Hüdrostaatika on hüdraulika haru, mis uurib vedelike tasakaaluseadusi ja kaalub nende seaduste praktilist rakendamist. Hüdrostaatika mõistmiseks on vaja defineerida mõned mõisted ja määratlused.

Pascali seadus hüdrostaatika kohta.

1653. aastal avastas prantsuse teadlane B. Pascal seaduse, mida tavaliselt nimetatakse hüdrostaatika põhiseaduseks.

See kõlab nii:

Välisjõudude poolt tekitatud rõhk vedeliku pinnale kandub vedelikku kõikides suundades võrdselt.

Pascali seadust on lihtne mõista, kui vaadata aine molekulaarstruktuuri. Vedelikes ja gaasides on molekulidel suhteline vabadus, erinevalt tahketest ainetest. Tahketes ainetes koonduvad molekulid kristallvõredeks.

Suhteline vabadus, mis vedelike ja gaaside molekulidel on, võimaldab vedelikule või gaasile avaldatavat rõhku üle kanda mitte ainult jõu suunas, vaid ka kõigis teistes suundades.

Hüdrostaatika Pascali seadust kasutatakse tööstuses laialdaselt. Sellel seadusel põhineb hüdroautomaatika töö, mis juhib CNC-masinaid, autosid ja lennukeid ning paljusid teisi hüdromasinaid.

Hüdrostaatilise rõhu mõiste ja valem

Eespool kirjeldatud Pascali seadusest järeldub, et:

Hüdrostaatiline rõhk on rõhk, mida gravitatsioon avaldab vedelikule.

Hüdrostaatilise rõhu suurus ei sõltu anuma kujust, milles vedelik asub ja selle määrab toode

P = ρgh, kus

ρ – vedeliku tihedus

g – vabalangemise kiirendus

h – sügavus, mille juures rõhk määratakse.

Selle valemi illustreerimiseks vaatame 3 erineva kujuga anumat.

Kokkuvõttes kolm juhtumit Anuma põhjas oleva vedeliku rõhk on sama.

Vedeliku kogurõhk anumas on võrdne

P = P0 + ρgh, kus

P0 – surve vedeliku pinnale. Enamikul juhtudel eeldatakse, et see on võrdne atmosfäärirõhuga.

Hüdrostaatiline survejõud

Valime tasakaalus olevas vedelikus teatud ruumala, seejärel lõikame selle suvalise tasandi AB võrra kaheks osaks ja jätame mõtteliselt kõrvale ühe neist osadest, näiteks ülemise. Sel juhul peame rakendama tasapinnale AB jõudu, mille toime on samaväärne ruumala äravisatud ülemise osa mõjuga selle ülejäänud alumisele osale.

Vaatleme lõiketasandil AB suletud kontuuri pindala ΔF, mis sisaldab mõnda suvalist punkti a. Laske sellele alale mõjuda jõud ΔP.

Siis hüdrostaatiline rõhk, mille valem näeb välja selline

Рср = ΔP / ΔF

tähistab pindalaühiku kohta mõjuvat jõudu, nimetatakse keskmiseks hüdrostaatiliseks rõhuks või keskmiseks hüdrostaatiliseks rõhupingeks alal ΔF.

Tegelik rõhk selle piirkonna erinevates punktides võib olla erinev: mõnes punktis võib see olla suurem, teises väiksem kui keskmine hüdrostaatiline rõhk. On ilmne, et sisse üldine juhtum Keskmine rõhk Рср erineb tegelikust rõhust punktis a seda vähem, seda väiksem on pindala ΔF ja piirväärtuses langeb keskmine rõhk tegeliku rõhuga punktis a kokku.

Tasakaalus olevate vedelike puhul on vedeliku hüdrostaatiline rõhk sarnane tahkete ainete survepingele.

Rõhu SI ühik on njuuton per ruutmeetrit(N/m 2) - seda nimetatakse pascaliks (Pa). Kuna pascali väärtus on väga väike, kasutatakse sageli suurendatud ühikuid:

kilonewton ruutmeetri kohta – 1 kN/m 2 = 1*10 3 N/m 2

meganewton ruutmeetri kohta – 1MN/m2 = 1*10 6 N/m2

Rõhku, mis on võrdne 1*10 5 N/m 2, nimetatakse baariks (bar).

