الضغط في السوائل هو قانون باسكال. الضغط في السوائل قانون باسكال الضغط في السوائل والغازات قانون باسكال

ضغطهي كمية عددية تساوي نسبة المكون الطبيعي للقوة المؤثرة على منطقة أولية داخل السائل إلى مساحة هذه المنطقة الأولية.

المكونات العرضية للقوة د Fليست كبيرة، لأن يؤدي إلى سيولة السائل، أي. اختلال التوازن.

وحدات الضغط.في SI – Pa (باسكال): 1 Pa = 1 N/m2 ;

في GHS - داين / سم 2.

الوحدات خارج النظامية: الجو الفيزيائي (العادي) (atm) يساوي ضغط عمود من الزئبق ارتفاعه 760 ملم؛

ملليمتر من الزئبق (مم زئبق).

1 ملم. غ. فن. = ص زئبق gh = (13.6 × 10 3 كجم/م3) × (9.81 م/ث 2) × (10 -3 م) = 133 باسكال.

1 أجهزة الصراف الآلي = 760 ملم. غ. فن. = 1.01×10 5 باسكال.

خصائص السائل (الغاز) في حالة الراحة.

1. القوة الناتجة عن ضغط السائل الساكن تعمل دائمًا بشكل عمودي على السطح الذي يتلامس معه هذا الوسط.

2. السوائل والغازات تخلق ضغطًا في جميع الاتجاهات.

القوى المؤثرة على جزيئات السائل أو الغاز هي من نوعين.

1) قوى الحجم- هذه قوى بعيدة المدى تؤثر على كل عنصر من عناصر حجم السائل أو الغاز. مثال على هذه القوة هو الجاذبية.

2) القوى السطحية- هذه هي القوى قصيرة المدى التي تنشأ نتيجة الاتصال المباشر بين العناصر المتفاعلة للسائل والغاز والصلب عند حدودها المشتركة. مثال على القوة السطحية هو قوة الضغط الجوي.

قانون باسكال. تخلق القوى السطحية المؤثرة على سائل (أو غاز) ثابت ضغطًا متساويًا عند جميع نقاط السائل (الغاز). إن حجم الضغط عند أي نقطة في السائل (الغاز) لا يعتمد على الاتجاه (أي على اتجاه المنطقة الأولية).

دليل.

1. لنثبت أن الضغط عند نقطة معينة في السائل هو نفسه في جميع الاتجاهات.

أرز. 5.1.1.أ الشكل. 5.1.1.ب

لإثبات ذلك سوف نستخدم مبدأ تصلب: يمكن معاملة أي عنصر من عناصر السائل على أنه مادة صلبة ويمكن تطبيق شروط توازن المادة الصلبة على ذلك العنصر.

دعونا نختار عقليًا بالقرب من نقطة معينة من السائل حجمًا صلبًا صغيرًا بلا حدود على شكل منشور ثلاثي السطوح (الشكل 5.1.1)، يقع أحد وجوهه (وجه OBCD) أفقيًا. مساحات القواعد AOB وKDC ستعتبر صغيرة مقارنة بمساحات الأوجه الجانبية. عندها سيكون حجم المنشور صغيرًا، وبالتالي ستكون قوة الجاذبية المؤثرة على هذا المنشور صغيرة.

تؤثر القوى السطحية على كل وجه من وجوه المنشور F 1 , F 2 و F 3. من توازن السوائل يتبع ذلك ، أي. ثلاثة أبعاد F 1 , F 2 و F 3 يشكلون مثلثًا (في الشكل 5.1.1.ب)، يشبه المثلث. ثم

.

لنضرب مقامات هذه الكسور في OD = BC = AK, Þ

, Þ , Þ .

هكذا، الضغط في السائل الثابت لا يعتمد على اتجاه المنطقة داخل السائل.

2. دعونا نثبت أن الضغط عند أي نقطتين من السائل هو نفسه.

دعونا نفكر في نقطتين عشوائيتين A وB للسائل، مفصولتين عن بعضهما البعض بمسافة DL. دعونا نختار أسطوانة موجهة بشكل تعسفي في السائل، في مركز قاعدتها النقطتان A وB اللتان اخترناهما (الشكل 5.1.2). سنفترض أن مساحات قواعد الاسطوانة DS صغيرة، وبالتالي ستكون القوى الحجمية أيضًا صغيرة مقارنة بالقوى السطحية.

لنفترض أن الضغوط عند النقطتين A وB مختلفة: إذن، مما يعني أن الحجم المحدد سيبدأ في التحرك. والتناقض الناتج يثبت ذلك الضغط عند أي نقطتين في السائل هو نفسه.

مثال على القوى السطحية التي ينطبق عليها قانون باسكال هي قوة الضغط الجوي.

الضغط الجوي- هذا هو الضغط الذي يمارسه الهواء الجوي على جميع الأجسام؛ وهي تساوي قوة الجاذبية المؤثرة على عمود من الهواء تبلغ مساحة قاعدته وحدة.

تجربة توريتشيليأثبت وجود الضغط الجوي وأتاح قياسه لأول مرة. تم وصف هذه التجربة في عام 1644.

أرز. 5.1.3. أرز. 5.1.4.

في هذه التجربة، يتم ملء أنبوب زجاجي طويل، مغلق من أحد طرفيه، بالزئبق؛ ثم يتم تثبيت نهايته المفتوحة، وبعد ذلك يتم قلب الأنبوب، ويتم إنزال الطرف المثبت في وعاء به زئبق ويتم إزالة المشبك. ينخفض ​​​​الزئبق في الأنبوب إلى حد ما، أي. يُسكب بعض الزئبق في الوعاء. حجم المساحة الموجودة فوق الزئبق في الأنبوب يسمى الفراغ المشعل. (ضغط بخار الزئبق في فراغ التوريتشل عند 0 درجة مئوية هو 0.025 باسكال).

