Rukhlenko A.P.

HYDRAULIKA

Príklady riešenia problémov

Učebná pomôcka

Na prípravu bakalárov v réžii

Agroinžinierstvo

Ťumen - 2012

Recenzent:

Kandidát technických vied, docent A. E. Korolev.

G 46 Rukhlenko A.P. Hydraulika. Príklady riešenia problémov Štátnej poľnohospodárskej akadémie Tyumen. - Ťumen, 2012.

Uvádzajú sa príklady riešenia problémov vo všetkých hlavných častiach disciplíny. Príručka obsahuje 57 úloh s podrobným vysvetlením riešenia každej z nich.

Účelom tejto príručky je pomôcť študentom pri samostatnom štúdiu a osvojení si metodiky riešenia problémov na všetky témy kurzu.

Zverejnené rozhodnutím metodickej komisie Ústavu mechaniky a techniky TGSHA.

© Štát Tyumen

Poľnohospodárska akadémia.

© A.P. Rukhlenko, 2012.

Predslov

Dôležitou podmienkou pre zvládnutie teoretického predmetu študentmi je schopnosť využiť znalosti teoretických základov pri riešení konkrétnych inžinierskych problémov. Práve riešenie problémov rozvíja zručnosti študentov pre tvorivé inžinierske myslenie, prispieva k rozvoju samostatnosti pri riešení inžinierskych otázok súvisiacich so štúdiom tohto odboru.

Všetky úlohy v tejto príručke sú zoradené v poradí štúdia odboru podľa predmetov, podľa pracovných programov pre prípravu bakalárov smeru 110800 - agroinžinierstvo.

Príručka je určená pre študentov denného aj externého štúdia. Jeho účelom je pomôcť študentom osvojiť si metodiku riešenia úloh na témy predmetu „Hydraulika“. Príručka bude podľa autora užitočná najmä pre študentov, ktorí vynechávajú hodiny, pretože im pomôže pri zvládnutí tejto disciplíny.

V tabuľke nižšie sú uvedené počty problémov pre každú tému a literatúra na preštudovanie teoretického materiálu ku každej téme.

Témy praktických hodín

na riešenie problémov

Téma lekcie	№№ úloh na danú tému	Literatúra, str.
Fyzikálne vlastnosti kvapalín	1,2	8..13	8..14	7..12	3..4	3…4
Hydrostatický tlak	3,4,5,6,7,8,	20..25	19..25	17..20	5..7	7..8
Sila hydrostatického tlaku na rovné a zakrivené povrchy	9,10,11,12,13,14, 15,16,17,19,21	25..31	28..34	21..27	7..9	15..16
Bernoulliho rovnica. Hydraulický odpor	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
Prúdenie tekutiny cez otvory, dýzy, škrtiace klapky a ventily	34,35,36,37,38,39, 40,41	72..79	78..89	63..76	25..29	45..48
Hydraulický výpočet potrubí	42,43,44	64..70	94..104	76..99	31..38	57..63
Lopatkové čerpadlá	45,46,47,48	89..108 131..134	139..158 163..173	146..161	41..59	78..83
Objemové hydraulické stroje	50,51,52,53	141..169	177..204	223..235	59..76	88..91
Objemový hydraulický pohon	54,55,56,57	192..200	204..224	271..279	77..84	95..98

Literatúra na štúdium teoretickej časti disciplíny

1. Isaev A.P., Sergeev B.I., Didur V.A. Hydraulika a hydromechanizácia poľnohospodárskych procesov M: Vydavateľstvo Agroprom, 90. - 40. roky 20. storočia.

2. N.A. Palishkin Hydraulika a poľnohospodárske zásobovanie vodou M: Vydavateľstvo Agroprom, 1990 - 351.

3. Sabashvili R.G. Hydraulika, hydraulické stroje, zásobovanie poľnohospodárskou vodou: Proc. príspevok pre vysoké školy M: Kolos 1997-479s.

4. Rukhlenko A.P. Hydraulika a hydraulické stroje. Učebnica TGSHA-Tyumen 2006 124s.

1. Určte objemový modul pružnosti kvapaliny,

ak pri pôsobení zaťaženia A s hmotnosťou 250 kg prešiel piest vzdialenosť △h=5 mm. Počiatočná výška piestu H=1,5m, priemer piestu d=80mm a zásobníka D=300mm, výška zásobníka h=1,3 m. Hmotnosť piestu zanedbávajte. Predpokladá sa, že nádrž je absolútne pevná.

rozhodnutie: Stlačiteľnosť kvapaliny je charakterizovaná objemovým modulom E, ktorý je zahrnutý vo všeobecnom Hookovom zákone: = ,

kde \u003d prírastok (v tomto prípade pokles) objemu kvapaliny V v dôsledku zvýšenia tlaku ∆p . Vyššie uvedenú závislosť zapíšeme vo vzťahu k požadovanej hodnote:

Na pravej strane rovnice musia byť neznáme veličiny vyjadrené v podmienkach počiatočných údajov. Zvýšenie tlaku ∆ v dôsledku vonkajšieho zaťaženia, konkrétne hmotnosti nákladu:

Počiatočný objem kvapaliny je súčet objemov kvapaliny vo valci a nádrži:
= · .