Füüsilises süsteemis on rõhu kavatsuse ühikuks dyne ruutsentimeetri kohta (dyne/m2), in tehniline süsteem– kilogramm-jõud ruutmeetri kohta (kgf/m2). Praktikas mõõdetakse vedeliku rõhku tavaliselt kgf / cm2 ja rõhku, mis on võrdne 1 kgf / cm2, nimetatakse tehniliseks atmosfääriks (at).

Kõigi nende üksuste vahel on järgmine seos:

1at = 1 kgf / cm2 = 0,98 bar = 0,98 * 10 5 Pa = 0,98 * 10 6 dyne = 10 4 kgf / m2

Tuleb meeles pidada, et tehnilisel atmosfääril (at) ja füüsilisel atmosfääril (At) on erinevus. 1 At = 1,033 kgf/cm 2 ja tähistab normaalne rõhk merepinnal. Atmosfäärirõhk sõltub koha kõrgusest merepinnast.

Hüdrostaatilise rõhu mõõtmine

Praktikas kasutavad nad erinevaid viise võttes arvesse hüdrostaatilise rõhu suurust. Kui hüdrostaatilise rõhu määramisel võetakse arvesse ka vedeliku vabale pinnale mõjuvat atmosfäärirõhku, nimetatakse seda summaarseks ehk absoluutseks. Sellisel juhul mõõdetakse rõhu väärtust tavaliselt tehnilistes atmosfäärides, mida nimetatakse absoluutseks (ata).

Sageli ei võeta rõhu arvestamisel arvesse ka õhurõhku vabal pinnal, määrates nn hüdrostaatilise ülerõhu ehk manomeetrirõhu, s.o. rõhk üle atmosfääri.

Manomeetriline rõhk on defineeritud kui erinevus vedeliku absoluutse rõhu ja atmosfäärirõhu vahel.

Rman = Rabs – Ratm

ja neid mõõdetakse ka tehnilistes atmosfäärides, mida antud juhul nimetatakse üleliigseks.

Juhtub, et vedeliku hüdrostaatiline rõhk on väiksem kui atmosfäärirõhk. Sel juhul öeldakse, et vedelikul on vaakum. Vaakumi suurus on võrdne vedeliku atmosfäärirõhu ja absoluutrõhu erinevusega

Rvak = Ratm – Rabs

ja seda mõõdetakse nullist atmosfäärini.

Hüdrostaatilisel veesurvel on kaks peamist omadust:
See on suunatud piki sisemist normaalset piirkonda, millel see toimib;
Rõhu suurus antud punktis ei sõltu suunast (st punkti asukoha ruumi orientatsioonist).

Esimene omadus on lihtne tagajärg asjaolule, et puhkeolekus olevas vedelikus puuduvad tangentsiaalsed ja tõmbejõud.

Oletame, et hüdrostaatiline rõhk ei ole suunatud mööda normaalset, s.t. mitte risti, vaid mõne nurga all saidi suhtes. Seejärel saab selle lagundada kaheks komponendiks - normaalseks ja puutujaks. Tangentsiaalse komponendi olemasolu, mis on tingitud resistentsusjõudude puudumisest puhkeolekus olevas vedelikus, põhjustaks paratamatult vedeliku liikumise piki platvormi, st. rikuks ta tasakaalu.

Seetõttu ainus võimalik suund hüdrostaatiline rõhk on selle suund, mis on koha suhtes normaalne.

Kui eeldame, et hüdrostaatiline rõhk on suunatud mitte mööda sisemist, vaid piki välist normaalväärtust, s.o. mitte vaadeldava objekti sees, vaid sellest väljas, siis tänu sellele, et vedelik ei pea vastu tõmbejõududele, hakkaksid vedeliku osakesed liikuma ja selle tasakaal katkeks.

Järelikult on vee hüdrostaatiline rõhk alati suunatud piki sisemist normi ja kujutab endast surverõhku.

