» » » » » » Presiunea în lichid

Presiunea în lichid

postat în: Materia, Mecanica | 0

Fish

Atunci când o persoană înoată sub apă, simte presiunea apei care acționează asupra timpanelor sale. Cu cât persoana înoată mai adânc, cu atât este mai mare presiunea. Presiunea simțită se datorează greutății apei de deasupra persoanei. Pe măsură ce cineva înoată mai adânc, există mai multă apă peste acea persoană și, prin urmare, o presiune mai mare. Presiunea exercitată de lichid depinde de adâncimea sa.

Presiunea lichidului depinde și de densitatea lichidului. Dacă cineva a fost scufundat într-un lichid mai dens decât apa, presiunea ar fi în mod corespunzător mai mare. Presiunea datorată unui lichid în coloane lichide de densitate constantă sau la o adâncime în o substanță este reprezentată de următoarea formulă:

p = ρgh,

unde: p este presiunea lichidului, g este gravitația la suprafața materialului de deasupra, ρ este densitatea lichidului, h este înălțimea coloanei de lichid sau a adâncimii în cadrul unei substanțe.

O altă modalitate de a spune aceeași formulă este următoarea:

p = densitatea de greutate × adâncimea.

Presiunea pe care un lichid o exercită asupra părților laterale și a fundului unui recipient depinde de densitatea și adâncimea lichidului. Dacă presiunea atmosferică este neglijată, presiunea lichidului pe fund este de două ori mai mare la o adâncime dublă; la o adâncime de trei ori mai mare, presiunea lichidului este de trei ori mai mare; etc. Sau, dacă lichidul este de două sau trei ori mai dens, presiunea lichidului este de două sau trei ori mai mare pentru orice adâncime dată. Lichidele sunt practic incompresibile – adică, volumul lor poate fi greu schimbat prin presiune (volumul apei scade cu numai 50 de milionimi din volumul său inițial pentru fiecare creștere a presiunii atmosferice). Astfel, cu excepția modificărilor mici produse de temperatură, densitatea unui anumit lichid este practic aceeași la toate adâncimile.

Presiunea atmosferică care apasă pe suprafața unui lichid trebuie luată în considerare atunci când încercați să găsiți presiunea totală care acționează asupra unui lichid. Presiunea totală a unui lichid, atunci, este ρgh plus presiunea atmosferei. Când această distincție este importantă, se folosește termenul de presiune totală. În caz contrar, discuțiile despre presiunea lichidului se referă la presiune fără a se ține seama de presiunea atmosferică prezentă în mod normal.

Este important să recunoaștem că presiunea nu depinde de cantitatea de lichid prezentă. Volumul nu este factorul important – adâncimea este. Presiunea medie a apei care acționează asupra unui baraj depinde de adâncimea medie a apei și nu de volumul de apă reținut. De exemplu, un lac larg, dar puțin adânc, cu o adâncime de 3 m, exercită doar jumătate din presiunea medie pe care un mic iaz de 6 m o exercită (se observă că forța totală aplicată la barajul mai lung va fi mai mare, datorită suprafeței totale mai mari pe care acționează presiunea, dar pentru o secțiune dată de 5 metri a fiecărui baraj, apa adâncă de 3 m va aplica jumătate din forța apei adânci de 6 m). O persoană va simți aceeași presiune dacă capul său este scufundat la un metru sub suprafața apei într-o piscină mică sau la aceeași adâncime în mijlocul unui lac mare. Dacă patru vase conțin cantități diferite de apă, dar sunt umplute la adâncimi egale, atunci un pește cu capul scufundat la câțiva centimetri sub suprafață va fi acționat de presiunea apei care este aceeași în oricare dintre vase. Dacă peștii înoată la câțiva centimetri adâncime, presiunea asupra peștilor va crește cu adâncimea și va fi aceeași indiferent de vasul în care se află peștele. Dacă peștele înoată la fund, presiunea va fi mai mare, dar nu are importanță ce vas este. Toate vasele sunt umplute la adâncimi egale, astfel încât presiunea apei este aceeași la baza fiecărui vas, indiferent de forma sau volumul acestuia. Dacă presiunea apei din partea de jos a vasului ar fi mai mare decât presiunea apei în partea de jos a vasului vecin, presiunea mai mare ar forța apa în lateral și apoi s-ar ridica în sus la un nivel mai mare până când presiunile din partea inferioară ar fi egalizate. Presiunea este dependentă de adâncime, nu dependentă de volum, deci există un motiv pentru care apa își stabilește propriul nivel.

Dacă se stabilește acest lucru ca ecuație energetică, energia per unitate de volum într-un lichid ideal, incompresibil, este constantă pe tot vasul. La suprafață, energia potențială gravitațională este mare, dar presiunea lichidului este scăzută. În partea inferioară a vasului, toată energia potențială gravitațională se transformă în energie sub presiune. Suma energiei de presiune și energia potențială gravitațională per unitate de volum este constantă pe întregul volumul fluidului, iar cele două componente energetice se modifică linear cu adâncimea. Matematic, este descris de ecuația lui Bernoulli, unde înălțimea dinamică este zero și

p/γ + z = const.

Direcția presiunii lichidului

Un fapt determinat experimental cu privire la presiunea lichidului este că acesta se exercită în mod egal în toate direcțiile. Dacă cineva este scufundat în apă, indiferent de felul în care persoana înclină capul său, persoana va simți aceeași presiune a apei asupra urechilor. Deoarece un lichid poate curge, această presiune nu este numai în jos. Presiunea este văzută acționând lateral atunci când apa curge lateral dintr-o scurgere în partea laterală a unui recipient vertical. Presiunea acționează, de asemenea, în sus, așa cum s-a demonstrat atunci când cineva încearcă să împingă o minge de plajă sub suprafața apei. Partea de jos a unei barci este împinsă în sus de presiunea apei (flotabilitate).

Când un lichid presează pe o suprafață, există o forță netă perpendiculară pe suprafață. Deși presiunea nu are o direcție specifică, forța are. Un bloc triunghiular scufundat suportă forța apei în fiecare punct din multe direcții, dar componentele forței care nu sunt perpendiculare pe suprafață se anulează reciproc, lăsând doar o direcție perpendiculară netă. Acesta este motivul pentru care apa care se scurge printr-o gaură dintr-o găleată iese inițial din găleată într-o direcție perpendiculară pe suprafața acesteia față de locația găurii. Apoi se curbează în jos datorită gravitației. Dacă există trei găuri într-o găleată (sus, jos și la mijloc), atunci vectorii de forță perpendiculați pe suprafața interioară a vasului vor crește cu creșterea adâncimii – adică o presiune mai mare la partea inferioară face astfel încât la gaura de jos apa să țâșnească mai departe. Forța exercitată de un fluid pe o suprafață netedă este întotdeauna perpendiculară pe suprafață. Viteza lichidului din gaură este de √2gh, unde h este adâncimea de sub suprafața liberă. Este interesant faptul că aceasta este aceeași viteză pe care apa (sau orice altceva) ar avea-o dacă ar cădea liber de la aceeași distanță verticală h.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *