भौतिकी में दबाव का सूत्र। वायु, वाष्प, द्रव या ठोस के दाब का सूत्र। दबाव (सूत्र) कैसे पता करें? ठोस शरीर के दबाव की गणना सूत्र द्वारा की जाती है
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ट्विटरआदमी स्की पर, और उनके बिना।
ढीली बर्फ पर, एक व्यक्ति बड़ी मुश्किल से चलता है, हर कदम पर गहराई से डूबता है। लेकिन, स्की पर रखकर, वह लगभग बिना गिरे ही चल सकता है। क्यों? स्की पर या स्की के बिना, एक व्यक्ति बर्फ पर अपने वजन के बराबर बल के साथ कार्य करता है। हालांकि, दोनों मामलों में इस बल का प्रभाव अलग है, क्योंकि जिस सतह पर व्यक्ति दबाता है वह अलग है, स्की के साथ और बिना। स्की का सतह क्षेत्र एकमात्र के क्षेत्रफल का लगभग 20 गुना है। इसलिए, स्की पर खड़े होकर, एक व्यक्ति बर्फ की सतह के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर पर बिना स्की के बर्फ पर खड़े होने की तुलना में 20 गुना कम बल के साथ कार्य करता है।
बटन के साथ बोर्ड पर एक अखबार को पिन करने वाला छात्र, प्रत्येक बटन पर समान बल के साथ कार्य करता है। हालांकि, एक तेज अंत वाला बटन पेड़ में प्रवेश करना आसान होता है।
इसका मतलब यह है कि एक बल की कार्रवाई का परिणाम न केवल उसके मापांक, दिशा और आवेदन के बिंदु पर निर्भर करता है, बल्कि उस सतह के क्षेत्र पर भी निर्भर करता है जिस पर इसे लागू किया जाता है (जिस पर यह कार्य करता है)।
इस निष्कर्ष की पुष्टि भौतिक प्रयोगों से होती है।
अनुभव। इस बल का परिणाम इस बात पर निर्भर करता है कि सतह के प्रति इकाई क्षेत्र पर कौन सा बल कार्य करता है।
एक छोटे से बोर्ड के कोनों में कील ठोंकनी चाहिए। सबसे पहले, हम बोर्ड में लगे कीलों को उनके बिंदुओं के साथ रेत पर सेट करते हैं और बोर्ड पर वजन डालते हैं। इस मामले में, नाखून के सिर को केवल रेत में थोड़ा दबाया जाता है। फिर बोर्ड को पलट दें और कीलों को नोक पर रख दें। इस मामले में, समर्थन का क्षेत्र छोटा होता है, और उसी बल की क्रिया के तहत, नाखून रेत में गहराई तक जाते हैं।
एक अनुभव। दूसरा उदाहरण।
इस बल की क्रिया का परिणाम इस बात पर निर्भर करता है कि पृष्ठ क्षेत्रफल की प्रत्येक इकाई पर कौन सा बल कार्य करता है।
विचार किए गए उदाहरणों में, बलों ने शरीर की सतह पर लंबवत कार्य किया। व्यक्ति का वजन बर्फ की सतह के लंबवत था; बटन पर कार्य करने वाला बल बोर्ड की सतह के लंबवत होता है।
इस सतह के क्षेत्र में सतह के लंबवत कार्य करने वाले बल के अनुपात के बराबर मान को दबाव कहा जाता है.
दबाव को निर्धारित करने के लिए, सतह क्षेत्र द्वारा सतह पर लंबवत कार्य करने वाले बल को विभाजित करना आवश्यक है:
दबाव = बल / क्षेत्र.
आइए इस अभिव्यक्ति में शामिल मात्राओं को निरूपित करें: दबाव - पी, सतह पर कार्य करने वाला बल, - एफऔर सतह क्षेत्र एस.
तब हमें सूत्र मिलता है:
पी = एफ / एस
यह स्पष्ट है कि एक ही क्षेत्र पर कार्य करने वाला एक बड़ा बल अधिक दबाव उत्पन्न करेगा।
दबाव इकाई को उस दबाव के रूप में लिया जाता है जो इस सतह पर लंबवत 1 मीटर 2 की सतह पर कार्य करने वाले 1 एन के बल का उत्पादन करता है.
दाब की इकाई - न्यूटन प्रति वर्ग मीटर(1 एन / एम 2)। फ्रांसीसी वैज्ञानिक के सम्मान में ब्लेस पास्कल इसे पास्कल कहा जाता है देहात). इस प्रकार,
1 पा = 1 एन / एम 2.
अन्य दबाव इकाइयों का भी उपयोग किया जाता है: हेक्टोपास्कल (एचपीए) और किलोपास्कल (किलो पास्कल).
1 केपीए = 1000 पा;
1 एचपीए = 100 पा;
1 पा = 0.001 केपीए;
1 पा = 0.01 hPa।
आइए समस्या की स्थिति को लिखें और इसे हल करें।
दिया गया : एम = 45 किलो, एस = 300 सेमी 2; पी = ?
SI इकाइयों में: S = 0.03 m 2
फैसला:
पी = एफ/एस,
एफ = पी,
पी = जी एम,
पी= 9.8 एन 45 किलो ≈ 450 एन,
पी\u003d 450 / 0.03 एन / एम 2 \u003d 15000 पा \u003d 15 केपीए
"उत्तर": पी = 15000 पा = 15 केपीए
दबाव कम करने और बढ़ाने के तरीके।
एक भारी कैटरपिलर ट्रैक्टर मिट्टी पर 40-50 kPa के बराबर दबाव पैदा करता है, यानी 45 किलो वजन वाले लड़के के दबाव से केवल 2-3 गुना अधिक। ऐसा इसलिए है क्योंकि कैटरपिलर ड्राइव के कारण ट्रैक्टर का वजन एक बड़े क्षेत्र में वितरित हो जाता है। और हमने इसे स्थापित किया है समर्थन का क्षेत्र जितना बड़ा होगा, इस समर्थन पर समान बल द्वारा उत्पन्न दबाव उतना ही कम होगा .
इस पर निर्भर करता है कि आपको एक छोटा या बड़ा दबाव प्राप्त करने की आवश्यकता है, समर्थन का क्षेत्र बढ़ता है या घटता है। उदाहरण के लिए, मिट्टी को एक इमारत के निर्माण के दबाव का सामना करने के लिए, नींव के निचले हिस्से का क्षेत्र बढ़ाया जाता है।
यात्री कारों की तुलना में ट्रक के टायर और विमान के चेसिस को बहुत चौड़ा बनाया जाता है। विशेष रूप से चौड़े टायर उन कारों के लिए बनाए जाते हैं जिन्हें रेगिस्तान में चलने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
ट्रैक्टर, टैंक या दलदल जैसी भारी मशीनें, जिनमें पटरियों का एक बड़ा असर क्षेत्र होता है, दलदली इलाके से गुजरती हैं जिससे कोई व्यक्ति नहीं गुजर सकता।
दूसरी ओर, एक छोटे से सतह क्षेत्र के साथ, एक छोटे से बल के साथ एक बड़ा दबाव उत्पन्न किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक बटन को एक बोर्ड में दबाते हुए, हम उस पर लगभग 50 N के बल से कार्य करते हैं। चूँकि बटन की नोक का क्षेत्रफल लगभग 1 मिमी 2 है, इसके द्वारा उत्पन्न दबाव इसके बराबर है:
पी \u003d 50 एन / 0.000001 मीटर 2 \u003d 50,000,000 पा \u003d 50,000 केपीए।
तुलना के लिए, यह दबाव एक कैटरपिलर ट्रैक्टर द्वारा मिट्टी पर डाले गए दबाव से 1000 गुना अधिक है। ऐसे और भी कई उदाहरण मिल सकते हैं।
काटने और भेदने के औजारों (चाकू, कैंची, कटर, आरी, सुई आदि) के ब्लेड को विशेष रूप से तेज किया जाता है। एक तेज ब्लेड के तेज किनारे का एक छोटा सा क्षेत्र होता है, इसलिए एक छोटा बल भी बहुत दबाव बनाता है, और इस तरह के उपकरण के साथ काम करना आसान होता है।
काटने और छेदने के उपकरण भी वन्यजीवों में पाए जाते हैं: ये दांत, पंजे, चोंच, स्पाइक आदि हैं - ये सभी कठोर सामग्री से बने होते हैं, चिकने और बहुत तेज होते हैं।
दबाव
यह ज्ञात है कि गैस के अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं।
हम पहले से ही जानते हैं कि गैसें, ठोस और तरल के विपरीत, पूरे बर्तन को भरती हैं जिसमें वे स्थित हैं। उदाहरण के लिए, गैसों के भंडारण के लिए एक स्टील सिलेंडर, एक कार टायर ट्यूब या वॉलीबॉल। इस मामले में, गैस सिलेंडर, कक्ष या किसी अन्य निकाय की दीवारों, तल और ढक्कन पर दबाव डालती है जिसमें यह स्थित होता है। किसी सहारे पर ठोस पिंड के दबाव के अलावा अन्य कारणों से गैस का दबाव होता है।
यह ज्ञात है कि गैस के अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं। अपने आंदोलन के दौरान, वे आपस में टकराते हैं, साथ ही उस बर्तन की दीवारों से भी टकराते हैं जिसमें गैस स्थित होती है। गैस में कई अणु होते हैं, और इसलिए उनके प्रभाव की संख्या बहुत बड़ी होती है। उदाहरण के लिए, एक कमरे में 1 सेमी 2 की सतह पर 1 एस में हवा के अणुओं के प्रभावों की संख्या को तेईस अंकों की संख्या के रूप में व्यक्त किया जाता है। यद्यपि एक अणु का प्रभाव बल छोटा होता है, बर्तन की दीवारों पर सभी अणुओं की क्रिया महत्वपूर्ण होती है - यह गैस का दबाव बनाता है।
इसलिए, पोत की दीवारों पर गैस का दबाव (और गैस में रखे शरीर पर) गैस के अणुओं के प्रभाव के कारण होता है .