Absolútna zmena objemu kvapaliny ∆V:

Dosadením výrazov pre ∆p, ∆V a V na pravú stranu rovnice dostaneme

E= =

= = .

2. Výška valcovej vertikálnej nádrže h=10m, jej priemer D=3m. Určte hmotnosť vykurovacieho oleja (ρ m \u003d 920 kg / ), ktorý je možné naliať do nádrže pri 15, ak jeho teplota môže stúpnuť na 40 0 ​​° C. Zanedbajte rozťažnosť stien nádrže, teplotný koeficient objemová expanzia kvapaliny β t \u003d 0,0008 1/ 0 C.

rozhodnutie: Hmotnosť vykurovacieho oleja môže byť vyjadrená ako súčin jeho hustoty a objemu, t.j.

alebo ,

kde h m je počiatočná hladina vykurovacieho oleja v nádrži pri t=15 0 C. Z výrazu pre β t zistíme absolútnu zmenu objemu vykurovacieho oleja so zvyšujúcou sa teplotou, t.j.

.

Na druhej strane môže byť rovnaká hodnota vyjadrená ako rozdiel medzi objemami nádrže a počiatočným objemom vykurovacieho oleja:

Vyjadrením týchto objemov pomocou geometrických parametrov môžeme napísať, že:

∆V = ·

Dajte rovnítko medzi pravé časti výrazov pre:

.

Zmenšením ľavej a pravej strany rovnice o , dostaneme

Kde = .

Výslednú hodnotu dosaďte do pôvodnej rovnice

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

3. Určte absolútny tlak vzduchu v nádrži, ak pri atmosférickom tlaku zodpovedá h a \u003d \u003d 760 mm Hg. čl. údaj ortuťového vákuometra = 0,2 m, výška h = 1,5 m Čo znamená pružinový vákuomer? Hustota ortuti ρ = ​​13600kg/.

rozhodnutie: Na vyriešenie tohto problému používame základnú rovnicu hydrostatiky, ktorá nám umožňuje určiť tlak v ľubovoľnom bode tekutiny a pojem "rovnomerný povrch". Ako je známe, pre stacionárnu newtonovskú tekutinu predstavujú povrchy rovnakého tlaku súbor horizontálnych rovín. V tomto prípade berieme ako povrchy rovnakého tlaku dve horizontálne roviny – rozhranie medzi vodou a vzduchom v spojovacej trubici a rozhranie medzi vzduchom a ortuťou v pravom kolene ortuťového vákuometra. Pre prvý povrch je tlak v bodoch A a B rovnaký a podľa základnej rovnice hydrostatiky sa určuje takto:

p A \u003d p B \u003d p 1 + ρ g h,

kde p 1 je absolútny tlak vzduchu v nádrži. Z tejto rovnice vyplýva, že:

p 1 \u003d p A - ρ · g · h.

Ak neberieme do úvahy hustotu vzduchu, potom môžeme napísať, že p A \u003d p B \u003d p E, t.j. Tlaky v bodoch A, B a E sú rovnaké.

Pre druhý povrch sú tlaky v bodoch C a D rovnaké a rovnajú sa atmosférickému tlaku,

p a \u003d p C \u003d p D.

Na druhej strane, tlak pri t.C môže byť reprezentovaný ako

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

Dosadením výrazov pre p A do rovnice na určenie p 1 dostaneme

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

Číselnou hodnotu p 1 nájdeme dosadením číselných hodnôt veličín na pravej strane rovnice:

p 1 \u003d 13 600 9,81 (0,76 – 0,2) – 1 000 9,81 1,5 \u003d

74713 - 14715 = 59998Pa = 60 kPa.

Vákuum, ktoré vákuomer ukáže:

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. Určite absolútny tlak v nádobe podľa indikácie kvapalinového manometra, ak je známy: h 1 \u003d 2 m, h 2 \u003d 0,5 m, h 3 \u003d 0,2 m, m \u003d = 880 kg / m 3

rozhodnutie: Na vyriešenie tohto problému je potrebné zapísať základnú rovnicu hydrostatiky pre dva body ležiace na vodorovnej rovine (rovnotlakovej ploche) prechádzajúcej po rozhraní voda-ortuť. Tlak v t. A

r A \u003d r abs + ρ g h 1;

Tlak v t.V

Porovnaním správnych častí týchto výrazov určíme absolútny tlak

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. Uzavretá nádrž A, naplnená petrolejom do hĺbky H=3m, je vybavená vákuomerom a piezometrom. Určte absolútny tlak p 0 nad voľnou hladinou v nádrži a rozdiel medzi hladinami ortuti vo vákuometri h 1, ak výška stúpania petroleja v piezometri h = 1,5 m.

rozhodnutie: Zapíšme si základnú rovnicu hydrostatiky pre t.A, umiestnenú na dne nádrže,

Na druhej strane, rovnaký tlak v bode A možno vyjadriť prostredníctvom odčítania otvoreného piezometra

Výsledný výraz pre p A vložíme do rovnice na určenie p 0:

potom sa číselná hodnota p 0 bude rovnať:

Rozdiel medzi hladinami ortuti vo vákuomere sa určí napísaním základnej hydrostatickej rovnice pre dva body B a C povrchu rovnakého tlaku, ktoré sa zhodujú s voľným povrchom ortuti v pravom kolene vákuometra.

h 1 = = .

