GÖREVLER

Hesaplamaları gerçekleştirmek için - grafik çalışması

"Hidrolik" disiplininde

Konu: hidrostatik

Severodvinsk

TEMEL TEORİK HÜKÜMLER

Hidrolik, veya akışkanların teknik mekaniği, akışkanların denge ve hareketi yasalarının ve bu yasaları pratik problemlerin çözümüne uygulama yöntemlerinin bilimidir;

Sıvı Katı hal (çok düşük sıkıştırılabilirlik) ve gaz halindeki durumun (akışkanlık) özelliklerini birleştiren, toplanma halindeki bir maddeyi çağırırlar. Damlacık sıvılarının denge ve hareketi kanunları belirli sınırlar dahilinde gazlara da uygulanabilir.

Bir sıvı, kütlesine (hacmine) dağıtılan kuvvetler tarafından etkilenebilir. cüsseli ve yüzey boyunca adı verilen yüzeysel. Birincisi yerçekimi ve atalet kuvvetlerini, ikincisi ise basınç ve sürtünme kuvvetlerini içerir.

Basınç yüzeye dik kuvvetin alana oranı denir. Düzgün dağılımla

Kayma gerilimi Yüzeye teğet olan sürtünme kuvvetinin alana oranına denir:

Eğer basınç R mutlak sıfırdan sayılırsa buna mutlak (p abs) denir ve koşullu sıfırdan sayılırsa (yani atmosferik basınçla karşılaştırıldığında) ra, O gereksiz(r kulübe):

Eğer R abs< Р а, то имеется vakum, kimin değeri:

Rvac = Ra - R abs

Bir sıvının temel fiziksel özelliği yoğunlukρ (kg/m3), homojen bir sıvı için kütlesinin oranıyla belirlenir M hacmine V:

Yoğunluk tatlı su T = 4°C sıcaklıkta ρ = = 1000 kg/m3. Hidrolikte bu kavram sıklıkla kullanılır. özgül ağırlık γ(N/m3), yani ağırlık G sıvı hacmi birimleri:

Yoğunluk ve özgül ağırlık aşağıdaki ilişki ile birbirleriyle ilişkilidir:

Nerede G- serbest düşüş ivmesi.

Tatlı su için γ su = 9810 N/m3

Sıvıların hidrolik hesaplamalarda kullanılan en önemli fiziksel parametreleri sıkıştırılabilirlik, termal genleşme, viskozite ve uçuculuk.

Sıkıştırılabilirlik sıvılar toplu elastikiyet modülü ile karakterize edilir İLE, genelleştirilmiş Hooke yasasına dahil edilmiştir:

Nerede ΔV- sıvı hacminin artması (bu durumda azalması) V, basınçta Δр kadar bir artıştan kaynaklanır. Örneğin su için K su ≈2. 10 3 MPa.

Sıcaklık genleşmesi sıcaklık 1 °C değiştiğinde hacimdeki bağıl değişime eşit olan karşılık gelen katsayı ile belirlenir:

Viskozite bir akışkanın kaymaya karşı direnç gösterme yeteneğidir. Dinamik var (μ) ve kinematik (ν) viskozite. Birincisi, enine hız gradyanı boyunca teğetsel stresi (τ) ifade eden Newton'un sıvı sürtünmesi yasasına dahildir. dv/dt:

Kinematik viskozite ile ilişkili dinamik oran

Kinematik viskozite birimi m2/s'dir.

Volatilite sıvılar sıcaklığın bir fonksiyonu olarak doymuş buhar basıncı ile karakterize edilir.

Doymuş buhar basıncı Belirli bir sıcaklıkta bir sıvının kaynadığı mutlak basınç olarak düşünülebilir. Bu nedenle, bir maddenin sıvı halde olduğu minimum mutlak basınç, doymuş buhar basıncına eşittir. R n.p. .

Bazı sıvıların ana parametreleri, bunların SI birimleri ve geçici olarak kullanılmasına izin verilen sistem dışı birimler Ek 1...3'te verilmiştir.

HİDROSTATİK

Duran bir akışkandaki basınca denir hidrostatik ve aşağıdaki iki özelliğe sahiptir:

Sıvının dış yüzeyinde her zaman normal olarak sıvı hacminin iç kısmına yönlendirilir;

Sıvının içindeki herhangi bir noktada tüm yönlerde aynıdır, yani hareket ettiği platformun eğim açısına bağlı değildir.

Hidrostatik basıncı ifade eden denklem R Sabit bir akışkanın herhangi bir noktasında, kütle kuvvetleri arasında yalnızca bir yerçekimi kuvvetinin ona etki etmesi durumunda buna hidrostatiğin temel denklemi denir:

Nerede p 0- sıvı seviyesinin herhangi bir yüzeyine, örneğin serbest bir yüzeye uygulanan basınç; H- p 0 basıncıyla yüzeyden ölçülen, söz konusu noktanın konumunun derinliği.

Söz konusu noktanın p 0 basıncıyla yüzeyin üzerinde yer aldığı durumlarda formül (1.1)'deki ikinci terim negatiftir.

Aynı denklemi (1.1) yazmanın başka bir şekli şu şekildedir:

(1.2)

Nerede z ve z 0 - keyfi bir noktanın ve serbest bir yüzeyin dikey koordinatları, yatay düzlem yukarı; p/(sayfa)- piyezometrik yükseklik.

Hidrostatik basınç geleneksel olarak sıvı sütununun yüksekliğiyle ifade edilebilir. p/ρg.

Hidrolik mühendisliği uygulamasında dış basınç genellikle atmosferik basınca eşittir: P 0 = P

= 1 kg/cm2'de basınç değeri P = 9,81. 10 4 n/m g isminde teknik atmosfer.

Bir teknik atmosfere eşit basınç, 10 metre yüksekliğindeki bir su sütununun basıncına eşdeğerdir. , yani.

Denklem (1.1) ile belirlenen hidrostatik basınca denir tamamlayın veya mutlak basınç . Aşağıda bu baskıyı belirteceğiz p abs veya p'. Genellikle hidrolik mühendisliği hesaplamalarında toplam basınçla değil, toplam basınç ile atmosfer basıncı arasındaki farkla ilgilenilir. gösterge basıncı

Aşağıdaki sunumda notasyonu koruyacağız R basınç göstergesi için.

Şekil 1.1

Terimlerin toplamı değeri verir toplam hidrostatik yük

Miktar - hidrostatik yükü ifade eder N atmosferik basınç hariç /ρg'de p, yani.

Şek. Şekil 1.1'de serbest yüzeyin atmosferik basınç altında olduğu durum için toplam hidrostatik yük düzlemi ve hidrostatik yük düzlemi gösterilmiştir. p 0 =p at.

Yüzeydeki herhangi bir noktaya etki eden hidrostatik basıncın büyüklüğünün ve yönünün grafiksel gösterimine hidrostatik basınç diyagramı denir. Bir diyagram oluşturmak için, üzerinde etki yaptığı yüzeye dik olarak değerlendirilen noktanın hidrostatik basınç değerini çizmeniz gerekir. Örneğin, düz eğimli bir kalkan üzerindeki manometrik basıncın bir diyagramı AB(Şekil 1.2,a) bir üçgeni temsil edecektir ABC, ve toplam hidrostatik basıncın diyagramı bir yamuktur A"B"C"D"(Şekil 1.2,b).