निम्नलिखित अनुभव पर विचार करें। एयर पंप बेल के नीचे रबर की गेंद रखें। इसमें थोड़ी मात्रा में हवा होती है और इसका आकार अनियमित होता है। फिर हम एक पंप के साथ घंटी के नीचे से हवा को बाहर निकालते हैं। गेंद का खोल, जिसके चारों ओर हवा अधिक से अधिक विरल हो जाती है, धीरे-धीरे सूज जाती है और एक नियमित गेंद का रूप ले लेती है।
इस अनुभव की व्याख्या कैसे करें?
संपीड़ित गैस के भंडारण और परिवहन के लिए विशेष टिकाऊ स्टील सिलेंडरों का उपयोग किया जाता है।
हमारे प्रयोग में गतिमान गैस के अणु लगातार गेंद की दीवारों से अंदर और बाहर टकराते रहे। जब हवा बाहर निकाल दी जाती है, तो गेंद के खोल के चारों ओर घंटी में अणुओं की संख्या कम हो जाती है। लेकिन गेंद के अंदर उनका नंबर नहीं बदलता. इसलिए, खोल की बाहरी दीवारों पर अणुओं के प्रभावों की संख्या आंतरिक दीवारों पर प्रभावों की संख्या से कम हो जाती है। गुब्बारे को तब तक फुलाया जाता है जब तक कि उसके रबर के खोल की लोच का बल गैस के दबाव बल के बराबर न हो जाए। गेंद का खोल गेंद का आकार ले लेता है। इससे पता चलता है कि गैस इसकी दीवारों पर सभी दिशाओं में समान रूप से दबाती है. दूसरे शब्दों में, सतह क्षेत्र के प्रति वर्ग सेंटीमीटर आणविक प्रभावों की संख्या सभी दिशाओं में समान होती है। सभी दिशाओं में एक ही दबाव गैस की विशेषता है और बड़ी संख्या में अणुओं के यादृच्छिक आंदोलन का परिणाम है।
आइए गैस की मात्रा को कम करने की कोशिश करें, लेकिन ताकि इसका द्रव्यमान अपरिवर्तित रहे। इसका मतलब है कि गैस के प्रत्येक घन सेंटीमीटर में अधिक अणु होंगे, गैस का घनत्व बढ़ जाएगा। तब दीवारों पर अणुओं के प्रभाव की संख्या बढ़ जाएगी, अर्थात गैस का दबाव बढ़ जाएगा। इसकी पुष्टि अनुभव से की जा सकती है।
तस्वीर पर एकएक कांच की नली दिखाई गई है, जिसका एक सिरा एक पतली रबर की फिल्म से ढका हुआ है। ट्यूब में एक पिस्टन डाला जाता है। जब पिस्टन को अंदर धकेला जाता है, तो ट्यूब में हवा का आयतन कम हो जाता है, यानी गैस संकुचित हो जाती है। रबर फिल्म बाहर की ओर उभरी हुई है, यह दर्शाता है कि ट्यूब में हवा का दबाव बढ़ गया है।
इसके विपरीत, गैस के समान द्रव्यमान के आयतन में वृद्धि के साथ, प्रत्येक घन सेंटीमीटर में अणुओं की संख्या घट जाती है। इससे बर्तन की दीवारों पर होने वाले प्रभावों की संख्या कम हो जाएगी - गैस का दबाव कम हो जाएगा। दरअसल, जब पिस्टन को ट्यूब से बाहर निकाला जाता है, तो हवा का आयतन बढ़ जाता है, फिल्म बर्तन के अंदर झुक जाती है। यह ट्यूब में हवा के दबाव में कमी को दर्शाता है। यदि ट्यूब में हवा के बजाय कोई अन्य गैस हो तो भी यही घटना देखी जाएगी।
इसलिए, जब गैस का आयतन घटता है तो उसका दाब बढ़ता है और जब आयतन बढ़ता है तो दाब घटता है, बशर्ते कि गैस का द्रव्यमान और तापमान अपरिवर्तित रहे.
स्थिर आयतन पर गर्म करने पर गैस के दाब में क्या परिवर्तन होता है? यह ज्ञात है कि गर्म करने पर गैस के अणुओं की गति की गति बढ़ जाती है। तेजी से आगे बढ़ते हुए, अणु पोत की दीवारों से अधिक बार टकराएंगे। इसके अलावा, दीवार पर अणु का प्रत्येक प्रभाव अधिक मजबूत होगा। नतीजतन, पोत की दीवारें अधिक दबाव का अनुभव करेंगी।
फलस्वरूप, बंद बर्तन में गैस का दबाव गैस के तापमान जितना अधिक होता है, बशर्ते कि गैस का द्रव्यमान और आयतन न बदले।
इन प्रयोगों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है गैस का दबाव अधिक होता है, अधिक बार और मजबूत अणु बर्तन की दीवारों से टकराते हैं .
गैसों के भंडारण और परिवहन के लिए, वे अत्यधिक संकुचित होते हैं। साथ ही, उनका दबाव बढ़ता है, गैसों को विशेष, बहुत टिकाऊ सिलेंडरों में बंद किया जाना चाहिए। ऐसे सिलेंडरों में, उदाहरण के लिए, पनडुब्बियों में संपीड़ित हवा होती है, धातु वेल्डिंग में प्रयुक्त ऑक्सीजन। बेशक, हमें हमेशा याद रखना चाहिए कि गैस सिलेंडर को गर्म नहीं किया जा सकता है, खासकर जब वे गैस से भरे हों। क्योंकि, जैसा कि हम पहले से ही समझते हैं, विस्फोट बहुत अप्रिय परिणामों के साथ हो सकता है।
पास्कल का नियम।
दबाव तरल या गैस के प्रत्येक बिंदु पर प्रेषित होता है।
गेंद भरने वाले तरल के प्रत्येक बिंदु पर पिस्टन का दबाव प्रेषित होता है।
अब गैस।
ठोस पदार्थों के विपरीत, व्यक्तिगत परतें और तरल और गैस के छोटे कण सभी दिशाओं में एक दूसरे के सापेक्ष स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, पानी को स्थानांतरित करने के लिए एक गिलास में पानी की सतह पर हल्के से झटका देना पर्याप्त है। जरा सी हवा चलने पर नदी या झील में लहरें उठने लगती हैं।
गैस और तरल कणों की गतिशीलता इसकी व्याख्या करती है उन पर उत्पन्न दबाव न केवल बल की दिशा में बल्कि हर बिंदु पर प्रसारित होता है. आइए इस घटना पर अधिक विस्तार से विचार करें।
तस्वीर पर, एकएक गैस (या तरल) युक्त बर्तन को दर्शाया गया है। कण समान रूप से पूरे बर्तन में वितरित किए जाते हैं। पोत एक पिस्टन द्वारा बंद है जो ऊपर और नीचे जा सकता है।
थोडा बल लगाकर पिस्टन को थोडा अंदर की ओर घुमाते हैं और गैस (तरल) को उसके ठीक नीचे दबाते हैं. तब कण (अणु) इस स्थान पर पहले की तुलना में अधिक सघन रूप से स्थित होंगे (चित्र।, बी)। गैस की गतिशीलता के कारण कण सभी दिशाओं में गति करेंगे। नतीजतन, उनकी व्यवस्था फिर से समान हो जाएगी, लेकिन पहले की तुलना में अधिक सघन (चित्र। सी)। इसलिए हर जगह गैस का दबाव बढ़ेगा। इसका मतलब है कि अतिरिक्त दबाव गैस या तरल के सभी कणों में स्थानांतरित हो जाता है। इसलिए, यदि पिस्टन के पास गैस (तरल) पर दबाव 1 Pa से बढ़ जाता है, तो सभी बिंदुओं पर अंदरगैस या तरल दबाव उसी मात्रा से पहले से अधिक होगा। पोत की दीवारों पर और तल पर और पिस्टन पर दबाव 1 पा बढ़ जाएगा।
तरल या गैस पर लगाया गया दबाव किसी भी बिंदु पर सभी दिशाओं में समान रूप से प्रेषित होता है .
यह कथन कहा जाता है पास्कल का नियम.