Sellest samast reeglist järeldub, et kui rõhk ühel hetkel muutub, siis muutub rõhk selle vedeliku mis tahes muus punktis sama palju. See on Pascali seadus, mis on sõnastatud järgmiselt: Vedelikule avaldatav rõhk kandub vedeliku sees kõikidesse suundadesse võrdse jõuga.

Hüdrostaatilise rõhu all töötavate masinate töö põhineb selle seaduse rakendamisel.

Teine rõhu väärtust mõjutav tegur on vedeliku viskoossus, mida kuni viimase ajani tavaliselt eirati. Kõrgsurvel töötavate agregaatide tulekuga tuli arvestada ka viskoossusega. Selgus, et rõhu muutumisel võib osade vedelike, näiteks õlide viskoossus mitu korda muutuda. Ja see määrab juba võimaluse kasutada selliseid vedelikke töökeskkonnana.

Rõhk on füüsiline kogus, mis mängib looduses ja inimese elus erilist rolli. See nähtamatu nähtus ei mõjuta mitte ainult seisundit keskkond, aga ka kõigile väga hästi tunda. Mõelgem välja, mis see on, mis tüübid see eksisteerib ja kuidas erinevates keskkondades survet (valemit) leida.

Mis on rõhk füüsikas ja keemias?

See termin viitab olulisele termodünaamilisele suurusele, mida väljendatakse survejõu suhtena, mis avaldatakse risti selle pindalaga, millele see mõjub. See nähtus ei sõltu selle süsteemi suurusest, milles see töötab, ja viitab seetõttu intensiivsetele kogustele.

Tasakaaluseisundis on rõhk süsteemi kõikides punktides sama.

Füüsikas ja keemias tähistatakse seda tähega "P", mis on lühend sõnast Ladinakeelne nimi termin - pressūra.

Kui me räägime vedeliku osmootse rõhu kohta (tasakaal rakusisese ja -välise rõhu vahel) kasutatakse tähte “P”.

Surveühikud

Rahvusvahelise SI-süsteemi standardite kohaselt mõõdetakse kõnealust füüsikalist nähtust paskalites (kirillitsa – Pa, ladina – Ra).

Rõhuvalemi põhjal selgub, et üks Pa võrdub ühe N-ga (njuuton – jagatud ühe ruutmeetriga (pindala ühik).

Praktikas on aga pascalite kasutamine üsna keeruline, kuna see seade on väga väike. Sellega seoses saab seda suurust mõõta lisaks SI standarditele erinevalt.

Allpool on toodud selle kuulsaimad analoogid. Enamik neist on laialdaselt kasutusel endises NSV Liidus.

• Baarid. Üks riba on võrdne 105 Pa-ga.
• Torrid ehk elavhõbedamillimeetrid. Ligikaudu üks torr vastab 133,3223684 Pa-le.
• Veesammas millimeetrites.
• Veesamba meetrit.
• Tehnilised atmosfäärid.
• Füüsilised atmosfäärid.Üks atm võrdub 101 325 Pa ja 1,033233 atm.
• Kilogramm-jõud ruutsentimeetri kohta. Samuti eristatakse tonn- ja grammjõudu. Lisaks on olemas analoog nael-jõule ruuttolli kohta.

Surve üldvalem (7. klassi füüsika)

Antud füüsikalise suuruse määratluse järgi saab määrata selle leidmise meetodi. See näeb välja nagu alloleval fotol.

Selles on F jõud ja S on pindala. Teisisõnu, rõhu leidmise valem on selle jõud jagatud pindalaga, millele see mõjub.

Selle võib kirjutada ka järgmiselt: P = mg / S või P = pVg / S. Seega osutub see füüsikaline suurus seotuks teiste termodünaamiliste muutujatega: ruumala ja mass.

Surve puhul kehtib järgmine põhimõte: kui vähem ruumi, mis on mõjutatud jõuga – see rohkem tema peal on peale suruv jõud. Kui pindala suureneb (sama jõuga) - vajalik kogus väheneb.

Hüdrostaatilise rõhu valem

Erinevad agregatsiooniseisundid ained, tagavad üksteisest erinevate omaduste olemasolu. Sellest lähtuvalt on ka nendes P määramise meetodid erinevad.