مستوى الزئبق في الأنبوب هو نفسه بغض النظر عن كيفية تركيب الأنبوب: عموديًا أو بزاوية مع الأفقي (الشكل 5.1.3). في الظروف العادية، يكون الارتفاع الرأسي للزئبق في الأنبوب هو ح= 760 ملم. إذا تم ملء الأنبوب بالماء بدلاً من الزئبق، فهذا يعني الارتفاع ح= 10.3 م.

تسمى الأدوات المستخدمة لقياس الضغط الجوي البارومترات. أبسط مقياس للزئبق هو أنبوب توريتشيلي.

من أجل شرح لماذا يسمح لك أنبوب Torricelli حقًا بقياس الضغط الجوي، ننتقل إلى النظر في القوى الحجمية وحساب اعتماد الضغط في السائل على العمق ح.

الضغط في السائل الناتج عن القوى الحجمية، أي. تسمى الجاذبية الضغط الهيدروليكي.

دعونا نحصل على صيغة ضغط السوائل في العمق ح. وللقيام بذلك، نختار متوازيًا متصلبًا في السائل، تقع إحدى قاعدتيه على سطح السائل، والأخرى على العمق ح(الشكل 5.1.4). عند هذا العمق، تؤثر القوى الموضحة في الشكل على خط موازي.

القوى المؤثرة على متوازي السطوح على طول المحور سمتوازن. دعونا نكتب حالة توازن القوى على طول المحور ذ.

أين ص 0 - الضغط الجوي، - كتلة متوازي السطوح، r - كثافة السائل. ثم

, (5.1.3)

يرتبط الحد الأول في الصيغة (5.1.3) بالقوى السطحية، والحد الثاني ويسمى الضغط الهيدروستاتيكي ويرتبط بقوى الجسم.

إذا تحرك وعاء به سائل بتسارع أ، متجهة نحو الأسفل، فيأخذ الشرط (5.1.2) الشكل: ، Þ

في حالة انعدام الجاذبية ( أ = ز) الضغط الهيدروستاتيكي هو صفر.

أمثلة على تطبيق قانون باسكال.

1. الصحافة الهيدروليكية (الشكل 5.1.5).

.

3. المفارقة الهيدروستاتية . (الشكل 5.1.8).

لنأخذ ثلاث أوعية ذات أشكال مختلفة، ولكن بنفس مساحة المقطع العرضي للقاع. لنفترض أن هذه المساحة هي S = 20 سم2 = 0.002 م2. مستوى الماء في جميع الأوعية هو نفسه ويساوي h = 0.1 m، ولكن بسبب اختلاف أشكال الأوعية فإنها تحتوي على كميات مختلفة من الماء. على وجه الخصوص، يحتوي الوعاء A على ماء يزن 3 N، ويحتوي الوعاء B على ماء يزن 2 N، ويحتوي الوعاء C على ماء يزن 1 N.

الضغط الهيدروستاتيكي في الأسفل في جميع الأوعية متساوي بنسلفانيا. قوة ضغط الماء على قاع الوعاء N هي نفسها أيضًا، كيف يمكن لماء وزنه 1 N في الوعاء الثالث أن يخلق قوة ضغط مقدارها 2 N؟

دعونا نفكر في السائل الموجود في وعاء تحت المكبس (الشكل 1)، عندما تكون القوى المؤثرة على السطح الحر للسائل أكبر بكثير من وزن السائل أو عندما يكون السائل في حالة انعدام الوزن، أي يمكننا أن نفترض أن القوى السطحية فقط هي التي تؤثر على السائل، ويمكن إهمال وزن السائل. دعونا نختار عقليًا بعض الحجم الأسطواني الصغير من السائل. وتؤثر قوى الضغط وبقية السائل على قواعد هذا الحجم من السائل، كما تؤثر قوى الضغط على السطح الجانبي. حالة التوازن لحجم صغير يتحرر في السائل:

في الإسقاط على المحور ثور:

أولئك. الضغط عند جميع نقاط السائل الثابت عديم الوزن هو نفسه.

عندما تتغير القوة السطحية، ستتغير القيم ص 1 و ص 2، ولكن المساواة بينهما ستبقى. تم تأسيس هذا لأول مرة بواسطة B. Pascal.

قانون باسكال: ينقل السائل (الغاز) الضغط الخارجي الناتج فوقه بواسطة القوى الهزيلة في جميع الاتجاهات دون تغيير.

لا ينتقل الضغط الممارس على السائل أو الغاز في اتجاه القوة فحسب، بل أيضًا إلى كل نقطة من السائل (الغاز) بسبب حركة جزيئات السائل (الغاز).

وهذا القانون هو نتيجة مباشرة لغياب قوى الاحتكاك الساكن في السوائل والغازات.

لا ينطبق قانون باسكال في حالة السائل المتحرك (الغاز)، وكذلك في حالة وجود السائل (الغاز) في مجال الجاذبية؛ ومن المعروف أن الضغط الجوي والهيدروستاتيكي يتناقص مع الارتفاع

قانون أرخميدس: الجسم المغمور في سائل (أو غاز) تؤثر عليه قوة طفو تساوي وزن السائل (أو الغاز) المزاح بواسطة هذا الجسم (يسمى بقوة أرخميدس)

ف أ = ρ جي في,

حيث ρ هي كثافة السائل (الغاز)، زهو تسارع السقوط الحر، و الخامس- حجم الجسم المغمور (أو الجزء من حجم الجسم الموجود أسفل السطح). إذا كان الجسم يطفو على السطح أو يتحرك بشكل منتظم لأعلى أو لأسفل، فإن قوة الطفو (وتسمى أيضًا قوة أرخميدس) تساوي في الحجم (ومعاكسة في الاتجاه) لقوة الجاذبية المؤثرة على حجم السائل (الغاز) المزاح بواسطة الجسم، ويتم تطبيقه على مركز ثقل هذا الحجم.

