هیدرواستاتیک شاخه ای از هیدرولیک است که در آن قوانین تعادل سیالات مطالعه شده و کاربرد عملی این قوانین مورد توجه قرار می گیرد. برای درک هیدرواستاتیک باید مفاهیم و تعاریفی را تعریف کرد.

قانون پاسکال برای هیدرواستاتیک

در سال 1653، دانشمند فرانسوی B. Pascal قانونی را کشف کرد که معمولاً قانون اساسی هیدرواستاتیک نامیده می شود.

به نظر می رسد این است:

فشار روی سطح مایع که توسط نیروهای خارجی ایجاد می شود، در مایع به یک شکل در همه جهات منتقل می شود.

اگر به ساختار مولکولی ماده نگاه کنید، قانون پاسکال به راحتی قابل درک است. در مایعات و گازها، مولکول ها دارای آزادی نسبی هستند، آنها می توانند بر خلاف جامدات نسبت به یکدیگر حرکت کنند. در جامدات، مولکول ها در شبکه های کریستالی جمع آوری می شوند.

آزادی نسبی مولکول های مایعات و گازها این امکان را فراهم می کند که فشار تولید شده روی مایع یا گاز را نه تنها در جهت اعمال نیرو، بلکه در تمام جهات دیگر نیز منتقل کند.

قانون پاسکال برای هیدرواستاتیک در صنعت گسترده است. این قانون اساس کار هیدرواتوماتیک است که ماشین های CNC، خودروها و هواپیماها و بسیاری از ماشین های هیدرولیک دیگر را کنترل می کند.

تعریف و فرمول فشار هیدرواستاتیک

از قانون پاسکال فوق چنین استنباط می شود که:

فشار هیدرواستاتیک فشاری است که به وسیله گرانش به سیال وارد می شود.

مقدار فشار هیدرواستاتیک به شکل ظرفی که مایع در آن قرار دارد بستگی ندارد و توسط محصول تعیین می شود.

P = ρgh، جایی که

ρ چگالی مایع است

g - شتاب گرانش

h عمقی است که فشار در آن تعیین می شود.

برای نشان دادن این فرمول، اجازه دهید به 3 رگ با اشکال مختلف نگاه کنیم.

در همه سه موردفشار مایع در کف ظرف یکسان است.

فشار کل مایع در ظرف است

P = P0 + ρgh، جایی که

P0 فشار روی سطح مایع است. در بیشتر موارد، برابر با اتمسفر فرض می شود.

نیروی فشار هیدرواستاتیک

بگذارید حجم معینی را در یک مایع در حالت تعادل انتخاب کنیم، سپس آن را با صفحه دلخواه AB به دو قسمت تقسیم می کنیم و یکی از این قسمت ها را به طور ذهنی دور می اندازیم، مثلاً قسمت بالایی را. در این صورت باید به صفحه AB نیروهایی وارد کنیم که عمل آنها معادل عمل قسمت بالایی حجم رد شده بر روی قسمت پایین باقیمانده آن خواهد بود.

در صفحه بخش AB یک کانتور بسته با مساحت ΔF را در نظر بگیرید که شامل یک نقطه دلخواه a است. بگذارید نیروی ΔP روی این ناحیه عمل کند.

سپس فشار هیدرواستاتیکی که فرمول آن به نظر می رسد

Рср = ΔP / ΔF

نشان دهنده نیروی وارد بر یک واحد سطح است، فشار هیدرواستاتیک متوسط ​​یا تنش متوسط ​​فشار هیدرواستاتیک بر روی منطقه ΔF نامیده می شود.

فشار واقعی در نقاط مختلف این ناحیه می تواند متفاوت باشد: در برخی نقاط می تواند بیشتر باشد، در برخی دیگر می تواند کمتر از میانگین فشار هیدرواستاتیکی باشد. بدیهی است که در مورد کلیفشار متوسط ​​Pav هر چه کمتر از فشار واقعی در نقطه a متفاوت باشد، مساحت ΔF کوچکتر است و در حد فشار متوسط ​​با فشار واقعی در نقطه a منطبق خواهد شد.

برای مایعات در حالت تعادل، فشار هیدرواستاتیک مایع مشابه تنش فشاری در جامدات است.

واحد فشار SI نیوتن بر است متر مربع(N / m 2) - به آن پاسکال (Pa) می گویند. از آنجایی که مقدار پاسکال بسیار کوچک است، اغلب از واحدهای بزرگ استفاده می شود:

کیلونیوتون بر متر مربع - 1 کیلو نیوتن بر متر مربع = 1 * 10 3 نیوتن بر متر مربع

مگان نیوتن در هر متر مربع - 1MN / m 2 = 1 * 10 6 N / m 2

فشاری برابر با 1 * 10 5 نیوتن بر متر مربع، بار (بار) نامیده می شود.

