25042014

Давление жидкостей

Добавил: Luckyman в раздел Познавательное | Комментариев: 0 | Просмотров: 3152
Давление жидкостей

В отличие от газов, жидкости невозможно сжать. Давление, приложенное к одному участку жидкости, передаётся сразу всему её объёму. Это свойство используется в гидравлических машинах.

Одно из основных свойств жидкостей, благодаря которому они используются во многих технических устройствах, — это их несжимаемость. Молекулы газа расположены относительно далеко друг от друга. Они прижимаются друг к другу, когда на газ оказывается давление (из-за чего его объём становится меньше). А молекулы жидкости прижать ближе одну к другой невозможно, именно поэтому жидкости несжимаемы. Зато с помощью давления их можно перемещать с места на место. Именно это делает насос. У пожарной машины, например, он толкает воду по шлангам, и благодаря силе давления струи воды могут подниматься на большую высоту.

Единицы измерения давления
Давление — это сила, действующая на какой-либо площади. Она равна суммарной силе, делённой на площадь. Единица силы давления — паскаль — названа так в честь французского физика Блеза Паскаля, изучавшего давление. Один паскаль равен силе в 1 ньютон, равномерно распределённой по поверхности площадью в 1 квадратный метр.

Существуют и другие единицы измерения давления. В метеорологии для определения атмосферного давления используется миллибар. Один миллибар равен 100 Па. Слово «атмосфера» также может являться единицей давления. Она равна среднему давлению атмосферы Земли на уровне моря и составляет чуть более 100 000 Па.

Давление жидкостей

Под давлением

Чтобы направить водяную струю на пламя, пожарные пользуются насосами, в которых вода находится под огромным давлением. Это позволяет потоку воды в шлангах подниматься на высоту в десятки метров. Давление также способствует увеличению мощности водяного напора.


Гидравлический пресс
Давление жидкости в гидравлических системах используется подобно тому, как металлический прут может служить рычагом для выигрыша в силе. Способность жидкости увеличивать силу наподобие рычага можно увидеть на примере простого гидравлического пресса. Он представляет собой несложную машину с двумя поршнями, которые находятся в цилиндрах, (малом и большом), соединённых между собой при помощи трубы.
Цилиндры пресса заполняются маслянистой жидкостью. Важно помнить, что в такой
полностью закрытой системе давление везде одинаковое; эта закономерность, установленная уже известным тебе учёным, называется законом Паскаля. Так что, когда к малому поршню прилагается какая-либо сила, в большом поршне создаётся ещё большая сила, потому что одна и та же сила распределяется на большую площадь.
Например, если площадь большого поршня в два раза превышает площадь малого поршня, то усилие в 1 кг на малом поршне поднимет груз в 2 кг, размещённый на большом поршне.

Однако надо учитывать и другое. Сила большого поршня может вдвое превышать силу малого, но она способна переместить его лишь на половину расстояния, пройденного малым поршнем. На деле, конечно, требуется, чтобы большой поршень двигался и дальше, поэтом) в промышленных гидравлических прессах предусмотрены специальные клапаны, которые обеспечивают постоянное движение малого поршня, в результате чего постепенно поднимается тяжёлый груз на большом поршне.

Давление жидкостей

За сотни миллионов лет эволюции тело акулы стало обтекаемым и способным скользить в воде с минимальным сопротивлением.

Использование гидравлического пресса
Гидравлический пресс обычно применяется в тормозной системе автомобилей. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, она толкает поршень в так называемом главном цилиндре. Он соединён при помощи труб с исполнительными цилиндрами каждого колеса. Гидравлическая жидкость в трубах передаёт давление этим исполнительным цилиндрам, а движение их поршней сообщается тормозам. Из-за усилительного эффекта, достигаемого при применении малых и больших цилиндров, относительно лёгкое нажатие ноги водителя создаёт большую силу для нажатия на тормоза.

Гидравлика используется во многих механизмах, например для подъёма кузова в самосвалах, а также в бульдозерах и в самолётах, где давление приводит в движение шасси и закрылки.
В большинстве этих устройств для создания давления жидкости не требуется движения поршня в малом цилиндре. Вместо этого в них используются роторные (центробежные) насосы, создающие давление в гидравлической жидкости, которая направляется с помощью системы клапанов.

Текучие жидкости
Конструкторам, проектирующим самолёты и корабли, необходимо знать, какое воздействие оказывает на их изобретения среда, по которой они движутся (воздух или вода). Форма конструкций должна быть такой, чтобы движение происходило с наименьшим сопротивлением. Действие воздуха и воды во многом сходно, но закономерности движения объектов сквозь воду изучать труднее. Поэтому обычно исследователи, напротив, наблюдают за жидкостью, которая обтекает объект. Эти процессы практически одинаковы.