Näiteks veesurve (hüdrostaatiline) valem näeb välja selline: P = pgh. See kehtib ka gaaside kohta. Seda ei saa aga arvutamiseks kasutada atmosfäärirõhk kõrguse ja õhutiheduse erinevuse tõttu.

Selles valemis p on tihedus, g on raskuskiirendus ja h on kõrgus. Sellest lähtuvalt, mida sügavamale ese või objekt on sukeldatud, seda suurem on sellele vedeliku (gaasi) sees avaldatav rõhk.

Vaadeldav variant on kohandus klassikaline näide P = F/S.

Kui meeles pidada, et jõud on võrdne massi tuletisega vaba langemise kiiruse järgi (F = mg) ja vedeliku mass on ruumala tuletis tiheduse järgi (m = pV), siis võib valemi rõhk olla kirjutatud kujul P = pVg / S. Sel juhul on ruumala pindala korrutatud kõrgusega (V = Sh).

Kui sisestame need andmed, selgub, et lugeja ja nimetaja pindala saab väljundis vähendada - ülaltoodud valem: P = pgh.

Vedelike rõhku arvestades tasub meeles pidada, et erinevalt tahketest on neis sageli võimalik pinnakihi kumerus. Ja see omakorda aitab kaasa täiendava surve tekkele.

Selliste olukordade jaoks kasutatakse veidi erinevat rõhuvalemit: P = P 0 + 2QH. IN antud juhul P 0 on kõvera kihi rõhk ja Q on vedeliku pingepind. H on pinna keskmine kumerus, mis määratakse vastavalt Laplace'i seadusele: H = ½ (1/R 1 + 1/R 2). Komponendid R 1 ja R 2 on põhikõveruse raadiused.

Osarõhk ja selle valem

Kuigi meetod P = pgh on rakendatav nii vedelike kui ka gaaside puhul, on viimastes parem rõhku arvutada veidi teistmoodi.

Fakt on see, et looduses ei leidu absoluutselt puhtaid aineid reeglina kuigi sageli, kuna selles on ülekaalus segud. Ja see kehtib mitte ainult vedelike, vaid ka gaaside kohta. Ja nagu teate, avaldab igaüks neist komponentidest erinevat survet, mida nimetatakse osaliseks.

Seda on üsna lihtne määratleda. See on võrdne vaadeldava segu iga komponendi rõhu summaga (ideaalgaas).

Sellest järeldub, et osarõhu valem näeb välja selline: P = P 1 + P 2 + P 3 ... ja nii edasi, vastavalt koostisosade arvule.

Sageli on juhtumeid, kui on vaja määrata õhurõhku. Kuid mõned inimesed teevad ekslikult arvutusi ainult hapnikuga vastavalt skeemile P = pgh. Kuid õhk on erinevate gaaside segu. See sisaldab lämmastikku, argooni, hapnikku ja muid aineid. Praeguse olukorra põhjal on õhurõhu valem kõigi selle komponentide rõhkude summa. See tähendab, et peaksime võtma ülalmainitud P = P 1 + P 2 + P 3 ...

Kõige tavalisemad rõhu mõõtmise instrumendid

Hoolimata asjaolust, et kõnealust termodünaamilist suurust ei ole ülalnimetatud valemite abil keeruline arvutada, pole mõnikord lihtsalt aega arvutuse tegemiseks. Lõppude lõpuks peate alati arvestama paljude nüanssidega. Seetõttu on mugavuse huvides mitme sajandi jooksul välja töötatud mitmeid seadmeid, mis teevad seda inimeste asemel.

Tegelikult on peaaegu kõik seda tüüpi seadmed teatud tüüpi manomeetrid (aitab määrata gaaside ja vedelike rõhku). Kuid need erinevad disaini, täpsuse ja rakendusala poolest.

• Atmosfäärirõhku mõõdetakse manomeetriga, mida nimetatakse baromeetriks. Kui on vaja määrata vaakum (st rõhk alla atmosfääri), kasutatakse teist tüüpi seda, vaakummõõturit.
• Selleks, et teada saada vererõhk inimestel, sisse edusammud on käimas sfügmomanomeeter. Enamikule inimestele on see paremini tuntud kui mitteinvasiivne vererõhumõõtja. Selliseid seadmeid on palju: elavhõbeda mehaanilisest kuni täisautomaatse digitaalni. Nende täpsus sõltub materjalidest, millest need on valmistatud, ja mõõtmiskohast.
• Rõhulangused keskkonnas (inglise keeles - rõhulangus) määratakse diferentsiaalrõhumõõturite abil (mitte segi ajada dünamomeetritega).

