Сұйықтың денеге түсіретін тең әсерлі қысым күші

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Паскаль және Архимед заңдары.

Гидросататика, аэросататика, гидродинамика және аэродинамика - сұйықтар мен газдардың механикалық қасиеттерін зерттейтін физиканың бөлімдері. Бұл бөлімдегі заңдарды білмесе, адамдар құстар тәрізді ауаға көтеріліп ұшып, балық сияқты суда жүзе алмас еді. Сұйық пен газдардың агрегаттық күйдегі ұқсастықтарынан оларға ортақ заңдар орындалады. Сол заңдардардың біріне Архимед және Паскаль заңдары жатады.

Паскаль заңы және оның қолдануы.

Паскаль заңы. Қысым бергішті суы бар ыдыстың ішіне салайық. (1-сурет) . Манометрмен берілген биіктіктегі судың қысымын анықтайық, қысым бергіш орналасқан тереңдікті өзгертпей, арнайы жабдықты пайдаланып қысым бергішті 45º бұрышқа бұрайық,

Қысым өзгерген жоқ. Қысым бергішті тағы да 45º бұрайық, қысым бұрынғыдай өзгеріссіз қала береді. Бұл тәжірибе сұйықтың берілген тереңдіктегі қысымы тұрақты болатынын және ол қысым бергіштің қалай орналасқанынан тәуелсіз екенін білдіреді.

1- СУРЕТ

Барометр - анероид алайық та жоғарыдағыға ұқсас тәжірибе жасайық, сонда барометрді бұрғанда қысым бергіштің орналасу күйіне тәуелсіз екенін көрсетеді.

Осы тәжірибелер «қозғалыссыз сұйықтағы немесе газдағы қысым өзі әсер ететін ауданның жағдайынан тәуелсіз» деген тұжырым жасауға негіз бола алады.

Жоғарыда жасалған тәжірибелерде әңгіме сұйыққа немесе газға әсер етуші ауырлық күштері туғызатын қысым туралы болған еді. Сұйықтар мен газдар өздеріне сыртқы күштер түсіретін қысымды қалай тарататынын анықтаймыз.

Ол үшін 2- суретте бейнеленген аспапты сумен толтырайық. Поршеньді төмен қарай жылжытып, шардың барлық тесіктерінен су шашырап атқылағанын байқаймыз.

Бұл тәжірибе сұйыққа берілетін сыртқы қысым қозғалыссыз сұйықтың гидростатикалық деп аталатын өз қысымы сияқты әсер ететін ауданның орналасуына тәуелсіз екенін және барлық бағытта жан-жаққа бірдей тарайтынын білдіреді.

Алғаш рет бұл қорытындыға француз физигі Блез Паскаль келген еді. Сондықтан оны Паскаль заңы деп атайды.

Сұйықтарда немесе газдарда сыртқы күштер тудыратын қысым барлық бағытта жан - жаққа бірдей тарайды.

Сұйықтар мен газдардың бұл қасиеті қазіргі 0 кездегі техникада кеңінен пайдаланылады. Сондай п айдаланылулардың бірі -

2 -СУРЕТ

Гидравликалық көрсеткіш.

Өндірісте массасы үлкен денелерді көтеру үшін гидравликалық көтергіштер кеңінен қолднылады. 3 - суретте гидравликалық көтергіштің ықшамдалған нұсқасы көрсетілген. Поршеньнің ауданы S1 болатын қысым ұлғайтқыш сорғы ішінде май жүретін түтік арқылы ауданның S2=100S1, поршень орналасқан цилиндрмен және көтергіштің жұмысына қажетті май сақталатын бак бірге жалғанған.

Сорғының поршені жоғары қарай қозғалғанда (4, а- сурет) май өтетін түтіктегі сорғыны майы бар бакпен жалғайтын К1 қақпағы ашылады, ал көтергіштің цилиндрдегі К2 қақпағы жабылады. Осының нәтижесінде сорғының цилиндрі майға толады.

3-сурет

Поршень төмен қарай қозғалғанда (4, ә- сурет) К1 жабылады, ал К2 қақпағы ашылады да сыртқы күш тудырған р қысымының әсерімен май цилиндрге өтеді, цилиндрде де р қысымы пайда болады. Сыртқы поршенінін майға әсер ететін күші F1=pS1, ал майдың үлкен цилиндрдегі поршеньге

F ₁ / F ₂ = pS ₁ / pS ₂ , бұдан F ₂ =F ₁ S ₂ /S _1.

Біздің жағдайда F ₂ =100F ₁ . Көріп отырғанымыздай, гидравликалық көтергіш күштен ұтыс береді.

4- сурет

Гидравликалық тежеуіш. Жүрісін тежеген кезде автомобиль бір жаққа қарай сырылып кетпес үшін оң жақ және сол жақ доңғалақтардың тежелуі бір мезгілде және мүлдем бірдей болуы керек. Ол үшін автомобильдерде гидравликалық тежеуіш пайдаланылады.

5-суретте сондай гидравликалық тежеуіштің құрылым нұсқасы көрсетілген . Әдеттегі күйде доңғалақтағы 1тежеуіш қалыптар 2 серіппемен тартылып тұрады, серіппе цилиндрдегі майдың азғантай қысымын теңестіреді. Тежеу кезінде жүргізуші 4 тежеуіш тетікті басады. 5 тартқышпен 6 поршень майға қысым түсіреді, май ол қысымды 7 тежеуіш цилиндрді де орналасқан поршеньдерге береді. Поршеньдер 8 тежеуіш қалыптарға қысым түсіреді.

Гидравликалық пресс .

Гидравликалық пресс қазіргі кезде өндірісте кеңінен қолданылады; мысалы, металл және пластмасса бұйымдарды нығыздап сығындау үшін, шөпті немесе мақтаны қысып байлау үшін, май беретін өсімдіктердің тұқымдарынан майды сығып алу үшін, т. б. Гидравликалық пресс шамамен гидравликалық көтергіш сияқты құрылған, бірақ онда тіреуші рама бар. Сығымдалатын дене рама мен поршень

5- сурет асында қысылады. Гидравликалық Престің

ұрылымын 5 суретте көрсетілген.

Пневматикалық тежеуіш.

Жолаушылар таситын темір жол вагондарында жедел тежеу крандары орнатылған. 7-суретте осы кранға байлынысты құрылғы көрсетілген. Қалыпты күйде тежеуіш цилиндрдегі поршеньге оң жақтан және сол жақтан түсіретін ауаның қысымдары бірдей болады, өйткені оған қысылған ауа екі жақтан да бір ғана резервуардан келеді.

6-сурет

Тежеу краны тұтқасын тартып қалғанда желілік құбырдан, олай болса цилиндрдің оң жақ бөлігінен, ауа шығарылады. Сонда поршень оңға қарай жылжиды да, тежеуіш қалыптарда доңғалақтарға қабыстырады.

Архимед заңы және оның қолданылуы.

Архимед заңы тәжірибе арқылы ашылған болатын. Оның ашылуына тікелей түрткі болған жәйт туралы аңыз бар:Сиракус патшасы Гиерон өзінің алтын тәжілерінің біреуі таза алтыннан емес, алтынның қорғасынмен, мыспен және т. б. металдармен қоспасынан жасалған деп күдіктенеді. Тәжінің материалы жөніндегі мәселені шешу Архимедке жүктелген еді. Архимедке шешімнің идеясы ол шомылатын ыдыстағы суға түскенде келіптімыс деген де аңыз сақталған.

Өзіне келген идеяға қуанған Архимед тұрып алып, сыртқа «Эврика! Эврика!» деп жүгіріп шыққан дейді.

Архимед заңы. Паскаль заңын біле отырып, Архимед заңын теориялық жолмен қорытып шығаруға болады. Тығыздығы р болатын сұйыққа қайсыбір дене бар болсын. Жеңілдік үшін ол дене куб түрінде делік. (8-сурет)

Паскаль заңы бойынша кубтың жоғарғы жағына түсетін қысым

р ₁ =рh ₁ g.

Осы жаққа түсетін қорытқы қысым күші F ₁ =p ₁ S=pgh ₁ S. Бұл күш вертикаль төмен қарай бағытталған. Осы сияқты кубтың төменгі жағына түсетін қысым күші F ₂ =pgh ₂ S. Бұл күш вертикаль жоғары қарай бағытталған.

Кубтың бүйір жақтарына түсетін қысым күштері қос - қостан бірдей және қарама - қарсы бағытталған болады. Сондықтан олар бірін - бірі теңестіреді.

Сұйықтың денеге түсіретін тең әсерлі қысым күші

R=F ₂ -F ₁ =pgh ₂ S - pgh ₁ S = pg(h ₂ - h ₁ ) S. Ал (h ₂ - h ₁ ) S = hS=V.

Сонымен, R= pVg.

Бұл күш вертикаль жоғары қарай бағытталған.

7- сурет

Сөйтіп, егер сұйыққа батырылған дене сұйық ішінде тепе - теңдік күйде болса, онда қоршаған сұйық тарапынан оған гидростатикалық қысымның итеруші күші әсер етеді, ол күштің сандық мәні дене ығыстырып шығарған сұйық көлемінің салмағына тең. Бұл күш дене ығыстырып шығарған сұйық көлемнің массалар центріне түсірілген.

Соңғы тұжырым өзінен - өзі айқын емес, бірақ оны дәлелдеу оңай. Егер олай болмаса, онда сұйықта жүзіп жүрген кез келген біртекті дене айналып қозғалар еді. Осы айтылғандардың бәрі газдар үшін де орынды.

Архимед заңын тұжырымдайық:

Сұйыққа батырылған кез келген денеге сол сұйықтың тарапынан итеруші күш әсер етеді, ол күш дене ығыстырып шығарған сұйықтың салмағына тең, вертикаль жоғары қарай бағытталған және ығысып шыққан сұйық көлемінін ауырлық центріне түсірілген болады.

Сұйық тығыздығының өзгеруі. Ареометр.

Сұйықтың тығыздығын бірден анықтау үшін ареометр деп аталатын аспап жасалған, оның жұмыс істеу принципі Архимед заңын пайдалануға негізделген. 9- суретте аспаптың сыртқы көрінісі кескінделген. Бұл төменгі бөлігіне М жүгі бекітілген шыны түтікше.

Эталондық ареометрдің шкаласын бөліктерге бөлу үшін оны кезекпен тығыздығы белгілі сұйықтарға батырады да, әр жолы бату биіктігін белгілеп алады. Осы нәтижелер бойынша ареометр шкаласын бөліктерге бөледі. Эталондық ареометр бойынша ареометрлер сериясы жасалады.

Кемелердің жүзуі.

Судың бетінде қандай денелер жүзіп жүре алатын анықтайық. Суда жүзіп жүрген кез келген денеге ауырлық күшінен басқа сұйықтың тарапынан итеріп шығарушы күш әсер ететін болғандықтан, осы екі күш бірін - бірі теңестіргенде және тек сонда ғана дене тепе-теңдік күйде болатыны айқын. Бұл математикалық түрде былай жазылады:

Q=F немесе m _д g=p _c gV _c , немесе р _c V _c g, бұдан V _c =p _д /p _c V _д .

Осы формуланы талдайық:

а) Егер дененің тығыздығы сұйықтығы тығыздығына тең р _д =р _с болса, онда

V _c= V _д , яғни дене ығыстырып шығарған сұйықтың көлемі дененің көлеміне тең болады да, дене сұйықтың ішінде талғаусыз тепе -