Քանի որ ձգողության ուժը գործում է հեղուկի վրա, հեղուկ նյութն ունի քաշ: Քաշը այն ուժն է, որով այն սեղմում է հենարանի վրա, այսինքն՝ այն նավի հատակին, որի մեջ այն լցվում է։ Պասկալի օրենքն ասում է՝ հեղուկի վրա ճնշումը փոխանցվում է նրա ցանկացած կետին՝ առանց դրա ուժը փոխելու։ Ինչպե՞ս հաշվարկել հեղուկի ճնշումը նավի հատակի և պատերի վրա: Մենք կհասկանանք հոդվածը՝ օգտագործելով պատկերավոր օրինակներ։
Փորձ
Պատկերացնենք, որ ունենք գլանաձեւ անոթ՝ լցված հեղուկով։ Նշում ենք հեղուկ շերտի բարձրությունը h, անոթի հատակի մակերեսը՝ S, իսկ հեղուկի խտությունը՝ ρ։ Ցանկալի ճնշումը P է: Այն հաշվարկվում է մակերեսի նկատմամբ 90 ° անկյան տակ գործող ուժը բաժանելով այս մակերեսի մակերեսին: Մեր դեպքում մակերեսը տարայի հատակն է։ P=F/S.
Անոթի հատակի վրա հեղուկի ճնշման ուժը քաշն է: Այն հավասար է ճնշման ուժին։ Մեր հեղուկը անշարժ է, ուստի քաշը հավասար է ձգողության(Fթել), որը գործում է հեղուկի վրա, և հետևաբար ճնշման ուժը (F=Fուժ): Fծանր-ը գտնում ենք հետևյալ կերպ. հեղուկի զանգվածը (մ) բազմապատկել ազատ անկման արագացմամբ (g): Զանգվածը կարելի է գտնել, եթե հայտնի լինի, թե որքան է հեղուկի խտությունը և որքան ծավալը անոթում։ m=ρ×V. Անոթն ունի գլանաձև ձև, ուստի մենք կգտնենք դրա ծավալը՝ բազմապատկելով մխոցի հիմքի մակերեսը հեղուկ շերտի բարձրությամբ (V=S×h):
Հեղուկի ճնշման հաշվարկ նավի հատակին
Ահա այն մեծությունները, որոնք մենք կարող ենք հաշվարկել. V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Փոխարինենք դրանք առաջին բանաձևով և ստացենք հետևյալ արտահայտությունը՝ P=ρ×S×h×g/S: Կրճատենք S տարածքը համարիչի և հայտարարի մեջ: Այն կվերանա բանաձևից, ինչը նշանակում է, որ ներքևի վրա ճնշումը կախված չէ նավի տարածքից: Բացի այդ, դա կախված չէ տարայի ձևից։
Ճնշումը, որը հեղուկը ստեղծում է նավի հատակին, կոչվում է հիդրոստատիկ ճնշում: «Հիդրո»-ն «ջուր» է, իսկ ստատիկ՝ այն պատճառով, որ հեղուկը անշարժ է: Օգտագործելով բոլոր փոխակերպումներից հետո ստացված բանաձևը (P=ρ×h×g), որոշեք հեղուկի ճնշումը նավի հատակին: Արտահայտությունից երևում է, որ որքան ավելի խիտ է հեղուկը, այնքան մեծ է նրա ճնշումը նավի հատակի վրա։ Եկեք ավելի մանրամասն վերլուծենք, թե ինչ արժեք ունի h.
Ճնշում հեղուկ սյունակում
Ենթադրենք, մենք որոշակի չափով մեծացրել ենք անոթի հատակը, ավելացրել ենք լրացուցիչ տեղ հեղուկի համար։ Եթե ձուկը տեղադրենք տարայի մեջ, ապա նրա վրա ճնշումը նույնն է լինելու նախորդ փորձի անոթում և երկրորդ՝ մեծացվածի մեջ։ Արդյո՞ք ճնշումը կփոխվի ձկան տակ եղածիցջուր կա՞ Ոչ, քանի որ վերևում հեղուկի որոշակի շերտ կա, դրա վրա գործում է ձգողականությունը, ինչը նշանակում է, որ ջուրը քաշ ունի։ Ստորև բերվածն անտեղի է: Այսպիսով, մենք կարող ենք գտնել ճնշումը հենց հեղուկի հաստության մեջ, իսկ h-ն խորությունն է: Պարտադիր չէ, որ ներքևի հեռավորությունը լինի, ներքևը կարող է ավելի ցածր լինել:
Պատկերացնենք, որ ձուկը շրջել ենք 90°՝ թողնելով նույն խորության վրա։ Սա կփոխի՞ ճնշումը նրա վրա: Ոչ, քանի որ խորության մեջ բոլոր ուղղություններով նույնն է։ Եթե ձկանը մոտեցնենք անոթի պատին, նրա վրա ճնշումը կփոխվի՞, եթե նա մնա նույն խորության վրա: Ոչ Բոլոր դեպքերում ճնշումը h խորության վրա կհաշվարկվի նույն բանաձևով: Սա նշանակում է, որ այս բանաձևը թույլ է տալիս գտնել հեղուկի ճնշումը նավի հատակի և պատերի վրա h խորության վրա, այսինքն՝ հեղուկի հաստության մեջ: Որքան խորն է, այնքան մեծ է այն։