در سیستم فیزیکی، واحد فشار در هر سانتی متر مربع (dyne / m2) است. سیستم فنی- کیلوگرم نیروی بر متر مربع (kgf / m 2). در عمل، فشار یک مایع معمولاً بر حسب کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع اندازه‌گیری می‌شود و فشاری معادل 1 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع را اتمسفر فنی (at) می‌گویند.

رابطه زیر بین همه این واحدها وجود دارد:

1at = 1 kgf / cm 2 = 0.98 bar = 0.98 * 10 5 Pa = 0.98 * 10 6 dyn = 10 4 kgf / m 2

باید به خاطر داشت که بین جو فنی (at) و جو فیزیکی (At) تفاوت وجود دارد. 1 در = 1.033 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و نشان دهنده فشار معمولیدر سطح دریا فشار اتمسفر به ارتفاع محل از سطح دریا بستگی دارد.

اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک

در عمل استفاده می کنند روش های مختلفبا در نظر گرفتن مقدار فشار هیدرواستاتیک اگر در تعیین فشار هیدرواستاتیک، فشار اتمسفر وارد بر سطح آزاد مایع نیز در نظر گرفته شود، آن را کل یا مطلق می نامند. در این حالت فشار معمولاً در اتمسفرهای فنی به نام مطلق (ata) اندازه گیری می شود.

اغلب، هنگام در نظر گرفتن فشار، فشار اتمسفر روی سطح آزاد در نظر گرفته نمی شود و به اصطلاح فشار هیدرواستاتیک اضافی یا فشار گیج را تعیین می کند. فشار بالاتر از اتمسفر

فشار گیج به عنوان تفاوت بین فشار مطلق در یک مایع و فشار اتمسفر تعریف می شود.

Rman = Rabs - Rathm

و همچنین در جوهای فنی اندازه گیری می شود که در این مورد مازاد نامیده می شود.

این اتفاق می افتد که فشار هیدرواستاتیک در مایع کمتر از فشار اتمسفر است. در این مورد گفته می شود که در مایع خلاء وجود دارد. مقدار خلاء برابر است با اختلاف فشار اتمسفر و فشار مطلق در یک مایع

رواک = راثم - رابس

و از صفر تا اتمسفر اندازه گیری می شود.

فشار هیدرواستاتیک آب دو ویژگی اصلی دارد:
در امتداد نرمال داخلی به ناحیه ای که روی آن عمل می کند هدایت می شود.
بزرگی فشار در یک نقطه معین به جهت (یعنی به جهت در فضای سایتی که نقطه در آن قرار دارد) بستگی ندارد.

ویژگی اول یک نتیجه ساده از این واقعیت است که هیچ نیروی مماسی و کششی در سیال در حالت سکون وجود ندارد.

فرض کنید فشار هیدرواستاتیک طبیعی نیست، یعنی. عمود نیست، اما در زاویه ای نسبت به سایت. سپس می توان آن را به دو جزء - عادی و مماس تجزیه کرد. وجود یک جزء مماسی، به دلیل عدم وجود نیروهای مقاومت در برابر نیروهای برشی در سیال در حالت سکون، به ناچار منجر به حرکت سیال در امتداد سکو می شود، یعنی. تعادلش را به هم می زند

بنابراین تنها جهت ممکنفشار هیدرواستاتیک جهت آن نرمال به محل است.

اگر فرض کنیم که فشار هیدرواستاتیک نه در امتداد داخلی، بلکه در امتداد نرمال بیرونی هدایت می شود، یعنی. نه در داخل جسم مورد نظر، بلکه به بیرون از آن، در نتیجه به دلیل عدم مقاومت مایع در برابر نیروهای کششی، ذرات مایع شروع به حرکت کرده و تعادل آن به هم می‌خورد.

بنابراین فشار هیدرواستاتیک آب همیشه در امتداد نرمال داخلی هدایت می شود و فشار فشاری است.

از همین قاعده نتیجه می شود که اگر فشار در نقطه ای تغییر کند، فشار در هر نقطه دیگر این مایع به همان میزان تغییر می کند. این قانون پاسکال است که به صورت زیر فرموله می شود: فشاری که بر مایع وارد می شود با نیروی یکسان در تمام جهات به داخل مایع منتقل می شود.