पास्कल के नियम के आधार पर निम्नलिखित प्रयोगों की व्याख्या करना आसान है।
चित्र में विभिन्न स्थानों पर छोटे छिद्रों वाला एक खोखला गोला दिखाया गया है। गेंद से एक ट्यूब जुड़ी होती है, जिसमें एक पिस्टन डाला जाता है। यदि आप गेंद में पानी खींचते हैं और पिस्टन को ट्यूब में धकेलते हैं, तो गेंद के सभी छिद्रों से पानी बहेगा। इस प्रयोग में पिस्टन नली में पानी की सतह पर दबाव डालता है। पिस्टन के नीचे पानी के कण, संघनित होकर, अपने दबाव को गहरी पड़ी अन्य परतों में स्थानांतरित करते हैं। इस प्रकार, पिस्टन का दबाव गेंद को भरने वाले तरल के प्रत्येक बिंदु पर प्रेषित होता है। नतीजतन, सभी छेदों से बहने वाली समान धाराओं के रूप में पानी का हिस्सा गेंद से बाहर धकेल दिया जाता है।
यदि गेंद धुएँ से भरी है, तो जब पिस्टन को ट्यूब में धकेला जाएगा, तो गेंद के सभी छिद्रों से धुएँ की समान धाराएँ निकलने लगेंगी। यह पुष्टि करता है कि और गैसें अपने ऊपर उत्पन्न दाब को सभी दिशाओं में समान रूप से संचारित करती हैं.
तरल और गैस में दबाव।
तरल के वजन के नीचे, ट्यूब में रबर का तल शिथिल हो जाएगा।
पृथ्वी पर सभी पिंडों की तरह तरल पदार्थ भी गुरुत्वाकर्षण बल से प्रभावित होते हैं। इसलिए, किसी पात्र में डाले गए द्रव की प्रत्येक परत अपने भार से दबाव बनाती है, जो पास्कल के नियम के अनुसार सभी दिशाओं में संचरित होता है। इसलिए, तरल के अंदर दबाव होता है। इसे अनुभव द्वारा सत्यापित किया जा सकता है।
एक कांच की नली में पानी डालें, जिसका निचला छेद एक पतली रबर की फिल्म से बंद हो। तरल के वजन के नीचे, ट्यूब का निचला भाग झुक जाएगा।
अनुभव से पता चलता है कि रबर फिल्म के ऊपर पानी का स्तंभ जितना अधिक होता है, उतना ही अधिक होता है। लेकिन हर बार रबर के तल के शिथिल होने के बाद, ट्यूब में पानी संतुलन (बंद हो जाता है) में आ जाता है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण के अलावा, फैली हुई रबर फिल्म का लोचदार बल पानी पर काम करता है।
रबर फिल्म पर कार्य करने वाले बल |
दोनों तरफ समान हैं। |
चित्रण।
गुरुत्वाकर्षण के दबाव के कारण तल सिलेंडर से दूर चला जाता है।
चलो एक रबड़ के तल के साथ एक ट्यूब को कम करते हैं, जिसमें पानी डाला जाता है, दूसरे में, पानी के साथ व्यापक बर्तन। हम देखेंगे कि जैसे-जैसे ट्यूब को नीचे किया जाता है, रबर की फिल्म धीरे-धीरे सीधी हो जाती है। फिल्म को पूरी तरह से सीधा करने से पता चलता है कि इस पर ऊपर और नीचे से काम करने वाली ताकतें बराबर हैं। फिल्म का पूरा सीधा होना तब होता है जब ट्यूब और बर्तन में पानी का स्तर मेल खाता है।
इसी प्रयोग को एक ट्यूब के साथ किया जा सकता है जिसमें एक रबर फिल्म साइड ओपनिंग को बंद कर देती है, जैसा कि चित्र ए में दिखाया गया है। पानी की इस नली को पानी के दूसरे बर्तन में डुबोएं, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। बी. हम देखेंगे कि ट्यूब और बर्तन में पानी का स्तर बराबर होते ही फिल्म फिर से सीधी हो जाती है। इसका अर्थ है कि रबर फिल्म पर कार्य करने वाले बल सभी ओर से समान हैं।
ऐसा बर्तन लें जिसका तली गिर सके। इसे पानी के एक जार में डाल दें। इस मामले में, तल को बर्तन के किनारे पर कसकर दबाया जाएगा और गिरेगा नहीं। इसे नीचे से ऊपर की ओर निर्देशित पानी के दबाव के बल द्वारा दबाया जाता है।
हम सावधानी से बर्तन में पानी डालेंगे और उसके तल को देखेंगे। जैसे ही बर्तन में पानी का स्तर जार में पानी के स्तर के साथ मेल खाता है, बर्तन से दूर गिर जाएगा।
टुकड़ी के क्षण में, बर्तन में तरल का एक स्तंभ नीचे की ओर दबाता है, और दबाव समान ऊंचाई के तरल के एक स्तंभ के नीचे से ऊपर की ओर फैलता है, लेकिन जार में स्थित होता है। ये दोनों दबाव समान हैं, लेकिन तल अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के कारण सिलेंडर से दूर चला जाता है।
पानी के साथ किए गए प्रयोगों का वर्णन ऊपर किया गया था, लेकिन अगर हम पानी के बजाय कोई अन्य तरल लेते हैं, तो प्रयोग के परिणाम समान होंगे।
तो, प्रयोग यह दिखाते हैं तरल के अंदर दबाव होता है, और एक ही स्तर पर यह सभी दिशाओं में समान होता है। गहराई के साथ दबाव बढ़ता है.
इस संबंध में गैसें द्रवों से भिन्न नहीं हैं, क्योंकि उनका भी भार होता है। लेकिन हमें यह याद रखना चाहिए कि गैस का घनत्व तरल के घनत्व से सैकड़ों गुना कम होता है। बर्तन में गैस का वजन छोटा होता है, और कई मामलों में इसके "वजन" दबाव को नजरअंदाज किया जा सकता है।
पोत के तल और दीवारों पर तरल दबाव की गणना।
पोत के तल और दीवारों पर तरल दबाव की गणना।
विचार करें कि आप किसी बर्तन के तल और दीवारों पर तरल के दबाव की गणना कैसे कर सकते हैं। आइए पहले एक आयताकार समांतर चतुर्भुज के आकार वाले बर्तन के लिए समस्या को हल करें।
ताकत एफजिससे इस पात्र में डाला गया द्रव उसके तले पर दबाता है, भार के बराबर होता है पीबर्तन में तरल। किसी द्रव का भार उसके द्रव्यमान को जानकर ज्ञात किया जा सकता है। एम. द्रव्यमान, जैसा कि आप जानते हैं, सूत्र द्वारा गणना की जा सकती है: एम = ρ वी. हमारे द्वारा चुने गए बर्तन में डाले गए द्रव की मात्रा की गणना करना आसान है। यदि बर्तन में तरल स्तंभ की ऊंचाई को अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है एच, और पोत के तल का क्षेत्र एस, तब वी = एस एच.
द्रव द्रव्यमान एम = ρ वी, या एम = ρ एस एच .
इस द्रव का भार पी = ग्राम, या पी = जी ρ एस एच.
चूँकि तरल स्तंभ का भार उस बल के बराबर होता है जिसके साथ तरल बर्तन के तल पर दबाता है, फिर वजन को विभाजित करना पीचौक को एस, हमें द्रव का दबाव मिलता है पी:
पी = पी/एस , या पी = जी ρ एस एच/एस,
हमने एक बर्तन के तल पर तरल के दबाव की गणना के लिए एक सूत्र प्राप्त किया है। इस सूत्र से यह देखा जा सकता है एक बर्तन के तल पर एक तरल का दबाव केवल तरल स्तंभ के घनत्व और ऊंचाई पर निर्भर करता है.
इसलिए, व्युत्पन्न सूत्र के अनुसार, बर्तन में डाले गए तरल के दबाव की गणना करना संभव है किसी भी रूप(सख्ती से बोलना, हमारी गणना केवल उन जहाजों के लिए उपयुक्त है जिनके पास सीधे प्रिज्म और सिलेंडर का आकार होता है। संस्थान के भौतिकी पाठ्यक्रमों में, यह साबित हुआ कि सूत्र मनमाना आकार के पोत के लिए भी सही है)। इसके अलावा, इसका उपयोग पोत की दीवारों पर दबाव की गणना करने के लिए किया जा सकता है। नीचे से ऊपर तक के दबाव सहित द्रव के अंदर के दबाव की गणना भी इस सूत्र का उपयोग करके की जाती है, क्योंकि समान गहराई पर दबाव सभी दिशाओं में समान होता है।
सूत्र का उपयोग करके दबाव की गणना करते समय पी = जीपीएचघनत्व चाहिए ρ किलोग्राम प्रति घन मीटर (किग्रा / मी 3), और तरल स्तंभ की ऊंचाई में व्यक्त किया गया एच- मीटर (एम) में, जी\u003d 9.8 एन / किग्रा, फिर पास्कल (पा) में दबाव व्यक्त किया जाएगा।
उदाहरण. टैंक के तल पर तेल का दबाव निर्धारित करें यदि तेल स्तंभ की ऊंचाई 10 मीटर है और इसका घनत्व 800 किग्रा / मी 3 है।
आइए समस्या की स्थिति को लिखें और इसे लिख लें।
दिया गया :
ρ \u003d 800 किग्रा / मी 3
फेसला :
p = 9.8 N/kg 800 kg/m 3 10 m ≈ 80,000 Pa ≈ 80 kPa।
उत्तर : पी ≈ 80 केपीए।
संचार पोत।
संचार पोत।
चित्र दो बर्तनों को एक रबर ट्यूब द्वारा एक दूसरे से जुड़े हुए दिखाता है। ऐसे जहाज कहलाते हैं संवाद स्थापित. एक पानी देने वाला कैन, एक चायदानी, एक कॉफी पॉट संप्रेषण वाहिकाओं के उदाहरण हैं। हम अनुभव से जानते हैं कि पानी डाला जाता है, उदाहरण के लिए, पानी के डिब्बे में, हमेशा टोंटी और अंदर समान स्तर पर खड़ा होता है।
संचार पोत हमारे लिए आम हैं। उदाहरण के लिए, यह एक टीपॉट, वाटरिंग कैन या कॉफी पॉट हो सकता है। |
किसी भी आकार के जहाजों के संचार में एक समान तरल की सतहों को समान स्तर पर स्थापित किया जाता है। |
विभिन्न घनत्वों के तरल पदार्थ। |
संप्रेषण वाहिकाओं के साथ, निम्नलिखित सरल प्रयोग किया जा सकता है। प्रयोग की शुरुआत में, हम रबर ट्यूब को बीच में दबाते हैं, और एक ट्यूब में पानी डालते हैं। फिर हम क्लैंप को खोलते हैं, और पानी तुरंत दूसरी ट्यूब में तब तक प्रवाहित होता है जब तक कि दोनों ट्यूबों में पानी की सतह समान स्तर पर न हो जाए। आप तिपाई में से एक ट्यूब को ठीक कर सकते हैं, और दूसरे को अलग-अलग दिशाओं में उठा सकते हैं, नीचे कर सकते हैं या झुका सकते हैं। और इस मामले में, जैसे ही तरल शांत हो जाता है, दोनों ट्यूबों में इसका स्तर बराबर हो जाएगा।
किसी भी आकार और खंड के संचार वाहिकाओं में, एक सजातीय तरल की सतहों को समान स्तर पर सेट किया जाता है(बशर्ते कि तरल पर हवा का दबाव समान हो) (चित्र 109)।
इसे इस प्रकार उचित ठहराया जा सकता है। एक बर्तन से दूसरे बर्तन में जाने के बिना तरल आराम पर है। इसका मतलब यह है कि किसी भी स्तर पर दोनों जहाजों में दबाव समान होते हैं। दोनों बर्तनों में द्रव एक समान होता है, अर्थात उसका घनत्व समान होता है। अतः इसकी ऊँचाई भी समान होनी चाहिए। जब हम एक पात्र को ऊपर उठाते हैं या उसमें द्रव मिलाते हैं तो उसमें दाब बढ़ जाता है और द्रव दूसरे पात्र में चला जाता है जब तक कि दाब संतुलित न हो जाए।
यदि संचार वाहिकाओं में से एक में एक घनत्व का तरल डाला जाता है, और दूसरे में एक और घनत्व डाला जाता है, तो संतुलन पर इन तरल पदार्थों का स्तर समान नहीं होगा। और यह समझ में आता है। हम जानते हैं कि किसी पात्र की तली पर द्रव का दाब, स्तम्भ की ऊँचाई और द्रव के घनत्व के समानुपाती होता है। और इस मामले में, तरल पदार्थों का घनत्व अलग होगा।
समान दबावों के साथ, उच्च घनत्व वाले तरल स्तंभ की ऊंचाई कम घनत्व वाले तरल स्तंभ की ऊंचाई से कम होगी (चित्र।)।
एक अनुभव। वायु के द्रव्यमान का निर्धारण कैसे करें।
वायु भार। वातावरण का दबाव।
वायुमंडलीय दबाव का अस्तित्व।
वायुमंडलीय दबाव एक बर्तन में दुर्लभ हवा के दबाव से अधिक होता है।
गुरुत्वाकर्षण बल हवा पर, साथ ही साथ पृथ्वी पर स्थित किसी भी पिंड पर कार्य करता है, और इसलिए, हवा में भार होता है। इसके द्रव्यमान को जानकर हवा के वजन की गणना करना आसान है।
हम अनुभव से दिखाएंगे कि हवा के द्रव्यमान की गणना कैसे करें। ऐसा करने के लिए, एक कॉर्क के साथ एक मजबूत कांच की गेंद और एक क्लैंप के साथ एक रबर ट्यूब लें। हम एक पंप के साथ इसमें से हवा निकालते हैं, ट्यूब को क्लैंप से जकड़ते हैं और इसे तराजू पर संतुलित करते हैं। फिर, रबर ट्यूब पर क्लैंप खोलकर उसमें हवा दें। ऐसे में तराजू का संतुलन बिगड़ जाएगा। इसे पुनर्स्थापित करने के लिए, आपको तराजू के दूसरे पलड़े पर वजन डालना होगा, जिसका द्रव्यमान गेंद के आयतन में हवा के द्रव्यमान के बराबर होगा।
प्रयोगों ने स्थापित किया है कि 0 ° C के तापमान और सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर, 1 m 3 की मात्रा वाली वायु का द्रव्यमान 1.29 किलोग्राम है। इस हवा के वजन की गणना करना आसान है:
पी = जी एम, पी = 9.8 एन / किग्रा 1.29 किग्रा ≈ 13 एन।
पृथ्वी को घेरने वाले वायु आवरण को कहते हैं वायुमंडल (ग्रीक से। वायुमंडलभाप, हवा और वृत्त- गेंद)।
वायुमंडल, जैसा कि कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों की उड़ान के अवलोकन द्वारा दिखाया गया है, कई हज़ार किलोमीटर की ऊँचाई तक फैला हुआ है।
गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के कारण, वायुमंडल की ऊपरी परतें, समुद्र के पानी की तरह, निचली परतों को संकुचित कर देती हैं। पृथ्वी से सीधे सटी वायु परत सबसे अधिक संकुचित होती है और पास्कल के नियम के अनुसार उस पर उत्पन्न दबाव को सभी दिशाओं में स्थानांतरित करती है।
इसके परिणामस्वरूप, पृथ्वी की सतह और उस पर स्थित पिंड हवा की पूरी मोटाई के दबाव का अनुभव करते हैं, या, जैसा कि आमतौर पर ऐसे मामलों में कहा जाता है, अनुभव वातावरण का दबाव .