Surve tüübid

Arvestades survet, selle leidmise valemit ja selle variatsioone erinevaid aineid, tasub õppida tundma selle väärtuse sorte. Neid on viis.

• Absoluutne.
• Baromeetriline
• Liigne.
• Vaakummeetria.
• Diferentsiaal.

Absoluutne

See on üldrõhu nimi, mille all aine või objekt asub, arvestamata atmosfääri muude gaasiliste komponentide mõju.

Seda mõõdetakse paskalites ja see on ülemäärase rõhu ja atmosfäärirõhu summa. See on ka erinevus baromeetriliste ja vaakumtüüpide vahel.

See arvutatakse valemiga P = P 2 + P 3 või P = P 2 - P 4.

Absoluutrõhu lähtepunktiks planeedi Maa tingimustes on rõhk konteineris, millest õhk on eemaldatud (st klassikaline vaakum).

Enamikus termodünaamilistes valemites kasutatakse ainult seda tüüpi rõhku.

Baromeetriline

See termin viitab atmosfääri rõhule (gravitatsioonile) kõigile selles leiduvatele objektidele ja objektidele, sealhulgas Maa enda pinnale. Enamik inimesi teab seda ka atmosfäärina.

See on klassifitseeritud üheks ja selle väärtus varieerub sõltuvalt mõõtmiskohast ja -ajast, samuti ilmastikutingimustest ja asukohast üle/alla merepinna.

Baromeetrilise rõhu suurus on võrdne atmosfäärijõu mooduliga selle suhtes ühe ühiku suurusel alal.

Stabiilses atmosfääris on selle füüsikalise nähtuse suurus võrdne õhusamba massiga alusel, mille pindala on võrdne ühega.

Normaalne õhurõhk on 101 325 Pa (760 mm Hg 0 kraadi Celsiuse järgi). Veelgi enam, mida kõrgemal on objekt Maa pinnast, seda madalamaks muutub õhurõhk sellele. Iga 8 km järel väheneb see 100 Pa võrra.

Tänu sellele omadusele keeb vesi veekeetjates mägedes palju kiiremini kui kodus pliidil. Fakt on see, et rõhk mõjutab keemistemperatuuri: kui see väheneb, väheneb viimane. Ja vastupidi. Selliste töö köögitehnika nagu kiirkeetja ja autoklaav. Rõhu tõus nende sees aitab kaasa rohkemate moodustumisele kõrged temperatuurid kui tavalistel pannidel pliidil.

Atmosfäärirõhu arvutamiseks kasutatakse baromeetrilise kõrguse valemit. See näeb välja nagu alloleval fotol.

P on soovitud väärtus kõrgusel, P 0 on õhu tihedus pinna lähedal, g on vaba langemise kiirendus, h on kõrgus maapinnast, m - molaarmass gaas, t on süsteemi temperatuur, r on universaalne gaasikonstant 8,3144598 J⁄(mol x K) ja e on Eichleri ​​arv, mis on võrdne 2,71828-ga.

Sageli kasutatakse ülaltoodud atmosfäärirõhu valemis R asemel K - Boltzmanni konstanti. Universaalset gaasikonstanti väljendatakse sageli selle korrutise kaudu Avogadro arvuga. Arvutamiseks on mugavam, kui osakeste arv on antud moolides.

Arvutuste tegemisel tuleb alati arvestada õhutemperatuuri muutumise võimalusega meteoroloogilise olukorra muutumise või merepinna kõrguse tõusmisel, samuti geograafilise laiuskraadiga.

Mõõdik ja vaakum

Atmosfääri ja mõõdetud välisrõhu erinevust nimetatakse ülerõhuks. Olenevalt tulemusest muutub koguse nimetus.

Kui see on positiivne, nimetatakse seda manomeetriliseks rõhuks.