Şekil 1.2

Şekil 2'deki diyagramın her bir bölümü. 1.2,a (örneğin TAMAM) noktadaki gösterge basıncını temsil edecektir İLE, yani. p K = ρgh K , ve Şek. 1.2, b - toplam hidrostatik basınç

Düz bir duvar üzerindeki sıvı basıncı kuvveti, hidrostatik basıncın çarpımına eşittir ρ s S duvar alanına göre duvar alanının ağırlık merkezinde, yani

Basınç merkezi(kuvvetin uygulama noktası F) Alanın ağırlık merkezinin altında bulunur veya yatay bir duvar durumunda ikincisiyle çakışır.

Alanın ağırlık merkezi ile basınç merkezi arasındaki duvar düzleminin sıvının serbest yüzeyi ile kesişme çizgisine dik yöndeki mesafe şuna eşittir:

burada J 0, duvar alanının, alanın ağırlık merkezinden geçen ve duvar düzleminin serbest yüzeyle kesişme çizgisine paralel olan eksene göre atalet momentidir: evet- alanın ağırlık merkezinin koordinatı.

Dikey düzleme göre simetrik olan kavisli bir duvar üzerindeki sıvı basıncı kuvveti, yatay kuvvetlerin toplamıdır. FG ve dikey FB bileşenler:

Yatay bileşen FG Belirli bir duvarın dikey izdüşümü üzerindeki sıvı basıncı kuvvetine eşittir:

Dikey bileşen FB sıvının hacimsel ağırlığına eşit V, Bu duvar arasında sıvının serbest yüzeyi ve duvarın konturu boyunca çizilen dikey bir projeksiyon yüzeyi bulunur.

Eğer aşırı basınç p 0 sıvının serbest yüzeyinde sıfırdan farklıysa, bu yüzey hesaplanırken zihinsel olarak bir yüksekliğe (piyezometrik yükseklik) yükseltilmeli (veya alçaltılmalıdır) p 0 /(ρg)

Yüzen cisimler ve kararlılıkları. Bir cismin yüzmesi koşulu eşitlikle ifade edilir

G=P (1.6)

Nerede G- vücut ağırlığı;

R- içine daldırılmış bir cisim üzerinde ortaya çıkan sıvı basıncı kuvveti - Arşimet kuvveti.

Kuvvet R formülle bulunabilir

P=ρgW (1,7)

Nerede ρg- sıvının özgül ağırlığı;

W- bir cisim tarafından yer değiştiren sıvının hacmi veya yer değiştirme.

Kuvvet R yukarı doğru yönlendirilir ve yer değiştirmenin ağırlık merkezinden geçer.

Taslak vücut enıslatılan yüzeyin en alt noktasının daldırma derinliği denir (Şekil 1.3,a). Yüzme ekseni ağırlık merkezinden geçen bir çizgi olarak anlaşılır. İLE ve yer değiştirme merkezi D, Denge durumunda vücudun normal pozisyonuna karşılık gelir (Şekil 1.3, )-

Su hattı yüzen bir cismin yüzeyinin sıvının serbest yüzeyi ile kesişme çizgisi denir (Şekil 1.3, b). Yüzen uçak ABEF cismin sıvının serbest yüzeyi ile kesişmesinden elde edilen düzleme, diğer bir deyişle su hattıyla sınırlanan düzleme denir.

Şekil 1.3

Seyir koşullarını (1.5) karşılamanın yanı sıra, gövdenin (gemi, mavna vb.) stabilite koşullarını da sağlaması gerekir. Yüzen bir cisim, yuvarlanma sırasında ağırlık kuvvetinin etkisi altında kaldığında stabil olacaktır. G ve Arşimet kuvveti R ruloyu yok etme ve gövdeyi orijinal konumuna döndürme eğiliminde olan bir an yaratın.

Şekil 1.4

Gövde yüzeye çıktığında (Şekil 1.4), küçük yuvarlanma açılarında (α) yer değiştirme merkezi<15°) перемещается по некоторой дуге, проведенной из точки пересечения линии действия силы R kayan bir eksene sahip. Bu noktaya meta merkez denir (Şekil 1.4'te nokta M). Gelecekte stabilite koşullarını yalnızca gövde yüzeyde küçük yuvarlanma açılarıyla yüzdüğünde dikkate alacağız.

C gövdesinin ağırlık merkezi yer değiştirme merkezinin altındaysa, yüzme koşulsuz olarak stabil olacaktır (Şekil 1.4, a).

C gövdesinin ağırlık merkezi yer değiştirme merkezinin üzerindeyse D, bu durumda yüzme ancak aşağıdaki koşulun karşılanması durumunda stabil olacaktır (Şekil 1-9,b):

Nerede ρ - metasentrik yarıçap, yani yer değiştirme merkezi ile metasantr arasındaki mesafe

δ - C gövdesinin ağırlık merkezi ile yer değiştirme merkezi arasındaki mesafe D. Metasentrik yarıçap ρ aşağıdaki formülle bulunur:

burada J 0, yüzen düzlemin veya su hattıyla sınırlanan alanın boylamasına eksene göre atalet momentidir (Şekil 1-8.6);

W- yer değiştirme.

C gövdesinin ağırlık merkezi, yer değiştirme merkezinin ve metasantrın üzerinde yer alıyorsa, bu durumda gövde kararsızdır; ortaya çıkan güç çifti G Ve R yuvarlanmayı arttırma eğilimindedir (Şekil 1.4, V).

SORUN ÇÖZME YÖNERGELERİ

Hidrostatik problemlerini çözerken öncelikle basınç gibi kavramları iyice anlamanız ve karıştırmamanız gerekir. R ve güç F.

Sabit bir akışkanın belirli bir noktasındaki basıncı belirleme problemlerini çözerken, temel hidrostatik denklemi (1.1) kullanılmalıdır. Bu denklemi uygularken denklemin sağ tarafındaki ikinci terimin pozitif ya da negatif olabileceğini unutmamanız gerekir. Açıkçası derinlik arttıkça basınç artar, derinlik arttıkça azalır.

Mutlak, aşırı ve vakum basınçları arasında kesin bir ayrım yapmak ve basınç, özgül ağırlık ve bu basınca karşılık gelen yükseklik (piyezometrik yükseklik) arasındaki ilişkiyi bildiğinizden emin olmak gerekir.

Pistonların veya piston sistemlerinin verildiği problemleri çözerken, bir denge denklemi yazılmalıdır, yani pistona (piston sistemi) etki eden tüm kuvvetlerin toplamı sıfıra eşittir.

Uluslararası SI ölçü birimleri sisteminde sorunlar çözülmelidir.

Sorunun çözümüne gerekli açıklamalar, çizimler (gerekirse), başlangıç ​​büyüklüklerinin bir listesi (“verilen” sütunu) ve birimlerin SI sistemine dönüştürülmesi eşlik etmelidir.