أما بالنسبة للجسم الموجود في غاز، مثلا في الهواء، فلمعرفة قوة الرفع لا بد من استبدال كثافة السائل بكثافة الغاز. على سبيل المثال، يطير بالون الهيليوم إلى الأعلى لأن كثافة الهيليوم أقل من كثافة الهواء.

في غياب الجاذبية، أي في حالة انعدام الوزن، لا يعمل قانون أرخميدس. رواد الفضاء على دراية بهذه الظاهرة. على وجه الخصوص، في حالة انعدام الجاذبية، لا توجد ظاهرة الحمل الحراري (الطبيعي)، لذلك، على سبيل المثال، يتم تبريد الهواء وتهوية الأجزاء الحية للمركبة الفضائية بالقوة بواسطة المراوح.

حالة الأجسام العائمة

يعتمد سلوك الجسم الموجود في سائل أو غاز على العلاقة بين وحدات الجاذبية وقوة أرخميدس التي تعمل على هذا الجسم. الحالات الثلاث التالية ممكنة:

الجسد يغرق؛

يطفو الجسم في سائل أو غاز؛

يطفو الجسم للأعلى حتى يبدأ بالطفو.

صيغة أخرى (أين كثافة الجسم هي كثافة الوسط الذي مغمور فيه):

· - يغرق الجسد .

· - يطفو الجسم في سائل أو غاز .

· - يطفو الجسم للأعلى حتى يبدأ بالطفو .

معادلة برنولي.

قانون برنوليهو نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة للتدفق الثابت للسائل المثالي غير القابل للضغط (أي بدون احتكاك داخلي): ، هنا كثافة السائل، هي سرعة التدفق، هي الارتفاع الذي يقع عنده العنصر السائل المعني، هو الضغط عند النقطة في الفضاء حيث يقع مركز كتلة العنصر السائل المعني، هو تسارع الجاذبية. عادة ما يسمى الثابت على الجانب الأيمن ضغطأو الضغط الكلي، كذلك تكامل برنولي. البعد لجميع المصطلحات هو وحدة الطاقة لكل وحدة حجم السائل.

وفقًا لقانون برنولي، يظل الضغط الإجمالي في تدفق السائل الثابت ثابتًا على طول التدفق. الضغط الكامليتكون من الوزن (ρ ز)، ثابتة ( ص) والضغط الديناميكي.

ويترتب على ذلك من قانون برنولي أنه مع انخفاض المقطع العرضي للتدفق، بسبب زيادة السرعة، أي الضغط الديناميكي، ينخفض ​​الضغط الساكن. قانون برنولي صالح في شكله النقي فقط للسوائل التي تكون لزوجتها صفر، أي السوائل التي لا تلتصق بسطح الأنبوب. في الواقع، لقد ثبت تجريبيًا أن سرعة السائل على سطح المادة الصلبة تكون دائمًا تقريبًا صفرًا (باستثناء حالة الانفصال النفاث في ظل ظروف نادرة معينة). يمكن تطبيق قانون برنولي على تدفق السائل المثالي غير القابل للضغط من خلال ثقب صغير في الجدار الجانبي أو أسفل وعاء واسع.

للحصول على غاز مثالي قابل للضغط ، (ثابت على طول الخط الانسيابي أو الدوامي) حيث يكون ثابت الحرارة الأديباتية للغاز، ص- ضغط الغاز عند نقطة ما، ρ - كثافة الغاز عند نقطة ما، الخامس- سرعة تدفق الغاز، ز- تسارع الجاذبية، ح- الارتفاع بالنسبة للأصل. عند التحرك في مجال غير موحد زيتم استبداله بإمكانات مجال الجاذبية.

الضغط في السائل. قانون باسكال

في السوائل، تكون الجزيئات متحركة، لذلك ليس لها شكلها الخاص، ولكن لها حجمها الخاص وتقاوم الضغط والتمدد؛ لا تقاوم تشوه القص (خاصية التدفق).

هناك نوعان من الضغط الساكن في السائل الساكن: الهيدروستاتيكيو خارجي. بسبب الانجذاب إلى الأرض، يمارس السائل ضغطًا على قاع الوعاء وجدرانه، وكذلك على الأجسام الموجودة بداخله. يسمى الضغط الناتج عن وزن عمود السائل الهيدروستاتيكي. يختلف ضغط السائل عند ارتفاعات مختلفة ولا يعتمد على اتجاه الموقع الذي يتم تطبيقه عليه.

دع السائل يكون في وعاء أسطواني بمساحة مقطع عرضي S؛ ارتفاع العمود السائل ح. ثم

يعتمد الضغط الهيدروستاتيكي للسائل على كثافته رالسائل، من تسارع السقوط الحر ومن العمق h الذي تقع عنده النقطة المعنية. لا يعتمد على شكل العمود السائل.

يتم قياس العمق h عموديًا من النقطة قيد النظر إلى مستوى السطح الحر للسائل.

في ظل ظروف انعدام الوزن، لا يوجد ضغط هيدروستاتيكي في السائل، لأنه في ظل هذه الظروف يصبح السائل عديم الوزن. الضغط الخارجي يميز ضغط السائل تحت تأثير قوة خارجية. وهو يساوي:

مثال على الضغط الخارجي: الضغط الجوي والضغط الناتج في الأنظمة الهيدروليكية. أنشأ العالم الفرنسي بليز باسكال (1623-1662) ما يلي: تنقل السوائل والغازات الضغط الواقع عليها بالتساوي في جميع الاتجاهات (قانون باسكال). لقياس الضغوط الاستخدام أجهزة قياس الضغط.