Трение жидкости
Все поверхности, которые контактируют друг с другом, подвергаются воздействию силы трения, и объекты, движущиеся в жидкости или воздухе, не исключение. Трение препятствует движению, замедляя скорость движущихся объектов. При этом выделяется тепло, Пуля, достигшая цели, раскалена, а метеорит сгорает от трения, ворвавшись в атмосферу Земли со скоростью десятки километров в секунду.
Один из способов уменьшения воздействия трения на быстродвижущиеся объекты — придание им такой формы, при которой трение будет минимальным.
У винтовочной пули наилучшая форма для полёта с огромной скоростью. Круглые или кубические пули «кувыркались» бы в воздухе и не попадали в цель. Поэтому форма пули — обтекаемая. Обтекаемыми также делают корпуса кораблей, высокоскоростных самолётов, ракет и торпед. В природе у многих рыб, например акул, и птиц, например ласточек, форма тела тоже обтекаемая.

Ровное или турбулентное течение
Ровное течение — это путь частиц жидкости при прохождении определённой точки. Можно сказать, что жидкость состоит из параллельных слоёв. Плавное течение этих слоев жидкости называется ламинарным течением (от латинского слова lamina — «полоска»). Вся жидкость плавно перемещается в одном направлении. Если форма объекта, движущегося в жидкости (или обтекаемого ею), затрудняет это движение, то в жидкости начинают образовываться водовороты. Это явление называется турбулентным течением. Его можно видеть, к примеру, у подножия водопада. Турбулентность также, бывает, возникает в жидкости, которая течёт по трубам. Именно поэтому трубопроводы изнутри делают гладкими, без каких-либо выступов или резких изгибов, чтобы жидкость могла течь как можно быстрее. Скорость течения жидкости в трубах обратно пропорциональна площади их поперечного сечения.

При этом он обнаружил, что высота жидкости внутри соломинки изменяется при изменении давления в трубке. В течение многих десятилетий врачи таким способом измеряли артериальное давление — трубку втыкали прямо в артерию, пока не был найден менее болезненный для пациентов способ. Но такой метод до сих пор используется для измерения скорости воздуха, обтекающего самолёт, — иными словами, измерения скорости самолёта.

Бернулли исследовал, как действует на давление жидкости закон сохранения энергии. Он понимал, что для того, чтобы кинетическая энергия жидкости (сила движения) оставалась неизменной, давление жидкости должно падать при её ускорении и. наоборот, расти при замедлении потока. Простое математическое соотношение между давлением и скоростью определяется выведенным Бернулли уравнением. Эффект Бернулли — это следствие из него. Он заключается в том, что, когда увеличивается скорость жидкости (к примеру, при заключении потока в узкий канал), давление падает. Так что в любом потоке давление в точке сужения всегда низкое, хотя скорость самого потока выше.

Использование эффекта
Эффект Бернулли проявляется при движении какого-либо объекта в воде. Например, взмах руки пловца ускоряет поток воды и. таким образом, уменьшает давление, что позволяет плывущему продвигаться вперёд. Вода, текущая под изогнутую плоскость лодки на подводных крыльях, также вынуждена ускориться, в результате чего давление понижается, лодка «выпрыгивает» из воды и развивает скорость.
Эффект Бернулли может быть применим и к потокам газов, а также жидкостей в определённых условиях. Так, частично он проявляется при создании подъёмной силы под крыльями самолета. А у автомобильных карбюраторов в воздухозаборнике есть узкое горлышко, которое называется трубкой Вентури. Воздух, проходящий сквозь неё, ускоряется, но его давление падает, поэтому в трубку затягиваются брызги бензина и создаётся смесь воздуха и топлива, которая легко сгорает в цилиндре двигателя.

Аэродинамическая поверхность

Исследование потока жидкости помогает учёным понять, как возникает подъёмная сила под крылом самолёта. К примеру, эффект Бернулли проявляется в падении давления над верхней частью крыла, когда поток воздуха здесь ускоряется, увеличивая подъёмную силу под крылом. Величина подъёмной силы зависит от расположения угла крыла по отношению к горизонту. Если оно расположено под слишком острым углом, то вместо подъёмной силы может возникнуть турбулентность, ведущая к срыву потока и потере скорости.


Давление жидкостей

Инженеры-конструкторы используют аэродинамическую трубу для тестирования обтекаемости новых моделей самолётов.

Комментарии пользователей

Информация Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Вход/Регистрация

Наш опрос

Вы хорошо учились в школе?
Да
Нет
Иногда :)
Я еще учусь