek láthatatlan jelenség nemcsak a környezet állapotát befolyásolja, hanem mindenki nagyon jól érzi. Nézzük meg, mi ez, milyen típusok léteznek, és hogyan találhatunk nyomást (képletet) különböző környezetekben.

Mi a nyomás a fizikában és a kémiában?

Ez a kifejezés egy fontos termodinamikai mennyiségre utal, amely a ráhatoló felületre merőlegesen kifejtett nyomóerő arányában fejeződik ki. Ez a jelenség nem függ a rendszer méretétől, amelyben működik, ezért intenzív mennyiségekre utal.

Egyensúlyi állapotban a nyomás a rendszer minden pontjában azonos.

A fizikában és a kémiában a „P” betűvel jelölik, amely a kifejezés latin nevének - pressūra - rövidítése.

Amikor egy folyadék ozmotikus nyomásáról beszélünk (a cellán belüli és kívüli nyomás egyensúlya), a „P” betűt használjuk.

Nyomásegységek

A Nemzetközi SI-rendszer szabványai szerint a kérdéses fizikai jelenséget pascalban (cirill - Pa, latin - Ra) mérik.

A nyomásképlet alapján kiderül, hogy egy Pa egyenlő egy N-vel (newton - osztva egy négyzetméterrel (területegység).

A gyakorlatban azonban meglehetősen nehéz pascalokat használni, mivel ez az egység nagyon kicsi. Ebben a tekintetben az SI szabványokon kívül ez a mennyiség másként is mérhető.

Az alábbiakban bemutatjuk leghíresebb analógjait. Legtöbbjüket széles körben használják a volt Szovjetunióban.

Bárok. Egy rúd 105 Pa-nak felel meg.
Torrs vagy higanymilliméter. Körülbelül egy torr 133,3223684 Pa-nak felel meg.
Milliméteres vízoszlop.
Vízoszlop méter.
Technikai légkör.
Fizikai légkör. Egy atm egyenlő 101 325 Pa és 1,033 233 atm.
Kilogramm-erő négyzetcentiméterenként. Megkülönböztetik a ton-erőt és a gramm-erőt is. Ezen kívül van egy analóg a font-erő négyzethüvelykenként.

A nyomás általános képlete (7. osztályos fizika)

Egy adott fizikai mennyiség definíciójából meghatározható a megtalálásának módja. Úgy néz ki, mint az alábbi fotón.

Ebben F az erő, S pedig a terület. Más szóval, a nyomás meghatározásának képlete az erő elosztva azzal a felülettel, amelyre hat.

A következőképpen is felírható: P = mg / S vagy P = pVg / S. Így ez a fizikai mennyiség más termodinamikai változókhoz kapcsolódik: a térfogathoz és a tömeghez.

Nyomás esetén a következő elv érvényesül: minél kisebb teret érint az erő, annál nagyobb nyomóerő esik rá. Ha a terület növekszik (ugyanolyan erővel), a kívánt érték csökken.

Hidrosztatikus nyomás képlete

Az anyagok különböző aggregációs állapotai biztosítják az egymástól eltérő tulajdonságok jelenlétét. Ez alapján a P meghatározásának módszerei is eltérőek lesznek bennük.

Például a víznyomás (hidrosztatikus) képlete így néz ki: P = pgh. Ez vonatkozik a gázokra is. Nem használható azonban a légköri nyomás kiszámítására a tengerszint feletti magasság és a légsűrűség különbsége miatt.

Ebben a képletben p a sűrűség, g a gravitáció okozta gyorsulás, h pedig a magasság. Ennek alapján minél mélyebbre merül egy tárgy vagy tárgy, annál nagyobb nyomás nehezedik rá a folyadékban (gázban).

A vizsgált lehetőség a klasszikus P = F / S példa adaptációja.

Ha emlékezünk arra, hogy az erő egyenlő a tömegnek a szabadesés sebességének deriváltjával (F = mg), és a folyadék tömege a térfogat sűrűség szerinti deriváltja (m = pV), akkor a nyomás képlete P = pVg / S. Ebben az esetben a térfogat a terület és a magasság szorzata (V = Sh).

Ha beillesztjük ezeket az adatokat, akkor kiderül, hogy a számlálóban és a nevezőben lévő terület a kimenetnél csökkenthető - a fenti képlet: P = pgh.

A folyadékok nyomásának mérlegelésekor érdemes megjegyezni, hogy a szilárd anyagokkal ellentétben gyakran előfordulhat bennük a felületi réteg görbülete. Ez pedig hozzájárul a további nyomás kialakulásához.