عملکرد ماشین هایی که تحت فشار هیدرواستاتیکی کار می کنند بر اساس اعمال این قانون است.

عامل دیگری که بر میزان فشار تأثیر می گذارد، ویسکوزیته مایع است که تا همین اواخر معمولاً نادیده گرفته می شد. با ظهور واحدهایی که در فشار بالا کار می کنند، ویسکوزیته نیز باید در نظر گرفته می شد. مشخص شد که وقتی فشار تغییر می کند، ویسکوزیته برخی از مایعات، مانند روغن ها، می تواند چندین بار تغییر کند. و این در حال حاضر امکان استفاده از چنین مایعاتی را به عنوان یک محیط کار تعیین می کند.

فشار یک کمیت فیزیکی است که نقش ویژه ای در طبیعت و زندگی انسان دارد. این پدیده که با چشم قابل مشاهده نیست، نه تنها بر وضعیت تأثیر می گذارد محیطبلکه به خوبی توسط همه احساس می شود. بیایید ببینیم چیست، چه انواعی از آن وجود دارد و چگونه می توان فشار (فرمول) را در محیط های مختلف پیدا کرد.

آنچه در فیزیک و شیمی فشار نامیده می شود

این عبارت به یک کمیت مهم ترمودینامیکی اشاره دارد که بر حسب نسبت نیروی عمود بر فشار اعمال شده بر سطحی که بر روی آن اثر می کند بیان می شود. این پدیده به اندازه سیستمی که در آن عمل می کند بستگی ندارد، بنابراین به کمیت های شدید اشاره دارد.

در حالت تعادل، فشار برای تمام نقاط سیستم یکسان است.

در فیزیک و شیمی، این با حرف "P" مشخص می شود که مخفف آن است. نام لاتیناصطلاح - pressūra.

اگر می آیددر مورد فشار اسمزی مایع (تعادل بین فشار داخل و خارج سلول) از حرف "P" استفاده می شود.

واحدهای فشار

طبق استانداردهای سیستم بین المللی SI، پدیده فیزیکی مورد بررسی با پاسکال (سیریلیک - Pa، لاتین - Ra) اندازه گیری می شود.

بر اساس فرمول فشار، معلوم می شود که یک Pa برابر با یک N (نیوتن - تقسیم بر یک متر مربع (واحد مساحت) است.

با این حال، در عمل، اعمال پاسکال نسبتاً دشوار است، زیرا این واحد بسیار کوچک است. در این راستا، علاوه بر استانداردهای SI، می توان این مقدار را به روش دیگری نیز اندازه گیری کرد.

در زیر معروف ترین آنالوگ های آن است. بیشتر آنها به طور گسترده در اتحاد جماهیر شوروی سابق استفاده می شود.

• میله ها... یک نوار برابر با 105 Pa است.
• تورز یا میلی متر جیوه.تقریباً یک torr برابر با 133، 3223684 Pa است.
• میلی متر آب.
• کنتورهای آب.
• جوهای فنی
• جوهای فیزیکییک اتمسفر برابر با 101325 Pa و 1.033233 اتمسفر است.
• کیلوگرم نیرو بر سانتی متر مربع.تن-فورس و نیروی گرم نیز متمایز می شوند. علاوه بر این، یک آنالوگ از نیروی پوند در هر اینچ مربع وجود دارد.

فرمول کلی فشار (فیزیک پایه هفتم)

از تعریف یک کمیت فیزیکی معین، می توانید راه یافتن آن را تعیین کنید. شبیه عکس زیر است.

در آن، F نیرو، و S مساحت است. به عبارت دیگر، فرمول برای یافتن فشار، تقسیم نیروی آن بر سطحی است که روی آن تأثیر می گذارد.

همچنین می توان آن را به صورت زیر نوشت: P = mg / S یا P = pVg / S. بنابراین، این کمیت فیزیکی به سایر متغیرهای ترمودینامیکی مربوط می شود: حجم و جرم.

اصل زیر در مورد فشار اعمال می شود: چه چیزی فضای کمتر، که تحت تأثیر نیرو قرار می گیرد، نیروی فشار بیشتری بر آن وارد می شود. اگر همان ناحیه افزایش یابد (با همان قدرت) - ارزش مورد نیازکاهش می دهد.

فرمول فشار هیدرواستاتیک

حالت های مختلف تجمع مواد، وجود خواصی را فراهم می کند که با یکدیگر متفاوت هستند. بر این اساس روش های تعیین P در آنها نیز متفاوت خواهد بود.