تصميماتهم متنوعة للغاية. على سبيل المثال، النظر في جهاز قياس ضغط السائل. ويتكون من أنبوب على شكل حرف U، يتصل أحد طرفيه بخزان يتم فيه قياس الضغط. من خلال اختلاف الأعمدة في أكواع مقياس الضغط يمكن تحديد الضغط.

لا التعادل

ومن المعروف أن الغاز يملأ كامل الحجم المقدم له. وفي نفس الوقت يضغط على قاع وجدران الوعاء. وينتج هذا الضغط عن حركة جزيئات الغاز واصطدامها بجدران الوعاء. سيكون الضغط على جميع الجدران هو نفسه، لأن جميع الاتجاهات متساوية.

يعتمد ضغط الغاز على:

من كتلة الغاز - كلما زاد عدد الغاز في الوعاء، زاد الضغط،
- اعتمادًا على حجم الوعاء - كلما كان حجم الغاز أصغر بكتلة معينة، زاد الضغط،
- على درجة الحرارة - مع زيادة درجة الحرارة تزداد سرعة حركة الجزيئات التي تتفاعل بشكل أكثر كثافة وتصطدم بجدران الوعاء، وبالتالي يزداد الضغط.

لتخزين ونقل الغازات فهي مضغوطة بقوة مما يؤدي إلى زيادة ضغطها بشكل كبير. لذلك، في مثل هذه الحالات، يتم استخدام أسطوانات فولاذية خاصة ومتينة للغاية. مثل هذه الأسطوانات، على سبيل المثال، تخزن الهواء المضغوط في الغواصات.

وضع الفيزيائي الفرنسي بليز باسكال قانونًا يصف ضغط السوائل أو الغازات. قانون باسكال: ينتقل الضغط المؤثر على السائل أو الغاز دون تغيير إلى كل نقطة من السائل أو الغاز.

تتأثر السوائل، مثل جميع الأجسام الموجودة على الأرض، بالجاذبية. ولذلك فإن كل طبقة من السائل في الوعاء تضغط بثقلها على الطبقات الأخرى، وينتقل هذا الضغط حسب قانون باسكال في جميع الاتجاهات. أي أن هناك ضغطًا داخل السائل وعلى نفس المستوى يكون واحدًا في جميع الاتجاهات. ومع العمق، يزداد ضغط السوائل. ويعتمد ضغط السائل أيضًا على خصائص السائل، أي: على كثافته.

وبما أن ضغط السوائل يزداد مع العمق، يستطيع الغواص العمل على أعماق تصل إلى 100 متر ببدلة غوص تقليدية خفيفة الوزن. في أعماق كبيرة، هناك حاجة إلى حماية خاصة. للبحث على عمق عدة كيلومترات، يتم استخدام كرات الأعماق وغواصات الأعماق التي يمكنها تحمل ضغط كبير.

xn—-7sbfhivhrke5c.xn--p1ai

الضغط في السائل. قانون باسكال. اعتماد الضغط في السائل على العمق

هذا الفيديو التعليمي متاح عن طريق الاشتراك

هل لديك اشتراك بالفعل؟ ليأتي

في هذا الدرس سنتعرف على الفرق بين الأجسام السائلة والغازية والأجسام الصلبة. إذا أردنا تغيير حجم السائل، فسيتعين علينا تطبيق قوة كبيرة مماثلة لتلك التي نطبقها عند تغيير حجم المادة الصلبة. وحتى لتغيير حجم الغاز، يلزم استخدام قوة كبيرة جدًا، مثل المضخات والأجهزة الميكانيكية الأخرى. لكن إذا أردنا تغيير شكل سائل أو غاز وقمنا بذلك ببطء كافٍ، فلن نضطر إلى بذل أي جهد. هذا هو الفرق الرئيسي بين السائل والغاز من مادة صلبة.

ضغط السائل

ما هو سبب هذا التأثير؟ والحقيقة هي أنه عندما يتم إزاحة طبقات مختلفة من السائل بالنسبة لبعضها البعض، لا تنشأ فيها أي قوى مرتبطة بالتشوه. لا توجد تحولات أو تشوهات في الوسائط السائلة والغازية، ولكن في الأجسام الصلبة، عند محاولة تحريك طبقة ضد أخرى، تنشأ قوى مرنة كبيرة. ولذلك يقولون إن السائل يميل إلى ملء الجزء السفلي من الحجم الذي يوضع فيه. يميل الغاز إلى ملء الحجم الكامل الذي يتم وضعه فيه. لكن هذا في الواقع مفهوم خاطئ، لأننا إذا نظرنا إلى أرضنا من الخارج، فسنرى أن الغاز (الغلاف الجوي للأرض) يغوص إلى الأسفل ويميل إلى ملء مساحة معينة من سطح الأرض. الحد العلوي لهذه المنطقة مسطح وناعم تمامًا، مثل سطح السائل الذي يملأ البحار والمحيطات والبحيرات. والحقيقة هي أن كثافة الغاز أقل بكثير من كثافة السائل، وبالتالي، إذا كان الغاز كثيفا للغاية، فسوف يسقط بنفس الطريقة وسنرى الحدود العليا للغلاف الجوي. ونظرًا لعدم وجود تحولات أو تشوهات في السوائل والغازات، فإن جميع القوى تتفاعل بين مناطق مختلفة من الوسط السائل والغازي، وهي قوى موجهة على طول السطح الطبيعي الذي يفصل بين هذه الأجزاء. تسمى هذه القوى، الموجهة دائمًا على طول السطح الطبيعي قوى الضغط. إذا قسمنا حجم قوة الضغط على سطح معين على مساحة هذا السطح، نحصل على كثافة قوة الضغط، والتي تسمى ببساطة الضغط (أو يضاف في بعض الأحيان الضغط الهيدروستاتيكي)، حتى في الوسط الغازي ، لأنه من وجهة نظر الضغط فإن الوسط الغازي لا يختلف عمليا عن الوسط السائل.