6. Určte pretlak vody v potrubí B, ak údaj na manometri = 0,025 MPa.

Spojovacia trubica naplnená vodou a

vzduch, ako je znázornené na obrázku, s H 1 \u003d 0,5 m, H 2 \u003d 3 m. Ako sa zmení údaj tlakomeru, ak sa pri rovnakom tlaku v potrubí celá spojovacia trubica naplní vodou (vzduch sa vypustí cez kohútik K). Výška

rozhodnutie: Pri riešení tohto problému sa používa základná rovnica hydrostatiky, podľa ktorej je tlak v potrubí B súčtom tlaku na voľnú hladinu (v tomto prípade pretlaku - p m) a váhového tlaku vody. Vzduch sa neberie do úvahy kvôli nízkej hustote v porovnaní s vodou.

Takže tlak v potrubí B:

Tu sa 1 berie so znamienkom mínus, pretože tento stĺpec vody pomáha znižovať tlak v potrubí.

Ak je vzduch úplne odstránený zo spojovacej trubice, potom bude v tomto prípade základná rovnica hydrostatiky napísaná takto:

Presný význam odpovedí: a získa sa pri g = 10 m/.

7. Pri zatvorenom ventile potrubia K stanovte absolútny tlak v nádrži zakopanej v hĺbke H = 5 m, ak je údaj vákuometra inštalovaný vo výške h = 1,7 m, . Atmosférický tlak zodpovedá hustote benzínu .

rozhodnutie: Podľa základnej rovnice hydrostatiky bude absolútny tlak v nádrži súčtom absolútneho tlaku na voľnej hladine a tlaku závažia, t.j.

Absolútny tlak na voľnú plochu :

alebo

Berúc do úvahy získaný výraz pre
Pôvodnú rovnicu napíšeme takto:

8. Voda a benzín sa nalejú do valcovej nádrže s priemerom D \u003d 2 m na úroveň H \u003d 1,5 m. Hladina vody v piezometri je nižšia ako hladina benzínu o h=300 mm. Určte hmotnosť v nádrži

benzín, ak .

rozhodnutie: Hmotnosť benzínu v nádrži môže byť napísaná ako

,

kde je objem paliva v nádrži. Vyjadríme to pomocou geometrických parametrov nádrže:

.

Na určenie neznámej hodnoty - hladiny benzínu v nádrži je potrebné zapísať základnú rovnicu hydrostatiky pre hladinu rovnakého tlaku, ktorú je najvhodnejšie odobrať dno nádrže, keďže o nej máme informácie. vo forme H - celková hladina benzínu a vody v nádrži. Keďže nádržka aj piezometer sú otvorené (komunikujú s atmosférou), budeme brať do úvahy iba prítlak váhy na dno.

Takže tlak na dno zo strany nádrže môže byť napísaný ako

Toto je rovnaký tlak zo strany piezometra:

.

Porovnaním správnych častí získaných výrazov z nich vyjadríme požadovanú hodnotu:

Výslednú rovnicu zredukujeme o g, pričom v oboch častiach rovnice zapíšeme požadovanú hodnotu

Z poslednej rovnice

Výsledné výrazy dosadíme za a do pôvodnej rovnice a určíme hmotnosť benzínu

9. Hydraulický zdvihák pozostáva z pevného piesta 1 a po ňom sa posúvajúceho valca 2, na ktorom je namontované puzdro 3 tvoriace olejový kúpeľ zdviháku a ručné piestové čerpadlo 4 so sacím 5 a výtlačným 6 ventilom. Určte tlak pracovnej tekutiny vo valci a hmotnosť zdvíhaného bremena m, ak sila na rukoväti hnacej páky čerpadla je R=150 N, priemer piestu zdviháka je D=180 mm, priemer piestu čerpadla je d=18mm, účinnosť zdviháka je η = 0,68, ramená pák sú a =60mm, b=600mm.

Tlak vzduchu- sila, ktorou vzduch tlačí na zemský povrch. Meria sa v milimetroch ortuti, milibaroch. V priemere je to 1,033 g na 1 cm2.

Dôvodom vzniku vetra je rozdiel v atmosférickom tlaku. Vietor fúka z oblasti s vyšším tlakom do oblasti s nižším tlakom. Čím väčší je rozdiel v atmosférickom tlaku, tým silnejší je vietor. Rozloženie atmosférického tlaku na Zemi určuje smer vetrov, ktoré prevládajú v troposfére v rôznych zemepisných šírkach.

Vzniká, keď vodná para kondenzuje v stúpajúcom vzduchu v dôsledku jej ochladzovania.
. Voda v kvapalnom alebo pevnom skupenstve, ktorá dopadá na zemský povrch, sa nazýva zrážky.

Existujú dva typy zrážok:

vypadávanie z oblakov (dážď, sneh, zrná, krupobitie);
vznikajú pri povrchu Zeme (rosa, mráz).
Zrážky sa merajú pomocou vrstvy vody (v mm), ktorá vzniká, ak zrazená voda neodteká a neodparuje sa. Priemerne padne na Zem za rok 1130 mm. zrážok.

Rozloženie zrážok. Atmosférické zrážky sú rozložené po zemskom povrchu veľmi nerovnomerne. Niektoré oblasti trpia nadmernou vlhkosťou, iné jej nedostatkom. Územia nachádzajúce sa pozdĺž severných a južných trópov dostávajú mimoriadne málo zrážok, kde je vzduch vysoký a potreba zrážok je obzvlášť veľká.

