Rukhlenko A.P.

HIDRAULICĂ

Exemple de rezolvare a problemelor

Ajutor didactic

Pentru pregătirea licențelor în direcție

Agroinginerie

Tyumen - 2012

Referent:

Candidat la științe tehnice, conferențiar A. E. Korolev.

G 46 Rukhlenko A.P. Hidraulica. Exemple de rezolvare a problemelor Academiei Agricole de Stat din Tyumen. - Tyumen, 2012.

Sunt date exemple de rezolvare a problemelor în toate secțiunile principale ale disciplinei. Manualul conține 57 de sarcini cu o explicație detaliată a soluției pentru fiecare.

Scopul acestui manual este de a ajuta studenții în studiul independent și asimilarea metodologiei de rezolvare a problemelor pe toate temele cursului.

Publicat prin hotărâre a comisiei metodologice a Institutului de Mecanică și Tehnologie al TGSHA.

© Statul Tyumen

Academia Agricolă.

© A.P. Rukhlenko, 2012.

cuvânt înainte

O condiție importantă pentru ca studenții să stăpânească cursul teoretic este capacitatea de a folosi cunoștințele fundamentelor teoretice în rezolvarea unor probleme specifice de inginerie. Rezolvarea problemelor este cea care dezvoltă abilitățile studenților pentru gândirea inginerească creativă, contribuie la dezvoltarea independenței în rezolvarea problemelor inginerești legate de studiul acestei discipline.

Toate sarcinile din acest manual sunt plasate în ordinea studierii disciplinei pe subiecte, conform programelor de lucru pentru pregătirea licențelor de direcție 110800 - agroinginerie.

Manualul este destinat studenților cu normă întreagă și cu fracțiune de normă. Scopul său este de a ajuta studenții să stăpânească metodologia de rezolvare a problemelor pe tematica cursului „Hidraulica”. Deosebit de util, potrivit autorului, manualul va fi pentru elevii care sar peste cursuri, deoarece îi va ajuta în însuşirea acestei discipline.

Tabelul de mai jos indică numărul de probleme pentru fiecare subiect și literatura de specialitate pentru studierea materialului teoretic pe fiecare subiect.

Subiectele orelor practice

pentru rezolvarea problemelor

Tema lecției	№№ sarcini pe subiect	Literatură, p. Nr.
Proprietățile fizice ale lichidelor	1,2	8..13	8..14	7..12	3..4	3…4
Presiune hidrostatica	3,4,5,6,7,8,	20..25	19..25	17..20	5..7	7..8
Forța presiunii hidrostatice pe suprafețele plane și curbate	9,10,11,12,13,14, 15,16,17,19,21	25..31	28..34	21..27	7..9	15..16
ecuația lui Bernoulli. Rezistenta hidraulica	22,23,24,25,26,27 28,29,30,31,32	42..45 55..64	46..52 52..78	44..59	13..16 19..24	30..36
Fluidul curge prin orificii, duze, clapete și supape	34,35,36,37,38,39, 40,41	72..79	78..89	63..76	25..29	45..48
Calculul hidraulic al conductelor	42,43,44	64..70	94..104	76..99	31..38	57..63
Pompe cu palete	45,46,47,48	89..108 131..134	139..158 163..173	146..161	41..59	78..83
Masini hidraulice volumetrice	50,51,52,53	141..169	177..204	223..235	59..76	88..91
Acționare hidraulică volumetrică	54,55,56,57	192..200	204..224	271..279	77..84	95..98

Literatură pentru studiul părții teoretice a disciplinei

1. Isaev A.P., Sergeev B.I., Didur V.A. Hidraulica si hidromecanizarea proceselor agricole M: ​​Editura Agroprom, 1990 - 400s.

2. N.A. Palishkin Hidraulica și alimentarea cu apă agricolă M: Editura Agroprom, 1990 - 351s.

3. Sabashvili R.G. Hidraulice, mașini hidraulice, alimentare cu apă pentru agricultură: Proc. indemnizație pentru universități M: Kolos 1997-479s.

4. Rukhlenko A.P. Hidraulice și mașini hidraulice. Manual TGSHA-Tyumen 2006 124p.

1. Determinați modulul de elasticitate în vrac al lichidului,

dacă, sub acţiunea unei sarcini A cu masa de 250 kg, pistonul a parcurs o distanţă △h=5mm. Inaltimea initiala a pistonului H=1.5m, diametrul pistonului d=80mm si rezervor D=300mm, inaltimea rezervorului h=1.3m.Neglijeaza greutatea pistonului. Rezervorul se presupune a fi absolut rigid.

Soluţie: Compresibilitatea unui lichid este caracterizată de modulul în vrac E, care este inclus în legea lui Hooke generalizată: = ,

unde \u003d creștere (în acest caz, scădere) a volumului lichidului V datorită creșterii presiunii ∆p . Scriem dependența de mai sus față de valoarea dorită:

În partea dreaptă a ecuației, cantitățile necunoscute trebuie exprimate în termenii datelor inițiale. Creșterea presiunii ∆ datorită sarcinii externe, și anume greutatea sarcinii:

Volumul inițial de lichid este suma volumelor de lichid din cilindru și rezervor:
= · .