قانون باسكال

تمت دراسة خصائص توزيع الضغط في الأوساط السائلة والغازية منذ بداية القرن السابع عشر، وكان أول من وضع قوانين توزيع الضغط في الأوساط السائلة والغازية هو عالم الرياضيات الفرنسي بليز باسكال.

ولا يعتمد حجم الضغط على اتجاه العمودي إلى السطح الذي يطبق عليه هذا الضغط، أي أن توزيع الضغط يكون متناحيا (نفسه) في جميع الاتجاهات.

تم إنشاء هذا القانون تجريبيا. لنفترض أنه يوجد في سائل معين منشور مستطيل، يقع أحد أرجله عموديًا والآخر أفقيًا. سيكون الضغط على الجدار العمودي P 2، والضغط على الجدار الأفقي سيكون P 3، والضغط على الجدار التعسفي سيكون P 1. تشكل الجوانب الثلاثة مثلثًا قائم الزاوية، وتتجه قوى الضغط المؤثرة على هذه الجوانب بشكل عمودي على هذه الأسطح. نظرًا لأن الحجم المحدد في حالة توازن وسكون ولا يتحرك في أي مكان، فإن مجموع القوى المؤثرة عليه يساوي صفرًا. القوة المؤثرة بشكل عمودي على الوتر تتناسب طرديًا مع مساحة السطح، أي تساوي الضغط مضروبًا في مساحة السطح. تتناسب القوى المؤثرة على الجدران الرأسية والأفقية أيضًا مع مساحات هذه الأسطح ويتم توجيهها أيضًا بشكل عمودي. أي أن القوة المؤثرة على المستوى الرأسي تكون موجهة أفقيًا، والقوة المؤثرة على المستوى الأفقي موجهة رأسيًا. مجموع هذه القوى الثلاث يساوي صفرًا، وبالتالي تشكل مثلثًا يشبه هذا المثلث تمامًا.

أرز. 1. توزيع القوى المؤثرة على الجسم

ونظراً لتشابه هذه المثلثات، وأنها متشابهة، حيث أن الأضلاع المكونة لها متعامدة مع بعضها البعض، يترتب على ذلك أن يكون معامل التناسب بين مساحات أضلاع هذا المثلث واحداً لجميع الأضلاع، أي , ف 1 = ف 2 = ف 3.

وبذلك نؤكد قانون باسكال التجريبي الذي ينص على أن الضغط موجه في أي اتجاه ومتساوي في الحجم. وبذلك نكون قد أثبتنا أنه وفقًا لقانون باسكال، فإن الضغط عند نقطة معينة في السائل هو نفسه في جميع الاتجاهات.

الآن سوف نثبت أن الضغط عند نفس المستوى في السائل هو نفسه في كل مكان.

أرز. 2. القوى المؤثرة على جدران الاسطوانة

لنتخيل أن لدينا أسطوانة مملوءة بسائل ذي كثافة ρ ، الضغط على جدران الأسطوانة هو P 1 و P 2 على التوالي، وبما أن كتلة السائل في حالة سكون، فإن القوى المؤثرة على جدران الأسطوانة ستكون متساوية، لأن مساحاتها متساوية، أي P 1 = P 2. هكذا أثبتنا أنه في السائل عند نفس المستوى يكون الضغط هو نفسه.

اعتماد الضغط في السائل على العمق

دعونا نفكر في السائل الموجود في مجال الجاذبية. يؤثر مجال الجاذبية على السائل ويحاول ضغطه، ولكن يتم ضغط السائل بشكل ضعيف جدًا، لأنه غير قابل للضغط وتحت أي تأثير تكون كثافة السائل هي نفسها دائمًا. وهذا فرق كبير بين السائل والغاز، وبالتالي فإن الصيغ التي سننظر فيها تتعلق بسائل غير قابل للضغط ولا تنطبق في بيئة غازية.

أرز. 3. المنتج بالسائل

لنفكر في جسم بمساحة سائلة S = 1، ارتفاع h، كثافة سائلة ρ، وهو في مجال جاذبية مع تسارع الجاذبية g. يوجد ضغط سائل P 0 أعلاه وضغط P h أدناه، نظرًا لأن الكائن في حالة توازن، فإن مجموع القوى المؤثرة عليه سيكون مساويًا للصفر. قوة الجاذبية ستكون مساوية لكثافة السائل لكل تسارع الجاذبية والحجم Ft = ρ g V، بما أن V = h S، وS = 1، فإننا نحصل على Ft = ρ g h.

قوة الضغط الكلية تساوي فرق الضغط مضروبًا في مساحة المقطع العرضي، لكن بما أن لدينا تساوي الوحدة، إذن P = P h - P 0

وبما أن هذا الجسم لا يتحرك، فإن هاتين القوتين متساويتان لبعضهما البعض Ft = P.

نحصل على اعتماد ضغط السائل على العمق أو قانون الضغط الهيدروستاتيكي. يختلف الضغط عند العمق h عن الضغط عند العمق صفر بمقدار ρ g h: P h = P 0 + (ρ g h).

قانون السفن التواصلية

باستخدام العبارتين المشتقتين، يمكننا استخلاص قانون آخر - قانون السفن المتصلة.