Hlavnou príčinou tejto nerovnosti je umiestnenie pásov atmosférického tlaku. Takže v rovníkovej oblasti v zóne nízkeho tlaku neustále ohrievaný vzduch obsahuje veľa vlhkosti, stúpa, ochladzuje a nasýti sa. Preto sa v rovníkovej oblasti tvorí veľa oblakov a dochádza k výdatným dažďom. Veľa zrážok je aj v iných oblastiach zemského povrchu, kde je nízky tlak.

Vo vysokotlakových pásmach prevláda zostupné prúdenie vzduchu. Studený vzduch, ktorý klesá, obsahuje málo vlhkosti. Pri spustení sa zmršťuje a zahrieva, vďaka čomu sa vzďaľuje od bodu nasýtenia a stáva sa suchším. Preto je v oblastiach vysokého tlaku nad trópomi a pri póloch málo zrážok.

Podľa množstva zrážok zatiaľ nie je možné posúdiť zásobenie územia vlahou. Je potrebné počítať s možným vyparovaním – prchavosťou. Závisí to od množstva slnečného tepla: čím viac je, tým viac vlhkosti sa môže odparovať, ak nejaká existuje. Odparovanie môže byť veľké a vyparovanie malé. Napríklad prchavosť (koľko vlhkosti sa môže odpariť pri danej teplote) je 4500 mm/rok a vyparovanie (koľko sa skutočne vyparí) len 100 mm/rok. Podľa pomeru evapotranspirácie a výparu sa posudzuje vlhkosť územia. Na určenie obsahu vlhkosti sa používa koeficient vlhkosti. Koeficient vlhkosti - pomer ročných zrážok a výparu za rovnaké časové obdobie. Vyjadruje sa ako zlomok v percentách. Ak je koeficient rovný 1 - dostatočná vlhkosť, ak je menšia ako 1, vlhkosť je nedostatočná a ak je väčšia ako 1, potom je vlhkosť nadmerná. Podľa stupňa vlhkosti sa rozlišujú mokré (vlhké) a suché (suché) oblasti.

Tlak je fyzikálna veličina, ktorá zohráva osobitnú úlohu v prírode a ľudskom živote. Tento okom nepostrehnuteľný jav ovplyvňuje nielen stav životného prostredia, ale každý ho aj veľmi dobre pociťuje. Poďme zistiť, čo to je, aké typy existujú a ako nájsť tlak (vzorec) v rôznych prostrediach.

To, čo sa vo fyzike a chémii nazýva tlak

Týmto pojmom sa označuje dôležitá termodynamická veličina, ktorá sa vyjadruje v pomere kolmo pôsobiacej tlakovej sily k ploche, na ktorú pôsobí. Tento jav nezávisí od veľkosti systému, v ktorom funguje, a preto sa týka intenzívnych veličín.

V rovnovážnom stave je tlak rovnaký pre všetky body v systéme.

Vo fyzike a chémii sa to označuje písmenom „P“, čo je skratka pre latinský názov výrazu – pressūra.

Ak hovoríme o osmotickom tlaku kvapaliny (rovnováha medzi tlakom vo vnútri a mimo bunky), používa sa písmeno „P“.

Tlakové jednotky

Podľa noriem medzinárodného systému SI sa uvažovaný fyzikálny jav meria v pascaloch (v azbuke - Pa, v latinke - Ra).

Na základe tlakového vzorca sa ukazuje, že jeden Pa sa rovná jednému N (newton - delený jedným štvorcovým metrom (jednotka plochy).

V praxi je však dosť ťažké použiť pascal, pretože táto jednotka je veľmi malá. V tomto ohľade, okrem noriem sústavy SI, možno túto hodnotu merať aj iným spôsobom.

Nižšie sú jeho najznámejšie analógy. Väčšina z nich je široko používaná v bývalom ZSSR.

• bary. Jeden pruh sa rovná 105 Pa.
• Torres alebo milimetre ortuti. Približne jeden torr zodpovedá 133,3223684 Pa.
• milimetrov vodného stĺpca.
• Metre vodného stĺpca.
• technické atmosféry.
• fyzické atmosféry. Jeden atm sa rovná 101 325 Pa a 1,033233 at.
• Kilogramová sila na štvorcový centimeter. Existujú aj ton-force a gram-force. Okrem toho existuje analógová sila libra na štvorcový palec.

Všeobecný vzorec tlaku (fyzika siedmeho ročníka)

Z definície danej fyzikálnej veličiny možno určiť spôsob jej zistenia. Vyzerá to ako na fotografii nižšie.

V ňom je F sila a S je plocha. Inými slovami, vzorec na nájdenie tlaku je jeho sila delená plochou, na ktorú pôsobí.

Dá sa zapísať aj takto: P = mg / S alebo P = pVg / S. Táto fyzikálna veličina teda súvisí s inými termodynamickými premennými: objemom a hmotnosťou.

Pre tlak platí zásada: čím menší je priestor ovplyvnený silou, tým väčšia je veľkosť prítlačnej sily. Ak sa však plocha zväčší (rovnakou silou) - požadovaná hodnota sa zníži.

