Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Гидростатика и гидродинамика




Один из первых законов физики почти две с половиной тысячи лет назад был сформулирован Архимедом1. Он позволил различать и измерять плотность веществ. Ученые научились измерять давление жидкости и воздуха. Револю-

ционным достижением техники на основе законов гидростатики и гидрои аэродинамики стало создание сначала воздушных шаров, а затем и аэропланов и самолетов, позволив-

 

 

1 Архимед (287–212 гг. до н.э.) – древнегреческий математик, физик и инженер. Заложил основы механики, гидростатики, автор ряда изобретений. В области механики разработал принцип рычага и учение о центре тяжести. Изобрел архимедов винт для вычерпывания воды, машину для поливки полей («улитку»), построил планетарий.

шим людям осуществить свою давнюю мечту – подняться над землей. Гидростатика легла в основу всех действующих в настоящее тормозных систем и гидравлических станков. На этих законах действуют и современные нефтеи газопроводы. В основе биофизического моделирования сердечно-сосудистой системы лежат законы гидродинамики.

Давление – это скалярная величина, равная отношению силы F, действующей на поверхность другого тела перпендикулярно ей, к площади поверхности S:

P = F. (1.4.1)

S

Давление в системе СИ измеряется в единицах 1 Н/м2=

= 1 Па (паскаль). Из формулы (1.4.1) хорошо видно, почему, прикладывая одно и то же усилие к иголке и кнопке, стол легче проткнуть иголкой, чем кнопкой. Это связано с тем, что во втором случае площадь острия кнопки, соприкасающейся со столом, будет больше.

Предположим, что в сосуд с площадью дна S налита жидкость до высоты h. Плотность жидкости равна q. Плотность определяется как масса единицы объема вещества:

r = m, (1.4.2)

V

где m – масса вещества, V – его объем.

В системе единиц СИ плотность измеряется в единицах кг/м3:

1 кг/м3= 1000 г / (100)3 см3 = 0.001 г/см3. (1.4.3)

Объем жидкости равен Sh, поэтому масса жидкости m = Shq. Сила F давления жидкости на дно сосуда – это вес жидкости. Так как жидкость неподвижна, ее вес равен силе тяжести:

F = m g = ρSh g.

Разделив силу F на площадь S, получим давление жидкости:

P = qgh. (1.4.4)

Это и есть формула гидростатического давления. Так, на глубине 10 м вода оказывает давление

P = 1000 г/см3· 10 м · 9.8 м/с2= 98 000Па, примерно равное атмосферному, которое нельзя рассчитать по полученной формуле.

Измерение давления. Измерить атмосферное давление впервые удалось итальянскому ученому Торричелли. Опыт Торричелли (рис.1.8) состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв другой конец трубки, ее переворачивают, опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки. Часть ртути при этом выливается в чашку, другая часть остается в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Над ртутью в трубке воздуха нет – там безвоздушное пространство. Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находиться в равновесии, когда давление столба ртути равно атмосферному. Если бы оно было больше атмосферного, ртуть выливалась бы из трубки в чашку, а если меньше, – поднималась бы в трубке вверх.

Рис.1.8. Опыт Торричелли

Барометрическая формула. Как оказалось, давление воздуха с высотой быстро уменьшается. Известно, что в горах на высоте нескольких километров труднее дышать. А в самолете, который летит на высоте 10 км, без специального обеспечения человек вообще не может дышать, хотя атмосфера Земли простирается на расстояние 1000 км.

 

 

Уменьшение давления с ростом высоты описывается барометрической формулой

P = P 0 e

- r 0 g h P 0

 

, (1.4.5)

где Pρ 0 – соответственно атмосферное давление и плотность воздуха на уровне моря (h = 0).

Как видно из формулы, давление воздуха и его плотность уменьшаются по экспоненте. Учитывая, что плотность воздуха составляет вблизи уровня моря c 0 = 1.29 кг/м3, получаем уменьшение атмосферного давления в е раз на высоте примерно 7700 м. Плотность воздуха пропорциональна давлению и поэтому тоже уменьшится в е раз.





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-02-12; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2072 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Настоящая ответственность бывает только личной. © Фазиль Искандер
==> читать все изречения...

2478 - | 2210 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.012 с.