Da tyngdekraften virker på en væske, har et flydende stof vægt. Vægt er den kraft, hvormed den presser på støtten, det vil sige på bunden af beholderen, hvori den hældes. Pascals lov siger: trykket på væsken overføres til ethvert punkt i det uden at ændre dets styrke. Hvordan beregner man trykket af en væske på bunden og væggene af en beholder? Vi vil forstå artiklen ved hjælp af illustrative eksempler.
Erfaring
Lad os forestille os, at vi har en cylindrisk beholder fyldt med væske. Vi angiver højden af væskelaget h, arealet af bunden af beholderen - S, og væskens tæthed - ρ. Det ønskede tryk er P. Det beregnes ved at dividere kraften, der virker i en vinkel på 90 ° i forhold til overfladen, med arealet af denne overflade. I vores tilfælde er overfladen bunden af beholderen. P=F/S.
Væsketrykkets kraft på bunden af beholderen er vægten. Det er lig med trykkets kraft. Vores væske er stationær, så vægt er lig med tyngdekraften(Fstrand), der virker på væsken og dermed trykkraften (F=Fstyrke). Fheavy findes som følger: gange væskens masse (m) med accelerationen af frit fald (g). Massen kan findes, hvis man ved, hvad væskens massefylde er, og hvad dens volumen er i beholderen. m=ρ×V. Karret har en cylindrisk form, så vi finder dets volumen ved at gange cylinderens grundareal med højden af væskelaget (V=S×h).
Beregning af væsketryk i bunden af beholderen
Her er de mængder, vi kan beregne: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Lad os erstatte dem med den første formel og få følgende udtryk: P=ρ×S×h×g/S. Lad os reducere arealet S i tælleren og nævneren. Det forsvinder fra formlen, hvilket betyder, at trykket på bunden ikke afhænger af fartøjets område. Derudover afhænger det ikke af beholderens form.
Det tryk, som en væske skaber på bunden af en beholder, kaldes hydrostatisk tryk. "Hydro" er "vand" og statisk skyldes, at væsken er stille. Ved hjælp af formlen opnået efter alle transformationer (P=ρ×h×g), bestemmes trykket af væsken i bunden af beholderen. Det kan ses af udtrykket, at jo tættere væsken er, jo større er dens tryk på bunden af karret. Lad os analysere mere detaljeret, hvad værdien h.
Tryk i væskesøjlen
Lad os sige, at vi øgede bunden af beholderen med en vis mængde og tilføjede ekstra plads til væsken. Hvis vi placerer en fisk i en beholder, vil trykket på den så være det samme i karret fra det forrige forsøg og i det andet, forstørrede? Vil trykket ændre sig fra det, der stadig er under fiskener der vand? Nej, fordi der er et vist lag væske ovenpå, virker tyngdekraften på det, hvilket betyder at vand har vægt. Hvad der er nedenfor er irrelevant. Derfor kan vi finde trykket i selve væskens tykkelse, og h er dybden. Det er ikke nødvendigvis afstanden til bunden, bunden kan være lavere.
Lad os forestille os, at vi vendte fisken 90° og efterlod den i samme dybde. Vil dette ændre presset på hende? Nej, for i dybden er det ens i alle retninger. Hvis vi bringer en fisk tæt på karvæggen, vil trykket på den så ændre sig, hvis den bliver i samme dybde? Ingen. I alle tilfælde vil trykket i dybden h blive beregnet med samme formel. Det betyder, at denne formel giver os mulighed for at finde væskens tryk på bunden og væggene af beholderen i en dybde h, altså i væskens tykkelse. Jo dybere, jo større er det.
Tryk i skrånende fartøj
Lad os forestille os, at vi har et rør på cirka 1 m. Vi hælder væske i det, så det er helt fyldt. Lad os tage præcis det samme rør, fyldt til randen, og placere det i en vinkel. Karrene er identiske og fyldt med den samme væske. Derfor er massen og vægten af væsken i både det første og det andet rør ens. Vil trykket være det samme på punkterne i bunden af disse beholdere? Ved første øjekast ser det ud til, at trykket P1 er lig med P2, da massen af væskerne er den samme. Lad os antage, at dette er tilfældet, og lad os lave et eksperiment for at tjekke det ud.
Forbind de nederste dele af disse rør med et lille rør. Hvis envores antagelse om, at P1 =P2 er korrekt, vil væsken flyde et sted hen? Nej, fordi dens partikler vil blive påvirket af kræfter i den modsatte retning, som vil kompensere hinanden.
Lad os fastgøre en tragt til toppen af det skrånende rør. Og på det lodrette rør laver vi et hul, indsæt et rør i det, som bøjer ned. Trykket i niveau med hullet er større end helt oppe i toppen. Det betyder, at væsken vil strømme gennem et tyndt rør og fylde tragten. Væskemassen i det skrå rør vil stige, væsken vil flyde fra det venstre rør til det højre, så vil det stige og cirkulere i en cirkel.
Og nu vil vi installere en turbine over tragten, som vi forbinder til en elektrisk generator. Så vil dette system generere elektricitet på egen hånd uden indgreb. Hun vil arbejde uafbrudt. Det ser ud til, at dette er "perpetual motion-maskinen". Allerede i det 19. århundrede nægtede det franske videnskabsakademi dog at acceptere sådanne projekter. Loven om energibevarelse siger, at det er umuligt at skabe en "perpetual motion-maskine". Så vores antagelse om, at P1 =P2 er forkert. Faktisk P1< P2. Hvordan beregner man så trykket af væsken på bunden og væggene af beholderen i et rør, der er placeret i en vinkel?
Væskesøjlens højde og tryk
For at finde ud af det, lad os lave følgende tankeeksperiment. Tag en beholder fyldt med væske. Vi placerer to rør i det frametalnet. Vi placerer den ene lodret og den anden - skråt, så dens nedre ende vil være i samme dybde som bunden af det første rør. Da beholderne er i samme dybde h, vil trykket af væsken på bunden og væggene af beholderen også være det samme.
Luk nu alle hullerne i rørene. På grund af det faktum, at de er blevet solide, vil trykket i deres nedre dele ændre sig? Ingen. Selvom trykket er det samme, og beholderne er lige store, er væskemassen i et lodret rør mindre. Den dybde, hvor bunden af røret er placeret, kaldes væskesøjlens højde. Lad os give en definition på dette begreb: det er afstanden målt lodret fra den frie overflade til et givet punkt i væsken. I vores eksempel er højden af væskesøjlen den samme, så trykket er det samme. I det foregående forsøg er højden af væskesøjlen i højre rør større end i venstre. Derfor er trykket P1 mindre end P2.