أرز. 4. سفن التواصل

ترتبط أسطوانتين من المقاطع العرضية المختلفة ببعضهما البعض، فلنسكب سائلًا كثافته ρ في هذه الأوعية. ينص قانون السفن المتصلة على أن المستويات في هذه السفن ستكون هي نفسها تمامًا.دعونا نثبت هذا البيان.

سيكون الضغط في الجزء العلوي من الوعاء الأصغر P 0 أقل من الضغط في قاع الوعاء بمقدار ρ g h، وبنفس الطريقة سيكون الضغط P 0 أقل من الضغط في قاع الوعاء الأكبر بنفس المقدار ρ g h، نظرًا لأن كثافتها وعمقها متماثلان، وبالتالي فإن هذه القيم ستكون هي نفسها بالنسبة لهما.

إذا تم سكب سوائل ذات كثافات مختلفة في الأوعية، فستكون مستوياتها مختلفة.

خاتمة. الضغط الهيدروليكي

تم إنشاء قوانين الهيدروستاتيكا من قبل باسكال في بداية القرن السابع عشر، ومنذ ذلك الحين، على أساس هذه القوانين، تم عمل عدد كبير من الآلات والآليات الهيدروليكية المختلفة. سننظر إلى جهاز يسمى المكبس الهيدروليكي.

أرز. 5. الصحافة الهيدروليكية

في وعاء يتكون من أسطوانتين بمساحات مقطعية S 1 و S 2، يتم تركيب السائل المسكوب على نفس الارتفاع. وبوضع المكابس في هذه الأسطوانات وتطبيق القوة F 1، نحصل على F 1 = P 0 S 1.

نظرًا لحقيقة أن الضغوط المطبقة على المكابس هي نفسها، فمن السهل أن نرى أن القوة التي يجب تطبيقها على المكبس الكبير لإبقائه في حالة سكون ستتجاوز القوة المطبقة على المكبس الصغير، وهي النسبة من هذه القوى هي مساحة المكبس الكبير مقسومة على مساحة المكبس الصغير.

من خلال تطبيق قوة صغيرة بشكل تعسفي على مكبس صغير، سنطور قوة كبيرة جدًا على مكبس أكبر - وهذه هي بالضبط الطريقة التي تعمل بها المكبس الهيدروليكي. القوة التي سيتم تطبيقها على المكبس الأكبر أو على الجزء الموضوع في ذلك المكان ستكون كبيرة بشكل تعسفي.

الموضوع التالي هو قوانين أرخميدس للأجسام الساكنة.

العمل في المنزل

1. تعريف قانون باسكال.
2. ماذا ينص قانون السفن الناقلة؟
3. الإجابة على الأسئلة من الموقع (المصدر).

1. تيخوميروفا إس إيه، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - م: منيموسين، 2012.
2. جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف العاشر. - م: اليكسا، 2005.
3. جروموف إس.في.، رودينا إن.إيه. الفيزياء الصف السابع 2002.

قانون باسكال للسوائل والغازات

تنقل السوائل والغازات الضغط المطبق عليها بالتساوي في جميع الاتجاهات.

تم اكتشاف هذا القانون في منتصف القرن الرابع عشر على يد العالم الفرنسي ب. باسكال وحصل بعد ذلك على اسمه.

يتم تفسير حقيقة أن السوائل والغازات تنقل الضغط من خلال الحركة العالية للجزيئات التي تتكون منها؛ وهذا ما يميزها بشكل كبير عن الأجسام الصلبة، التي تكون جزيئاتها غير نشطة ولا يمكنها إلا أن تتأرجح حول مواقع توازنها. لنفترض أن الغاز موجود في وعاء مغلق بمكبس؛ حيث تملأ جزيئاته كامل الحجم المقدم له بالتساوي. دعونا نحرك المكبس، مما يقلل من حجم الوعاء، وسوف تنضغط طبقة الغاز المجاورة للمكبس، وستكون جزيئات الغاز أكثر كثافة مما كانت عليه على مسافة ما من المكبس. ولكن بعد مرور بعض الوقت، ستختلط جزيئات الغاز، المشاركة في الحركة الفوضوية، مع جزيئات أخرى، وسوف تتساوى كثافة الغاز، ولكنها ستصبح أكبر مما كانت عليه قبل تحرك المكبس. في هذه الحالة يزداد عدد الصدمات على قاع وجدران الوعاء، وبالتالي ينتقل ضغط المكبس بواسطة الغاز في جميع الاتجاهات بالتساوي وعند كل نقطة يزداد بنفس المقدار. ويمكن تطبيق منطق مماثل على السوائل.

صياغة قانون باسكال

ينتقل الضغط الناتج عن القوى الخارجية على السائل (الغاز) الساكن بواسطة المادة في جميع الاتجاهات دون تغيير إلى أي نقطة من السائل (الغاز) وجدران الوعاء.

ينطبق قانون باسكال على السوائل والغازات غير القابلة للضغط والقابلة للانضغاط إذا تم إهمال قابلية الانضغاط. هذا القانون هو نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة.

الضغط الهيدروستاتيكي للسوائل والغازات

لا تنقل السوائل والغازات الضغط الخارجي فحسب، بل تنقل أيضًا الضغط الذي ينشأ بسبب وجود الجاذبية. تخلق هذه القوة ضغطًا داخل السائل (الغاز) يعتمد على عمق الغمر، بينما تعمل القوى الخارجية المطبقة على زيادة هذا الضغط عند أي نقطة في المادة بنفس المقدار.