Ճնշում թեք անոթում
Պատկերացնենք, որ ունենք մոտ 1 մ երկարությամբ խողովակ, որի մեջ հեղուկ ենք լցնում, որպեսզի այն ամբողջությամբ լցվի։ Վերցնենք ճիշտ նույն խողովակը՝ մինչև ծայրը լցված, և տեղադրենք անկյան տակ։ Անոթները նույնական են և լցված են նույն հեղուկով։ Այսպիսով, հեղուկի զանգվածը և քաշը և՛ առաջին, և՛ երկրորդ խողովակներում հավասար են: Արդյո՞ք ճնշումը նույնն է լինելու այս տարաների ներքևում գտնվող կետերում: Առաջին հայացքից թվում է, որ ճնշումը P1 հավասար է P2, քանի որ հեղուկների զանգվածը նույնն է։ Ենթադրենք, որ դա այդպես է, և եկեք փորձ անենք այն ստուգելու համար:
Միացրեք այս խողովակների ստորին հատվածները փոքր խողովակով: Եթեմեր ենթադրությունը, որ P1 =P2 ճիշտ է, արդյոք հեղուկը կհոսի ինչ-որ տեղ: Ոչ, քանի որ դրա մասնիկների վրա կազդեն հակառակ ուղղությամբ ուժերը, որոնք կփոխհատուցեն միմյանց։
Եկեք մի ձագար ամրացնենք թեք խողովակի վերին մասում: Իսկ ուղղահայաց խողովակի վրա անցք ենք անում, մեջը խողովակ ենք մտցնում, որը թեքվում է ներքև։ Ճնշումը անցքի մակարդակում ավելի մեծ է, քան հենց վերևում: Սա նշանակում է, որ հեղուկը կհոսի բարակ խողովակով և կլցնի ձագարը։ Թեք խողովակի մեջ հեղուկի զանգվածը կավելանա, հեղուկը ձախ խողովակից կհոսի դեպի աջը, այնուհետև կբարձրանա և կշրջանառվի շրջանագծով։
Իսկ հիմա ձագարի վրայով տուրբին ենք տեղադրելու, որը միացնելու ենք էլեկտրական գեներատորին։ Այնուհետև այս համակարգն ինքնուրույն, առանց որևէ միջամտության, էլեկտրաէներգիա կարտադրի։ Նա կաշխատի անդադար։ Թվում է, թե սա «հավերժական շարժման մեքենան» է։ Այնուամենայնիվ, դեռևս 19-րդ դարում Ֆրանսիայի Գիտությունների ակադեմիան հրաժարվեց ընդունել որևէ նման նախագիծ։ Էներգիայի պահպանման օրենքը ասում է, որ անհնար է ստեղծել «հավերժ շարժման մեքենա»։ Այսպիսով, մեր ենթադրությունը, որ P1 =P2 սխալ է: Իրականում P1< P2: Այսպիսով, ինչպե՞ս հաշվարկել հեղուկի ճնշումը նավի հատակի և պատերի վրա անկյան տակ գտնվող խողովակում:
Հեղուկի սյունակի բարձրությունը և ճնշումը
Սա պարզելու համար կատարենք հետևյալ մտածողական փորձը. Վերցրեք հեղուկով լցված անոթ: Մենք դրա մեջ տեղադրում ենք երկու խողովակմետաղական ցանց. Մեկը կտեղադրենք ուղղահայաց, իսկ մյուսը` թեք, այնպես, որ դրա ստորին ծայրը լինի նույն խորության վրա, ինչ առաջին խողովակի հատակը: Քանի որ տարաները գտնվում են h նույն խորության վրա, հեղուկի ճնշումը նավի հատակի և պատերի վրա նույնպես նույնը կլինի։
Այժմ փակեք խողովակների բոլոր անցքերը: Դրանց պինդ դառնալու պատճառով դրանց ստորին հատվածներում ճնշումը կփոխվի՞։ Ոչ Չնայած ճնշումը նույնն է, և անոթները չափերով հավասար են, ուղղահայաց խողովակում հեղուկի զանգվածն ավելի քիչ է: Այն խորությունը, որում գտնվում է խողովակի հատակը, կոչվում է հեղուկ սյունակի բարձրություն: Տանք այս հասկացության սահմանումը. դա ազատ մակերևույթից մինչև հեղուկի տվյալ կետ ուղղահայաց չափված հեռավորությունն է։ Մեր օրինակում հեղուկ սյունակի բարձրությունը նույնն է, ուստի ճնշումը նույնն է: Նախորդ փորձի ժամանակ աջ խողովակի հեղուկ սյունակի բարձրությունը ավելի մեծ է, քան ձախում: Հետևաբար, P1 ճնշումը փոքր է, քան P2:
