Hidrostatica - fizica - teorie, teste, formule si sarcini - fizica didactica, pregatirea online pentru ct si

Informații teoretice de bază

Presiune. Legea lui Pascal. Presiunea hidrostatică

Principala diferență între lichide și corpurile elastice (elastice) este capacitatea de a-și schimba ușor forma. Părți ale lichidului se pot mișca liber, se deplasează unul față de celălalt. De aceea, lichidul are forma unui vas în care este turnat. Într-un lichid, ca într-un mediu gazos, este posibil să se scufunde corpuri solide. Spre deosebire de gaze, lichidele sunt practic incompresibile. Pe corp, scufundat într-un lichid sau gaz, forțele distribuite pe suprafața corpului. Pentru a descrie astfel de forțe distribuite în hidrostatică, este introdusă o nouă cantitate fizică, presiune.

Presiunea este definită ca raportul dintre modulul de forță F. care acționează perpendicular pe suprafață și suprafața S a acestei suprafețe:

Dacă forța este direcționată sub un anumit unghi la perpendicularul de pe amplasament. atunci presiunea creată de această forță se găsește prin formula:

În sistemul SI, presiunea este măsurată în pascale (Pa): 1 Pa = 1 N / m2. Se folosesc adesea unități fără sistem: presiunea atmosferică normală (atm) și presiunea de un milimetru de mercur (mmHg):

1 atm = 101325 Pa = 760 mmHg.

Legea lui Pascal: presiunea exercitată asupra lichidului (sau, apropo, a gazului) este transmisă în orice punct al acestui fluid fără modificări și în toate direcțiile.

Presiunea lichidului pe pereții inferiori sau laterali ai vasului depinde de înălțimea coloanei de lichid deasupra punctului la care se măsoară presiunea. Presiunea hidrostatică a coloanei lichide se calculează prin formula:

Rețineți că presiunea exercitată nu depinde în niciun fel de forma vasului, ci depinde doar de tipul de lichid (adică densitatea acestuia) și de înălțimea coloanei acestui lichid. Aceeași presiune la adâncimea h, în conformitate cu legea lui Pascal, are și un lichid pe pereții laterali ai vasului.

Astfel, dacă o problemă de presiune hidrostatică se referă la coloana de fluid pe fața laterală la un moment particular, o astfel de presiune este în formula precedentă, unde h - distanța de la acest punct la suprafața lichidului. Dar, uneori, în probleme legate de hidrostatică, este necesar să se calculeze presiunea medie pe întreaga suprafață laterală a vasului. În acest caz, se aplică formula:

În acest caz, h este înălțimea totală a coloanei lichide din vas.

Dacă lichidul se află în cilindrul de sub piston și apoi acționează asupra pistonului cu o forță exterioară F, este posibil să se creeze o presiune suplimentară în lichid p0 = F / S. unde: S - zona pistonului. Astfel, presiunea totală în lichid la o adâncime h poate fi scrisă ca:

Dacă pistonul este îndepărtat, presiunea de pe suprafața lichidului va fi egală cu presiunea atmosferică. Dacă ne scufundăm în apă, atunci presiunea la o anumită adâncime va consta și în două presiuni - presiunea atmosferei și presiunea coloanei de apă (care este determinată de adâncimea de imersie).

Comunicarea navelor

Navele cu un canal umplute cu un lichid se numesc comunicare. Observațiile arată că în comunicarea vaselor de orice formă, un lichid omogen este întotdeauna stabilit la același nivel. sarcinile asupra vaselor de comunicare sunt foarte frecvente în hidrostatică.

În caz contrar, fluidele eterogene se comportă chiar și în vase identice de aceeași mărime și mărime. Faptul este că, în cazul vaselor de comunicare, aceeași presiune ar trebui aplicată la aceeași înălțime în toate părțile navei. Dar dacă fluidele sunt diferite, atunci înălțimea stâlpilor acestor lichide trebuie să fie diferită pentru a crea aceeași presiune. Prin urmare, fluidele eterogene în vasele de comunicare nu pot fi instalate la același nivel.

Algoritmul de rezolvare a problemelor de hidrostatică pe navele comunicante:

Faceți un desen.
Selectați nivelul orizontal sub care toate recipientele au același lichid. Dacă nu există un astfel de nivel, atunci, firește, pentru nivelul zero, selectăm fundul vaselor.
Se înregistrează o presiune relativ la acest nivel în toate vasele și se echivă.
Dacă este necesar, utilizați proprietatea incompresibilității unui lichid (volumul de lichid care curge dintr-un vas este egal cu volumul de lichid care curge în alt vas).
Rezolvați matematic sistemul de ecuații.

Presă hidraulică

Dacă ambii cilindri aranjați pe verticală a vaselor de comunicație sunt închisi cu pistoane, atunci în lichid se poate crea o presiune mare p prin intermediul forțelor exterioare aplicate pistoanelor. de multe ori mai mare decât presiunea hidrostatică ρgh în orice punct al sistemului. Apoi putem presupune că aceeași presiune p este stabilită în întregul sistem (conform legii lui Pascal). Dacă pistoanele au zone diferite S1 și S2. apoi pe ele din partea fluidului există forțe diferite F1 = pS1 și F2 = pS2. Același modulo, dar forțele externe îndreptate în sens opus trebuie aplicate pistoanelor pentru a menține echilibrul sistemului. Astfel, pentru o presa hidraulica avem formula:

Această relație rezultă din egalitatea presiunilor și este satisfăcută numai într-o presă hidraulică ideală. și anume astfel încât să nu existe fricțiuni. Dacă S2 >> S1. apoi F2 >> F1. Dispozitivele în care sunt îndeplinite aceste condiții se numesc prese hidraulice (mașini, cricuri). Ele vă permit să obțineți un câștig semnificativ în putere. Dacă pistonul dintr-un cilindru îngust este deplasat în jos prin acțiunea unei forțe exterioare F1 cu o distanță h1. atunci pistonul din cilindrul lat se va deplasa la distanța h2. care pot fi găsite din relația:

Această relație rezultă din egalitatea volumelor și este satisfăcută în orice presă hidraulică. Această expresie este obținută deoarece, atunci când se deplasează pistonul, aceleași volume de lichid se mișcă, adică cât lichid a rămas de la un singur cilindru la cel de-al doilea sau V1 = V2. Astfel, câștigul de forță este în mod necesar însoțit de aceeași pierdere în distanță. În acest caz, produsul forței rămâne același pe o distanță:

Ultima formulă rezultă din egalitatea de locuri de muncă și este satisfăcută numai pentru mașinile ideale. în care forțele de fricțiune nu acționează. Astfel, în presa hidraulică totul se întâmplă în deplină concordanță cu "regula de aur a mecanicii": de câte ori câștigăm la putere, în același timp pierdem în depărtare. În acest caz, nici o mașină nu poate câștiga la locul de muncă.

Deoarece presa hidraulică este un mecanism, performanța sa poate fi caracterizată de eficiență (coeficient de eficiență). Eficiența presei hidraulice în probleme hidrostatice se calculează după următoarea formulă:

unde: Апол = F2h2 - lucrare utilă (lucrul la ridicarea încărcăturii), Азатр = F1h1 - lucrarea folosită. În majoritatea aplicațiilor, eficiența unei prese hidraulice este considerată ca fiind de 100%. Eficiența este calculată dacă este o presă hidraulică non-ideală.

Încă o dată, subliniem faptul că pentru o presă hidraulică non-ideală este îndeplinită numai raportul care rezultă din egalitatea volumelor lichidului deplasat și, de asemenea, eficiența este calculată pentru astfel de prese. Restul relațiilor din această secțiune sunt efectuate numai pentru presa hidraulică ideală.

Legea lui Arhimede. Greutatea corporală în lichid

Datorită diferenței de presiune în lichid la diferite niveluri, există o flotabilitate sau o forță Archimedean, care se calculează după formula:

unde: V este volumul corpului deplasat de corp sau volumul părții scufundate a corpului, ρ este densitatea lichidului în care corpul este scufundat și, prin urmare, ρV este masa lichidului deplasat.

Forța arhimedică care acționează asupra unui corp scufundat într-un lichid (sau gaz) este egală cu greutatea lichidului (sau gazului) deplasat de către corp. Această afirmație, numită Legea Arhimede. este valabil pentru organismele de orice formă.