برای مثال، فرمول فشار آب (هیدرواستاتیک) به این صورت است: P = pgh. در مورد گازها نیز صدق می کند. علاوه بر این، نمی توان از آن برای محاسبه استفاده کرد فشار جو، به دلیل اختلاف ارتفاع و تراکم هوا.

در این فرمول p چگالی، g شتاب گرانش و h ارتفاع است. بر این اساس، هر چه جسم یا جسم در عمق بیشتری غوطه ور شود، فشار وارده بر آن در داخل مایع (گاز) بیشتر می شود.

گزینه مورد بررسی یک انطباق است نمونه کلاسیک P = F / S.

اگر به یاد بیاوریم که نیرو با مشتق جرم با سرعت سقوط آزاد (F = میلی گرم) و جرم مایع مشتق حجم بر اساس چگالی (m = pV) است، فشار فرمول را می توان به صورت P = pVg / S نوشت. در این حالت، حجم در ارتفاع (V = Sh) ضرب می شود.

اگر این داده ها را وارد کنید، معلوم می شود که منطقه در صورت و مخرج را می توان کاهش داد و در خروجی - فرمول بالا: P = pgh.

با توجه به فشار موجود در مایعات، لازم به یادآوری است که برخلاف جامدات، انحنای لایه سطحی اغلب در آنها امکان پذیر است. و این به نوبه خود به شکل گیری فشار اضافی کمک می کند.

برای چنین شرایطی، یک فرمول فشار کمی متفاوت استفاده می شود: P = P 0 + 2QH. در این حالت Р 0 فشار لایه غیر منحنی و Q سطح کشش مایع است. H میانگین انحنای سطح است که توسط قانون لاپلاس تعیین می شود: H = ½ (1 / R 1 + 1 / R 2). اجزای R 1 و R 2 شعاع انحنای اصلی هستند.

فشار جزئی و فرمول آن

اگرچه روش P = pgh هم برای مایعات و هم برای گازها قابل استفاده است، اما بهتر است فشار در دومی به روشی کمی متفاوت محاسبه شود.

واقعیت این است که در طبیعت، به عنوان یک قاعده، مواد کاملاً خالص اغلب یافت نمی شوند، زیرا مخلوط ها در آن غالب است. و این نه تنها در مورد مایعات، بلکه گازها نیز صدق می کند. و همانطور که می دانید، هر یک از این اجزا فشار متفاوتی را انجام می دهند که به آن جزئی می گویند.

تعریف آن بسیار ساده است. برابر است با مجموع فشار هر جزء از مخلوط در نظر گرفته شده (گاز ایده آل).

از این نتیجه می شود که فرمول فشار جزئی به این صورت است: P = P 1 + P 2 + P 3 ... و به همین ترتیب، با توجه به تعداد اجزای تشکیل دهنده.

اغلب مواردی وجود دارد که نیاز به تعیین فشار هوا است. با این حال، برخی افراد به اشتباه محاسبات را فقط با اکسیژن طبق طرح P = pgh انجام می دهند. اما هوا مخلوطی از گازهای مختلف است. حاوی نیتروژن، آرگون، اکسیژن و سایر مواد است. بر اساس شرایط فعلی، فرمول فشار هوا مجموع فشارهای تمام اجزای آن است. بنابراین، شما باید P = P 1 + P 2 + P 3 فوق الذکر را بگیرید ...

رایج ترین ابزار اندازه گیری فشار

علیرغم این واقعیت که محاسبه مقدار ترمودینامیکی در نظر گرفته شده با استفاده از فرمول های فوق دشوار نیست، گاهی اوقات زمانی برای انجام محاسبه وجود ندارد. پس از همه، شما همیشه باید تفاوت های ظریف متعدد را در نظر بگیرید. بنابراین، برای راحتی، تعدادی دستگاه در طول چندین قرن ساخته شده است که این کار را به جای افراد انجام می دهند.

در واقع، تقریباً تمام دستگاه های این نوع از انواع مانومتر هستند (به تعیین فشار در گازها و مایعات کمک می کند). با این حال، آنها در طراحی، دقت و دامنه متفاوت هستند.

• فشار اتمسفر با استفاده از فشار سنج به نام فشارسنج اندازه گیری می شود. در صورت نیاز به تعیین خلاء (یعنی فشار زیر اتمسفر) از نوع دیگری از آن استفاده می شود که گیج خلاء است.
• برای پیدا کردن فشار خوندر یک فرد از فشارسنج استفاده می شود. برای بسیاری، آن را بیشتر به عنوان یک تونومتر غیر تهاجمی می شناسند. انواع مختلفی از این دستگاه ها وجود دارد: از مکانیکی جیوه ای تا دیجیتال تمام اتوماتیک. دقت آنها به موادی که از آنها ساخته شده اند و محل اندازه گیری بستگی دارد.
• تفاوت فشار در محیط (به انگلیسی - افت فشار) با استفاده از فشار سنج یا فشار سنج تفاضلی (با دینامومتر اشتباه نشود) تعیین می شود.