Vzorec hydrostatického tlaku

Rôzne agregované stavy látok zabezpečujú prítomnosť ich vlastností, ktoré sa navzájom líšia. Na základe toho sa budú líšiť aj metódy určovania P v nich.

Napríklad vzorec pre tlak vody (hydrostatický) vyzerá takto: P = pgh. Platí to aj pre plyny. Zároveň sa nedá použiť na výpočet atmosférického tlaku, kvôli rozdielu nadmorských výšok a hustôt vzduchu.

V tomto vzorci je p hustota, g je gravitačné zrýchlenie a h je výška. Vychádzajúc z toho, čím hlbšie sa predmet alebo predmet ponorí, tým väčší tlak naň pôsobí vo vnútri kvapaliny (plynu).

Uvažovaný variant je prispôsobením klasického príkladu P = F / S.

Ak si spomenieme, že sila sa rovná derivácii hmotnosti rýchlosťou voľného pádu (F = mg) a hmotnosť kvapaliny je deriváciou objemu hustotou (m = pV), potom tlakový vzorec možno zapísať ako P = pVg / S. V tomto prípade je objem plocha vynásobená výškou (V = Sh).

Ak vložíte tieto údaje, ukáže sa, že oblasť v čitateli a menovateli sa dá zmenšiť a výstupom je vyššie uvedený vzorec: P \u003d pgh.

Vzhľadom na tlak v kvapalinách je potrebné pripomenúť, že na rozdiel od pevných látok je v nich často možné zakrivenie povrchovej vrstvy. A to zase prispieva k vytvoreniu dodatočného tlaku.

V takýchto situáciách sa používa mierne odlišný vzorec tlaku: P \u003d P 0 + 2QH. V tomto prípade P° je tlak nezakrivenej vrstvy a Q je povrch napätia kvapaliny. H je priemerné zakrivenie povrchu, ktoré je určené Laplaceovým zákonom: H \u003d ½ (1 / R 1 + 1 / R 2). Zložky R1 a R2 sú polomery hlavného zakrivenia.

Parciálny tlak a jeho vzorec

Hoci metóda P = pgh je použiteľná pre kvapaliny aj plyny, je lepšie vypočítať tlak v plynoch trochu iným spôsobom.

Faktom je, že v prírode spravidla nie sú úplne čisté látky veľmi bežné, pretože v nej prevládajú zmesi. A to platí nielen pre kvapaliny, ale aj pre plyny. A ako viete, každá z týchto zložiek vyvíja iný tlak, nazývaný parciálny tlak.

Je to celkom jednoduché definovať. Rovná sa súčtu tlakov každej zložky uvažovanej zmesi (ideálny plyn).

Z toho vyplýva, že vzorec pre parciálny tlak vyzerá takto: P \u003d P 1 + P 2 + P 3 ... a tak ďalej, podľa počtu zložiek.

Často sa vyskytujú prípady, keď je potrebné určiť tlak vzduchu. Niektorí však omylom vykonávajú výpočty iba s kyslíkom podľa schémy P = pgh. Vzduch je však zmesou rôznych plynov. Obsahuje dusík, argón, kyslík a ďalšie látky. Na základe aktuálnej situácie je vzorec tlaku vzduchu súčtom tlakov všetkých jeho zložiek. Takže by ste si mali vziať vyššie uvedené P \u003d P 1 + P 2 + P 3 ...

Najbežnejšie prístroje na meranie tlaku

Napriek tomu, že nie je ťažké vypočítať uvažované termodynamické množstvo pomocou vyššie uvedených vzorcov, niekedy jednoducho nie je čas na vykonanie výpočtu. Koniec koncov, musíte vždy brať do úvahy početné nuansy. Preto sa pre pohodlie v priebehu niekoľkých storočí vyvinulo množstvo zariadení, ktoré to robia namiesto ľudí.

V skutočnosti sú takmer všetky zariadenia tohto druhu druhmi tlakomeru (pomáha určiť tlak v plynoch a kvapalinách). Líšia sa však dizajnom, presnosťou a rozsahom.

• Atmosférický tlak sa meria pomocou tlakomeru nazývaného barometer. Ak je potrebné určiť vákuum (teda tlak pod atmosférickým tlakom), použije sa jeho iná verzia, vákuomer.
• Na zistenie krvného tlaku u človeka sa používa tlakomer. Pre väčšinu je lepšie známy ako neinvazívny tonometer. Existuje mnoho druhov takýchto zariadení: od ortuťových mechanických po plne automatické digitálne. Ich presnosť závisí od materiálov, z ktorých sú vyrobené a od miesta merania.
• Poklesy tlaku v prostredí (v angličtine - pokles tlaku) sa zisťujú pomocou alebo difnamometrov (nezamieňať s dynamometrami).

Druhy tlaku

Vzhľadom na tlak, vzorec na jeho nájdenie a jeho variácie pre rôzne látky sa oplatí dozvedieť sa o odrodách tohto množstva. Je ich päť.

• Absolútna.
• barometrická
• Prebytok.
• Vákuum.
• Diferenciál.

Absolútna

Toto je názov celkového tlaku, pod ktorým sa látka alebo predmet nachádza, bez zohľadnenia vplyvu iných plynných zložiek atmosféry.