Modificarea absolută a volumului lichidului ∆V:

Înlocuind expresiile pentru ∆p, ∆V și V în partea dreaptă a ecuației, obținem

E= =

= = .

2. Inaltimea rezervorului vertical cilindric h=10m, diametrul acestuia D=3m. Determinați masa de păcură (ρ m \u003d 920 kg / ), care poate fi turnată în rezervor la 15, dacă temperatura acestuia poate crește la 40 0 ​​​​C. Neglijați expansiunea pereților rezervorului, coeficientul de temperatură al expansiunea volumetrică a lichidului β t \u003d 0,0008 1/ 0 C.

Soluţie: Masa de păcură poate fi exprimată ca produsul dintre densitatea și volumul acestuia, adică:

sau ,

unde h m este nivelul inițial de păcură din rezervor la t=15 0 C. Din expresia pentru β t găsim modificarea absolută a volumului de păcură cu creșterea temperaturii, adică:

.

Pe de altă parte, aceeași valoare poate fi reprezentată ca diferența dintre volumele rezervorului și volumul inițial de păcură:

Exprimând aceste volume în termeni de parametri geometrici, putem scrie că:

∆V = ·

Echivalează părțile potrivite ale expresiilor pentru:

.

Reducand laturile stanga si dreapta ale ecuatiei cu , obtinem

Unde = .

Înlocuiți valoarea rezultată în ecuația inițială

Aici: △t \u003d t k - t n \u003d 40 - 15 \u003d 25 0 С.

3. Determinați presiunea absolută a aerului din rezervor, dacă la presiunea atmosferică corespunzătoare h a \u003d \u003d 760 mm Hg. Artă. indicația unui vacuometru cu mercur = 0,2 m, înălțimea h = 1,5 m. Care este indicația unui vacuometru cu arc? Densitatea mercurului ρ = ​​13600kg/.

Soluţie: Pentru a rezolva această problemă, folosim ecuația de bază a hidrostaticii, care ne permite să determinăm presiunea în orice punct al fluidului și conceptul de „suprafață de presiune egală”. După cum se știe, pentru un fluid newtonian staționar, suprafețele de presiune egală reprezintă un set de planuri orizontale. În acest caz, luăm două planuri orizontale ca suprafețe de presiune egală - interfața dintre apă și aer în tubul de legătură și interfața dintre aer și mercur în genunchiul drept al unui vacuometru cu mercur. Pentru prima suprafață, presiunea în punctele A și B este aceeași și, conform ecuației de bază a hidrostaticei, se determină după cum urmează:

p A \u003d p B \u003d p 1 + ρ g h,

unde p 1 este presiunea absolută a aerului din rezervor. Din această ecuație rezultă că:

p 1 \u003d p A - ρ · g · h.

Dacă nu luăm în considerare densitatea aerului, atunci putem scrie că p A \u003d p B \u003d p E, adică. Presiunile în punctele A, B și E sunt aceleași.

Pentru a doua suprafață, presiunile în punctele C și D sunt aceleași și egale cu cele atmosferice,

p a \u003d p C \u003d p D.

Pe de altă parte, presiunea la t. C poate fi reprezentată ca

de unde p e \u003d p a - ρ rt ·g · h rt.

Înlocuind expresiile pentru p A în ecuația pentru determinarea p 1, obținem

p 1 \u003d p a - ρ rt g h h rt - ρ g h \u003d ρ rt g (h a - h rt) - ρ g h h.

Găsim valoarea numerică p 1 prin înlocuirea valorilor numerice ale mărimilor din partea dreaptă a ecuației:

p 1 \u003d 13600 9,81 (0,76 - 0,2) - 1000 9,81 1,5 \u003d

74713 - 14715 = 59998Pa = 60kPa.

Vidul pe care vacuometrul îl va afișa:

p wak \u003d p a - p 1 \u003d ρ rt g h h a - p 1 \u003d

13600 9,81 0,76 10 -3 - 60 = 101,4 - 60 = 41,4 kPa.

4. Determinați presiunea absolută în vas conform indicației unui manometru de lichid, dacă este cunoscută: h 1 \u003d 2m, h 2 \u003d 0,5 m, h 3 \u003d 0,2 m, m \u003d = 880 kg / m 3.

Soluţie: Pentru a rezolva această problemă, este necesar să scrieți ecuația de bază a hidrostaticii pentru două puncte situate pe un plan orizontal (suprafață de presiune egală) care trec de-a lungul interfeței apă-mercur. Presiunea în t.A

r A \u003d r abs + ρ g h 1;

Presiunea în t.V

Echivalând părțile corecte ale acestor expresii, determinăm presiunea absolută

r abs + ρ g h 1 \u003d r a + ρ m g h 3 + ρ rt g h 2,

100000+880 9,81 0,2+13600 9,81 0,5–1000 9,81 2 =

100000+1726,6+66708-19620=148815Pa=148kPa.

5. Rezervorul închis A, umplut cu kerosen la o adâncime de H=3m, este echipat cu un vacuometru și un piezometru. Determinați presiunea absolută p 0 deasupra suprafeței libere din rezervor și diferența dintre nivelurile de mercur din vacuometrul h 1 dacă înălțimea creșterii kerosenului în piezometrul h = 1,5 m.