انواع فشار

با توجه به فشار، فرمول یافتن آن و تغییرات آن برای مواد مختلف، ارزش آشنایی با انواع این مقدار را دارد. پنج نفر از آنها وجود دارد.

• مطلق.
• بارومتریک
• بیش از اندازه.
• وکیوم.
• دیفرانسیل.

مطلق

این نام کل فشاری است که یک ماده یا جسم تحت آن قرار دارد، بدون در نظر گرفتن تأثیر سایر اجزای گازی جو.

با پاسکال اندازه گیری می شود و مجموع فشار اضافی و اتمسفر است. همچنین تفاوت بین انواع فشار سنجی و خلاء است.

با فرمول P = P 2 + P 3 یا P = P 2 - P 4 محاسبه می شود.

نقطه مرجع فشار مطلق در شرایط سیاره زمین، فشار داخل ظرفی است که هوا از آن خارج می شود (یعنی خلاء کلاسیک).

در اکثر فرمول های ترمودینامیکی فقط از این نوع فشار استفاده می شود.

بارومتریک

این اصطلاح به فشار جو (گرانش) بر تمام اجسام و اجسام موجود در آن از جمله سطح خود زمین اشاره دارد. همچنین برای اکثر افراد با نام اتمسفر شناخته می شود.

به عنوان رتبه بندی می شود و ارزش آن با توجه به مکان و زمان اندازه گیری و همچنین شرایط آب و هوایی و قرار گرفتن در بالای / زیر سطح دریا متفاوت است.

بزرگی فشار بارومتریک برابر با مدول نیروی اتمسفر در سطح یک واحد در امتداد نرمال آن است.

در یک جو پایدار، بزرگی این پدیده فیزیکی برابر است با وزن یک ستون هوا بر روی یک پایه با مساحت برابر با یک.

هنجار فشار هوا 101 325 Pa (760 میلی متر جیوه در 0 درجه سانتیگراد) است. علاوه بر این، هر چه جسم از سطح زمین بالاتر باشد، فشار هوا روی آن کاهش می یابد. هر 8 کیلومتر، 100 Pa کاهش می یابد.

به دلیل این خاصیت، در کوهستان، آب قوری خیلی سریعتر از خانه روی اجاق سر تکان می دهد. واقعیت این است که فشار بر نقطه جوش تأثیر می گذارد: با کاهش آن، دومی کاهش می یابد. و بالعکس. این خاصیت اساس کار چنین است وسایل اشپزخانهمانند زودپز و اتوکلاو. افزایش فشار داخل آنها به شکل گیری بیشتر کمک می کند دمای بالانسبت به قابلمه های معمولی روی اجاق گاز.

برای محاسبه فشار هوا با استفاده از فرمول ارتفاع بارومتری استفاده می شود. شبیه عکس زیر است.

P مقدار مورد نظر در ارتفاع، P 0 چگالی هوا در نزدیکی سطح، g شتاب گرانش، h ارتفاع بالای زمین، m است. جرم مولیگاز، t دمای سیستم، r ثابت گاز جهانی 8.3144598 J⁄ (mol x K)، و e عدد اویلر برابر با 2.71828 است.

اغلب در فرمول بالا برای فشار اتمسفر، به جای R، K استفاده می شود - ثابت بولتزمن. ثابت گاز جهانی اغلب از طریق حاصل ضرب آن با عدد آووگادرو بیان می شود. هنگامی که تعداد ذرات بر حسب مول داده می شود، برای محاسبات راحت تر است.

هنگام انجام محاسبات، همیشه ارزش دارد که احتمال تغییرات دمای هوا به دلیل تغییر وضعیت هواشناسی یا هنگام صعود از سطح دریا و همچنین عرض جغرافیایی در نظر گرفته شود.

گیج و وکیوم

تفاوت فشار اتمسفر و فشار محیط اندازه گیری شده را فشار گیج می نامند. بسته به نتیجه، نام کمیت تغییر می کند.

اگر مثبت باشد به آن فشار گیج می گویند.

اگر نتیجه به دست آمده با علامت منفی باشد به آن وکیوم گیج می گویند. شایان ذکر است که نمی تواند بزرگتر از بارومتریک باشد.