वायुमंडलीय दबाव के अस्तित्व को कई घटनाओं द्वारा समझाया जा सकता है जिनका हम जीवन में सामना करते हैं। आइए उनमें से कुछ पर विचार करें।
यह आंकड़ा एक ग्लास ट्यूब दिखाता है, जिसके अंदर एक पिस्टन होता है जो ट्यूब की दीवारों के खिलाफ अच्छी तरह से फिट बैठता है। ट्यूब का अंत पानी में डूबा हुआ है। यदि आप पिस्टन को ऊपर उठाएंगे तो पानी उसके पीछे ऊपर उठेगा।
इस घटना का उपयोग पानी के पंपों और कुछ अन्य उपकरणों में किया जाता है।
आंकड़ा एक बेलनाकार पोत दिखाता है। यह एक कॉर्क के साथ बंद है जिसमें एक टैप वाली ट्यूब डाली जाती है। बर्तन से हवा को पंप द्वारा बाहर निकाला जाता है। ट्यूब के अंत को फिर पानी में रखा जाता है। यदि अब आप नल खोलते हैं, तो पानी एक फव्वारे के रूप में बर्तन के अंदर गिरेगा। पानी बर्तन में प्रवेश करता है क्योंकि वायुमंडलीय दबाव बर्तन में दुर्लभ हवा के दबाव से अधिक होता है।
पृथ्वी का वायु खोल क्यों मौजूद है।
सभी पिंडों की तरह, पृथ्वी के वायु आवरण को बनाने वाले गैसों के अणु पृथ्वी की ओर आकर्षित होते हैं।
लेकिन फिर, क्या वे सभी पृथ्वी की सतह पर नहीं गिरते? पृथ्वी का वायु खोल, इसका वातावरण कैसे संरक्षित है? इसे समझने के लिए हमें यह ध्यान रखना होगा कि गैसों के अणु निरंतर और यादृच्छिक गति में होते हैं। लेकिन फिर एक और सवाल उठता है: ये अणु विश्व अंतरिक्ष में, यानी अंतरिक्ष में क्यों नहीं उड़ते।
पृथ्वी को पूरी तरह से छोड़ने के लिए, एक अणु, जैसे अंतरिक्ष यान या रॉकेट, की बहुत तेज गति (कम से कम 11.2 किमी/सेकंड) होनी चाहिए। यह तथाकथित दूसरा पलायन वेग. पृथ्वी के वायु आवरण में अधिकांश अणुओं की गति इस ब्रह्मांडीय गति से बहुत कम है। इसलिए, उनमें से अधिकांश गुरुत्वाकर्षण द्वारा पृथ्वी से बंधे हैं, केवल एक नगण्य संख्या में अणु पृथ्वी से परे अंतरिक्ष में उड़ते हैं।
अणुओं की यादृच्छिक गति और उन पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव का परिणाम इस तथ्य में होता है कि गैस के अणु पृथ्वी के पास अंतरिक्ष में "तैरते" हैं, एक हवा का खोल बनाते हैं, या हमें ज्ञात वातावरण।
माप से पता चलता है कि ऊंचाई के साथ हवा का घनत्व तेजी से घटता है। तो, पृथ्वी से 5.5 किमी की ऊँचाई पर, वायु घनत्व पृथ्वी की सतह पर इसके घनत्व से 2 गुना कम है, 11 किमी की ऊँचाई पर - 4 गुना कम, आदि। उच्च, दुर्लभ हवा। और अंत में, सबसे ऊपर की परतों (पृथ्वी से सैकड़ों और हजारों किलोमीटर ऊपर) में, वातावरण धीरे-धीरे वायुहीन अंतरिक्ष में बदल जाता है। पृथ्वी के वायु खोल की स्पष्ट सीमा नहीं है।
सख्ती से बोलना, गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के कारण, किसी भी बंद बर्तन में गैस का घनत्व बर्तन के पूरे आयतन में समान नहीं होता है। बर्तन के तल पर, गैस का घनत्व उसके ऊपरी भागों की तुलना में अधिक होता है, और इसलिए बर्तन में दबाव समान नहीं होता है। यह बर्तन के तल पर ऊपर की तुलना में बड़ा होता है। हालांकि, बर्तन में निहित गैस के लिए, घनत्व और दबाव में यह अंतर इतना छोटा है कि कई मामलों में इसे पूरी तरह से नजरअंदाज किया जा सकता है, बस इसके बारे में जागरूक रहें। लेकिन कई हजार किलोमीटर तक फैले वातावरण के लिए यह अंतर महत्वपूर्ण है।
वायुमंडलीय दबाव का मापन। Torricelli अनुभव।
तरल स्तंभ (§ 38) के दबाव की गणना के लिए सूत्र का उपयोग करके वायुमंडलीय दबाव की गणना करना असंभव है। ऐसी गणना के लिए, आपको वायुमंडल की ऊँचाई और वायु के घनत्व को जानने की आवश्यकता है। लेकिन वायुमंडल की कोई निश्चित सीमा नहीं होती है और अलग-अलग ऊंचाई पर हवा का घनत्व अलग-अलग होता है। हालांकि, एक इतालवी वैज्ञानिक द्वारा 17वीं शताब्दी में प्रस्तावित एक प्रयोग का उपयोग करके वायुमंडलीय दबाव को मापा जा सकता है। इवेंजलिस्ता टोरिकेली गैलीलियो का एक छात्र।
टॉरिसेली का प्रयोग इस प्रकार है: लगभग 1 मीटर लंबी एक कांच की नली, जिसके एक सिरे को बंद कर दिया जाता है, उसमें पारा भरा होता है। फिर, ट्यूब के दूसरे सिरे को कसकर बंद करके, इसे पलट दिया जाता है और पारे के साथ एक कप में उतारा जाता है, जहाँ ट्यूब का यह सिरा पारे के स्तर के नीचे खुलता है। जैसा कि किसी भी तरल प्रयोग में होता है, पारा का कुछ हिस्सा कप में डाला जाता है, और इसका कुछ हिस्सा ट्यूब में रहता है। ट्यूब में शेष पारा स्तंभ की ऊंचाई लगभग 760 मिमी है। ट्यूब के अंदर पारे के ऊपर कोई हवा नहीं है, एक वायुहीन स्थान है, इसलिए कोई भी गैस इस ट्यूब के अंदर पारा स्तंभ पर ऊपर से दबाव नहीं डालती है और माप को प्रभावित नहीं करती है।
ऊपर वर्णित अनुभव को प्रस्तावित करने वाले टॉरिसेली ने भी अपना स्पष्टीकरण दिया। वातावरण प्याले में पारे की सतह पर दबाव डालता है। बुध संतुलन में है। इसका मतलब है कि ट्यूब में दबाव है आ 1 (चित्र देखें) वायुमंडलीय दबाव के बराबर है। जब वायुमंडलीय दबाव बदलता है, ट्यूब में पारा स्तंभ की ऊंचाई भी बदलती है। जैसे ही दबाव बढ़ता है, स्तंभ लंबा हो जाता है। जैसे ही दबाव घटता है, पारा स्तंभ की ऊंचाई कम हो जाती है।
ट्यूब में aa1 स्तर पर दबाव ट्यूब में पारे के स्तंभ के भार द्वारा बनाया जाता है, क्योंकि ट्यूब के ऊपरी भाग में पारे के ऊपर कोई हवा नहीं होती है। इसलिए यह इस प्रकार है वायुमंडलीय दबाव ट्यूब में पारा स्तंभ के दबाव के बराबर होता है , अर्थात।
पीएटीएम = पीबुध।
टॉरिसेली के प्रयोग में वायुमंडलीय दबाव जितना अधिक होगा, पारा स्तंभ उतना ही अधिक होगा। इसलिए, व्यवहार में, वायुमंडलीय दबाव को पारा स्तंभ (मिलीमीटर या सेंटीमीटर में) की ऊंचाई से मापा जा सकता है। यदि, उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय दबाव 780 मिमी एचजी है। कला। (वे कहते हैं "पारा के मिलीमीटर"), इसका मतलब यह है कि हवा पारा के 780 मिमी ऊंचे ऊर्ध्वाधर स्तंभ के समान दबाव पैदा करती है।
इसलिए, इस मामले में, 1 मिलीमीटर पारा (1 मिमी एचजी) वायुमंडलीय दबाव की इकाई के रूप में लिया जाता है। आइए इस इकाई और हमें ज्ञात इकाई के बीच संबंध ज्ञात करें - पास्कल(पा)।
1 मिमी की ऊंचाई वाले पारे के पारा स्तंभ ρ का दबाव है:
पी = जी ρ एच, पी\u003d 9.8 एन / किग्रा 13,600 किग्रा / मी 3 0.001 मीटर ≈ 133.3 पा।
तो, 1 मिमी एचजी। कला। = 133.3 पा।
वर्तमान में, वायुमंडलीय दबाव आमतौर पर हेक्टोपास्कल (1 hPa = 100 Pa) में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, मौसम रिपोर्ट यह घोषणा कर सकती है कि दबाव 1013 hPa है, जो 760 mmHg के बराबर है। कला।
ट्यूब में पारे के स्तंभ की दैनिक ऊंचाई का अवलोकन करते हुए, टॉरिसेली ने पाया कि यह ऊंचाई बदलती है, अर्थात वायुमंडलीय दबाव स्थिर नहीं है, यह बढ़ और घट सकता है। टॉरिसेली ने यह भी देखा कि वायुमंडलीय दबाव मौसम में बदलाव से संबंधित है।
यदि आप टोर्रीसेली के प्रयोग में प्रयुक्त मरकरी ट्यूब में एक ऊर्ध्वाधर पैमाना जोड़ दें, तो आपको सबसे सरल युक्ति प्राप्त होती है - पारा बैरोमीटर (ग्रीक से। बारोस- भारीपन, metreo- मापना)। इसका उपयोग वायुमंडलीय दबाव को मापने के लिए किया जाता है।
बैरोमीटर - एनरोइड।
व्यवहार में, वायुमंडलीय दबाव को मापने के लिए एक धातु बैरोमीटर का उपयोग किया जाता है, जिसे कहा जाता है निर्द्रव (ग्रीक से अनुवादित - निर्द्रव). बैरोमीटर इसलिए कहा जाता है क्योंकि इसमें पारा नहीं होता है।
एरोइड की उपस्थिति को चित्र में दिखाया गया है। इसका मुख्य भाग एक लहराती (नालीदार) सतह वाला धातु का बक्सा 1 है (अन्य चित्र देखें)। इस बॉक्स से हवा को पंप किया जाता है, और ताकि वायुमंडलीय दबाव बॉक्स को कुचल न दे, इसके कवर 2 को एक स्प्रिंग द्वारा खींच लिया जाता है। जैसे ही वायुमंडलीय दबाव बढ़ता है, ढक्कन नीचे की ओर झुकता है और वसंत को तनाव देता है। जब दबाव कम हो जाता है, वसंत कवर को सीधा करता है। संचरण तंत्र 3 के माध्यम से एक तीर-सूचक 4 वसंत से जुड़ा हुआ है, जो दबाव में परिवर्तन होने पर दाएं या बाएं चलता है। तीर के नीचे एक पैमाना तय किया गया है, जिसके विभाजन पारा बैरोमीटर के संकेत के अनुसार चिह्नित हैं। तो, संख्या 750, जिसके खिलाफ एरोइड सुई खड़ी होती है (अंजीर देखें), यह दर्शाता है कि इस समय पारा बैरोमीटर में पारा स्तंभ की ऊंचाई 750 मिमी है।
इसलिए, वायुमंडलीय दबाव 750 मिमी एचजी है। कला। या ≈ 1000 hPa।
आने वाले दिनों के लिए मौसम की भविष्यवाणी करने के लिए वायुमंडलीय दबाव का मूल्य बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि वायुमंडलीय दबाव में परिवर्तन मौसम में परिवर्तन से जुड़ा हुआ है। बैरोमीटर मौसम संबंधी प्रेक्षणों के लिए एक आवश्यक उपकरण है।
विभिन्न ऊंचाई पर वायुमंडलीय दबाव।
एक तरल में, दबाव, जैसा कि हम जानते हैं, तरल के घनत्व और उसके स्तंभ की ऊंचाई पर निर्भर करता है। कम संपीड्यता के कारण विभिन्न गहराई पर द्रव का घनत्व लगभग समान होता है। इसलिए, दबाव की गणना करते समय, हम इसके घनत्व को स्थिर मानते हैं और केवल ऊंचाई में परिवर्तन को ध्यान में रखते हैं।
गैसों के साथ स्थिति अधिक जटिल है। गैसें अत्यधिक संपीड्य होती हैं। और जितना अधिक गैस संकुचित होती है, उसका घनत्व उतना ही अधिक होता है, और उतना ही अधिक दबाव पैदा होता है। आखिरकार, शरीर की सतह पर इसके अणुओं के प्रभाव से गैस का दबाव बनता है।
पृथ्वी की सतह के पास की हवा की परतें उनके ऊपर हवा की सभी ऊपरी परतों द्वारा संकुचित होती हैं। लेकिन सतह से हवा की परत जितनी ऊंची होती है, वह जितनी कमजोर होती है, उसका घनत्व उतना ही कम होता है। इसलिए, यह जितना कम दबाव पैदा करता है। यदि, उदाहरण के लिए, एक गुब्बारा पृथ्वी की सतह से ऊपर उठता है, तो गुब्बारे पर हवा का दबाव कम हो जाता है। ऐसा न केवल इसलिए होता है क्योंकि इसके ऊपर वायु स्तंभ की ऊंचाई घट जाती है, बल्कि इसलिए भी होता है क्योंकि वायु का घनत्व कम हो जाता है। यह नीचे की तुलना में ऊपर की ओर छोटा होता है। इसलिए, ऊंचाई पर हवा के दबाव की निर्भरता तरल पदार्थों की तुलना में अधिक जटिल है।
अवलोकन से पता चलता है कि समुद्र तल पर स्थित क्षेत्रों में वायुमंडलीय दबाव औसतन 760 मिमी एचजी है। कला।
0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 760 मिमी ऊंचे पारा स्तंभ के दबाव के बराबर वायुमंडलीय दबाव को सामान्य वायुमंडलीय दबाव कहा जाता है।.