Ilyen helyzetekre egy kissé eltérő nyomásképletet használnak: P = P 0 + 2QH. Ebben az esetben P 0 a nem görbült réteg nyomása, Q pedig a folyadék feszítőfelülete. H a felület átlagos görbülete, amelyet a Laplace-törvény szerint határozunk meg: H = ½ (1/R 1 + 1/R 2). Az R 1 és R 2 komponensek a fő görbületi sugarak.

Parciális nyomás és képlete

Bár a P = pgh módszer folyadékokra és gázokra is alkalmazható, az utóbbiak nyomását célszerű kicsit másképp kiszámítani.

Az a tény, hogy a természetben általában nem találhatók meg teljesen tiszta anyagok, mivel a keverékek dominálnak benne. És ez nem csak a folyadékokra vonatkozik, hanem a gázokra is. És mint tudod, ezek az összetevők mindegyike más-más nyomást fejt ki, úgynevezett részleges nyomást.

Meglehetősen könnyű meghatározni. Ez egyenlő a vizsgált keverék (ideális gáz) egyes összetevőinek nyomásának összegével.

Ebből következik, hogy a parciális nyomás képlete így néz ki: P = P 1 + P 2 + P 3 ... és így tovább, az alkotóelemek számának megfelelően.

Gyakran vannak olyan esetek, amikor meg kell határozni a légnyomást. Néhányan azonban tévesen csak oxigénnel végeznek számításokat a P = pgh séma szerint. De a levegő különböző gázok keveréke. Nitrogént, argont, oxigént és egyéb anyagokat tartalmaz. A jelenlegi helyzet alapján a légnyomás képlete az összes összetevője nyomásának összege. Ez azt jelenti, hogy a fent említett P = P 1 + P 2 + P 3 ...

A leggyakoribb nyomásmérő műszerek

Annak ellenére, hogy a kérdéses termodinamikai mennyiséget nem nehéz kiszámítani a fent említett képletekkel, néha egyszerűen nincs idő a számítás elvégzésére. Végül is mindig figyelembe kell vennie számos árnyalatot. Ezért a kényelem kedvéért több évszázadon keresztül számos olyan eszközt fejlesztettek ki, amelyek ezt teszik az emberek helyett.

Valójában szinte minden ilyen típusú készülék egyfajta nyomásmérő (segít meghatározni a nyomást gázokban és folyadékokban). Mindazonáltal eltérnek a kialakításban, a pontosságban és az alkalmazási körben.

A légköri nyomást egy nyomásmérővel, úgynevezett barométerrel mérik. Ha a vákuumot (azaz atmoszférikus alatti nyomást) kell meghatározni, akkor ennek másik típusát, vákuummérőt használnak.
Egy személy vérnyomásának meghatározásához vérnyomásmérőt használnak. A legtöbb ember számára ismertebb, mint non-invazív vérnyomásmérő. Sokféle ilyen eszköz létezik: a higanyos mechanikustól a teljesen automatikus digitálisig. Pontosságuk függ az anyagoktól, amelyekből készültek, és a mérés helyétől.
A környezeti nyomáseséseket (angolul - nyomásesés) nyomáskülönbség-mérőkkel határozzák meg (nem tévesztendő össze a dinamométerekkel).

A nyomás fajtái

Figyelembe véve a nyomást, a megtalálási képletet és a különböző anyagokra vonatkozó variációit, érdemes megismerni ennek a mennyiségnek a fajtáit. Öten vannak.

Abszolút.
Barometrikus
Túlzott.
Vákuummetria.
Differenciális.

Abszolút

Ez annak a teljes nyomásnak a neve, amely alatt egy anyag vagy tárgy található, anélkül, hogy figyelembe vennénk a légkör egyéb gáznemű összetevőinek hatását.

Pascalban mérik, és a többlet és a légköri nyomás összege. Ez a különbség a barometrikus és a vákuum típusok között is.

Kiszámítása a következő képlettel történik: P = P 2 + P 3 vagy P = P 2 - P 4.

Az abszolút nyomás kiindulópontja a Föld körülményei között a nyomás azon tartály belsejében, amelyből a levegőt eltávolították (vagyis egy klasszikus vákuum).

A legtöbb termodinamikai képletben csak ezt a nyomástípust alkalmazzák.

Barometrikus

Ez a kifejezés a légkör nyomására (gravitációra) utal minden tárgyra és benne található tárgyra, beleértve magát a Föld felszínét is. A legtöbben atmoszférikusnak is ismerik.

Egybe van besorolva, és értéke a mérés helyétől és időpontjától, valamint az időjárási viszonyoktól és a tengerszint feletti/alatti elhelyezkedéstől függően változik.