Kui saadud tulemusel on miinusmärk, nimetatakse seda vaakummeetriliseks. Tasub meeles pidada, et see ei saa olla suurem kui baromeetriline.

Diferentsiaal

See väärtus on rõhu erinevus erinevates mõõtmispunktides. Reeglina kasutatakse seda mis tahes seadmete rõhulanguse määramiseks. See kehtib eriti naftatööstuses.

Olles välja mõelnud, millist termodünaamilist suurust nimetatakse rõhuks ja milliste valemitega see leitakse, võime järeldada, et see nähtus on väga oluline ja seetõttu pole teadmised selle kohta kunagi üleliigsed.

Allolev kalkulaator on ette nähtud teadmata koguse arvutamiseks etteantud väärtustest, kasutades vedelikusamba rõhu valemit.
Valem ise:

Kalkulaator võimaldab teil leida

• vedelikusamba rõhk, mis põhineb vedeliku teadaoleval tihedusel, vedelikusamba kõrgusel ja raskuskiirendusel
• vedelikusamba kõrgus teadaoleva vedeliku rõhu, vedeliku tiheduse ja gravitatsioonikiirenduse põhjal
• vedeliku tihedus, mis põhineb teadaoleval vedeliku rõhul, vedelikusamba kõrgusel ja vabalangemise kiirendusel
• gravitatsioonikiirendus, mis põhineb teadaoleval vedelikurõhul, vedeliku tihedusel ja vedelikusamba kõrgusel

Kõigi juhtumite jaoks valemite tuletamine on triviaalne. Tiheduse puhul on vaikeväärtus vee tihedus, raskuskiirenduse puhul maakera kiirendus ja rõhu puhul väärtus, mis on võrdne ühe atmosfäärirõhuga. Natuke teooriat, nagu ikka, kalkulaatori all.

rõhk tihedus kõrgus raskuskiirendus

Rõhk vedelikus, Pa

Vedelkolonni kõrgus, m

Vedeliku tihedus, kg/m3

Gravitatsioonikiirendus, m/s2

Hüdrostaatiline rõhk- veesamba rõhk tavapärasest kõrgemal.

Hüdrostaatilise rõhu valem tuletatakse üsna lihtsalt

Sellest valemist on selge, et rõhk ei sõltu anuma pindalast ega selle kujust. See sõltub ainult konkreetse vedeliku kolonni tihedusest ja kõrgusest. Millest järeldub, et laeva kõrgust suurendades saame luua üsna kõrge vererõhk.
Blaise Pascal demonstreeris seda 1648. aastal. Ta pistis kitsa toru kinnisesse veega täidetud tünni ja teise korruse rõdule minnes valas sellesse torusse kruusi vett. Toru väikese paksuse tõttu tõusis selles olev vesi suurele kõrgusele ning rõhk tünnis tõusis nii palju, et tünni kinnitused ei pidanud vastu ja see lõhenes.

See toob kaasa ka hüdrostaatilise paradoksi nähtuse.

Hüdrostaatiline paradoks- nähtus, mille korral anuma põhjas asuvasse anumasse valatud vedeliku kaalusurve jõud võib erineda valatud vedeliku massist. Laevades, mis kasvavad ülespoole ristlõige survejõud anuma põhjas vähem kaalu vedelik, ülespoole kahaneva ristlõikega anumates on survejõud anuma põhjale suurem kui vedeliku kaal. Vedeliku rõhu jõud anuma põhja on võrdne vedeliku kaaluga ainult silindrilise anuma puhul.

Ülaloleval pildil on rõhk anuma põhjas kõigil juhtudel ühesugune ja ei sõltu valatava vedeliku kaalust, vaid ainult selle tasemest. Hüdrostaatilise paradoksi põhjuseks on see, et vedelik ei suru mitte ainult anuma põhja, vaid ka seinu. Vedeliku rõhul kaldseintel on vertikaalne komponent. Üles laienevas anumas on see suunatud allapoole, ülespoole kitsenevas anumas on see suunatud ülespoole. Anumas oleva vedeliku kaal on võrdne vedeliku rõhu vertikaalsete komponentide summaga kogu anuma sisepinna ulatuses

Vedelikud ja gaasid edastavad kõikides suundades mitte ainult neile avaldatavat välist rõhku, vaid ka rõhku, mis nende sees oma osade raskuse tõttu eksisteerib. Ülemised vedelikukihid suruvad keskmistele, alumistele ja viimased alumisele.