HİDROSTATİKTE SORUN ÇÖZME ÖRNEKLERİ

Görev 1. Suyla dolu bir kabın tabanındaki toplam hidrostatik basıncı belirleyin. Kabın üstü açıktır, serbest yüzeydeki basınç atmosferiktir. Kaptaki su derinliği saat = 0,60 M.

Çözüm:

Bu durumda, p 0 = p'ye sahibiz ve bu nedenle formül (1.1)'i aşağıdaki biçimde uygularız

p"=9,81,10 4 +9810. 0,6 = 103986 Pa

Cevap p’=103986 Pa

Görev 2. Kapalı bir kaptaki sıvı seviyesinin üzerindeki piyezometredeki su sütununun yüksekliğini belirleyin. Kaptaki su mutlak basınç altındadır p" 1 = 1,06 en(Görev 2 için çizim).

Çözüm.

Ortak bir nokta için denge koşullarını oluşturalım A(resme bakın ). Nokta basıncı A sol:

Doğru basınç:

Denklemlerin sağ taraflarını eşitlersek ve γg ile azaltırsak şunu elde ederiz:

Belirtilen denklem herhangi bir yatay düzlemde, örneğin düzlemde bulunan noktalar için bir denge koşulu oluşturularak da elde edilebilir. OO(resme bakın). Piyezometre okuma ölçeğinin orijini olarak düzlemi alalım OO ve ortaya çıkan denklemden piyezometredeki su sütununun yüksekliğini buluyoruz H.

Yükseklik Hşuna eşittir:

=0,6 metre

Bir piyezometre, bir sıvı sütununun yüksekliğiyle ifade edilen gösterge basıncının büyüklüğünü ölçer.

Cevap: h = 0,6 metre

Görev 3. Silindir içindeki mutlak hava basıncı p' = 0,95 ise, vakum ölçerde suyun yükseleceği yüksekliği belirleyin. en(Şekil 1-11). Vakum ölçerin hangi basıncı ölçtüğünü belirtin.

Çözüm:

O-O yatay düzlemine göre bir denge koşulu oluşturalım:

İçeriden etki eden hidrostatik basınç:

Düzlemde hidrostatik basınç HAKKINDA-HAKKINDA, dışarıdan hareket ederek,

Sistem dengede olduğundan

Görev 4. Noktadaki gösterge basıncını belirleyin A Boru hattı, piyezometreye göre cıva kolonunun yüksekliği h 2 = 25 cm ise, boru hattının merkezi su ile cıva arasındaki ayrım çizgisinin h 1 = 40 cm altındadır (problemin çizimi).

Çözüm: B noktasındaki basıncı bulun: p" B = p" Bir-γ saat 1, noktadan beri İÇİNDE noktanın üstünde yer alır A miktara göre saat 1. C noktasındaki basınç, noktadakiyle aynı olacaktır. İÇİNDE, su sütununun basıncından beri H karşılıklı olarak dengeli, yani

dolayısıyla gösterge basıncı:

Sayısal değerleri değiştirme , şunu elde ederiz:

r "A -r atm=37278 Pa

Cevap: p" A -r atm=37278 Pa

GÖREVLER

Görev 1.1. Benzinle doldurulmuş ve içinde hava bulunmayan bir teneke kutu güneşte 50°C sıcaklığa ısıtıldı. Eğer tamamen katı olsaydı, teneke kutunun içindeki benzinin basıncı ne kadar artardı? Benzinin başlangıç ​​sıcaklığı 20 0 C'dir. Benzinin yığın modülü K = 1300 MPa'ya, termal genleşme katsayısı β = 8'e eşit alınır. 10 -4 1/derece

Sorun 1.2. Deniz suyunun yoğunluğunu ρ = 1030 kg/m3 alarak ve sıkıştırılamaz olduğunu düşünerek derinliği h = 10 km olan okyanus tabanındaki aşırı basıncı belirleyin. Sıkıştırılabilirliği hesaba katarak ve kütle elastiklik modülünü K = 2 alarak aynı derinlikteki suyun yoğunluğunu belirleyin. 10 3 MPa.

Sorun 1.3. Basınç değişimi yasasını bulun R z yüksekliğinde atmosferik hava , yoğunluğunun izotermal basınca bağımlılığı göz önüne alındığında. Aslında z = 11 km yüksekliğe kadar hava sıcaklığı doğrusal bir yasaya göre düşer; T=T 0 -β z , burada β = 6,5 derece/km. Bağımlılığı tanımlayın p = f(z) Yüksekliğe bağlı olarak hava sıcaklığındaki gerçek değişim dikkate alınır.

Sorun 1.4. Borudaki aşırı su basıncını belirleyin İÇİNDE, manometre okuması p m = 0,025 MPa ise. Bağlantı borusu şemada gösterildiği gibi H1 = 0,5 m olacak şekilde su ve hava ile doldurulur; H2 = 3 m.

Borudaki aynı basınçta bağlantı borusunun tamamı suyla doldurulursa (hava K musluğundan serbest bırakılırsa) manometre okuması nasıl değişir? Yükseklik H 3 = 5 m.

Sorun 1.5. U şeklindeki tüp su ve benzinle doldurulur. h b = 500 mm ise benzinin yoğunluğunu belirleyin; h = = 350 mm. Kılcal etkiyi göz ardı edin.

Sorun 1.6. Su ve benzin, çapı D = 2 m olan silindirik bir tankın içine H = 1,5 m seviyesine kadar dökülüyor. Piyezometredeki su seviyesi benzin seviyesinden h = 300 mm daha düşüktür. ρ b = 700 kg/m 3 olduğuna göre depodaki benzin miktarını belirleyiniz.

Sorun 1.7. Cıva cihazının okuması h = 368 mm, yükseklik H = 1 m ise, kaptaki mutlak hava basıncını belirleyin. Cıvanın yoğunluğu ρ = 13600 kg/m3. Atmosfer basıncı 736 mm Hg. Sanat.

Sorun 1.8. Cıvalı iki U şeklinde tüpten oluşan basınç göstergesinin okumasına göre basınç tankındaki havanın aşırı basıncını p 0 belirleyin. Bağlantı boruları su ile doldurulur. Seviye işaretleri metre cinsinden verilmiştir. Hangi yükseklik N aynı basıncı ölçmek için bir piyezometre olmalıdır p 0 Cıvanın yoğunluğu ρ = 13600 kg/m3.

Sorun 1.9. Aşağıdaki iki durumda çapı D=l m olan bir rögar kapağı üzerindeki sıvı (su) basıncı kuvvetini belirleyin:

1) basınç göstergesi okuması p m = 0,08 MPa; H0 =1,5m;

2) cıva vakum göstergesinin okunması H= 73,5 mm a= 1m; ρ RT = 13600 kg/m3; H 0 =1,5 m.

Sorun 1.10. Bir yükün etkisi altındaysa sıvının hacimsel elastikiyet modülünü belirleyin A Kütlesi 250 kg olan piston Δh = 5 mm mesafe kat etmektedir. Piston konumunun başlangıç ​​yüksekliği (yüksüz) H = 1,5 m, piston çapları d = 80 mm N tankı d= 300 mm, tank yüksekliği saat = 1,3 m. Pistonun ağırlığını ihmal edin. Rezervuar kesinlikle katı kabul edilir.

Sorun 1.11. Yeraltı boru hattına su ile basınç uygulamak (sızıntıları kontrol etmek) için manuel pistonlu pompa kullanılır. Suyun hacmini belirleyin (elastikiyet modülü) İLE= 2000 MPa), içindeki aşırı basıncı 0'dan 1,0 MPa'ya çıkarmak için boru hattına pompalanması gerekir. Boru hattının kesinlikle katı olduğunu düşünün. Boru hattı boyutları: uzunluk L = 500 m, çap d = 100 mm. Pompa pistonunun çapı d n = 40 mm ve manivela mekanizmasının kollarının oranı ise, son sıkma anında pompa sapına etkiyen kuvvet nedir? a/v= 5?

Sorun 1.12. Tanktaki mutlak hava basıncını belirleyin sayfa 1, atmosfer basıncında h a = 760 mm Hg'ye karşılık geliyorsa. Art., Cıva vakum ölçerin okuması h RT = = 0,2 m, yükseklik h = 1,5 m Yaylı vakum ölçerin okuması nedir? Cıvanın yoğunluğu ρ=13600 kg/m3'tür.

Sorun 1.13. Boru hattı musluğu kapatıldığında İLE h = 1,7 m yüksekliğe monte edilen vakum ölçerin okuması pvac = 0,02 MPa'ya eşitse, H = 5 m derinliğe gömülü bir tanktaki mutlak basıncı belirleyin. Atmosfer basıncı pa = 740 mm Hg'ye karşılık gelir. Sanat. Benzinin yoğunluğu ρ b = 700 kg/m3.

Sorun 1.14. Basıncı belirle s'1, eğer piyezometre okuması h =0,4 ise M. Gösterge basıncı nedir?

Sorun 1.15. Vakumu tanımlayın rvac ve silindir içindeki mutlak basınç p" içinde(Şekil 1-11), eğer vakum ölçer okuması h =0,7 m su. Sanat.

1) silindirde ve sol tüpte - su , ve sağ tüpte - cıva (ρ = 13600 kg/m3) );

2) silindirde ve sol tüpte - hava , ve sağdaki tüpte su var.

İkinci durumda hesaplanan gösterge basıncından tüpteki hava kolonunun basıncının yüzde kaçını belirleyin?

Bir problemi çözerken, saat 1 = 70 cm, saat 2 = = 50 santimetre.

Sorun 1.17. Silindirdeki yağın basıncı ölçüldüğünde cıva sütununun yüksekliği h 2 ne olur (Problem 1.16 için Şekil) A p a = 0,5'te, ve yağ kolonunun yüksekliği (ρ=800 kg/m3) sa 1 =55 santimetre?

Sorun 1.18. Cıva sütununun yüksekliğini belirleyin saat 2, (şekil), eğer boru hattı merkezinin konumu Aşekilde gösterilene kıyasla artacak ve h 1 = 40 cm su ve cıva arasındaki ayrım çizgisinin üstünde. Borudaki gösterge basıncını 37.278 Pa olarak alın .

Sorun 1.19. Hangi yükseklikte olduğunu belirleyin z borudaki gösterge basıncında piyezometredeki cıva seviyesi belirlenecektir. RA =39240 Pa ve okuma h=24 santimetre sistem dengededir (şekle bakınız).

Sorun 1.20. Aşağıdaki boyutlara sahip bir kirişin özgül ağırlığını belirleyin: genişlik b=30cm, yükseklik h=20 cm ve uzunluk boy = 100 cm taslağı ise y=16 cm

Sorun 1.21. Bir granit parçasının ağırlığı havada 14,72 N, sıvıda ise 10,01 N olup bağıl özgül ağırlığı 0,8'dir. Bir granit parçasının hacmini, yoğunluğunu ve özgül ağırlığını belirleyin.

Sorun 1.22 5,0 x 0,30 m ölçülerinde ve 0,30 m yüksekliğinde bir ahşap kiriş suya indirilir. Kirişin bağıl ağırlığı 0,7 ise hangi derinliğe kadar batacaktır? Her kişinin ortalama 67,5 kg kütleye sahip olduğunu varsayarak, kirişin üst yüzeyi suyun serbest yüzeyi ile aynı hizada olacak şekilde kiriş üzerinde kaç kişinin durabileceğini belirleyin.

Sorun 1.23 60 m uzunluğunda, 8 m genişliğinde, 3,5 m yüksekliğinde, kum yüklü dikdörtgen metal mavnanın ağırlığı 14126 kN'dir. Mavnanın taslağını belirleyin. Islak kumun bağıl özgül ağırlığı 2,0 ise, mavnanın dalma derinliğinin 1,2 m olması için ne kadar kum hacmi Vp'nin boşaltılması gerekir?

Sorun 1.24. Denizaltının hacimsel yer değiştirmesi 600 m3'tür. Tekneyi batırmak için bölmeler 80 m3 miktarında deniz suyuyla dolduruldu. Deniz suyunun bağıl özgül ağırlığı 1,025'tir. Belirleyin: denizaltından suyun tamamı çıkarılırsa ve yukarı doğru yüzerse, teknenin hacminin ne kadarının (yüzde olarak) suya daldırılacağını; Susuz bir denizaltının ağırlığı ne kadardır?

Basınç, doğada ve insan yaşamında özel bir rol oynayan fiziksel bir niceliktir. Gözle görülmeyen bu olgu, sadece çevrenin durumunu etkilemekle kalmıyor, aynı zamanda herkes tarafından da çok iyi hissediliyor. Ne olduğunu, ne türlerinin bulunduğunu ve farklı ortamlarda baskının (formül) nasıl bulunacağını bulalım.

Fizik ve kimyada basınç nedir?

Bu terim, etki ettiği yüzey alanına dik olarak uygulanan basınç kuvvetinin oranıyla ifade edilen önemli bir termodinamik miktarı ifade eder. Bu olgu, faaliyet gösterdiği sistemin büyüklüğüne bağlı değildir ve dolayısıyla yoğun miktarları ifade eder.

Denge durumunda basınç sistemin tüm noktalarında aynıdır.

Fizik ve kimyada, pressūra teriminin Latince adının kısaltması olan “P” harfi ile gösterilir.

Bir sıvının ozmotik basıncından (hücre içi ve dışındaki basınç arasındaki denge) bahsederken “P” harfi kullanılır.

Basınç birimleri

Uluslararası SI Sistemi standartlarına göre söz konusu fiziksel olgu paskal (Kiril - Pa, Latin - Ra) cinsinden ölçülür.

Basınç formülüne dayanarak, bir Pa'nın bir N'ye eşit olduğu (newton - bir metrekareye (alan birimi) bölündüğü) ortaya çıkıyor.

Ancak pratikte pascalın kullanımı oldukça zordur çünkü bu birim çok küçüktür. Bu bakımdan SI standartlarına ek olarak bu miktar farklı şekilde de ölçülebilir.