सामान्य वायुमंडलीय दबावबराबर 101 300 पा = 1013 एचपीए।
ऊँचाई जितनी अधिक होगी, दबाव उतना ही कम होगा।
छोटी वृद्धि के साथ, औसतन प्रत्येक 12 मीटर की वृद्धि के लिए, दबाव 1 मिमी एचजी कम हो जाता है। कला। (या 1.33 एचपीए)।
ऊंचाई पर दबाव की निर्भरता को जानने के बाद, बैरोमीटर की रीडिंग को बदलकर समुद्र तल से ऊंचाई का निर्धारण संभव है। एनेरोइड्स ऐसे पैमाने होते हैं जिन पर आप सीधे समुद्र तल से ऊँचाई को माप सकते हैं, कहलाते हैं अल्टीमीटर . उनका उपयोग विमानन में और पहाड़ों पर चढ़ने के दौरान किया जाता है।
दबावमापक यन्त्र।
हम पहले से ही जानते हैं कि वायुमंडलीय दबाव को मापने के लिए बैरोमीटर का उपयोग किया जाता है। वायुमंडलीय दबाव से अधिक या कम दबाव को मापने के लिए, दबावमापक यन्त्र (ग्रीक से। manos- दुर्लभ, अगोचर metreo- मापना)। दाबमापी हैं तरलऔर धातु.
पहले युक्ति और क्रिया पर विचार करें ओपन लिक्विड मैनोमीटर. इसमें दो पैरों वाली कांच की नली होती है जिसमें कुछ तरल डाला जाता है। तरल दोनों घुटनों में एक ही स्तर पर स्थापित होता है, क्योंकि पोत के घुटनों में इसकी सतह पर केवल वायुमंडलीय दबाव कार्य करता है।
यह समझने के लिए कि इस तरह का प्रेशर गेज कैसे काम करता है, इसे रबर ट्यूब से गोल फ्लैट बॉक्स से जोड़ा जा सकता है, जिसके एक तरफ रबर की फिल्म लगी होती है। यदि आप फिल्म पर अपनी उंगली दबाते हैं, तो बॉक्स में जुड़े मैनोमीटर के घुटने में द्रव का स्तर कम हो जाएगा, और दूसरे घुटने में यह बढ़ जाएगा। यह क्या समझाता है?
फिल्म को दबाने से बॉक्स में हवा का दबाव बढ़ जाता है। पास्कल के नियम के अनुसार, दबाव में यह वृद्धि दबाव गेज के उस घुटने में द्रव में स्थानांतरित हो जाती है, जो बॉक्स से जुड़ी होती है। इसलिए, इस घुटने में तरल पर दबाव दूसरे की तुलना में अधिक होगा, जहां केवल वायुमंडलीय दबाव ही तरल पर कार्य करता है। इस अधिक दाब के प्रभाव में द्रव गति करने लगेगा। संपीड़ित हवा के साथ घुटने में तरल गिर जाएगा, दूसरे में यह ऊपर उठ जाएगा। द्रव संतुलन में आ जाएगा (रोकना) जब संपीड़ित हवा का अतिरिक्त दबाव उस दबाव से संतुलित होता है जो मैनोमीटर के दूसरे पैर में अतिरिक्त तरल स्तंभ पैदा करता है।
फिल्म पर दबाव जितना अधिक होगा, तरल स्तंभ जितना अधिक होगा, उसका दबाव उतना ही अधिक होगा। फलस्वरूप, इस अतिरिक्त स्तंभ की ऊंचाई से दबाव में परिवर्तन का अंदाजा लगाया जा सकता है.
यह आंकड़ा दिखाता है कि इस तरह का दबाव नापने का यंत्र तरल के अंदर दबाव को कैसे माप सकता है। ट्यूब जितनी गहरी तरल में डूबी होती है, मैनोमीटर घुटनों में तरल स्तंभों की ऊंचाई में उतना ही अधिक अंतर होता है।, इसलिए, इसलिए, और द्रव अधिक दाब उत्पन्न करता है.
यदि आप डिवाइस बॉक्स को तरल के अंदर कुछ गहराई पर स्थापित करते हैं और इसे एक फिल्म के साथ ऊपर, किनारे और नीचे घुमाते हैं, तो दबाव गेज रीडिंग नहीं बदलेगी। ऐसा ही होना चाहिए, क्योंकि किसी द्रव के भीतर एक ही स्तर पर, सभी दिशाओं में दाब समान होता है.
तस्वीर दिखाती है धातु मनोमीटर . इस तरह के दबाव नापने का यंत्र का मुख्य भाग एक पाइप में मुड़ी हुई धातु की नली होती है 1 जिसका एक सिरा बंद है। नल के साथ ट्यूब का दूसरा सिरा 4 उस बर्तन से संचार करता है जिसमें दबाव मापा जाता है। जैसे ही दबाव बढ़ता है, ट्यूब फ्लेक्स हो जाती है। लीवर के साथ इसके बंद सिरे का हिलना 5 और गियर्स 3 शूटर के पास गया 2 उपकरण के पैमाने के चारों ओर घूमना। जब दबाव कम हो जाता है, ट्यूब, इसकी लोच के कारण, अपनी पिछली स्थिति में लौट आती है, और तीर पैमाने के शून्य विभाजन पर वापस आ जाता है।
पिस्टन तरल पंप।
प्रयोग में हमने पहले (§ 40) पर विचार किया था, यह पाया गया था कि वायुमंडलीय दबाव की क्रिया के तहत कांच की नली में पानी पिस्टन के पीछे ऊपर उठता है। यह क्रिया आधारित है पिस्टनपंप।
पंप को चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। इसमें एक सिलेंडर होता है, जिसके अंदर ऊपर और नीचे जाता है, कसकर जहाज की दीवारों, पिस्टन का पालन करता है 1 . सिलेंडर के निचले हिस्से में और पिस्टन में ही वाल्व लगाए जाते हैं। 2 केवल ऊपर की ओर खुल रहा है। जब पिस्टन ऊपर की ओर बढ़ता है, पानी वायुमंडलीय दबाव की क्रिया के तहत पाइप में प्रवेश करता है, नीचे के वाल्व को उठाता है और पिस्टन के पीछे चला जाता है।
जब पिस्टन नीचे जाता है, तो पिस्टन के नीचे का पानी नीचे के वाल्व पर दबता है और यह बंद हो जाता है। उसी समय, पानी के दबाव में, पिस्टन के अंदर एक वाल्व खुल जाता है, और पानी पिस्टन के ऊपर की जगह में बह जाता है। पिस्टन के अगले आंदोलन के साथ, इसके ऊपर का पानी भी इसके साथ जगह में उगता है, जो आउटलेट पाइप में डाला जाता है। उसी समय, पानी का एक नया हिस्सा पिस्टन के पीछे उगता है, जो बाद में पिस्टन को नीचे करने पर उसके ऊपर होगा, और पंप के चलने के दौरान यह पूरी प्रक्रिया बार-बार दोहराई जाती है।
हाइड्रॉलिक प्रेस।
पास्कल का नियम आपको क्रिया की व्याख्या करने की अनुमति देता है हाइड्रोलिक मशीन (ग्रीक से। हाइड्रोलिक- पानी)। ये ऐसी मशीनें हैं जिनकी क्रिया गति के नियमों और तरल पदार्थों के संतुलन पर आधारित होती है।
हाइड्रोलिक मशीन का मुख्य भाग पिस्टन और एक कनेक्टिंग ट्यूब से लैस विभिन्न व्यास के दो सिलेंडर हैं। पिस्टन और ट्यूब के नीचे की जगह तरल (आमतौर पर खनिज तेल) से भरी होती है। दोनों सिलेंडरों में तरल स्तंभों की ऊँचाई तब तक समान होती है जब तक कि पिस्टन पर कोई बल कार्य नहीं करता।
आइए अब मान लें कि बल एफ 1 और एफ 2 - पिस्टन पर कार्य करने वाली शक्तियाँ, एस 1 और एस 2 - पिस्टन के क्षेत्र। पहले (छोटे) पिस्टन के नीचे दबाव है पी 1 = एफ 1 / एस 1 , और दूसरे के नीचे (बड़ा) पी 2 = एफ 2 / एस 2. पास्कल के नियम के अनुसार, विरामावस्था में द्रव का दाब सभी दिशाओं में समान रूप से संचरित होता है, अर्थात पी 1 = पी 2 या एफ 1 / एस 1 = एफ 2 / एस 2, कहाँ से:
एफ 2 / एफ 1 = एस 2 / एस 1 .