A légköri nyomás nagysága megegyezik a légköri erő modulusával egy egységnyi, rá merőleges területen.

Stabil légkörben ennek a fizikai jelenségnek a nagysága megegyezik egy légoszlop súlyával egy alapterületű alapon.

A normál légnyomás 101 325 Pa (760 Hgmm 0 Celsius fokon). Sőt, minél magasabban van az objektum a Föld felszínétől, annál alacsonyabb lesz a légnyomás. 8 km-enként 100 Pa-val csökken.

Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a vízforralóban a víz sokkal gyorsabban felforr a hegyekben, mint otthon a tűzhelyen. A helyzet az, hogy a nyomás befolyásolja a forráspontot: ahogy csökken, az utóbbi csökken. És fordítva. Ezen a tulajdonságon alapul az olyan konyhai berendezések, mint a gyorsfőző és az autokláv működése. A bennük lévő nyomásnövekedés hozzájárul a magasabb hőmérséklet kialakulásához az edényekben, mint a hagyományos edényekben a tűzhelyen.

A légköri nyomás kiszámításához a barometrikus magassági képletet használják. Úgy néz ki, mint az alábbi fotón.

P a kívánt magassági érték, P 0 a levegő sűrűsége a felszín közelében, g a szabadesési gyorsulás, h a Föld feletti magasság, m a gáz moláris tömege, t a rendszer hőmérséklete, r a 8,3144598 J⁄( mol x K) univerzális gázállandó, e pedig az Eichler-szám, amely 2,71828.

A légköri nyomás fenti képletében gyakran a K - Boltzmann-állandót használják R helyett. Az univerzális gázállandót gyakran a szorzatán keresztül fejezik ki Avogadro-számmal. Kényelmesebb a számításokhoz, ha a részecskék számát mólokban adják meg.

A számítások során mindig figyelembe kell venni a levegő hőmérséklet változásának lehetőségét a meteorológiai helyzet változása vagy a tengerszint feletti magasság megemelkedésekor, valamint a földrajzi szélességi fokot.

Mérő és vákuum

A légköri és a mért környezeti nyomás közötti különbséget túlnyomásnak nevezzük. Az eredménytől függően változik a mennyiség neve.

Ha pozitív, akkor azt túlnyomásnak nevezzük.

Ha a kapott eredménynek mínusz jele van, azt vákuummetriásnak nevezzük. Érdemes megjegyezni, hogy nem lehet nagyobb, mint a barometrikus.

Differenciális

Ez az érték a nyomáskülönbség a különböző mérési pontokban. Általában bármely berendezés nyomásesésének meghatározására szolgál. Ez különösen igaz az olajiparra.

Miután rájöttünk, hogy milyen termodinamikai mennyiséget nevezünk nyomásnak, és milyen képletekkel találjuk meg, arra a következtetésre juthatunk, hogy ez a jelenség nagyon fontos, ezért a róla való tudás soha nem lesz felesleges.

MEGHATÁROZÁS

Nyomás egy skaláris fizikai mennyiség, amely egyenlő a felületre merőlegesen ható modulus és a felület területének arányával:

A test felületére merőlegesen kifejtett erőt, amelynek hatására a test deformálódik, nyomóerőnek nevezzük. Bármilyen erő működhet nyomóerőként. Ez lehet egy testet a másik felületéhez nyomó erő, vagy egy test súlya, amely egy támaszra hat (1. ábra).

Rizs. 1. Nyomás meghatározása

Nyomásegységek

Az SI rendszerben a nyomást pascalban (Pa) mérik: 1 Pa = 1 N/m 2

A nyomás független a felület irányától.

Gyakran használnak nem rendszerszintű mértékegységeket: normál légkör (atm) és higanymilliméter (Hgmm): 1 atm = 760 Hgmm = 101325 Pa

Nyilvánvalóan a felülettől függően ugyanaz a nyomóerő eltérő nyomást fejthet ki erre a felületre. Ezt a függőséget gyakran használják a technológiában a nyomás növelésére vagy éppen ellenkezőleg, csökkentésére. A tartályok és traktorok kialakítása lehetővé teszi a talajra nehezedő nyomás csökkentését a terület növelésével lánctalpas meghajtással. Ugyanez az elv húzódik meg a sílécek kialakításánál is: síléceken az ember könnyedén siklik a havon, de amikor leveszi a sílécet, azonnal a hóba esik. A vágó- és átszúró eszközök (kés, olló, vágó, fűrész, tű stb.) pengéje speciálisan élezett: az éles penge kis felületű, így kis erő is nagy nyomást kelt, és könnyen megmunkálható ilyen eszközzel.