Meria sa v pascaloch a je súčtom nadmerného a atmosférického tlaku. Je to tiež rozdiel medzi barometrickým a vákuovým typom.

Vypočíta sa podľa vzorca P = P 2 + P 3 alebo P = P 2 - P 4.

Za referenčný bod pre absolútny tlak v podmienkach planéty Zem sa berie tlak vo vnútri nádoby, z ktorej sa odstraňuje vzduch (teda klasické vákuum).

Len tento typ tlaku sa používa vo väčšine termodynamických vzorcov.

barometrická

Tento pojem označuje tlak atmosféry (gravitácie) na všetky predmety a predmety v nej nachádzajúce sa, vrátane povrchu samotnej Zeme. Väčšina ľudí ho pozná aj pod názvom atmosférický.

Uvádza sa a jeho hodnota sa mení v závislosti od miesta a času merania, ako aj od poveternostných podmienok a od toho, či je nad/pod hladinou mora.

Hodnota barometrického tlaku sa rovná modulu sily atmosféry na jednotku plochy pozdĺž normály k nej.

V stabilnej atmosfére sa veľkosť tohto fyzikálneho javu rovná hmotnosti stĺpca vzduchu na podložke s plochou rovnajúcou sa jednej.

Norma barometrického tlaku je 101 325 Pa (760 mm Hg pri 0 stupňoch Celzia). Navyše, čím vyššie je objekt od povrchu Zeme, tým nižší je tlak vzduchu naň. Každých 8 km klesá o 100 Pa.

Vďaka tejto vlastnosti sa na horách voda vo varných kanvách varí oveľa rýchlejšie ako doma na sporáku. Faktom je, že tlak ovplyvňuje bod varu: s jeho poklesom klesá. A naopak. Na tejto vlastnosti je postavená práca takých kuchynských spotrebičov, ako je tlakový hrniec a autokláv. Zvýšenie tlaku v ich vnútri prispieva k vytváraniu vyšších teplôt v riade ako v bežných panviciach na sporáku.

Vzorec barometrickej nadmorskej výšky sa používa na výpočet atmosférického tlaku. Vyzerá to ako na fotografii nižšie.

P je požadovaná hodnota vo výške, P 0 je hustota vzduchu pri povrchu, g je zrýchlenie voľného pádu, h je výška nad Zemou, m je molárna hmotnosť plynu, t je teplota systému , r je univerzálna plynová konštanta 8,3144598 J⁄ (mol x K) a e je Eclairovo číslo rovné 2,71828.

Vo vyššie uvedenom vzorci pre atmosférický tlak sa často namiesto R používa K - Boltzmannova konštanta. Univerzálna plynová konštanta sa často vyjadruje ako súčin Avogadrovým číslom. Pre výpočty je vhodnejšie, keď sa počet častíc udáva v móloch.

Pri výpočtoch sa vždy oplatí brať do úvahy možnosť zmien teploty vzduchu v dôsledku zmeny meteorologickej situácie alebo pri stúpaní nad hladinu mora, ako aj zemepisnú šírku.

Meradlo a vákuum

Rozdiel medzi atmosférickým a nameraným tlakom okolia sa nazýva pretlak. V závislosti od výsledku sa mení názov hodnoty.

Ak je kladný, nazýva sa to pretlak.

Ak je získaný výsledok so znamienkom mínus, nazýva sa vákuomer. Stojí za to pamätať, že nemôže byť viac ako barometrické.

diferenciál

Táto hodnota je rozdiel tlakov v rôznych meracích bodoch. Spravidla sa používa na určenie poklesu tlaku na akomkoľvek zariadení. To platí najmä v ropnom priemysle.

Po zistení, aký druh termodynamickej veličiny sa nazýva tlak, a pomocou akých vzorcov sa nachádza, môžeme dospieť k záveru, že tento jav je veľmi dôležitý, a preto znalosti o ňom nebudú nikdy zbytočné.

Myslíte si, že ryba plávajúca v oceáne si všimne, že je okolo nej voda? Má pes pocit, že kráča po dne vzdušného oceánu? Zvyk otupuje pozorovanie. Ryba, ktorá sa narodila vo vode a strávila v nej celý svoj život, nepochybne vodu nevníma a necíti tlak spôsobený jej váhou. Rovnako ako pes, samozrejme, nevenuje pozornosť vzduchu okolo seba a necíti jeho tlak na svojom tele. Ani by sme si to nevšimli, pokiaľ by sme to od niekoho nepočuli alebo nečítali v knihách. Niečo sa musí stať, aby sme dávali pozor na vzduch. Buď sa začne rýchlo hýbať a vietor nám fúka do tváre, alebo sa v nej vytvorí dobre viditeľný mrak. Najzrejmejším spôsobom, ako overiť prítomnosť vzduchu, je zistiť, ako tlačí na predmety v ňom.

Vezmite plastový pohár alebo inú nádobu a úplne ju ponorte do vody. Počkáme, kým sa pohár naplní vodou a otočíme hore dnom. Pomaly ho začnite vyťahovať z vody. Pozri! Voda stúpa spolu s pohárom a jej hladina je oveľa vyššia ako hladina vody vo vani. Zdalo by sa, že nič nepodporuje vodu v pohári. Ale to, samozrejme, nie je, inak by to padlo. Čo je to za sila, ktorá dvíha vodu? Nad nami sa rozprestiera vzduchový oceán v dĺžke niekoľkých stoviek kilometrov. Hoci sa nám vzduch zdá úplne beztiažový, na povrch Zeme vyvíja výrazný tlak na každý štvorcový centimeter. Váš kúpeľ samozrejme nie je výnimkou, vzduch v ňom tlačí na hladinu vody rovnako ako na všetko ostatné naokolo.