Aşağıda en ünlü analogları bulunmaktadır. Çoğu eski SSCB'de yaygın olarak kullanılmaktadır.

• Barlar. Bir çubuk 105 Pa'ya eşittir.
• Torrs veya milimetre cıva. Yaklaşık bir torr 133.3223684 Pa'ya karşılık gelir.
• Milimetre su sütunu.
• Metre su sütunu.
• Teknik atmosferler.
• Fiziksel atmosferler. Bir atm, 101,325 Pa ve 1,033233 atm'ye eşittir.
• Kilogram-kuvvet bölü santimetre kare. Ton-kuvvet ve gram-kuvvet de ayırt edilir. Ek olarak inç kare başına pound-kuvvetin bir analogu da vardır.

Basıncın genel formülü (7. sınıf fizik)

Belirli bir fiziksel miktarın tanımından, onu bulmanın yöntemi belirlenebilir. Aşağıdaki fotoğraftaki gibi görünüyor.

Burada F kuvvet, S ise alandır. Başka bir deyişle, basıncı bulmanın formülü, kuvvetinin etki ettiği yüzey alanına bölünmesidir.

Şu şekilde de yazılabilir: P = mg / S veya P = pVg / S. Dolayısıyla bu fiziksel miktarın diğer termodinamik değişkenlerle (hacim ve kütle) ilişkili olduğu ortaya çıkar.

Basınç için şu prensip geçerlidir: Kuvvetin etkilediği alan ne kadar küçükse, üzerine düşen basınç kuvveti de o kadar büyük olur. Alan artarsa ​​(aynı kuvvetle), istenen değer azalır.

Hidrostatik Basınç Formülü

Maddelerin farklı toplanma durumları, birbirinden farklı özelliklerin varlığını sağlar. Buna dayanarak, içlerindeki P'yi belirleme yöntemleri de farklı olacaktır.

Örneğin su basıncı (hidrostatik) formülü şuna benzer: P = pgh. Gazlar için de geçerlidir. Ancak rakım ve hava yoğunluğundaki farklılık nedeniyle atmosfer basıncını hesaplamak için kullanılamaz.

Bu formülde p yoğunluk, g yer çekimine bağlı ivme ve h ise yüksekliktir. Buna göre bir nesne veya nesne ne kadar derine batırılırsa, sıvının (gazın) içinde ona uygulanan basınç da o kadar yüksek olur.

Söz konusu seçenek klasik P = F / S örneğinin bir uyarlamasıdır.

Kuvvetin kütlenin serbest düşme hızına göre türevine (F = mg) eşit olduğunu ve sıvının kütlesinin hacmin yoğunluğa göre türevi (m = pV) olduğunu hatırlarsak, o zaman basınç formülü şu şekilde olabilir: P = pVg / S şeklinde yazılır. Bu durumda hacim alan ile yüksekliğin çarpımıdır (V = Sh).

Bu verileri eklersek, pay ve paydadaki alanın çıktıda azaltılabileceği ortaya çıkar - yukarıdaki formül: P = pgh.

Sıvılardaki basıncı göz önünde bulundururken, katılardan farklı olarak, yüzey tabakasının eğriliğinin genellikle sıvılarda mümkün olduğunu hatırlamakta fayda var. Bu da ek baskı oluşumuna katkıda bulunur.

Bu gibi durumlar için biraz farklı bir basınç formülü kullanılır: P = P 0 + 2QH. Bu durumda P 0 eğri olmayan tabakanın basıncı, Q ise sıvının gerilim yüzeyidir. H, Laplace Yasasına göre belirlenen yüzeyin ortalama eğriliğidir: H = ½ (1/R 1 + 1/R 2). R1 ve R2 bileşenleri ana eğriliğin yarıçaplarıdır.

Kısmi basınç ve formülü

P = pgh yöntemi hem sıvılar hem de gazlar için geçerli olmasına rağmen, ikincisindeki basıncı biraz farklı bir şekilde hesaplamak daha iyidir.

Gerçek şu ki, doğada, kural olarak, kesinlikle saf maddeler çok sık bulunmaz, çünkü içinde karışımlar hakimdir. Ve bu sadece sıvılar için değil gazlar için de geçerlidir. Ve bildiğiniz gibi bu bileşenlerin her biri kısmi adı verilen farklı bir basınç uygular.

Tanımlamak oldukça kolaydır. Söz konusu karışımın her bir bileşeninin (ideal gaz) basıncının toplamına eşittir.

Bundan, kısmi basınç formülünün şu şekilde göründüğü anlaşılmaktadır: P = P 1 + P 2 + P 3 ... ve benzeri, kurucu bileşenlerin sayısına göre.

Hava basıncını belirlemenin gerekli olduğu durumlar sıklıkla vardır. Bununla birlikte, bazı insanlar yanlışlıkla P = pgh şemasına göre yalnızca oksijenle hesaplamalar yaparlar. Ancak hava farklı gazların bir karışımıdır. Azot, argon, oksijen ve diğer maddeleri içerir. Mevcut duruma göre hava basıncı formülü, tüm bileşenlerinin basınçlarının toplamıdır. Bu, yukarıda bahsedilen P = P 1 + P 2 + P 3'ü almamız gerektiği anlamına gelir ...

Basıncı ölçmek için en yaygın araçlar

Yukarıda belirtilen formülleri kullanarak söz konusu termodinamik miktarı hesaplamak zor olmasa da bazen hesaplamayı gerçekleştirmek için yeterli zaman olmayabilir. Sonuçta, her zaman çok sayıda nüansı hesaba katmalısınız. Bu nedenle, kolaylık sağlamak için, birkaç yüzyıl boyunca bunu insanlar yerine yapan bir dizi cihaz geliştirildi.

Aslında, bu türden hemen hemen tüm cihazlar bir tür basınç göstergesidir (gazlarda ve sıvılarda basıncın belirlenmesine yardımcı olur). Ancak tasarım, doğruluk ve uygulama kapsamı bakımından farklılık gösterirler.

• Atmosfer basıncı, barometre adı verilen bir basınç göstergesi kullanılarak ölçülür. Vakumun (yani atmosferik basıncın altındaki basıncın) belirlenmesi gerekiyorsa, bunun başka bir türü olan vakum ölçer kullanılır.
• Bir kişinin kan basıncını bulmak için tansiyon aleti kullanılır. Çoğu insan tarafından invaziv olmayan bir kan basıncı monitörü olarak daha iyi bilinir. Bu tür cihazların pek çok çeşidi vardır: cıvalı mekanikten tam otomatik dijitale kadar. Doğrulukları yapıldıkları malzemeye ve ölçüm yerine bağlıdır.
• Ortamdaki basınç düşüşleri (İngilizce - basınç düşüşü), diferansiyel basınç ölçerler (dinamometrelerle karıştırılmamalıdır) kullanılarak belirlenir.

Basınç türleri

Basıncı, onu bulmanın formülünü ve farklı maddelere göre varyasyonlarını göz önüne aldığımızda, bu miktarın çeşitlerini öğrenmeye değer. Beş tane var.

• Mutlak.
• Barometrik
• Aşırı.
• Vakum metriği.
• Diferansiyel.