În acest caz, greutatea corporală (adică forța cu care corpul actioneaza pe un suport sau umeraș) imersat în lichid scade. Dacă presupunem că greutatea corpului în stare de repaus în aer este de mg. și că este ceea ce vom face în majoritatea problemelor (deși, în general, vorbind cu corpul în aer acționează, de asemenea, foarte mică forță Arhimede a atmosferei, deoarece corpul este cufundat în gazul din atmosfera), greutatea corporală în lichide se poate deduce cu ușurință următoarea formulă importantă:

Această formulă poate fi utilizată pentru a rezolva un număr mare de probleme. Îți poți aminti. Cu ajutorul legii lui Archimedes nu se efectuează numai navigația maritimă, ci și aeronautica. Din legea lui Archimedes rezultă că dacă densitatea medie a unui corp este mai mare decât densitatea unui lichid (sau a gazului) ρ (sau altfel mg> FA), corpul se va scufunda în fund. Dacă, totuși, <ρ (или по–другому mg

Corpuri de înot

Dacă corpul se află pe suprafața unui lichid (plutitor), atunci numai două forțe acționează asupra lui (arhimede în sus și gravitație în jos), care contrabalansează reciproc. Dacă corpul este scufundat într-un singur lichid, apoi scriind a doua lege a lui Newton pentru un astfel de caz și efectuând operații matematice simple, putem obține următoarea expresie referitoare la volum și densitate:

unde: Vnrp este volumul părții scufundate a corpului, V este volumul total al corpului. Cu ajutorul acestei relații, majoritatea problemelor legate de înotarea corpurilor sunt ușor de rezolvat.

Cum se pregătește cu succes pentru CT în fizică și matematică?

Pentru a se pregăti cu succes pentru CT în fizică și matematică, printre altele, este necesar să se îndeplinească cele mai importante trei condiții:

Studiați toate subiectele și completați toate testele și sarcinile listate în materialele de instruire de pe acest site. Pentru a face acest lucru, nu aveți nevoie de nimic, și anume: dedicați pregătirii pentru CT în fizică și matematică, studierea teoriei și rezolvarea problemelor timp de trei până la patru ore în fiecare zi. Faptul este că CT este un examen în care nu este suficient să cunoști pur și simplu fizica sau matematica, dar trebuie să reușești să rezolvi rapid și fără eșecuri un număr mare de probleme în diferite subiecte și complexe diferite. Acestea din urmă pot fi învățate doar prin rezolvarea a mii de sarcini.
Aflați toate formulele și legile din fizică, formulele și metodele din matematică. De fapt, pentru a realiza acest lucru este, de asemenea, foarte simplu, formulele necesare în fizica doar aproximativ 200 de unități, iar în matematică chiar mai puțin. Fiecare dintre aceste elemente are aproximativ o duzină de metode standard pentru rezolvarea problemelor de nivel de bază de complexitate, care este, de asemenea, destul de posibil pentru a învăța, și, prin urmare, este pe mașină și să decidă cu ușurință momentul potrivit de cele mai multe CG. După aceea, va trebui să vă gândiți doar la cele mai dificile sarcini.
Vizitați toate cele trei etape ale testelor de repetiție din fizică și matematică. Fiecare RT poate fi vizitat de două ori pentru a decide ambele opțiuni. Din nou DH, cu excepția capacitatea de a rezolva rapid și eficient problemele, și cunoașterea formule și metode trebuie să fie, de asemenea, posibilitatea de a planifica timp pentru a distribui puterea, și cel mai important corect completați formularul de răspunsuri, nu să se amestece orice număr de răspunsuri și probleme, numele nimeni. De asemenea, în timpul RT este important să vă obișnuiți cu stilul de a pune întrebări în sarcini care pe CT pot părea nepregătite pentru o persoană foarte neobișnuită.

Efectuarea cu succes, diligentă și responsabilă a acestor trei puncte vă va permite să arătați pe CT rezultatul excelent, maximul a ceea ce vă este capabil.

Ați găsit o eroare?

Pagina anterioară

Pagina următoare