دیفرانسیل

این مقدار اختلاف فشار در نقاط مختلف اندازه گیری است. معمولاً برای تعیین افت فشار در یک قطعه از تجهیزات استفاده می شود. این امر به ویژه در صنعت نفت صادق است.

با فهمیدن اینکه چه نوع کمیت ترمودینامیکی فشار نامیده می شود و با چه فرمول هایی یافت می شود، می توان نتیجه گرفت که این پدیده بسیار مهم است و بنابراین دانش در مورد آن هرگز اضافی نخواهد بود.

ماشین حساب زیر برای محاسبه مقدار نامشخص داده شده با استفاده از فرمول فشار یک ستون مایع طراحی شده است.
خود فرمول:

ماشین حساب به شما امکان می دهد پیدا کنید

• فشار ستون مایع توسط چگالی شناخته شده مایع، ارتفاع ستون مایع و شتاب گرانش
• ارتفاع ستون مایع از فشار شناخته شده مایع، چگالی مایع و شتاب گرانش
• چگالی مایع از فشار شناخته شده مایع، ارتفاع ستون مایع و شتاب گرانش
• شتاب گرانش بر اساس فشار سیال شناخته شده، چگالی سیال و ارتفاع ستون سیال

استخراج فرمول ها برای همه موارد بی اهمیت است. برای چگالی، مقدار پیش فرض چگالی آب، برای شتاب گرانش - شتاب زمین، و برای فشار - مقداری برابر با یک فشار جو است. کمی تئوری، طبق معمول، زیر ماشین حساب.

چگالی فشار شتاب گرانشی ارتفاع

فشار مایع، Pa

ارتفاع ستون مایع، متر

چگالی مایع، کیلوگرم بر متر مکعب

شتاب سقوط آزاد، m/s2

فشار هیدرواستاتیک- فشار ستون آب بالاتر از سطح شرطی.

فرمول فشار هیدرواستاتیک به راحتی قابل استخراج است

این فرمول نشان می دهد که فشار به مساحت ظرف یا شکل آن بستگی ندارد. این فقط به چگالی و ارتفاع ستون یک مایع خاص بستگی دارد. از آن نتیجه می شود که با افزایش ارتفاع ظرف، می توانیم با حجم کم، نسبتاً ایجاد کنیم فشار بالا.
در سال 1648 بلز پاسکال این را نشان داد. لوله باریکی را داخل بشکه ای دربسته پر از آب فرو کرد و با بالا رفتن از بالکن طبقه دوم، یک لیوان آب در این لوله ریخت. به دلیل ضخامت کم لوله، آب داخل آن تا ارتفاع زیادی بالا رفت و فشار در بشکه به حدی افزایش یافت که اتصالات بشکه تحمل نکرد و ترک خورد.

همچنین منجر به پدیده ای مانند پارادوکس هیدرواستاتیک می شود.

پارادوکس هیدرواستاتیک- پدیده ای که در آن نیروی فشار وزن مایع ریخته شده به ظرف در کف ظرف ممکن است با وزن مایع ریخته شده متفاوت باشد. در کشتی هایی با سطح مقطع رو به بالا، نیروی فشار بر کف ظرف وزن کمترمایع، در ظروف با سطح مقطع رو به بالا، نیروی فشار بر کف ظرف بیشتر از وزن مایع است. نیروی فشار مایع بر کف ظرف فقط برای یک ظرف استوانه ای با وزن مایع برابر است.

در تصویر بالا فشار کف ظرف در همه موارد یکسان است و به وزن مایع ریخته شده بستگی ندارد و فقط به سطح آن بستگی دارد. دلیل پارادوکس هیدرواستاتیک این است که مایع نه تنها به پایین، بلکه بر روی دیواره های ظرف فشار می آورد. فشار سیال بر روی دیوارهای شیبدار دارای یک جزء عمودی است. در یک رگ که به سمت بالا منبسط می شود، به سمت پایین هدایت می شود، در یک رگ باریک به سمت بالا، به سمت بالا هدایت می شود. وزن مایع در ظرف برابر با مجموع اجزای عمودی فشار مایع در کل ناحیه داخلی ظرف خواهد بود.

مایعات و گازها نه تنها فشار خارجی وارد شده به خود، بلکه فشاری را که به دلیل وزن قطعات خود در داخل آنها وجود دارد را در همه جهات منتقل می کنند. لایه‌های بالایی مایع روی لایه‌های میانی، لایه‌های پایینی و آخرین‌ها در پایین فشار می‌آورند.