इसलिए ताकत एफ 2 इतनी अधिक शक्ति एफ 1 , बड़े पिस्टन का क्षेत्रफल छोटे पिस्टन के क्षेत्रफल से कितना गुना अधिक होता है ?. उदाहरण के लिए, यदि बड़े पिस्टन का क्षेत्रफल 500 सेमी 2 है, और छोटा वाला 5 सेमी 2 है, और छोटे पिस्टन पर 100 N का बल कार्य करता है, तो 100 गुना अधिक बल कार्य करेगा। बड़ा पिस्टन, यानी 10,000 एन।
इस प्रकार, एक हाइड्रोलिक मशीन की मदद से, एक बड़ी ताकत को एक छोटे से बल के साथ संतुलित करना संभव है।
नज़रिया एफ 1 / एफ 2 ताकत में वृद्धि दर्शाता है। उदाहरण के लिए, ऊपर के उदाहरण में, बल में लाभ 10,000 N / 100 N = 100 है।
दबाने (निचोड़ने) के लिए प्रयुक्त हाइड्रोलिक मशीन कहलाती है हाइड्रॉलिक प्रेस .
हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग किया जाता है जहां बहुत अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, तेल मिलों में बीजों से तेल निचोड़ने के लिए, प्लाईवुड, कार्डबोर्ड, घास दबाने के लिए। स्टील मिलें स्टील मशीन शाफ्ट, रेलवे पहियों और कई अन्य उत्पादों को बनाने के लिए हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग करती हैं। आधुनिक हाइड्रोलिक प्रेस दसियों और करोड़ों न्यूटन की शक्ति विकसित कर सकते हैं।
हाइड्रोलिक प्रेस के उपकरण को आकृति में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। 1 (ए) दबाए जाने वाले शरीर को एक बड़े पिस्टन 2 (बी) से जुड़े प्लेटफॉर्म पर रखा गया है। छोटा पिस्टन 3 (डी) तरल पर एक बड़ा दबाव बनाता है। यह दबाव सिलेंडरों को भरने वाले द्रव के प्रत्येक बिंदु पर प्रेषित होता है। इसलिए, वही दबाव दूसरे, बड़े पिस्टन पर कार्य करता है। लेकिन चूँकि दूसरे (बड़े) पिस्टन का क्षेत्रफल छोटे वाले के क्षेत्रफल से बड़ा है, तो उस पर कार्य करने वाला बल पिस्टन 3 (D) पर कार्य करने वाले बल से अधिक होगा। इस बल के अंतर्गत पिस्टन 2 (B) ऊपर उठेगा। जब पिस्टन 2 (बी) ऊपर उठता है, शरीर (ए) निश्चित ऊपरी प्लेटफॉर्म के खिलाफ रहता है और संकुचित होता है। दबाव नापने का यंत्र 4 (M) द्रव के दबाव को मापता है। सुरक्षा वाल्व 5 (पी) स्वचालित रूप से खुलता है जब द्रव का दबाव स्वीकार्य मूल्य से अधिक हो जाता है।
एक छोटे सिलेंडर से एक बड़े तरल को छोटे पिस्टन 3 (डी) के बार-बार आंदोलनों द्वारा पंप किया जाता है। यह निम्न प्रकार से किया जाता है। जब छोटे पिस्टन (D) को उठाया जाता है, तो वाल्व 6 (K) खुलता है और तरल को पिस्टन के नीचे की जगह में चूसा जाता है। जब तरल दबाव की कार्रवाई के तहत छोटे पिस्टन को कम किया जाता है, तो वाल्व 6 (के) बंद हो जाता है, और वाल्व 7 (के") खुल जाता है, और तरल एक बड़े बर्तन में चला जाता है।
उनमें डूबे पिंड पर पानी और गैस की क्रिया।
पानी के नीचे हम ऐसे पत्थर को आसानी से उठा सकते हैं जो मुश्किल से हवा में उठाया जा सकता है। यदि आप कॉर्क को पानी में डुबाकर हाथों से छुड़ाते हैं, तो वह तैरने लगेगा। इन घटनाओं को कैसे समझाया जा सकता है?
हम जानते हैं (§ 38) कि तरल पोत के तल और दीवारों पर दबाव डालता है। और अगर द्रव के अंदर कोई ठोस वस्तु रख दी जाए तो उस पर भी दबाव पड़ेगा, जैसे बर्तन की दीवारें।
उन बलों पर विचार करें जो द्रव की ओर से उसमें डूबे पिण्ड पर कार्य करते हैं। तर्क करना आसान बनाने के लिए, हम एक ऐसे पिंड का चयन करते हैं, जिसमें तरल की सतह के समानांतर आधारों के साथ एक समानांतर चतुर्भुज का आकार होता है (चित्र।)। शरीर के पार्श्व फलकों पर कार्य करने वाले बल जोड़े में बराबर होते हैं और एक दूसरे को संतुलित करते हैं। इन बलों के प्रभाव में, शरीर संकुचित होता है। लेकिन शरीर के ऊपरी और निचले फलकों पर कार्य करने वाले बल समान नहीं होते हैं। ऊपरी चेहरे पर ऊपर से बल के साथ दबाता है एफतरल लंबा का 1 स्तंभ एचएक । निचले चेहरे के स्तर पर, दबाव एक ऊंचाई के साथ एक तरल स्तंभ बनाता है एच 2. यह दबाव, जैसा कि हम जानते हैं (§ 37), तरल के अंदर सभी दिशाओं में फैलता है। इसलिए, शरीर के निचले चेहरे पर नीचे से ऊपर की ओर एक बल के साथ एफ 2 एक लिक्विड कॉलम को ऊंचा दबाता है एच 2. लेकिन एच 2 और एच 1, इसलिए बल का मापांक एफ 2 और पावर मॉड्यूल एफएक । इसलिए, शरीर को बल के साथ तरल से बाहर धकेल दिया जाता है एफ vyt, बलों के अंतर के बराबर एफ 2 - एफ 1, यानी
लेकिन S·h = V, जहाँ V समांतर चतुर्भुज का आयतन है, और ρ W · V = m W समांतर चतुर्भुज के आयतन में द्रव का द्रव्यमान है। फलस्वरूप, F vyt \u003d g m वेल \u003d P वेल, अर्थात। उत्प्लावक बल उसमें डूबे हुए शरीर के आयतन में तरल के वजन के बराबर होता है(उत्प्लावन बल उसी आयतन के तरल के भार के बराबर होता है, जो उसमें डूबे हुए शरीर के आयतन के बराबर होता है)। एक बल का अस्तित्व जो किसी पिंड को तरल से बाहर धकेलता है, प्रयोगात्मक रूप से खोजना आसान है। तस्वीर पर एकअंत में एक तीर सूचक के साथ एक वसंत से निलंबित शरीर को दर्शाता है। तीर तिपाई पर वसंत के तनाव को चिह्नित करता है। जब शरीर को पानी में छोड़ दिया जाता है, तो वसंत सिकुड़ जाता है (चित्र। बी). यदि आप किसी बल के साथ शरीर पर नीचे से ऊपर की ओर कार्य करते हैं, तो वसंत का समान संकुचन प्राप्त होगा, उदाहरण के लिए, इसे अपने हाथ से दबाएं (उठाएं)। इसलिए, अनुभव इसकी पुष्टि करता है एक तरल पदार्थ में शरीर पर कार्य करने वाला बल शरीर को द्रव से बाहर धकेलता है. जैसा कि हम जानते हैं, गैसों के लिए पास्कल का नियम भी लागू होता है। इसीलिए गैस में शरीर एक बल के अधीन होते हैं जो उन्हें गैस से बाहर धकेलते हैं. इस बल के प्रभाव में गुब्बारे ऊपर उठते हैं। किसी पिंड को गैस से बाहर धकेलने वाले बल के अस्तित्व को प्रायोगिक तौर पर भी देखा जा सकता है। हम एक कांच की गेंद या कॉर्क से बंद एक बड़े फ्लास्क को एक छोटे पैमाने के पैन में लटकाते हैं। तराजू संतुलित हैं। फिर फ्लास्क (या बॉल) के नीचे एक चौड़ा बर्तन रखा जाता है ताकि यह पूरे फ्लास्क को घेर ले। बर्तन कार्बन डाइऑक्साइड से भरा होता है, जिसका घनत्व हवा के घनत्व से अधिक होता है (इसलिए, कार्बन डाइऑक्साइड डूब जाता है और बर्तन को भर देता है, इससे हवा विस्थापित हो जाती है)। ऐसे में तराजू का संतुलन बिगड़ जाता है। निलंबित फ्लास्क वाला एक कप ऊपर उठता है (चित्र।)