Soluţie: Să notăm ecuația de bază a hidrostaticei pentru t. A, situată în fundul rezervorului,

Pe de altă parte, aceeași presiune în punctul A poate fi exprimată prin citirea unui piezometru deschis

Expresia rezultată pentru p A este inserată în ecuația pentru determinarea p 0:

atunci valoarea numerică a lui p 0 va fi egală cu:

Diferența dintre nivelurile de mercur din vacuometru se determină prin scrierea ecuației de bază a hidrostaticei pentru două puncte B și C ale suprafeței de presiune egală, care coincide cu suprafața liberă a mercurului din genunchiul drept al vacuometrului.

h 1 = = .

6. Determinați excesul de presiune a apei în conducta B, dacă citirea manometrului = 0,025 MPa.

Tub de legătură umplut cu apă și

aer, așa cum se arată în diagramă, cu H 1 \u003d 0,5 m, H 2 \u003d 3 m. Cum se va schimba citirea manometrului dacă, la aceeași presiune în conductă, întregul tub de legătură este umplut cu apă (aerul este eliberat prin robinetul K). Înălţime

Soluţie: La rezolvarea acestei probleme se folosește ecuația de bază a hidrostaticii, conform căreia presiunea din conducta B este suma presiunii de pe suprafața liberă (în acest caz, manometrul - p m) și presiunea de greutate a apei. Aerul nu este luat în considerare din cauza densității sale scăzute în comparație cu apa.

Deci presiunea din conducta B:

Aici 1 este luat cu semnul minus, deoarece această coloană de apă ajută la reducerea presiunii din conductă.

Dacă aerul este îndepărtat complet din tubul de legătură, atunci în acest caz ecuația de bază a hidrostaticei va fi scrisă după cum urmează:

Sensul exact al răspunsurilor: si se obtine la g = 10 m/.

7. Cu robinetul conductei K închis, determinați presiunea absolută în rezervorul îngropat la o adâncime de H = 5m, dacă citirea vacuometrului instalat la o înălțime de h = 1,7m, . Presiunea atmosferică corespunde densității benzinei .

Soluţie: Conform ecuației de bază a hidrostaticei, presiunea absolută din rezervor va fi suma presiunii absolute pe suprafața liberă și presiunea greutății, adică.

Presiune absolută pe suprafața liberă :

sau

Tinand cont de expresia obtinuta pentru
Scriem ecuația inițială după cum urmează:

8. Apa și benzina sunt turnate într-un rezervor cilindric cu un diametru de D \u003d 2m până la nivelul de H \u003d 1,5m. Nivelul apei din piezometru este mai mic decât nivelul benzinei cu h=300mm. Determinați greutatea în rezervor

benzină, dacă .

Soluţie: Greutatea benzinei din rezervor poate fi scrisă ca

,

unde este volumul de combustibil din rezervor. O exprimăm în termeni de parametrii geometrici ai rezervorului:

.

Pentru a determina valoarea necunoscută - nivelul de benzină din rezervor, este necesar să scrieți ecuația de bază a hidrostaticei pentru o suprafață de presiune egală, care este cel mai potrivit pentru a lua fundul rezervorului, deoarece avem informații despre aceasta. sub formă de H - nivelul total de benzină și apă din rezervor. Deoarece rezervorul și piezometrul sunt deschise (comunică cu atmosfera), vom ține cont doar de presiunea greutății de pe fund.

Deci, presiunea de pe fundul din partea laterală a rezervorului poate fi scrisă ca

Aceasta este aceeași presiune din partea piezometrului:

.

Echivalând părțile corecte ale expresiilor obținute, exprimăm valoarea dorită din ele:

Reducem ecuația rezultată cu g, eliminând în ambele părți ale ecuației , scriem valoarea dorită

Din ultima ecuație

Înlocuim expresiile rezultate pentru și în ecuația originală și determinăm greutatea benzinei

9. Cricul hidraulic este format dintr-un piston fix 1 si un cilindru 2 alunecat de-a lungul lui, pe care este montata o carcasa 3, formand o baie de ulei a cricului si o pompa manuala cu piston 4 cu supape de aspiratie 5 si refulare 6. Determinați presiunea fluidului de lucru în cilindru și masa sarcinii ridicate m, dacă forța asupra mânerului manetei de antrenare a pompei este R=150 N, diametrul pistonului cricului este D=180 mm, diametrul al pistonului pompei este d=18mm, randamentul cricului este η = 0,68, bratele manetei sunt a =60mm, b=600mm.

Presiunea aerului- forta cu care aerul apasa pe suprafata pamantului. Se măsoară în milimetri de mercur, milibari. În medie, este de 1,033 g pe 1 cm2.

Motivul formării vântului este diferența de presiune atmosferică. Vântul bate dintr-o zonă de presiune mai mare într-o zonă de presiune mai mică. Cu cât diferența de presiune atmosferică este mai mare, cu atât vântul este mai puternic. Distribuția presiunii atmosferice pe Pământ determină direcția vântului care predomină în troposferă la diferite latitudini.

Se formează atunci când vaporii de apă se condensează în aerul care se ridică datorită răcirii acestuia.
. Apa în stare lichidă sau solidă care cade pe suprafața pământului se numește precipitații.