Keď začneme vyťahovať pohár otočený hore dnom, voda v ňom má pod vplyvom zemskej príťažlivosti tendenciu klesať. Nemôže však ísť dole. prečo?

Aby ste to pochopili, predstavte si, že voda v skutočnosti trochu klesla, ako je znázornené na obrázku. Čo bude v priestore nad prerušovanou čiarou A? Prirodzene tu nie je vzduch, a teda ani jeho tlak. Inými slovami, v pohári na úrovni A nepôsobí na hladinu vody atmosférický tlak. Teraz sa pozrime na šípky B a C. Znázorňujú, ako atmosferický tlak pôsobí na povrch vody vo vani. Vzduch tlačí na vodu, je týmto vzduchom stlačená, čo znamená, že sa snaží vyplniť výsledný prázdny priestor. Výsledkom je, že akonáhle voda začne vytekať z pohára, tlak ju zatlačí späť do priestoru nad úrovňou A, ako je znázornené na obrázku šípkami D a E.

Neexistuje žiadny atmosférický tlak.

V skutočnosti voda v pohári nikdy neklesne natoľko, aby to bolo badateľné, atmosférický tlak ju okamžite zatlačí späť do pohára a drží ju tam, kým ju vytiahneme.

Ale ak je voda zadržiavaná atmosférickým tlakom v pohári vysokom 15 cm, udrží sa aj v nádobe vysokej 30 cm? A v 60 cm? 3 metre? 5 metrov? Ak máte doma vhodný riad, postaráte sa o to, aby sa v ňom zadržiavala voda. Existuje však obmedzenie výšky vodného stĺpca, ktorú možno týmto spôsobom udržiavať. Voda má hmotnosť oveľa väčšiu ako hmotnosť vzduchu, ak porovnáme ich rovnaké objemy. Voda je 800-krát ťažšia ako vzduch rovnakého objemu. Voda, podobne ako vzduch, tlačí na telá v nej. To znamená, že tlak stĺpca vody vysokého 10 m (alebo skôr 10 m 33 cm) práve vyrovná atmosférický tlak, ktorý drží vodu v nádobe. Vidíte teda, že výška vodného stĺpca nemôže výrazne presiahnuť 10 metrov.

Predstavte si vysoký 15-metrový „pohár“ (alebo skôr fajku), obrátený hore dnom, ktorý vytiahneme z vody, ako je znázornené na obrázku. Keď uzavretá časť „pohára“ dosiahne výšku asi 10 m nad hladinou vody, kvapalina v „pohári“ prestane stúpať. Pokračujeme v zdvíhaní "pohára", ale voda v ňom je na rovnakej úrovni. V tomto prípade sa v nádobe nad hladinou vody vytvorí prázdny priestor.

Čo sa stane s vodou v nádobe, ak sa z akéhokoľvek dôvodu zníži atmosférický tlak? Nový atmosférický tlak bude schopný udržať už menší stĺpec vody, hladina vody v „skle“ klesne. Čo ak sa vonkajší tlak vzduchu zvýši? Bude schopný udržať výšku stĺpa väčšiu ako 10 m a voda v plavidle začne stúpať.

V podstate sme rozobrali princíp fungovania prístroja – barometra, ktorým sa meria atmosférický tlak. V našom prípade je atmosférický tlak vyvážený stĺpcom vody určitej výšky. Tlak vzduchu sa dá merať výškou vodného stĺpca, ktorý dokáže udržať.

Tento typ vodného barometra vynašiel Otto von Guericke pred niekoľkými storočiami. Ako „sklo“ použil sklenenú fajku, na hornom konci uzavretú, ktorú naplnil vodou a nainštaloval v blízkosti svojho domu. Rúrka bola spustená do nádrže s vodou. Guericke postavil barometer tak, aby bola hladina hornej časti potrubia pre obyvateľov mesta odkiaľkoľvek viditeľná a mohli sledovať, ako plavák na hladine vody v potrubí, označujúci jej výšku, stúpa a klesal podľa zmien atmosférického tlaku. Ak plavák v barometri prudko klesol, obyvatelia mesta už vedeli, že tlak vzduchu klesá a s najväčšou pravdepodobnosťou prichádza zlé počasie, a keď sa plavák zdvihol v trubici, znamenalo to, že do mesta čoskoro príde dobré počasie. .

Prečo zmena barometrického tlaku znamená pravdepodobnú zmenu počasia? Ukazuje sa, že teplý, vlhký vzduch, ktorý zvyčajne prináša zamračené počasie, je ľahší ako studený a suchý vzduch - predzvesť jasného a dobrého počasia, čo znamená, že keď sa počasie zhorší, tlaková níž by mala klesať a keď sa zlepší, by mala stúpať. Barometer je široko používaný prístroj. Je pravda, že potrubie vysoké 10 metrov a dokonca naplnené vodou je samozrejme veľmi nepohodlné.