فشار وارد شده توسط مایع در حالت سکون نامیده می شود هیدرواستاتیک.

فرمولی برای محاسبه فشار هیدرواستاتیک یک مایع در عمق دلخواه h (در مجاورت نقطه A در شکل 98) به دست می آوریم. نیروی فشاری که در این مکان از سمت ستون مایع عمودی باریک پوشانده شده را می توان به دو صورت بیان کرد:
اولاً به عنوان حاصل ضرب فشار در پایه این ستون با سطح مقطع آن:

F = pS;

دوم، به عنوان وزن همان ستون مایع، به عنوان مثال، حاصل ضرب جرم مایع (که با فرمول m = ρV، که در آن حجم V = Sh) با شتاب گرانشی g یافت می شود:

F = mg = ρShg.

بیایید هر دو عبارت را برای نیروی فشار برابر کنیم:

pS = ρShg.

با تقسیم هر دو طرف این برابری بر مساحت S، فشار سیال را در عمق h پیدا می کنیم:

p = ρgh. (37.1)

گرفتیم فرمول فشار هیدرواستاتیک. فشار هیدرواستاتیک در هر عمقی در داخل مایع به شکل ظرفی که مایع در آن قرار دارد بستگی ندارد و برابر است با حاصل ضرب چگالی مایع، شتاب گرانش و عمقی که فشار در آن قرار دارد. در نظر گرفته شده.

مقدار یکسان آب با قرار گرفتن در ظروف مختلف، می تواند فشار متفاوتی را به کف وارد کند. از آنجایی که این فشار به ارتفاع ستون مایع بستگی دارد، در مخازن باریک بیشتر از مخازن پهن خواهد بود. به همین دلیل، حتی مقدار کمی آب می تواند فشار بسیار بالایی ایجاد کند. در سال 1648 ب. پاسکال این را بسیار متقاعدکننده نشان داد. لوله باریکی را داخل بشکه ای دربسته پر از آب فرو کرد و با بالا رفتن از بالکن طبقه دوم خانه، یک لیوان آب در این لوله ریخت. به دلیل ضخامت کم لوله، آب موجود در آن تا ارتفاع زیادی بالا رفت و فشار در بشکه به قدری افزایش یافت که اتصالات بشکه تحمل نکرد و ترک خورد (شکل 99).
نتایج ما نه تنها برای مایعات، بلکه برای گازها نیز معتبر است. لایه های آنها نیز به یکدیگر فشار می آورند و بنابراین فشار هیدرواستاتیکی نیز در آنها وجود دارد.

1. به چه فشاری هیدرواستاتیک می گویند؟ 2. این فشار به چه مقادیری بستگی دارد؟ 3. فرمول فشار هیدرواستاتیک را در یک عمق دلخواه استخراج کنید. 4. چگونه می توان با کمی آب فشار زیادی ایجاد کرد؟ از تجربه پاسکال برایمان بگویید.
تکلیف تجربی.یک ظرف بلند بردارید و سه سوراخ کوچک در دیواره آن ایجاد کنید ارتفاعات مختلف... سوراخ ها را با پلاستیک بپوشانید و ظرف را با آب پر کنید. دهانه ها را باز کنید و جریان آب را مشاهده کنید (شکل 100). چرا آب از سوراخ ها خارج می شود؟ افزایش فشار آب با افزایش عمق به چه معناست؟

به نظر می رسد لوله کشی دلیل خاصی برای کاوش در جنگل فناوری ها، مکانیسم ها و انجام محاسبات دقیق برای ساخت و ساز نمی دهد. پیچیده ترین طرح ها... اما چنین دیدگاهی یک نگاه گذرا به لوله کشی است. صنعت لوله کشی واقعی به هیچ وجه از نظر پیچیدگی فرآیندها کمتر نیست و مانند بسیاری از صنایع دیگر نیاز به یک رویکرد حرفه ای دارد. به نوبه خود، حرفه ای بودن ذخیره محکمی از دانش است که لوله کشی بر آن استوار است. بیایید (البته نه خیلی عمیق) در جریان آموزشی لوله کشی غوطه ور شویم تا یک قدم به جایگاه حرفه ای یک لوله کش نزدیک شویم.

اساس اساسی هیدرولیک مدرن زمانی شکل گرفت که بلز پاسکال کشف کرد که عمل فشار سیال در هر جهت ثابت است. عمل فشار مایع در زوایای قائم به سطح هدایت می شود.

اگر دستگاه اندازه گیری (مانومتر) زیر لایه ای از مایع در عمق معینی قرار گیرد و عنصر حسگر آن در جهات مختلف هدایت شود، قرائت فشار در هر موقعیتی از مانومتر بدون تغییر باقی می ماند.

