Vì trọng lực tác dụng lên chất lỏng nên chất lỏng có trọng lượng. Trọng lượng là lực mà nó ép lên giá đỡ, tức là lên đáy bình mà nó được đổ vào. Định luật Pascal cho biết: áp suất trên chất lỏng được truyền đến bất kỳ điểm nào trong nó, mà không làm thay đổi độ mạnh của nó. Làm thế nào để tính áp suất của chất lỏng lên đáy và thành bình? Chúng ta sẽ hiểu bài viết bằng các ví dụ minh họa.
Trải nghiệm
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một bình hình trụ chứa đầy chất lỏng. Ta biểu thị chiều cao của lớp chất lỏng là h, diện tích của đáy bình - S, và khối lượng riêng của chất lỏng - ρ. Áp suất mong muốn là P. Nó được tính bằng cách chia lực tác dụng lên bề mặt một góc 90 ° cho diện tích của / u200b / u200 bề mặt này. Trong trường hợp của chúng tôi, bề mặt là đáy của thùng chứa. P=F / S.
Lực ép chất lỏng lên đáy bình là trọng lượng. Nó bằng với lực ép. Chất lỏng của chúng ta là đứng yên, vì vậy trọng lượng bằng trọng lực(Fsợi) tác dụng lên chất lỏng và do đó lực ép (F=Fsức). Fnặngđược tìm thấy như sau: nhân khối lượng của chất lỏng (m) với gia tốc rơi tự do (g). Khối lượng có thể được tìm thấy nếu biết khối lượng riêng của chất lỏng và thể tích của nó trong bình là bao nhiêu. m=ρ × V. Bình có dạng hình trụ, vì vậy chúng ta sẽ tìm thể tích của nó bằng cách nhân diện tích đáy của hình trụ với chiều cao của lớp chất lỏng (V=S × h).
Tính áp suất chất lỏng ở đáy bình
Dưới đây là các đại lượng ta tính được: V=S × h; m=ρ × V; F=m × g. Hãy thay chúng vào công thức đầu tiên và nhận được biểu thức sau: P=ρ × S × h × g / S. Chúng ta hãy giảm diện tích S ở tử số và mẫu số. Nó sẽ biến mất khỏi công thức, có nghĩa là áp suất trên đáy không phụ thuộc vào diện tích của bình. Ngoài ra, nó không phụ thuộc vào hình dạng của hộp đựng.
Áp suất mà chất lỏng tạo ra ở đáy bình được gọi là áp suất thủy tĩnh. "Hydro" là "nước" và tĩnh là vì chất lỏng là tĩnh. Sử dụng công thức thu được sau tất cả các phép biến đổi (P=ρ × h × g), hãy xác định áp suất của chất lỏng ở đáy bình. Qua biểu thức có thể thấy chất lỏng càng đặc thì áp suất của nó lên đáy bình càng lớn. Hãy phân tích chi tiết hơn giá trị h.
Áp suất trong cột chất lỏng
Giả sử chúng ta đã tăng đáy bình lên một lượng nhất định, thêm không gian cho chất lỏng. Nếu chúng ta đặt một con cá vào một bình chứa, thì áp suất lên nó có giống nhau trong bình ở thí nghiệm trước và ở thí nghiệm thứ hai, được phóng to không? Liệu áp suất có thay đổi so với những gì vẫn còn dưới con cácó nước không? Không, bởi vì có một lớp chất lỏng nhất định ở trên, trọng lực tác động lên nó, nghĩa là nước có trọng lượng. Những gì dưới đây là không liên quan. Do đó, chúng ta có thể tìm thấy áp suất trong chính độ dày của chất lỏng, và h là độ sâu. Không nhất thiết là khoảng cách đến đáy, đáy có thể thấp hơn.
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta xoay con cá 90 °, để nó ở cùng độ sâu. Liệu điều này có thay đổi được áp lực cho cô ấy không? Không, bởi vì ở độ sâu, nó giống nhau ở tất cả các hướng. Nếu chúng ta đưa một con cá đến gần thành mạch thì áp lực lên nó có thay đổi không nếu nó vẫn ở độ sâu như cũ? Không. Trong mọi trường hợp, áp suất ở độ sâu h sẽ được tính theo cùng một công thức. Điều này có nghĩa là công thức này cho phép chúng ta tìm áp suất của chất lỏng lên đáy và thành bình ở độ sâu h, tức là theo độ dày của chất lỏng. Càng sâu, nó càng lớn.
