Сұйыққа ауырлық күші әсер ететіндіктен, сұйық заттың салмағы болады. Салмақ - бұл тірекке, яғни құйылған ыдыстың түбіне басатын күш. Паскаль заңы былай дейді: сұйыққа түсетін қысым оның күшін өзгертпей оның кез келген нүктесіне беріледі. Сұйықтықтың ыдыстың түбіне және қабырғаларына қысымын қалай есептеуге болады? Біз мақаланы көрнекі мысалдар арқылы түсінеміз.
Тәжірибе
Бізде сұйықтық толтырылған цилиндрлік ыдыс бар деп елестетейік. Біз сұйық қабаттың биіктігін h, ыдыс түбінің ауданын - S, ал сұйықтықтың тығыздығын - ρ деп белгілейміз. Қажетті қысым - P. Ол бетке 90 ° бұрышта әрекет ететін күшті осы беттің ауданына бөлу арқылы есептеледі. Біздің жағдайда, беті - ыдыстың түбі. P=F/S.
Ыдыс түбіне түсетін сұйық қысым күші салмақ болып табылады. Ол қысым күшіне тең. Біздің сұйықтық тұрақты, сондықтан салмақ ауырлық күшіне тең(Fжіп) сұйықтыққа әсер етеді, демек қысым күші (F=Fstrength). Fheavy мына түрде табылады: сұйықтың массасын (m) еркін түсу үдеуіне (g) көбейтіңіз. Сұйықтықтың тығыздығы қандай және оның ыдыстағы көлемі қандай екені белгілі болса, массаны табуға болады. m=ρ×V. Ыдыстың цилиндрлік пішіні бар, сондықтан оның көлемін цилиндрдің негізгі ауданын сұйық қабаттың биіктігіне (V=S×h) көбейту арқылы табамыз.
Ыдыс түбіндегі сұйықтық қысымын есептеу
Міне, біз есептей алатын шамалар: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Оларды бірінші формулаға қойып, келесі өрнекті алайық: P=ρ×S×h×g/S. Алымдағы және бөлгіштегі S ауданын азайтайық. Ол формуладан жоғалады, яғни түбіндегі қысым ыдыстың ауданына байланысты емес. Оған қоса, ол ыдыстың пішініне байланысты емес.
Сұйықтың ыдыс түбінде жасайтын қысымы гидростатикалық қысым деп аталады. «Гидро» - бұл «су», ал статикалық, себебі сұйықтық қозғалмайды. Барлық түрлендірулерден кейін алынған формуланы пайдаланып (P=ρ×h×g) ыдыс түбіндегі сұйықтықтың қысымын анықтаңыз. Сұйықтық неғұрлым тығыз болса, оның ыдыс түбіне қысымы соғұрлым жоғары болатынын өрнектен көруге болады. h. мәні қандай екенін толығырақ талдап көрейік.
Сұйықтық бағанындағы қысым
Ыдыс түбін белгілі бір мөлшерге ұлғайттық делік, сұйықтыққа қосымша орын қостық. Егер біз балықты ыдысқа салсақ, оған түсетін қысым алдыңғы тәжірибедегі және екінші үлкейтілген ыдыстағы қысыммен бірдей бола ма? Қысым балықтың астында қалғаннан өзгереді месу бар ма? Жоқ, өйткені үстінде белгілі бір сұйықтық қабаты бар, оған ауырлық күші әсер етеді, яғни судың салмағы бар. Төмендегі нәрсе маңызды емес. Демек, қысымды сұйықтықтың ең қалыңдығынан таба аламыз, ал h - тереңдік. Бұл міндетті түрде түбіне дейінгі қашықтық емес, төменгі жағы төменірек болуы мүмкін.
Балықты сол тереңдікте қалдырып, 90° бұрдық деп елестетейік. Бұл оған қысымды өзгерте ме? Жоқ, өйткені тереңдікте ол барлық бағытта бірдей. Егер балықты ыдыс қабырғасына жақындатсақ, сол тереңдікте қалса, оған түсетін қысым өзгере ме? Жоқ. Барлық жағдайларда h тереңдіктегі қысым бірдей формуламен есептелетін болады. Бұл дегеніміз, бұл формула ыдыстың түбіне және қабырғаларына h тереңдікте, яғни сұйықтықтың қалыңдығында сұйықтықтың қысымын табуға мүмкіндік береді. Ол неғұрлым терең болса, соғұрлым үлкен болады.