یعنی فشار سیال به هیچ وجه به تغییر جهت بستگی ندارد. اما فشار سیال در هر سطح به پارامتر عمق بستگی دارد. اگر فشارسنج به سطح مایع نزدیکتر شود، میزان قرائت کاهش می یابد.

بر این اساس، قرائت های اندازه گیری شده در طول غوطه وری افزایش می یابد. همچنین در شرایط دو برابر شدن عمق، پارامتر فشار نیز دو برابر خواهد شد.

قانون پاسکال به وضوح تأثیر فشار آب را در آشناترین شرایط زندگی مدرن نشان می دهد.

بنابراین، هر زمان که سرعت سیال تنظیم شود، بخشی از سر استاتیک اولیه آن برای سازماندهی این سرعت استفاده می شود که بعداً به عنوان سرعت فشار وجود دارد.

حجم و سرعت جریان

حجم مایع عبوری از یک نقطه خاص در یک زمان معین به عنوان حجم جریان یا سرعت جریان در نظر گرفته می شود. حجم جریان معمولاً بر حسب لیتر در دقیقه (l/min) بیان می شود و به فشار نسبی سیال مربوط می شود. به عنوان مثال، 10 لیتر در دقیقه در 2.7 اتمسفر.

سرعت جریان (سرعت سیال) به عنوان سرعت متوسطی که در آن یک سیال از یک نقطه معین عبور می کند تعریف می شود. معمولاً بر حسب متر در ثانیه (m / s) یا متر در دقیقه (m / min) بیان می شود. سرعت جریان یکی از عوامل مهم در کالیبراسیون خطوط هیدرولیک است.

حجم و سرعت جریان اغلب به طور همزمان در نظر گرفته می شوند. همه چیزهای دیگر برابر هستند (با حجم تزریق ثابت)، با کاهش اندازه بخش یا لوله، سرعت جریان افزایش می‌یابد و با افزایش بخش، سرعت جریان کاهش می‌یابد.

بنابراین، کاهش سرعت جریان در قسمت های وسیع خطوط لوله مشاهده می شود و در مکان های باریک، برعکس، سرعت افزایش می یابد. در عین حال، حجم آب عبوری از هر یک از این نقاط کنترل بدون تغییر باقی می ماند.

اصل برنولی

اصل معروف برنولی بر این منطق بنا شده است که افزایش (کاهش) فشار یک سیال همیشه با کاهش (افزایش) سرعت همراه باشد. برعکس، افزایش (کاهش) در سرعت سیال منجر به کاهش (افزایش) فشار می شود.

این اصل در قلب تعدادی از پدیده های رایج لوله کشی قرار دارد. به عنوان یک مثال بی اهمیت، اصل برنولی "مقصر" است که پرده دوش "به سمت داخل کشیده می شود" وقتی کاربر آب را روشن می کند.

اختلاف فشار بیرون و داخل باعث وارد شدن نیرو به پرده دوش می شود. با این نیرو پرده به سمت داخل کشیده می شود.

یک مثال خوب دیگر، یک بطری اسپری عطر در هنگام ایجاد یک منطقه است فشار کمبه دلیل سرعت بالای هوا و هوا مایع را با خود حمل می کند.

اصل برنولی همچنین نشان می دهد که چرا پنجره های یک خانه توانایی شکستن خود به خود در طوفان را دارند. در چنین مواردی، سرعت بسیار بالای هوا در خارج از پنجره منجر به این واقعیت می شود که فشار بیرون بسیار کمتر از فشار داخل می شود، جایی که هوا عملاً بی حرکت می ماند.

تفاوت قابل توجه در استحکام به سادگی پنجره ها را به سمت بیرون هل می دهد و باعث خرد شدن شیشه می شود. بنابراین، هنگامی که یک طوفان قوی نزدیک می شود، در اصل، باید پنجره ها را تا حد امکان باز کنید تا فشار داخل و خارج ساختمان یکسان شود.

و چند مثال دیگر زمانی که اصل برنولی کار می کند: ظهور یک هواپیما و به دنبال آن پرواز با استفاده از بال ها و حرکت "توپ های منحنی" در بیسبال.

در هر دو حالت اختلاف در سرعت عبور هوا از بالا و پایین از روی جسم ایجاد می شود. برای بال های هواپیما، تفاوت در سرعت با حرکت فلپ ها ایجاد می شود، در بیس بال با وجود لبه موج دار.

تمرین لوله کشی منزل