Există două tipuri de precipitații:

căderea din nori (ploaie, zăpadă, boabe, grindină);
format în apropierea suprafeței Pământului (, rouă, îngheț).
Precipitația se măsoară printr-un strat de apă (în mm.), care se formează dacă apa precipitată nu se scurge și nu se evaporă. În medie, 1130 mm cade pe Pământ pe an. precipitare.

Distribuția precipitațiilor. Precipitațiile atmosferice sunt distribuite foarte neuniform pe suprafața pământului. Unele zone suferă de exces de umiditate, altele de lipsa acesteia. Teritoriile situate de-a lungul tropicelor de nord și de sud primesc precipitații în special puține, unde aerul este ridicat și nevoia de precipitații este deosebit de mare.

Principalul motiv al acestei denivelări este amplasarea benzilor de presiune atmosferică. Deci, în regiunea ecuatorială din zona de joasă presiune, aerul încălzit constant conține multă umiditate, se ridică, se răcește și devine saturat. Prin urmare, în regiunea ecuatorială se formează o mulțime de nori și sunt ploi abundente. Există, de asemenea, o mulțime de precipitații în alte zone ale suprafeței pământului unde presiunea este scăzută.

În curelele de înaltă presiune predomină curenții de aer descendenți. Aerul rece, coborât, conține puțină umiditate. Când este coborâtă, se contractă și se încălzește, datorită căruia se îndepărtează de punctul de saturație și devine mai uscată. Prin urmare, în zonele cu presiune ridicată peste tropice și în apropierea polilor, sunt puține precipitații.

După cantitatea de precipitații, este încă imposibil să se judece asigurarea teritoriului cu umiditate. Este necesar să se țină cont de eventuala evaporare – volatilitate. Depinde de cantitatea de căldură solară: cu cât este mai multă, cu atât mai multă umiditate se poate evapora, dacă există. Evaporarea poate fi mare și evaporarea mică. De exemplu, volatilitatea (câtă umiditate se poate evapora la o anumită temperatură) este de 4500 mm/an, iar evaporarea (cât de mult se evaporă efectiv) este de numai 100 mm/an. În funcție de raportul dintre evapotranspirație și evaporare, se apreciază conținutul de umiditate al teritoriului. Coeficientul de umiditate este utilizat pentru a determina conținutul de umiditate. Coeficientul de umiditate - raportul dintre precipitațiile anuale și evaporarea pentru aceeași perioadă de timp. Se exprimă ca fracție ca procent. Dacă coeficientul este egal cu 1 - umiditate suficientă, dacă este mai mică de 1, umiditatea este insuficientă, iar dacă este mai mare de 1, atunci umiditatea este excesivă. După gradul de umiditate, se disting zonele umede (umede) și cele uscate (aride).

Presiunea este o mărime fizică care joacă un rol deosebit în natură și viața umană. Acest fenomen, insesizabil pentru ochi, nu afectează doar starea mediului, ci este și foarte bine simțit de toată lumea. Să ne dăm seama ce este, ce tipuri există și cum să găsim presiunea (formula) în diferite medii.

Ceea ce se numește presiune în fizică și chimie

Acest termen se referă la o mărime termodinamică importantă, care este exprimată ca raport dintre forța de presiune exercitată perpendicular și suprafața pe care acționează. Acest fenomen nu depinde de dimensiunea sistemului în care funcționează și, prin urmare, se referă la cantități intensive.

Într-o stare de echilibru, presiunea este aceeași pentru toate punctele din sistem.

În fizică și chimie, acest lucru este notat cu litera "P", care este o abreviere pentru numele latin al termenului - pressūra.

Dacă vorbim despre presiunea osmotică a unui lichid (echilibrul dintre presiunea din interiorul și din exteriorul celulei), se folosește litera „P”.

Unități de presiune

Conform standardelor sistemului internațional SI, fenomenul fizic luat în considerare se măsoară în pascali (în chirilic - Pa, în latină - Ra).

Pe baza formulei de presiune, se dovedește că un Pa este egal cu un N (newton - împărțit la un metru pătrat (o unitate de suprafață).

Cu toate acestea, în practică, este destul de dificil să folosiți pascali, deoarece această unitate este foarte mică. În acest sens, pe lângă standardele sistemului SI, această valoare poate fi măsurată într-un mod diferit.

Mai jos sunt cei mai faimoși analogi ai săi. Cele mai multe dintre ele sunt utilizate pe scară largă în fosta URSS.

• baruri. Un bar este egal cu 105 Pa.
• Torres, sau milimetrii de mercur. Aproximativ un Torr corespunde la 133,3223684 Pa.
• milimetri de coloană de apă.
• Metri de coloană de apă.
• atmosfere tehnice.
• atmosfere fizice. Un atm este egal cu 101.325 Pa și 1,033233 at.
• Kilogram-forță pe centimetru pătrat. Există, de asemenea, tonă-forță și gram-forță. În plus, există o liră-forță analogică pe inch pătrat.

Formula generală de presiune (fizică clasa a VII-a)

Din definirea unei mărimi fizice date, se poate determina metoda de găsire a acesteia. Arată ca în fotografia de mai jos.

În ea, F este forța, iar S este aria. Cu alte cuvinte, formula pentru găsirea presiunii este forța sa împărțită la suprafața pe care acționează.