يسمى الضغط الذي يمارسه السائل (الغاز) في حالة الراحة الهيدروستاتيكي. الضغط الهيدروستاتيكي ($p$) في أي عمق داخل السائل (الغاز) لا يعتمد على شكل الوعاء الذي يوجد فيه ويساوي:

حيث $h$ هو ارتفاع عمود السائل (الغاز)؛ $\rho$ هي كثافة المادة. من الصيغة (1) للضغط الهيدروستاتيكي يترتب على ذلك أنه في جميع أماكن السائل (الغاز) التي تكون على نفس العمق، يكون الضغط هو نفسه. ومع زيادة العمق، يزداد الضغط الهيدروستاتيكي. وبالتالي، على عمق 10 كم، يبلغ ضغط الماء حوالي $ ^8 Pa$.

نتيجة طبيعية لقانون باسكال: الضغط عند أي نقطة على نفس المستوى الأفقي للسائل (الغاز) في حالة التوازن له نفس القيمة.

أمثلة على المشاكل مع الحلول

يمارس.يتم إعطاء ثلاث أوعية بأشكال مختلفة (الشكل 1). مساحة قاع كل سفينة هي $S$. في أي الأوعية يكون ضغط السائل نفسه في القاع أكبر؟

حل.تتناول هذه المشكلة المفارقة الهيدروستاتية. ومن نتائج قانون باسكال أن ضغط السائل لا يعتمد على شكل الوعاء، بل يتحدد بارتفاع عمود السائل. وبما أنه حسب شروط المشكلة فإن مساحة قاع كل وعاء تساوي S، ومن الشكل 1 نرى أن ارتفاع أعمدة السائل هو نفسه، على الرغم من اختلاف وزن السائل، قوة ضغط "الوزن" على القاع في جميع الأوعية هي نفسها وتساوي وزن السائل في الوعاء الأسطواني. تفسير هذه المفارقة يكمن في أن قوة ضغط السائل على الجدران المائلة لها مكون رأسي، يتجه نحو الأسفل في الوعاء الذي يضيق نحو الأعلى، ويتجه نحو الأعلى في الوعاء المتوسع.

يمارس.ويبين الشكل 2 سفينتين متصلتين بالسائل. المقطع العرضي لإحدى السفن أصغر بـ $n\$ مرات من الثانية. السفن مغلقة بالمكابس. تؤثر القوة $F_2 على المكبس الصغير.\ $ما هي القوة التي يجب تطبيقها على المكبس الكبير ليكون النظام في حالة توازن؟

حل.تمثل المشكلة رسمًا تخطيطيًا لمكبس هيدروليكي يعمل على أساس قانون باسكال. الضغط الذي يحدثه المكبس الأول على السائل يساوي:

المكبس الثاني يمارس الضغط على السائل:

إذا كان النظام في حالة توازن، $p_1$ و $p_2$ متساويان، نكتب:

لنجد مقدار القوة المؤثرة على المكبس الكبير:

الضغط في السوائل قانون باسكال

§ 11. قانون باسكال. الأواني المستطرقة

دع السائل (أو الغاز) يوضع في وعاء مغلق (الشكل 17).

ينتقل الضغط الذي يمارس على السائل في أي مكان على حدوده، على سبيل المثال بواسطة مكبس، دون تغيير إلى جميع نقاط السائل - قانون باسكال.

قانون باسكال صالح أيضًا للغازات. يمكن استخلاص هذا القانون من خلال النظر في شروط التوازن للأحجام الأسطوانية التعسفية المحددة عقليًا في السائل (الشكل 17)، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن السائل يضغط على أي سطح عمودي عليه فقط.

باستخدام نفس التقنية، يمكن إثبات أنه نظرًا لوجود مجال جاذبية منتظم، فإن فرق الضغط عند مستويين من السائل، متباعدين في الارتفاع عن بعضهما البعض على مسافة `H`، يُعطى بالعلاقة `Deltap= rhogH`، حيث `rho` هي كثافة السائل. هذا يعني

في الأوعية المتصلة المملوءة بسائل متجانس، يكون الضغط عند جميع نقاط السائل الموجود في نفس المستوى الأفقي هو نفسه، بغض النظر عن شكل الأوعية.

في هذه الحالة، يتم ضبط أسطح السائل في الأوعية المتصلة على نفس المستوى (الشكل 18).

ويسمى الضغط الذي يظهر في السائل بسبب مجال الجاذبية الهيدروستاتيكي. في السائل على عمق `H`، بدءًا من سطح السائل، يكون الضغط الهيدروستاتيكي `p=rhogH`. الضغط الكلي في السائل هو مجموع الضغط على سطح السائل (الضغط الجوي عادة) والضغط الهيدروستاتيكي.

• المحاضرة 1. القانون الدولي الخاص في نظام القانون الروسي 1.3. نظام القانون الدولي الخاص ينقسم القانون الدولي الخاص، مثل العديد من فروع القانون، إلى قسمين: عام وخاص. الجزء العام يناقش […]
• الموضوع الأول: أحكام عامة في قانون العقوبات 1.7. مفهوم وأنواع وهيكل قواعد القانون التنفيذي الجنائي قاعدة القانون التنفيذي الجنائي هي قاعدة سلوك ملزمة بشكل عام ومحددة رسميًا تهدف إلى […]
• موسوعة مصغرة عن قواعد السلوك الآمن عرض الدرس انتبه! معاينات الشرائح هي لأغراض إعلامية فقط وقد لا تمثل جميع ميزات العرض التقديمي. لو […]
• ما هي أشكال وأنواع ملكية الأشياء في عالم الحيوان؟ وفقًا للقانون الاتحادي "بشأن الحيوانات" (المادة 4)، فإن الحيوانات الموجودة على أراضي الاتحاد الروسي هي ملكية الدولة. على القارة […]
• إذا نسيت وثيقتك في المنزل إذا نسيت وثيقتك في المنزل كيف تثبت للمفتش أنها موجودة تم شراء السيارة في صالة عرض في مارس وتم تسجيلها في مارس بدون تأمين، فهي غير مسجلة إجابات من المحامين (10) جيد بعد الظهر، فلاد! المسؤولية عن […]
• تقديم المساعدة المالية لتمويل نفقات مستهدفة محددة إحدى السمات المميزة لتقديم المساعدة المالية في شكل إعانات أو إعانات هو استهدافها وطبيعتها المستهدفة. في […]

قانون باسكال - إن الضغط الذي يمارس على السائل (الغاز) في أي مكان على حدوده، مثلا بواسطة مكبس، ينتقل دون تغيير إلى جميع نقاط السائل (الغاز).