Áp suất trong bình nghiêng
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một cái ống dài khoảng 1 m, chúng ta đổ chất lỏng vào đó sao cho nó được lấp đầy hoàn toàn. Hãy lấy chính xác cùng một ống, đầy đến vành và đặt nó ở một góc. Các bình giống hệt nhau và chứa đầy cùng một chất lỏng. Do đó, khối lượng và trọng lượng của chất lỏng ở hai ống thứ nhất và ống thứ hai bằng nhau. Áp suất tại các điểm nằm ở dưới cùng của các bình chứa này có giống nhau không? Thoạt nhìn, có vẻ như áp suất P1bằng P2, vì khối lượng của các chất lỏng là như nhau. Hãy giả sử trường hợp này xảy ra và hãy làm một thử nghiệm để kiểm tra.
Nối các phần dưới của các ống này bằng một ống nhỏ. Nếu mộtGiả thiết của chúng ta rằng P1=P2là đúng, liệu chất lỏng sẽ chảy đi đâu đó? Không, bởi vì các hạt của nó sẽ bị ảnh hưởng bởi lực theo hướng ngược lại, lực này sẽ bù trừ cho nhau.
Hãy gắn một cái phễu vào đầu ống dốc. Và trên ống thẳng đứng, chúng tôi tạo một lỗ, luồn một ống vào đó, ống này sẽ uốn cong xuống. Áp suất ở mức của lỗ lớn hơn ở đỉnh. Điều này có nghĩa là chất lỏng sẽ chảy qua một ống mỏng và làm đầy phễu. Khối lượng của chất lỏng trong ống nghiêng sẽ tăng lên, chất lỏng sẽ chảy từ ống bên trái sang ống bên phải, sau đó nó sẽ dâng lên và chuyển động theo hình tròn.
Và bây giờ chúng tôi sẽ lắp đặt một tuabin trên phễu, chúng tôi sẽ kết nối với một máy phát điện. Sau đó hệ thống này sẽ tự tạo ra điện mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào. Cô ấy sẽ làm việc không ngừng nghỉ. Có vẻ như đây là "cỗ máy chuyển động vĩnh viễn". Tuy nhiên, ngay từ thế kỷ 19, Viện Hàn lâm Khoa học Pháp đã từ chối nhận bất kỳ dự án nào như vậy. Định luật bảo toàn năng lượng nói rằng không thể tạo ra một "cỗ máy chuyển động vĩnh viễn". Vì vậy giả thiết của chúng ta rằng P1=P2là sai. Thực ra P1< P2. Vậy làm thế nào để tính áp suất của chất lỏng lên đáy và thành bình trong một ống nằm nghiêng một góc?
Chiều cao của cột chất lỏng và áp suất
Để tìm hiểu, chúng ta hãy làm thí nghiệm suy nghĩ sau đây. Lấy một bình chứa đầy chất lỏng. Chúng tôi đặt hai ống trong đó từlưới kim loại. Chúng ta sẽ đặt một cái theo chiều dọc, và cái kia - xiên, sao cho đầu dưới của nó có cùng độ sâu với đáy của ống thứ nhất. Vì các bình chứa ở cùng độ sâu h nên áp suất của chất lỏng lên đáy và thành bình cũng sẽ như nhau.
Bây giờ đóng tất cả các lỗ trên ống. Do đã trở thành vật rắn nên áp suất ở phần dưới của chúng có thay đổi không? Không. Mặc dù áp suất như nhau, và các bình có kích thước bằng nhau nhưng khối lượng chất lỏng trong ống thẳng đứng nhỏ hơn. Độ sâu mà đáy ống nằm được gọi là chiều cao của cột chất lỏng. Hãy đưa ra định nghĩa cho khái niệm này: nó là khoảng cách được đo theo phương thẳng đứng từ bề mặt tự do đến một điểm nhất định trong chất lỏng. Trong ví dụ của chúng ta, chiều cao của cột chất lỏng là như nhau, do đó áp suất là như nhau. Trong thí nghiệm trước, chiều cao của cột chất lỏng ở ống bên phải lớn hơn chiều cao của cột chất lỏng ở ống bên trái. Do đó, áp suất P1nhỏ hơn P2.