Mutlak

Bu, atmosferdeki diğer gazlı bileşenlerin etkisi dikkate alınmadan, bir maddenin veya nesnenin bulunduğu toplam basıncın adıdır.

Pascal cinsinden ölçülür ve aşırı basınç ile atmosferik basıncın toplamıdır. Aynı zamanda barometrik ve vakum türleri arasındaki farktır.

P = P2 + P3 veya P = P2 - P4 formülü kullanılarak hesaplanır.

Dünya gezegeninin koşullarında mutlak basıncın başlangıç ​​noktası, havanın alındığı kabın içindeki basınçtır (yani klasik vakum).

Çoğu termodinamik formülde yalnızca bu tür basınç kullanılır.

Barometrik

Bu terim, atmosferin (yerçekimi), Dünya'nın yüzeyi de dahil olmak üzere, içinde bulunan tüm nesneler ve nesneler üzerindeki basıncını ifade eder. Çoğu insan bunu atmosferik olarak da biliyor.

Bir olarak sınıflandırılır ve değeri, ölçüm yeri ve zamanının yanı sıra hava koşulları ve deniz seviyesinin altındaki/üstündeki konuma bağlı olarak değişir.

Barometrik basıncın büyüklüğü, kendisine normal olan bir birimlik alan üzerindeki atmosferik kuvvetin modülüne eşittir.

Kararlı bir atmosferde, bu fiziksel olgunun büyüklüğü, alanı bire eşit olan bir taban üzerindeki hava sütununun ağırlığına eşittir.

Normal barometrik basınç 101.325 Pa'dır (0 santigrat derecede 760 mm Hg). Üstelik nesne Dünya yüzeyinden ne kadar yüksekteyse, üzerindeki hava basıncı da o kadar düşük olur. Her 8 km'de 100 Pa azalır.

Bu özellik sayesinde dağlarda çaydanlıklardaki su, evdeki ocakta olduğundan çok daha hızlı kaynar. Gerçek şu ki basınç kaynama noktasını etkiler: azaldıkça ikincisi azalır. Ve tam tersi. Düdüklü tencere, otoklav gibi mutfak aletlerinin çalışması bu özelliğe dayanmaktadır. İçlerindeki basınçtaki artış, kaplarda ocaktaki sıradan tavalara göre daha yüksek sıcaklıkların oluşmasına katkıda bulunur.

Barometrik yükseklik formülü atmosfer basıncını hesaplamak için kullanılır. Aşağıdaki fotoğraftaki gibi görünüyor.

P yükseklikte istenen değer, P 0 yüzeye yakın hava yoğunluğu, g serbest düşüş ivmesi, h Dünya üzerindeki yükseklik, m gazın molar kütlesi, t sistemin sıcaklığı, r, evrensel gaz sabiti 8,3144598 J⁄( mol x K) ve e, 2,71828'e eşit Eichler sayısıdır.

Yukarıdaki atmosferik basınç formülünde genellikle R yerine K - Boltzmann sabiti kullanılır. Evrensel gaz sabiti genellikle çarpımı aracılığıyla Avogadro sayısıyla ifade edilir. Parçacık sayısının mol cinsinden verilmesi hesaplamalar için daha uygundur.

Hesaplamalar yaparken, meteorolojik durumdaki bir değişiklik veya deniz seviyesinden yükseklik ve coğrafi enlem nedeniyle hava sıcaklığındaki değişiklik olasılığını her zaman dikkate almalısınız.

Gösterge ve vakum

Atmosfer basıncı ile ölçülen ortam basıncı arasındaki farka aşırı basınç denir. Sonuca bağlı olarak miktarın adı değişir.

Pozitifse buna gösterge basıncı denir.

Elde edilen sonucun eksi işareti varsa buna vakummetrik denir. Barometrikten daha büyük olamayacağını hatırlamakta fayda var.

Diferansiyel

Bu değer, farklı ölçüm noktalarındaki basınç farkıdır. Kural olarak herhangi bir ekipmandaki basınç düşüşünü belirlemek için kullanılır. Bu özellikle petrol endüstrisinde geçerlidir.

Hangi termodinamik niceliğin basınç olarak adlandırıldığını ve hangi formüllerle bulunduğunu anladıktan sonra, bu olgunun çok önemli olduğu ve dolayısıyla bu konudaki bilginin asla gereksiz olmayacağı sonucuna varabiliriz.

11 numaralı laboratuvar çalışması

KISA TEORİ. Bir sıvının en önemli özelliği varlığıdır. serbest yüzey. Yaklaşık 10 -9 m kalınlığa sahip olan sıvının yüzey tabakasındaki moleküller, sıvının kalınlığındaki moleküllerden farklı bir durumdadır. Yüzey tabakası sıvıya basınç uygular. moleküler kuvvet adı verilen kuvvetlerin ortaya çıkmasına neden olur yüzey gerilimi.

Yüzeyin herhangi bir noktasındaki yüzey gerilimi kuvvetleri, kendisine teğet olarak ve sıvının yüzeyine zihinsel olarak çizilen bir çizginin herhangi bir elemanına dik olarak yönlendirilir. Yüzey gerilimi katsayısı-sıvı yüzeyini parçalara ayıran çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilimi kuvvetini gösteren fiziksel miktar:

Öte yandan yüzey gerilimi, bir sıvının birim yüzey tabakasının serbest enerjisine sayısal olarak eşit bir değer olarak tanımlanabilir. Altında serbest enerjiİzotermal bir süreç sırasında işin yapılabileceği sistem enerjisinin bir kısmını anlayın.

Yüzey gerilim katsayısı sıvının yapısına bağlıdır. Her sıvı için bu, sıcaklığın bir fonksiyonudur ve sıvının serbest yüzeyinin üzerinde hangi ortamın bulunduğuna bağlıdır.

DENEYSEL KURULUM. Deney düzeneği Şekil 2'de gösterilmektedir. 1. Mikromanometreye (M) bağlı bir aspiratörden (A) ve test edilen sıvıyı içeren bir kaptan (B) oluşur. Aspiratöre su dökülür. K musluğunu kullanarak A aspiratörünün B kabından bağlantısı kesilebilir ve test edilecek başka bir sıvıyla aynı C kabına bağlanabilir. B ve C kapları her birinde delik bulunan lastik tıpalarla sıkıca kapatılmıştır. Her deliğe, ucu kılcal olan bir cam tüp yerleştirilir. Kılcal, sıvının içinde çok sığ bir derinliğe daldırılır (böylece sadece sıvının yüzeyine temas eder). Mikromanometre, atmosferdeki ve aspiratördeki veya aynı şey olan kılcal boru ve B veya C kabındaki hava basıncı farkını ölçer.

Mikromanometre, biri büyük çaplı bir kap, diğeri ise küçük çaplı (2 - 3 mm) eğimli bir cam tüp olan iki bağlantılı kaptan oluşur (Şekil 2). Kap ve tüpün kesit alanlarının oranı yeterince büyükse kaptaki seviyedeki değişiklik ihmal edilebilir. Daha sonra küçük çaplı bir tüpteki sıvı seviyesinden basınç farkının ölçülen değeri belirlenebilir:

Nerede - gösterge sıvısının yoğunluğu; - kaptaki varsayılan sabit sıvı seviyesinin tüp boyunca olan mesafesi; - Eğik borunun yatay düzlemle oluşturduğu açı.