ولكن عادة ما يتم استخدامه مثل هذا:

لنتحدث قليلا عن قانون باسكال:

يتأثر كل جسيم من السائل الموجود في مجال الجاذبية الأرضية بقوة الجاذبية. وتحت تأثير هذه القوة، تضغط كل طبقة من السائل على الطبقات الموجودة تحتها. ونتيجة لذلك، يكون الضغط داخل السائل عند مستويات مختلفة سوف لننفس الشيء. لذلك، في السوائل هناك ضغط بسبب وزنها.

من هذا يمكننا أن نستنتج: كلما تعمقنا تحت الماء، كلما كان ضغط الماء أقوى علينا

يسمى الضغط الناتج عن وزن السائل الضغط الهيدروليكي.

بيانياً، يظهر في الشكل اعتماد الضغط على عمق الغمر في السائل.

قائم على قانون باسكالتعمل الأجهزة الهيدروليكية المختلفة: أنظمة الفرامل والمكابس والمضخات والمضخات وغيرها.
قانون باسكاللا ينطبق في حالة السائل المتحرك (الغاز)، وكذلك في حالة وجود السائل (الغاز) في مجال الجاذبية؛ ومن المعروف أن الضغط الجوي والهيدروستاتيكي يتناقص مع الارتفاع.

في الصيغة استخدمنا:

ضغط

الضغط المحيط

كثافة السائل

بليز باسكال هو عالم رياضيات وفيزياء وفيلسوف فرنسي عاش في منتصف القرن السابع عشر. درس سلوك السوائل والغازات ودرس الضغط.

ولاحظ أن شكل الوعاء ليس له أي تأثير على ضغط السائل بداخله. كما صاغ المبدأ: تنقل السوائل والغازات الضغط الواقع عليها بالتساوي في جميع الاتجاهات.
ويسمى هذا المبدأ قانون باسكال للسوائل والغازات.

ويجب أن يكون مفهوما أن هذا القانون لم يأخذ في الاعتبار قوة الجاذبية المؤثرة على السائل. في الحقيقة، يزداد ضغط السائل مع العمق نتيجة لجاذبيته للأرض، وهذا ما يسمى الضغط الهيدروستاتيكي.

لحساب قيمتها، استخدم الصيغة:
- ضغط عمود السائل .

• ρ - كثافة السائل
• ز - تسارع السقوط الحر.
• ح - العمق (ارتفاع عمود السائل).

إجمالي ضغط السائل عند أي عمق هو مجموع الضغط الهيدروستاتيكي والضغط المرتبط بالضغط الخارجي:

حيث p0 هو الضغط الخارجي، على سبيل المثال، للمكبس في وعاء به ماء.

تطبيقات قانون باسكال في الهيدروليكا

تستخدم الأنظمة الهيدروليكية سوائل غير قابلة للضغط، مثل الزيت أو الماء، لنقل الضغط من نقطة إلى أخرى داخل السائل مع زيادة في القوة. تستخدم الأجهزة الهيدروليكية لسحق المواد الصلبة في المكابس. تحتوي الطائرات على مكونات هيدروليكية مثبتة في أنظمة الفرامل ومعدات الهبوط.
وبما أن قانون باسكال ينطبق أيضًا على الغازات، فهناك أنظمة هوائية في التكنولوجيا تستخدم ضغط الهواء.

قوة أرخميدس. حالة الأجسام العائمة

إن معرفة قوة أرخميدس (المعروفة أيضًا باسم قوة الطفو) أمر مهم عند محاولة فهم سبب طفو بعض الأجسام بينما تغرق أجسام أخرى.
لنلقي نظرة على مثال. رجل في حمام السباحة. عندما يكون مغمورًا تمامًا تحت الماء، يمكنه بسهولة القيام بشقلبة أو شقلبة أو القفز عاليًا جدًا. على الأرض، يكون أداء مثل هذه الأعمال المثيرة أكثر صعوبة.
هذا الوضع في حمام السباحة ممكن بسبب حقيقة أن قوة أرخميدس تؤثر على الشخص الموجود في الماء. في السائل، يزداد الضغط مع العمق (وهذا ينطبق أيضًا على الغاز). عندما يكون الجسم تحت الماء تمامًا، يتغلب ضغط السائل من أسفل الجسم على الضغط من أعلى، ويبدأ الجسم في الطفو.

قانون أرخميدس

يتعرض الجسم الموجود في السائل (الغاز) لقوة طفو تساوي وزن كمية السائل (الغاز) التي يزيحها الجزء المغمور من الجسم.

• قدم - الجاذبية.
• فا - قوة أرخميدس؛
• ρl - كثافة السائل أو الغاز؛
• ت. و. - حجم السائل (الغاز) النازح يساوي حجم الجزء المغمور من الجسم؛
• الكهروضوئية. و. - وزن السائل النازح.

حالة الإبحار

1. FT>FA - الجسم يغرق؛
2. قدم< FA - тело поднимается к поверхности до тех пор, пока не окажется в положении равновесия и не начнёт плыть;
3. FT = FA - يكون الجسم في حالة توازن في بيئة مائية أو غازية (يطفو).