Puhkeolekus vedeliku avaldatavat rõhku nimetatakse hüdrostaatiline.

Saadame valem vedeliku hüdrostaatilise rõhu arvutamiseks suvalisel sügavusel h (joonisel 98 punkti A läheduses). Selle kohal asuva kitsa vertikaalse vedelikusamba survejõudu saab väljendada kahel viisil:
esiteks selle samba põhjas oleva rõhu ja selle ristlõikepindala korrutis:

F = pS;

teiseks sama vedelikusamba massina, s.o vedeliku massi (mille saab leida valemiga m = ρV, kus maht V = Sh) ja raskuskiirenduse g korrutis:

F = mg = ρShg.

Võrdlustame mõlemad survejõu avaldised:

pS = ρShg.

Jagades selle võrdsuse mõlemad pooled alaga S, leiame vedeliku rõhu sügavusel h:

p = ρgh. (37.1)

Saime hüdrostaatilise rõhu valem. Hüdrostaatiline rõhk vedeliku sees mis tahes sügavusel ei sõltu selle mahuti kujust, milles vedelik asub, ja on võrdne vedeliku tiheduse, gravitatsioonikiirenduse ja rõhu arvestamise sügavuse korrutisega.

Sama kogus vett, olles erinevates anumates, võib avaldada põhjale erinevat survet. Kuna see rõhk sõltub vedelikusamba kõrgusest, on see kitsastes anumates suurem kui laiades. Tänu sellele võib isegi väike kogus vett tekitada väga kõrge rõhu. 1648. aastal demonstreeris seda väga veenvalt B. Pascal. Ta pistis kitsa toru kinnisesse veega täidetud tünni ja maja teise korruse rõdule minnes valas sellesse torusse kruusi vett. Toru väikese paksuse tõttu tõusis selles olev vesi suurele kõrgusele ning rõhk tünnis tõusis nii palju, et tünni kinnitused ei pidanud vastu ja see lõhenes (joon. 99).
Saadud tulemused ei kehti mitte ainult vedelike, vaid ka gaaside kohta. Ka nende kihid suruvad üksteist ja seetõttu eksisteerib neis ka hüdrostaatiline rõhk.

1. Millist rõhku nimetatakse hüdrostaatiliseks? 2. Millistest väärtustest see rõhk sõltub? 3. Tuletage hüdrostaatilise rõhu valem suvalise sügavuse korral. 4. Kuidas saate väikese veekogusega tugevat survet tekitada? Räägi meile Pascali kogemusest.
Eksperimentaalne ülesanne. Võtke kõrge anum ja tehke selle seina sisse kolm väikesed augud sisse erinevad kõrgused. Kata augud plastiliiniga ja täida anum veega. Avage augud ja vaadake, kuidas veejoad välja voolavad (joonis 100). Miks vesi aukudest välja lekib? Mida see tähendab, et veesurve suureneb sügavusega?

Tundub, et torutööd ei anna palju põhjust tehnoloogiate, mehhanismide džunglisse süvenemiseks ega ehitamiseks täpsete arvutuste tegemiseks kõige keerulisemad skeemid. Kuid selline nägemus on torustiku pealiskaudne pilk. Tõeline sanitaartehniline tööstus ei jää protsesside keerukusest sugugi alla ja nõuab nagu paljud teisedki tööstusharud professionaalset lähenemist. Professionaalsus on omakorda kindel teadmiste kogum, millel torutööd toetuvad. Sukeldume (ehkki mitte liiga sügavale) torulukksepa koolituse voogu, et jõuda torumehe kutsestaatuseni sammu võrra lähemale.

Kaasaegse hüdraulika põhialuseks kujunes siis, kui Blaise Pascal avastas, et vedeliku rõhu toime on igas suunas konstantne. Vedeliku rõhu toime on suunatud pinna suhtes täisnurga all.