Zamanın ilk anında, kılcaldaki ve B kabındaki sıvının yüzeyi üzerindeki hava basıncı aynı ve atmosfer basıncına eşit olduğunda, kılcaldaki ıslatma sıvısının seviyesi B kabındakinden daha yüksektir ve kılcal damardaki ıslatıcı sıvı içbükey bir menisküs oluşturduğundan ve ıslatmayan - dışbükey olduğundan, ıslatmayan sıvının seviyesi daha düşüktür.

Bir sıvının dışbükey yüzeyi altındaki moleküler basınç daha büyüktür ve içbükey bir yüzey altında düz bir yüzeyin altındaki basınca göre daha azdır. Yüzeyin eğriliğinden kaynaklanan moleküler basınca genellikle denir. aşırı kılcal basınç (Lapplace basıncı). Dışbükey bir yüzeyin altındaki aşırı basınç pozitif, içbükey bir yüzeyin altında ise negatif kabul edilir. Bu basıncın kuvveti her zaman yüzey bölümünün eğrilik merkezine doğru yönlendirilir. Küresel bir yüzey durumunda aşırı basınç aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

yüzey gerilimi nerede ve küresel yüzeyin yarıçapıdır.

Kılcal boruyu ıslatan sıvı, yüksekliğe sahip bir sıvı kolonunun hidrostatik basıncı (Şekil 3), bu durumda yukarıya doğru yönlendirilen aşırı basıncı dengeleyene kadar yükselir. Yükseklik denge koşulundan belirlenir:

serbest düşüşün ivmesi nerede, yani.

Aspiratörünün musluğunu çevirip yavaşça suyu boşaltırsanız, aspiratördeki, ona bağlı olan B kabındaki ve mikromanometrenin eğimli dirseğindeki hava basıncı azalmaya başlayacaktır. Sıvı yüzeyinin üzerindeki kılcal damarda basınç atmosfer basıncına eşittir. Artan basınç farkının bir sonucu olarak kılcal damardaki sıvı menisküs, kılcal damarın alt ucuna düşene kadar eğriliğini koruyarak alçalır (Şekil 3c). Şu anda kılcal damardaki hava basıncı şuna eşit olacaktır:

B kabındaki hava basıncı nerede, kılcal borunun sıvıya dalma derinliği, - Laplace basıncı. Kılcal damar ile B kabı arasındaki hava basıncı farkı şuna eşittir:

Bu andan itibaren menisküsün eğriliği değişmeye başlar. Aspiratör ve B kabındaki hava basıncı azalmaya devam ediyor. Basınç farkı arttıkça menisküsün eğrilik yarıçapı azalır ve eğrilik artar. Eğrilik yarıçapının kılcal damarın iç yarıçapına eşit olduğu bir an gelir (Şekil 3c) ve basınç farkı maksimum olur. Daha sonra menisküsün eğrilik yarıçapı tekrar artar ve denge kararsız hale gelir. Kılcal damardan kopup yüzeye yükselen bir hava kabarcığı oluşur. Sıvı deliği kapatır. Sonra her şey tekrarlanır. Şek. Şekil 4, sıvı menisküsün eğrilik yarıçapının, kılcal damarın alt ucuna ulaştığı andan itibaren nasıl değiştiğini göstermektedir.

Yukarıdakilerden şu sonuç çıkıyor:

, (1)

kılcalın iç yarıçapı nerede. Bu fark bir mikromanometre kullanılarak belirlenebilir, çünkü

Nerede - manometrik sıvının yoğunluğu, - mikromanometrenin eğimli tüpündeki sıvı seviyesinin maksimum yer değiştirmesi, - mikromanometrenin eğimli dirseği ile yatay arasındaki açı (bkz. Şekil 2).

Formül (1) ve (2)'den şunu elde ederiz:

. (3)

Kılcalın sıvıya daldırılma derinliği ihmal edilebilir olduğundan ihmal edilebilir:

veya , (4)

kılcal damarın iç çapı nerede.

Sıvının kılcal borunun duvarlarını ıslatmaması durumunda kılcal borunun dış çapı formül (4)'teki gibi alınır. Su, mikromanometrede manometrik sıvı olarak kullanılır ( = 1×103 kg/m3).

ÖLÇÜMLER. 1. Önce mikroskop kullanarak iç çapını ölçtükten sonra kılcal damarı lastik bir tıpayla sıkıca kapatın. Kılcal boruyu tapanın deliğine yerleştirin. Tüpün ucunu sıvıyla temas ettirin.

2. Aspiratörü işarete kadar suyla doldurup kapatın. Mikromanometrenin her iki dirseğinde eşit basınç elde etmek için, bu amaçla K vanasını kısa bir süreliğine çıkarınız ve kabı aspiratöre bağlayacak konuma getiriniz.

3. Basınç değişiminin yeterince yavaş gerçekleşmesi için aspiratör musluğunu açın. Hava kabarcıkları yaklaşık her 10-15 saniyede bir kopmalıdır. Belirtilen kabarcık oluşumu frekansı belirlendikten sonra ölçümler yapılabilir.

EGZERSİZ YAPMAK.

1. Bir termometre kullanarak oda sıcaklığını belirleyin ve kaydedin T.

2. Mikromanometrenin eğimli dirseğindeki sıvı seviyesinin maksimum yer değiştirmesini dokuz kez belirleyin. Yüzey gerilimi katsayısını hesaplamak için ortalama değeri alın N ort..

Sorun 1

Bir turist bir günde 40 km bisiklet sürdü. Üstelik saat 9.00'dan 11.20'ye kadar, zamanla 10 km/saat'ten 14 km/saat'e yükselen bir hızda araba kullanıyordu. Turist daha sonra sahilde güneşlendi. Yolculuğun geri kalanını 18.30'dan 20.00'a kadar geçirdi. Yolculuğun akşam kısmında turistin ortalama hızını belirleyin.

Olası çözüm

Turist saat 9.00'dan 11.20'ye kadar ortalama (10 + 14)/2 = 12 km/saat hızla araç kullanıyordu (çünkü hız zamanla eşit şekilde arttı). Bu, bu süre zarfında turistin bir mesafe kat ettiği anlamına gelir.

Saat 18.30 ile 20.00 arasında bisikletçi 40 – 28 = 12 km yol kat etti. Bu nedenle, bir turistin yolculuğun akşam ayağındaki ortalama hızı şuna eşittir:

Değerlendirme kriterleri

• Bir turistin yolculuğun sabah bölümündeki ortalama hızı (12 km/saat): 4 puan
• Turistin 9.00'dan 11.20'ye kadar kat ettiği mesafe (28 km): 2 puan
• Turistin 18.30 – 20.00 saatleri arasında kat ettiği mesafe (12 km): 2 puan
• Yolculuğun akşam bölümünde bir turistin ortalama hızı (8 km/saat): 2 puan

Görev başına maksimum– 10 puan.