Se mai poate scrie astfel: P = mg / S sau P = pVg / S. Astfel, această mărime fizică este legată de alte variabile termodinamice: volum și masă.

Pentru presiune se aplică următorul principiu: cu cât spațiul afectat de forță este mai mic, cu atât este mai mare forța de apăsare pe care o are. Dacă totuși aria crește (cu aceeași forță) - valoarea dorită scade.

Formula presiunii hidrostatice

Diferitele stări agregate ale substanțelor asigură prezența proprietăților lor care sunt diferite unele de altele. Pe baza acestui fapt, metodele de determinare a P în ele vor fi și ele diferite.

De exemplu, formula pentru presiunea apei (hidrostatică) arată astfel: P = pgh. Se aplică și gazelor. În același timp, nu poate fi folosită pentru calcularea presiunii atmosferice, din cauza diferenței de altitudini și densități ale aerului.

În această formulă, p este densitatea, g este accelerația gravitațională și h este înălțimea. Pe baza acestui fapt, cu cât obiectul sau obiectul se scufundă mai adânc, cu atât presiunea exercitată asupra acestuia în interiorul lichidului (gazului) este mai mare.

Varianta luată în considerare este o adaptare a exemplului clasic P = F / S.

Dacă ne amintim că forța este egală cu derivata masei prin viteza de cădere liberă (F = mg), iar masa lichidului este derivata volumului prin densitate (m = pV), atunci formula presiunii poate fi scris ca P = pVg / S. În acest caz, volumul este aria înmulțită cu înălțimea (V = Sh).

Dacă introduceți aceste date, se dovedește că aria din numărător și numitor poate fi redusă, iar rezultatul este formula de mai sus: P \u003d pgh.

Având în vedere presiunea din lichide, merită să ne amintim că, spre deosebire de solide, curbura stratului de suprafață este adesea posibilă în ele. Și aceasta, la rândul său, contribuie la formarea unei presiuni suplimentare.

Pentru astfel de situații, se utilizează o formulă de presiune ușor diferită: P \u003d P 0 + 2QH. În acest caz, P 0 este presiunea unui strat necurbat, iar Q este suprafața de tensiune a lichidului. H este curbura medie a suprafeței, care este determinată de Legea lui Laplace: H \u003d ½ (1 / R 1 + 1 / R 2). Componentele R1 și R2 sunt razele curburii principale.

Presiunea parțială și formula ei

Deși metoda P = pgh este aplicabilă atât lichidelor, cât și gazelor, este mai bine să calculați presiunea în acestea din urmă într-un mod ușor diferit.

Cert este că în natură, de regulă, substanțele absolut pure nu sunt foarte comune, deoarece în ea predomină amestecurile. Și acest lucru se aplică nu numai lichidelor, ci și gazelor. Și după cum știți, fiecare dintre aceste componente exercită o presiune diferită, numită presiune parțială.

Este destul de ușor de definit. Este egală cu suma presiunii fiecărui component al amestecului luat în considerare (gazul ideal).

Din aceasta rezultă că formula presiunii parțiale arată astfel: P \u003d P 1 + P 2 + P 3 ... și așa mai departe, în funcție de numărul de componente constitutive.

Există adesea cazuri când este necesar să se determine presiunea aerului. Cu toate acestea, unii efectuează în mod eronat calcule numai cu oxigen conform schemei P = pgh. Dar aerul este un amestec de gaze diferite. Conține azot, argon, oxigen și alte substanțe. Pe baza situației actuale, formula presiunii aerului este suma presiunilor tuturor componentelor sale. Deci, ar trebui să luați P \u003d P 1 + P 2 + P 3 menționat mai sus ...

Cele mai comune instrumente pentru măsurarea presiunii

În ciuda faptului că nu este dificil să se calculeze cantitatea termodinamică luată în considerare folosind formulele de mai sus, uneori pur și simplu nu există timp pentru a efectua calculul. La urma urmei, trebuie să țineți întotdeauna cont de numeroase nuanțe. Prin urmare, pentru comoditate, o serie de dispozitive au fost dezvoltate de-a lungul mai multor secole pentru a face acest lucru în locul oamenilor.

De fapt, aproape toate dispozitivele de acest fel sunt soiuri de manometru (ajută la determinarea presiunii în gaze și lichide). Cu toate acestea, ele diferă în ceea ce privește designul, precizia și domeniul de aplicare.

• Presiunea atmosferică este măsurată cu ajutorul unui manometru numit barometru. Dacă este necesar să se determine vidul (adică presiunea sub presiunea atmosferică), se folosește o altă versiune a acestuia, un vacuometru.
• Pentru a afla tensiunea arterială la o persoană, se folosește un tensiometru. Pentru majoritatea, este mai bine cunoscut ca un tonometru non-invaziv. Există multe varietăți de astfel de dispozitive: de la mecanice cu mercur până la digitale complet automate. Precizia lor depinde de materialele din care sunt fabricate și de locul măsurării.
• Scăderile de presiune din mediu (în engleză - căderea de presiune) se determină cu ajutorul sau difnamometrelor (a nu se confunda cu dinamometre).

Tipuri de presiune

Având în vedere presiunea, formula pentru găsirea acesteia și variațiile sale pentru diferite substanțe, merită să înveți despre varietățile acestei cantități. Sunt cinci.