Kui mõõteseade (manomeeter) asetada teatud sügavusele vedelikukihi alla ja selle tundlik element on suunatud eri suundadesse, jäävad rõhunäidud manomeetri mis tahes asendis muutumatuks.

See tähendab, et vedeliku rõhk ei sõltu kuidagi suunamuutusest. Kuid vedeliku rõhk igal tasemel sõltub sügavuse parameetrist. Kui rõhumõõturit liigutada vedeliku pinnale lähemale, siis näit väheneb.

Vastavalt sellele suurenevad sukeldumisel mõõdetud näidud. Veelgi enam, sügavuse kahekordistumise tingimustes kahekordistub ka rõhu parameeter.

Pascali seadus demonstreerib selgelt veesurve mõju tänapäeva elule kõige tuttavamates tingimustes.

Seetõttu, kui vedeliku liikumiskiirus on seatud, kasutatakse selle kiiruse korraldamiseks osa selle algsest staatilisest rõhust, mis hiljem eksisteerib rõhukiirusena.

Maht ja voolukiirus

Teatud punkti läbiva vedeliku maht määratud aeg, loetakse vooluhulgaks või voolukiiruseks. Vooluhulka väljendatakse tavaliselt liitrites minutis (L/min) ja see on seotud vedeliku suhtelise rõhuga. Näiteks 10 liitrit minutis 2,7 atm juures.

Voolukiirus (vedeliku kiirus) on defineeritud kui keskmine kiirus, millega vedelik liigub antud punktist mööda. Tavaliselt väljendatakse meetrites sekundis (m/s) või meetrites minutis (m/min). Voolukiirus on oluline tegur hüdroliinide kalibreerimisel.

Tihti arvestatakse mahtu ja voolukiirust samaaegselt. Kui kõik muud asjad on võrdsed (eeldusel, et sisendmaht jääb konstantseks), suureneb vooluhulk toru ristlõike või suuruse vähenemisel ja vooluhulk väheneb ristlõike suurenedes.

Seega täheldatakse torujuhtmete laiades osades voolukiiruse aeglustumist ja kitsastes kohtades, vastupidi, kiirus suureneb. Samal ajal jääb igat kontrollpunkti läbiva vee maht muutumatuks.

Bernoulli põhimõte

Tuntud Bernoulli printsiip põhineb loogikal, et vedeliku vedeliku rõhu tõusuga (langemisega) kaasneb alati kiiruse vähenemine (tõusmine). Ja vastupidi, vedeliku kiiruse suurenemine (vähenemine) põhjustab rõhu vähenemist (tõusu).

See põhimõte on mitmete levinud sanitaartehniliste nähtuste aluseks. Triviaalse näitena võib öelda, et Bernoulli põhimõte vastutab selle eest, et dušikardin "tõmbub sissepoole", kui kasutaja vee sisse lülitab.

Väljas ja sees olev rõhkude erinevus põhjustab dušikardinale jõu. Selle jõulise pingutusega tõmmatakse kardin sissepoole.

Teine selge näide on pihustusotsikuga parfüümipudel, kui tekib ala madal rõhk suure õhukiiruse tõttu. Ja õhk kannab vedelikku endaga kaasa.

Bernoulli põhimõte näitab ka seda, miks kipuvad maja aknad orkaanide ajal spontaanselt purunema. Sellistel juhtudel viib ülisuur õhu kiirus aknast välja selleni, et rõhk väljas muutub palju väiksemaks kui siserõhk, kus õhk jääb praktiliselt liikumatuks.

Märkimisväärne jõuerinevus surub aknad lihtsalt väljapoole, põhjustades klaasi purunemise. Nii et kui läheneb suur orkaan, soovite sisuliselt avada aknad võimalikult laialt, et ühtlustada rõhku hoone sees ja väljaspool.

Ja veel paar näidet Bernoulli põhimõtte toimimisest: lennuki tõus koos järgneva lennuga tiibade tõttu ja pesapalli kõverate pallide liikumine.

Mõlemal juhul tekib objektist ülevalt ja alt mööda läbiva õhu kiiruse erinevus. Lennuki tiibade puhul tekitab kiiruse erinevus pesapallis klappide liikumine, see on lainelise serva olemasolu.

Kodune torulukksepa praktika