Sorun 2

Farklı yoğunluklara sahip iki homojen çubuktan oluşan bir sistem dengededir. Üst çubuk ağırlığı M 1 = 1,4 kg. Sürtünme ihmal edilebilir düzeydedir.

Hangi kütlede olduğunu belirleyin M 2 alt çubukta böyle bir denge mümkündür.

Olası çözüm

Alt çubuk uçlarından asılı olduğundan, dengede olduğundan ve ağırlık merkezi ortada olduğundan, ona etki eden ipliklerin reaksiyon kuvvetleri aynı ve eşit büyüklüktedir. m 2 gr/2. Sol (üst) ipliğin bağlantı noktasına göre üst çubuğun moment denklemini yazalım:

Değerlendirme kriterleri

Alt çubuğa etki eden dişlerin reaksiyon kuvvetleri şuna eşittir: 3 puan

Bu reaksiyon kuvvetlerinin modüllerinin değerleri ( m 2 gr/2): 2 puan

Moment denklemi: 4 puan

m2 = 1,2 kg: 1 puan

Görev başına maksimum– 10 puan.

Sorun 3

Su dolu silindirik bir kapta, kısmen suya batırılmış, gerilmiş bir iplikle kabın tabanına bağlanmış bir gövde vardır. Bu durumda vücut hacminin üçte ikisi kadar suya batırılır. İpliği keserseniz, gövde yukarı doğru yüzecek ve yarıya kadar suya batmış halde yüzecektir. Kaptaki su seviyesi ne kadar değişecek? Vücut ağırlığı M= 30 g, suyun yoğunluğu ρ = 1,0 g/cm3, kabın taban alanı S= 10 cm2.

Olası çözüm 1

Camın masaya uyguladığı basınç kuvveti (ipliği kestikten sonra) değişmeyecektir, bu nedenle

T= ρg∆sa · S, burada ̶T iplik kısmındaki tepki kuvvetidir, ∆h ise su seviyesindeki değişikliktir. İlk durumda cismin denge denklemini yazalım:

mg = ρg·(1/2)·V

Son iki denklemden şunu buluyoruz: ͶT = 1/3 mg

Sonunda şunu elde ederiz:

Değerlendirme kriterleri

• Camın masaya uyguladığı basınç kuvveti değişmeyecektir: 2 puan
• İlk durumda vücudun denge denklemi: 2 puan
• İkinci durumda vücudun denge denklemi: 2 puan
• T = 1/3 mg:1 puan
• ∆h = T/( ρg· S): 2 puan
• ∆h = 0,01m: 1 puan

Olası çözüm 2

İkinci durumda vücudun denge denklemi:

mg = ρg ½ V⟹V = 2m/ ρ, nerede ͸V – vücut hacmi.

Vücudun suya daldırılan kısmının hacmindeki değişiklik şuna eşittir:

Sonunda şunu elde ederiz:

Değerlendirme kriterleri

• mg = ρg ½ V: 4 puan
• ∆V = 1/6 V:2 puan
• ∆h = ∆V/S: 3 puan
• ∆h = 0,01m: 1 puan

Görev başına maksimum– 10 puan.

Sorun 4

noktasında sıvının yüzeyi üzerindeki hava basıncını belirleyin. A kavisli bir tüpün kapalı bölümünün içinde ise ρ = 800 kg/m3, H= 20cm, P 0 = 101kPa, G= 10 m/s2. Sıvı yoğunlukları ρ ve 2 ρ birbirine karıştırmayın.

Hava basıncı- havanın dünya yüzeyine uyguladığı kuvvet. Milimetre cıva, milibar cinsinden ölçülür. Ortalama olarak 1 cm2’ye 1,033 gr’dır.

Rüzgâr oluşumuna neden olan sebep ise atmosfer basıncındaki farklılıktır. Rüzgar, atmosferik basıncın yüksek olduğu bir alandan daha düşük bir alana doğru eser. Atmosfer basıncındaki fark ne kadar büyük olursa rüzgar da o kadar güçlü olur. Atmosfer basıncının Dünya üzerindeki dağılımı, troposferde farklı enlemlerde hakim olan rüzgarların yönünü belirler.

Yükselen havanın soğuması nedeniyle su buharının yoğunlaşması sonucu oluşurlar.
. Yer yüzeyine düşen sıvı veya katı suya yağış denir.

Kökenlerine göre iki tür tortu vardır:

bulutlardan düşme (yağmur, kar, graupel, dolu);
Dünya yüzeyinde oluşan (çiy, don).
Yağış, düşen suyun çekilip buharlaşmaması durumunda oluşan su tabakası (mm cinsinden) ile ölçülür. Dünya'ya yılda ortalama 1130 mm düşüyor. yağış.

Yağış dağılımı. Atmosferik yağış, dünya yüzeyine çok dengesiz bir şekilde dağılmıştır. Bazı alanlar aşırı nemden, bazıları ise eksikliğinden muzdariptir. Hava kalitesinin yüksek olduğu ve yağış ihtiyacının özellikle büyük olduğu kuzey ve güney tropik bölgelerde yer alan bölgeler, özellikle az yağış almaktadır.

Bu eşitsizliğin ana nedeni atmosferik basınç kayışlarının yerleştirilmesidir. Böylece ekvatorun alçak basınç bölgesinde sürekli ısıtılan hava çok fazla nem içerir; yükselir, soğur ve doymuş hale gelir. Bu nedenle ekvator bölgesinde çok bulutlu ve yoğun yağış var. Ayrıca dünya yüzeyinin basıncın düşük olduğu diğer bölgelerinde de çok fazla yağış görülür.

Yüksek basınç bölgelerinde aşağıya doğru hava akımları hakimdir. Soğuk hava alçaldıkça çok az nem içerir. İndirildiğinde büzülür ve ısınır, bu nedenle doyma noktasından uzaklaşır ve kurur. Bu nedenle tropik bölgelerde ve kutuplara yakın yüksek basınç alanları az yağış alır.

Yağış miktarı henüz bir alanın nem arzını değerlendirmek için kullanılamaz. Olası buharlaşma - uçuculuk - dikkate alınmalıdır. Güneş ısısının miktarına bağlıdır: Ne kadar fazla ısı varsa, o kadar fazla nem buharlaşabilir. Uçuculuk yüksek olabilir ancak buharlaşma küçük olabilir. Örneğin, buharlaşma (belirli bir sıcaklıkta ne kadar nemin buharlaşabileceği) 4500 mm/yıldır ve buharlaşma (gerçekte ne kadar nemin buharlaştığı) yalnızca 100 mm/yıldır. Alanın nem içeriği buharlaşma ve buharlaşma oranına göre değerlendirilir. Nemi belirlemek için nem katsayısı kullanılır. Nem katsayısı, aynı zaman diliminde yıllık yağışın buharlaşmaya oranıdır. Yüzde olarak kesir olarak ifade edilir. Katsayı 1 ise nem yeterli, 1'den küçükse nem yetersiz, 1'den büyükse nem fazla demektir. Nem derecesine göre ıslak (nemli) ve kuru (kurak) alanlar ayırt edilir.