• Absolut.
• barometrică
• Exces.
• Vid.
• Diferenţial.

Absolut

Acesta este denumirea presiunii totale sub care se află o substanță sau un obiect, fără a ține cont de influența altor componente gazoase ale atmosferei.

Se măsoară în pascali și este suma excesului și a presiunii atmosferice. Este, de asemenea, diferența dintre tipurile barometrice și cele cu vid.

Se calculează prin formula P = P 2 + P 3 sau P = P 2 - P 4.

Pentru punctul de referință pentru presiunea absolută în condițiile planetei Pământ, se ia presiunea din interiorul recipientului din care este îndepărtat aerul (adică vidul clasic).

Doar acest tip de presiune este folosit în majoritatea formulelor termodinamice.

barometrică

Acest termen se referă la presiunea atmosferei (gravitația) asupra tuturor obiectelor și obiectelor găsite în ea, inclusiv suprafața Pământului însuși. Majoritatea oamenilor îl cunosc și sub denumirea de atmosferică.

Se face referire la el și valoarea sa variază în funcție de locul și momentul măsurării, precum și de condițiile meteorologice și de situația deasupra/sub nivelul mării.

Valoarea presiunii barometrice este egală cu modulul forței atmosferei pe unitatea de suprafață de-a lungul normalei acesteia.

Într-o atmosferă stabilă, magnitudinea acestui fenomen fizic este egală cu greutatea unei coloane de aer pe o bază cu o suprafață egală cu unu.

Norma de presiune barometrică este de 101.325 Pa (760 mm Hg la 0 grade Celsius). Mai mult, cu cât obiectul este mai sus de suprafața Pământului, cu atât presiunea aerului asupra acestuia devine mai mică. La fiecare 8 km scade cu 100 Pa.

Datorită acestei proprietăți, la munte, apa din ibric fierbe mult mai repede decât acasă pe aragaz. Cert este că presiunea afectează punctul de fierbere: odată cu scăderea acestuia, acesta din urmă scade. Si invers. Lucrarea unor astfel de aparate de bucătărie precum oala sub presiune și o autoclavă este construită pe această proprietate. Creșterea presiunii în interiorul lor contribuie la formarea unor temperaturi mai ridicate în vase decât în ​​tigăile obișnuite de pe aragaz.

Formula de altitudine barometrică este utilizată pentru a calcula presiunea atmosferică. Arată ca în fotografia de mai jos.

P este valoarea dorită la înălțime, P 0 este densitatea aerului de lângă suprafață, g este accelerația de cădere liberă, h este înălțimea deasupra Pământului, m este masa molară a gazului, t este temperatura sistemului , r este constanta universală a gazului 8,3144598 J⁄ ( mol x K), iar e este numărul Eclair, egal cu 2,71828.

Adesea, în formula de mai sus pentru presiunea atmosferică, în loc de R, se folosește K - constanta lui Boltzmann. Constanta universală a gazului este adesea exprimată în termeni de produs prin numărul Avogadro. Este mai convenabil pentru calcule când numărul de particule este dat în moli.

Atunci când faceți calcule, merită întotdeauna să țineți cont de posibilitatea unor modificări ale temperaturii aerului din cauza unei modificări a situației meteorologice sau la urcarea deasupra nivelului mării, precum și a latitudinii geografice.

Manometru și vid

Diferența dintre presiunea atmosferică și cea măsurată a mediului se numește suprapresiune. În funcție de rezultat, numele valorii se schimbă.

Dacă este pozitivă, se numește presiune manometrică.

Dacă rezultatul obținut este cu semnul minus, se numește vacuometru. Merită să ne amintim că nu poate fi mai mult decât barometrică.

diferenţial

Această valoare este diferența de presiune în diferite puncte de măsurare. De regulă, este utilizat pentru a determina căderea de presiune pe orice echipament. Acest lucru este valabil mai ales în industria petrolului.

După ce ne-am dat seama ce fel de mărime termodinamică se numește presiune și cu ajutorul ce formule se găsește, putem concluziona că acest fenomen este foarte important și, prin urmare, cunoștințele despre el nu vor fi niciodată de prisos.

Crezi că un pește, înotând în ocean, observă că este apă în jurul lui? Câinele simte că merge pe fundul oceanului de aer? Obiceiul întorcește observația. Un pește care s-a născut în apă și și-a petrecut toată viața în ea, fără îndoială, nu observă apa și nu simte presiunea cauzată de greutatea ei. La fel ca un câine, desigur, nu acordă atenție aerului din jurul lui și nu simte presiunea acestuia asupra corpului său. Nici noi nu l-am fi observat, decât dacă am auzit-o de la cineva sau am citit-o în cărți. Trebuie să se întâmple ceva pentru ca noi să fim atenți la aer. Fie începe să se miște repede și ne bate vântul în față, fie se formează un nor clar vizibil în el. Dar cel mai evident mod de a verifica prezența aerului este să vezi cum acesta apasă pe obiectele din el.