Көлбеу ыдыстағы қысым
Ұзындығы 1м шамасында түтік бар деп елестетейік. Оған сұйықтықты толығымен толтыратындай етіп құямыз. Дәл сол түтікшені алып, шетіне дейін толтырып, оны бұрышпен орналастырайық. Ыдыстар бірдей және бірдей сұйықтықпен толтырылған. Демек, бірінші және екінші түтіктердегі сұйықтықтың массасы мен салмағы тең. Осы ыдыстардың түбінде орналасқан нүктелерде қысым бірдей бола ма? Бір қарағанда, сұйықтардың массасы бірдей болғандықтан P1 қысымы P2-қа тең болып көрінеді. Бұл солай деп есептейік және оны тексеру үшін эксперимент жасайық.
Осы түтіктердің төменгі бөліктерін кішкене түтікпен жалғаңыз. Егер аP1 =P2 деген болжамымыз дұрыс, сұйықтық бір жерде ағып кете ме? Жоқ, өйткені оның бөлшектеріне бір-бірін өтейтін қарама-қарсы бағыттағы күштер әсер етеді.
Көлбеу түтіктің жоғарғы жағына шұңқыр бекітеміз. Ал тік түтікте біз тесік жасаймыз, оған түтікшені кіргіземіз, ол иілу. Тесік деңгейіндегі қысым ең жоғарғы жағындағыдан жоғары. Бұл сұйықтықтың жұқа түтік арқылы ағып, шұңқырды толтыратынын білдіреді. Көлбеу түтіктегі сұйықтықтың массасы артады, сұйықтық сол түтіктен оңға қарай ағады, содан кейін ол көтеріліп, шеңбер бойымен айналады.
Ал енді шұңқырдың үстіне турбинаны орнатамыз, оны электр генераторына қосамыз. Сонда бұл жүйе электр энергиясын ешбір араласусыз өздігінен өндіретін болады. Ол тоқтаусыз жұмыс істейтін болады. Бұл «мәңгілік қозғалыс машинасы» сияқты көрінеді. Алайда, 19-ғасырдың өзінде-ақ Франция ғылым академиясы мұндай жобаларды қабылдаудан бас тартты. Энергияның сақталу заңы «мәңгілік қозғалыс машинасын» жасау мүмкін еместігін айтады. Сонымен, P1 =P2 деген болжамымыз қате. Іс жүзінде P1< P2. Олай болса, бұрышта орналасқан түтіктегі сұйықтықтың ыдыстың түбіне және қабырғаларына қысымын қалай есептеуге болады?
Сұйық бағанының биіктігі және қысым
Білу үшін келесі ойлау тәжірибесін жасайық. Сұйықтықпен толтырылған ыдысты алыңыз. Біз оған екі түтікшені орналастырамызметалл тор. Біз біреуін тігінен, екіншісін көлбеу етіп орналастырамыз, оның төменгі ұшы бірінші түтіктің түбімен бірдей тереңдікте болады. Ыдыстардың тереңдігі h бірдей болғандықтан, сұйықтықтың ыдыстың түбіне және қабырғаларына түсіретін қысымы да бірдей болады.
Енді түтіктердегі барлық тесіктерді жабыңыз. Олар қатты күйге түскендіктен, олардың төменгі бөліктеріндегі қысым өзгере ме? Жоқ. Қысым бірдей болса да, ыдыстардың көлемі бірдей болса да, тік түтіктегі сұйықтықтың массасы аз. Түтіктің түбі орналасқан тереңдік сұйық бағананың биіктігі деп аталады. Бұл ұғымға анықтама берейік: бұл сұйықтықтың бос бетінен берілген нүктеге дейінгі тігінен өлшенетін қашықтық. Біздің мысалда сұйықтық бағанының биіктігі бірдей, сондықтан қысым бірдей. Алдыңғы тәжірибеде оң жақ түтіктегі сұйық бағананың биіктігі сол жаққа қарағанда үлкен. Сондықтан P1 қысымы P2 мәнінен аз.