Potrubie môžete výrazne skrátiť, ak namiesto vody použijete ortuť – tekutý kov, ktorý je 13,6-krát ťažší ako voda. V ortuťovom barometri je tlak, ktorý vyrovnáva atmosférický tlak, vytvorený stĺpcom kvapaliny s výškou len 1033/13,6 = 76 (cm). To je, samozrejme, oveľa pohodlnejšie ako viac ako 10 metrov, preto je lepšie použiť v barometroch namiesto vody ortuť. Takéto zariadenie sa svojou konštrukciou nelíši od vodného, ​​len je oveľa menšie a nie je potrebné držať potrubie rukou - je upevnené v požadovanej polohe nejakým pohodlnejším spôsobom.

Látku je možné prepichnúť ihlou, nie však ceruzkou (ak použijete rovnakú silu). Ceruzka a ihla majú rôzne tvary, a preto vyvíjajú na tkanivo nerovnaký tlak. Tlak je všadeprítomný. Aktivuje mechanizmy (pozri článok ""). Ovplyvňuje to. vyvíjať tlak na povrchy, s ktorými prichádzajú do kontaktu. Atmosférický tlak ovplyvňuje počasie.prístroj na meranie atmosférického tlaku -.

Čo je tlak

Keď teleso pôsobí kolmo na svoj povrch, teleso je pod tlakom. Tlak závisí od toho, aká veľká je sila a od plochy povrchu, na ktorý sila pôsobí. Ak napríklad vyjdete do snehu v obyčajných topánkach, môžete zlyhať; to sa nestane, ak si obujeme lyže. Hmotnosť tela je rovnaká, ale v druhom prípade je tlak rozložený na väčšiu plochu. Čím väčšia je plocha, tým nižší je tlak. Sob má široké kopytá - chodí predsa po snehu a tlak kopyta na sneh by mal byť čo najnižší. Ak je nôž ostrý, na povrch malej plochy pôsobí sila. Tupý nôž rozloží silu na väčšiu plochu, a preto horšie reže. Jednotka tlaku - pascal(Pa) - pomenovaná podľa francúzskeho vedca Blaisea Pascala (1623 - 1662), ktorý urobil mnoho objavov v oblasti atmosférického tlaku.

Tlak kvapalín a plynov

Kvapaliny a plyny nadobúdajú tvar nádoby, v ktorej sú obsiahnuté. Na rozdiel od pevných látok, kvapaliny a plyny tlačia na všetky steny nádoby. Tlak kvapalín a plynov je smerovaný všetkými smermi. lisy nielen na dno, ale aj na steny akvária. Samotné akvárium tlačí len dole. tlačí zvnútra na futbalovú loptu všetkými smermi, a preto je lopta guľatá.

Hydraulické mechanizmy

Činnosť hydraulických mechanizmov je založená na tlaku kvapaliny. Kvapalina sa nestláča, takže ak na ňu vyviniete silu, bude nútená sa pohybovať. A brzdy fungujú na hydraulickom princípe. Zníženie rýchlosti trate sa dosahuje pomocou tlaku brzdovej kvapaliny. Vodič stlačí pedál, piest pumpuje brzdovú kvapalinu cez valec, potom cez trubicu vstupuje do ďalších dvoch valcov a tlačí na piesty. Piesty pritláčajú brzdové doštičky k disku kolesa. Výsledkom je spomalenie otáčania kolesa.

Pneumatické mechanizmy

Pneumatické mechanizmy fungujú v dôsledku tlaku plynov - zvyčajne vzduchu. Na rozdiel od kvapalín môže byť vzduch stlačený a potom sa jeho tlak zvyšuje. Činnosť zbíjačky je založená na skutočnosti, že piest stláča vzduch vo vnútri na veľmi vysoký tlak. V zbíjačke tlačí stlačený vzduch na frézu takou silou, že sa dá vŕtať aj kameň.

Penový hasiaci prístroj je pneumatické zariadenie poháňané stlačeným oxidom uhličitým. Stlačením rukoväte uvoľníte stlačený oxid uhličitý v nádobe. Plyn veľkou silou tlačí nadol na špeciálny roztok a vytláča ho do trubice a hadice. Z hadice uniká prúd vody a peny.

Atmosférický tlak

Atmosférický tlak vzniká hmotnosťou vzduchu nad povrchom. Na každý štvorcový meter tlačí vzduch silou väčšou ako je hmotnosť slona. V blízkosti povrchu Zeme je tlak vyšší ako vysoko na oblohe. Vo výške 10 000 metrov, kde lietajú prúdové lietadlá, je tlak malý, pretože zhora tlačí nevýznamná vzduchová hmota. V kabíne je udržiavaný normálny atmosférický tlak, takže ľudia môžu vo vysokej nadmorskej výške voľne dýchať. Ale aj v pretlakovej kabíne majú ľudia upchaté uši, keď je tlak nižší ako tlak vo vnútri ušnice.

Atmosférický tlak sa meria v milimetroch ortuti. Keď sa zmení tlak, zmení sa aj . Nízky tlak znamená, že nás čaká zhoršenie počasia. Vysoký tlak prináša jasné počasie. Normálny tlak na hladine mora je 760 mm (101 300 Pa). V dňoch hurikánu môže klesnúť na 683 mm (910 Pa).