Luați o ceașcă de plastic sau alt recipient și scufundați-l complet în apa din baie. Să așteptăm până când paharul se umple cu apă și să-l întoarcem cu susul în jos. Începeți încet să-l scoateți din apă. Uite! Apa se ridică odată cu paharul, iar nivelul acesteia este mult mai mare decât nivelul apei din baie. S-ar părea că nimic nu suportă apă într-un pahar. Dar asta, desigur, nu este așa, altfel ar fi căzut. Care este această forță care ridică apa? Un ocean de aer se întinde deasupra noastră pe câteva sute de kilometri. Deși aerul ni se pare complet lipsit de greutate, el exercită o presiune semnificativă pe suprafața Pământului pentru fiecare centimetru pătrat. Baia ta, desigur, nu face excepție, aerul apasă pe suprafața apei din ea la fel ca pe orice altceva din jur.

Când începem să scoatem un pahar răsturnat, apa din el tinde să se scufunde sub influența gravitației pământului. Cu toate acestea, ea nu poate coborî. De ce?

Pentru a înțelege acest lucru, imaginați-vă că apa a scăzut de fapt puțin, așa cum se arată în imagine. Ce va fi în spațiu deasupra liniei punctate A? Desigur, nu există aer aici și, prin urmare, presiunea acestuia. Cu alte cuvinte, într-un pahar la nivelul A, presiunea atmosferică nu acționează la suprafața apei. Acum să ne uităm la săgețile B și C. Ele arată cum acționează presiunea atmosferică pe suprafața apei din baie. Aerul apasă pe apă, este comprimat de acest aer, ceea ce înseamnă că urmărește să umple spațiul gol rezultat. Drept urmare, de îndată ce apa începe să se reverse din sticlă, presiunea o va împinge înapoi în spațiul de deasupra nivelului A, așa cum se arată în figură prin săgețile D și E.

Nu există presiune atmosferică.

De fapt, apa din pahar nu se scufundă niciodată suficient pentru a fi vizibilă, presiunea atmosferică o împinge imediat înapoi în pahar și o ține acolo în timp ce o scoatem.

Dar dacă apa este ținută de presiunea atmosferică într-un pahar de 15 cm înălțime, va fi ținută și într-un vas de 30 cm înălțime? Și în 60 cm? 3 metri? 5 metri? Daca ai acasa vase potrivite, te vei asigura ca in ele se retine apa. Cu toate acestea, există o limită a înălțimii coloanei de apă care poate fi menținută în acest mod. Apa are o masă mult mai mare decât masa aerului, dacă le comparăm volumele egale. Apa este de 800 de ori mai grea decât aerul de același volum. Apa, ca și aerul, apasă pe corpurile din ea. Aceasta înseamnă că presiunea unei coloane de apă de 10 m înălțime (mai precis, 10 m 33 cm) va echilibra doar presiunea atmosferică, care ține apa în vas. Astfel, vezi că înălțimea coloanei de apă nu poate depăși vizibil 10 metri.

Imaginați-vă un „pahar” înalt de 15 metri (sau mai bine zis, o țeavă), răsturnat cu susul în jos, pe care îl scoatem din apă, așa cum se arată în figură. Când partea închisă a „paharului” atinge o înălțime de aproximativ 10 m deasupra nivelului apei, lichidul din „sticlă” va înceta să se ridice. Continuăm să ridicăm „paharul”, dar apa din interiorul lui este la același nivel. În acest caz, în vas se formează un spațiu gol deasupra nivelului apei.

Ce se va întâmpla cu apa din vas dacă presiunea atmosferică scade din orice motiv? Noua presiune atmosferică va putea ține o coloană de apă deja mai mică, nivelul apei din „sticlă” va scădea. Ce se întâmplă dacă presiunea aerului exterior crește? Acesta va putea menține înălțimea stâlpului mai mare de 10 m, iar apa din vas va începe să crească.

În esență, am analizat principiul de funcționare al dispozitivului - un barometru, cu care se măsoară presiunea atmosferică. În cazul nostru, presiunea atmosferică este echilibrată de o coloană de apă de o anumită înălțime. Presiunea aerului poate fi măsurată prin înălțimea coloanei de apă pe care o poate ține.

Acest tip de barometru de apă a fost inventat de Otto von Guericke cu câteva secole în urmă. Ca „pahar” a folosit o țeavă de sticlă, închisă la capătul superior, pe care a umplut-o cu apă și a instalat-o lângă casa lui. Conducta a fost coborâtă într-un rezervor cu apă. Guericke a instalat barometrul astfel încât nivelul părții superioare a țevii să fie vizibil de pretutindeni pentru locuitorii orașului și au putut observa cum plutește pe suprafața apei din țeavă, marcând nivelul acesteia, s-a ridicat și a scăzut în funcție de modificările presiunii atmosferice. Dacă plutitorul din barometru scădea brusc, orășenii știau deja că presiunea aerului scade și, cel mai probabil, vine vremea rea, iar când plutitorul s-a ridicat în tub, însemna că vremea bună va veni curând în oraș. .

De ce o schimbare a presiunii barometrice înseamnă o schimbare probabilă a vremii? Se dovedește că aerul cald umed, care aduce de obicei vreme înnorată, este mai ușor decât aerul rece și uscat - un prevestitor al vremii senine și bune, ceea ce înseamnă că atunci când vremea se înrăutățește, presiunea ar trebui să scadă, iar atunci când se îmbunătățește, ar trebui să scadă. crește. Barometrul este un instrument utilizat pe scară largă. Adevărat, o țeavă de 10 metri înălțime, și chiar plină cu apă, este evident foarte incomod pentru utilizare.

Puteți scurta semnificativ conducta dacă utilizați mercur în loc de apă - un metal lichid care este de 13,6 ori mai greu decât apa. Într-un barometru cu mercur, presiunea care egalizează presiunea atmosferică este creată de o coloană de lichid cu o înălțime de numai 1033/13,6 = 76 (cm). Acest lucru, desigur, este mult mai convenabil decât mai mult de 10 metri, așa că este mai bine să folosiți mercur în loc de apă în barometre. Un astfel de dispozitiv în designul său nu este diferit de cel de apă, doar că este mult mai mic și nu este necesar să țineți țeava cu mâna - este fixată în poziția necesară, într-un mod mai convenabil.

Țesătura poate fi străpunsă cu un ac, dar nu și cu un creion (dacă aplicați aceeași forță). Creionul și acul au forme diferite și, prin urmare, exercită o presiune inegală asupra țesutului. Presiunea este omniprezentă. Activează mecanismele (vezi articolul „”). Afecteaza . exercită presiune asupra suprafețelor cu care vin în contact. Presiunea atmosferică afectează vremea.un aparat pentru măsurarea presiunii atmosferice -.

Ce este presiunea

Când un corp acționează perpendicular pe suprafața sa, corpul este sub presiune. Presiunea depinde de cât de mare este forța și de aria suprafeței pe care acționează forța. De exemplu, dacă ieși în zăpadă în pantofi obișnuiți, poți eșua; asta nu se va întâmpla dacă ne punem schiuri. Greutatea corpului este aceeași, dar în al doilea caz presiunea este distribuită pe o suprafață mai mare. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât presiunea este mai mică. Renul are copite largi - la urma urmei, merge pe zăpadă, iar presiunea copitei pe zăpadă ar trebui să fie cât mai mică posibil. Dacă cuțitul este ascuțit, se aplică forță pe suprafața unei zone mici. Un cuțit tocit distribuie forța pe o suprafață mai mare și, prin urmare, taie mai rău. unitate de presiune - pascal(Pa) - numit după omul de știință francez Blaise Pascal (1623 - 1662), care a făcut numeroase descoperiri în domeniul presiunii atmosferice.

Presiunea lichidelor și gazelor

Lichidele și gazele iau forma vasului în care sunt conținute. Spre deosebire de solide, lichidele și gazele apasă pe toți pereții vasului. Presiunea lichidelor și gazelor este direcționată în toate direcțiile. apasă nu numai pe fund, ci și pe pereții acvariului. Acvariul în sine doar împinge în jos. apasă din interior pe mingea de fotbal în toate direcțiile și, prin urmare, mingea este rotundă.

Mecanisme hidraulice

Acțiunea mecanismelor hidraulice se bazează pe presiunea fluidului. Lichidul nu se comprimă, așa că dacă îi aplicați forță, acesta va fi forțat să se miște. Iar franele functioneaza pe principiul hidraulic. Reducerea vitezei pistei se realizează cu ajutorul presiunii lichidului de frână. Șoferul apasă pedala, pistonul pompează lichidul de frână prin cilindru, apoi intră în ceilalți doi cilindri prin tub și apasă pe pistoane. Pistoanele apasă plăcuțele de frână pe discul roții. Rezultatul încetinește rotația roții.

Mecanisme pneumatice

Mecanismele pneumatice funcționează datorită presiunii gazelor - de obicei aer. Spre deosebire de lichide, aerul poate fi comprimat, iar apoi presiunea acestuia crește. Acțiunea unui ciocan piston se bazează pe faptul că pistonul comprimă aerul din interiorul acestuia la o presiune foarte mare. Într-un ciocan pneumatic, aerul comprimat apasă pe tăietor cu o astfel de forță încât chiar și piatra poate fi găurită.

Un stingător cu spumă este un dispozitiv pneumatic alimentat cu dioxid de carbon comprimat. Prin strângerea mânerului, eliberați dioxidul de carbon comprimat din recipient. Gazul cu forță mare apasă pe o soluție specială, deplasându-l în tub și furtun. Un curent de apă și spumă iese din furtun.

Presiunea atmosferică

Presiunea atmosferică este creată de greutatea aerului deasupra suprafeței. Pentru fiecare metru pătrat, aerul apasă cu o forță mai mare decât greutatea unui elefant. Aproape de suprafața Pământului, presiunea este mai mare decât cea mare pe cer. La o altitudine de 10.000 de metri, unde zboară avioanele cu reacție, presiunea este mică, deoarece o masă de aer nesemnificativă apasă de sus. Presiunea atmosferică normală este menținută în cabină, astfel încât oamenii să poată respira liber la altitudine mare. Dar chiar și într-o cabină presurizată, oamenii au urechi înfundate atunci când presiunea este mai mică decât presiunea din interiorul auricularului.

Presiunea atmosferică se măsoară în milimetri de mercur. Când presiunea se schimbă, se schimbă și . Presiunea scăzută înseamnă că vremea este înrăutățită. Presiunea ridicată aduce vreme senină. Presiunea normală la nivelul mării este de 760 mm (101.300 Pa). În zilele de uragan, poate scădea la 683 mm (910 Pa).