। कार्बन डाइऑक्साइड में डूबा हुआ फ्लास्क हवा में उस पर कार्य करने वाले बल की तुलना में अधिक उत्प्लावक बल का अनुभव करता है। बल जो किसी पिंड को किसी तरल या गैस से बाहर धकेलता है, वह इस पिंड पर लागू गुरुत्वाकर्षण बल के विपरीत निर्देशित होता है. इसलिए, प्रोलकोस्मोस)। यह बताता है कि पानी में हम कभी-कभी ऐसे पिंडों को आसानी से क्यों उठा लेते हैं जिन्हें हम मुश्किल से हवा में रख पाते हैं। एक छोटी बाल्टी और एक बेलनाकार शरीर वसंत से निलंबित हैं (चित्र।, ए)। तिपाई पर तीर वसंत के विस्तार को चिह्नित करता है। यह हवा में शरीर के वजन को दर्शाता है। शरीर को ऊपर उठाने के बाद, इसके नीचे एक नाली का बर्तन रखा जाता है, जो कि नाली की नली के स्तर तक तरल से भर जाता है। उसके बाद, शरीर पूरी तरह से तरल में डूब जाता है (चित्र।, बी)। जिसमें तरल का हिस्सा, जिसका आयतन शरीर के आयतन के बराबर होता है, डाला जाता हैएक बर्तन से एक गिलास में डालने से। स्प्रिंग सिकुड़ता है और स्प्रिंग का संकेतक तरल में पिंड के वजन में कमी को इंगित करने के लिए ऊपर उठता है। इस मामले में, गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा, एक अन्य बल शरीर पर कार्य करता है, इसे द्रव से बाहर धकेलता है। यदि कांच से तरल ऊपरी बाल्टी में डाला जाता है (यानी, जो शरीर द्वारा विस्थापित किया गया था), तो स्प्रिंग पॉइंटर अपनी प्रारंभिक स्थिति (चित्र।, सी) पर वापस आ जाएगा। इस अनुभव के आधार पर यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है वह बल जो किसी तरल में पूरी तरह से डूबे हुए शरीर को धकेलता है, इस शरीर के आयतन में तरल के वजन के बराबर होता है . हम § 48 में इसी निष्कर्ष पर पहुंचे। यदि इसी तरह का प्रयोग किसी गैस में डूबे हुए पिंड के साथ किया जाता, तो यह दिखाता शरीर को गैस से बाहर धकेलने वाला बल भी शरीर के आयतन में ली गई गैस के वजन के बराबर होता है . वह बल जो किसी पिंड को किसी द्रव या गैस से बाहर धकेलता है, कहलाता है आर्किमिडीयन बल, वैज्ञानिक के सम्मान में आर्किमिडीज जिन्होंने सबसे पहले इसके अस्तित्व की ओर इशारा किया और इसके महत्व की गणना की। तो, अनुभव ने पुष्टि की है कि आर्किमिडीज़ (या उत्प्लावक) बल शरीर के आयतन में द्रव के भार के बराबर है, अर्थात एफए = पीच = जी एमऔर। द्रव का द्रव्यमान m च , शरीर द्वारा विस्थापित, इसके घनत्व ρ w और शरीर के आयतन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है V t तरल में डूबा हुआ (चूंकि V l - शरीर द्वारा विस्थापित तरल का आयतन बराबर है V t - तरल में डूबे हुए शरीर का आयतन), यानी m W = ρ W V t। तब हमें मिलता है: एफए = जी ρऔर · वीटी इसलिए, आर्किमिडीयन बल उस तरल के घनत्व पर निर्भर करता है जिसमें पिंड डूबा हुआ है, और इस पिंड के आयतन पर। लेकिन यह निर्भर नहीं करता है, उदाहरण के लिए, एक तरल में डूबे हुए शरीर के पदार्थ के घनत्व पर, क्योंकि यह मात्रा परिणामी सूत्र में शामिल नहीं है। आइए, अब किसी द्रव (अथवा गैस) में डूबे पिण्ड का भार ज्ञात करें। चूंकि इस मामले में शरीर पर काम करने वाली दो ताकतें विपरीत दिशाओं में निर्देशित होती हैं (गुरुत्वाकर्षण नीचे है, और आर्किमिडीयन बल ऊपर है), तरल पी 1 में शरीर का वजन निर्वात में शरीर के वजन से कम होगा पी = ग्रामआर्किमिडीज़ बल के लिए एफए = जी एमडब्ल्यू (जहां एम w शरीर द्वारा विस्थापित तरल या गैस का द्रव्यमान है)। इस प्रकार, यदि किसी पिंड को किसी तरल या गैस में डुबोया जाता है, तो उसका वजन उतना ही कम हो जाता है, जितना कि उसके द्वारा विस्थापित तरल या गैस का वजन होता है।. उदाहरण. समुद्री जल में 1.6 मीटर 3 आयतन वाले पत्थर पर लगने वाले उत्प्लावक बल का निर्धारण कीजिए। आइए समस्या की स्थिति को लिखें और इसे हल करें। जब तैरता हुआ पिंड तरल की सतह पर पहुंचता है, तो इसके आगे ऊपर की ओर गति के साथ, आर्किमिडीयन बल कम हो जाएगा। क्यों? लेकिन क्योंकि तरल में डूबे हुए शरीर के हिस्से का आयतन कम हो जाएगा, और आर्किमिडीयन बल उसमें डूबे हुए शरीर के हिस्से के आयतन में तरल के वजन के बराबर होता है। जब आर्किमिडीयन बल गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर हो जाता है, तो पिंड रुक जाएगा और उसमें आंशिक रूप से डूबे हुए तरल की सतह पर तैरने लगेगा। परिणामी निष्कर्ष प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित करना आसान है। ड्रेन पाइप के लेवल तक ड्रेन वेसल में पानी डालें। उसके बाद, आइए तैरते हुए शरीर को बर्तन में डुबो दें, पहले इसे हवा में तौला। पानी में उतरने के बाद, शरीर उसमें डूबे हुए शरीर के हिस्से के आयतन के बराबर पानी की मात्रा को विस्थापित करता है। इस पानी को तौलने के बाद, हम पाते हैं कि इसका वजन (आर्किमिडीयन बल) एक तैरते हुए पिंड पर काम करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल या हवा में इस पिंड के वजन के बराबर है। विभिन्न तरल पदार्थों - पानी, शराब, नमक के घोल में तैरते हुए किसी भी अन्य पिंड के साथ समान प्रयोग करने के बाद, आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि यदि कोई पिंड किसी द्रव में तैरता है, तो उसके द्वारा हटाए गए द्रव का भार वायु में इस पिंड के भार के बराबर होता है. इसे सिद्ध करना आसान है यदि किसी ठोस ठोस का घनत्व किसी तरल के घनत्व से अधिक है, तो शरीर ऐसे तरल में डूब जाता है। कम घनत्व वाला पिंड इस द्रव में तैरता है. उदाहरण के लिए लोहे का टुकड़ा पानी में डूब जाता है लेकिन पारे में तैरता है। दूसरी ओर पिण्ड, जिसका घनत्व द्रव के घनत्व के बराबर होता है, द्रव के भीतर साम्यावस्था में रहता है। बर्फ पानी की सतह पर इसलिए तैरती है क्योंकि इसका घनत्व पानी के घनत्व से कम होता है। तरल के घनत्व की तुलना में शरीर का घनत्व जितना कम होता है, शरीर का छोटा हिस्सा तरल में डूबा होता है . शरीर और तरल के समान घनत्व के साथ, शरीर किसी भी गहराई पर तरल के अंदर तैरता रहता है। दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ, उदाहरण के लिए पानी और मिट्टी का तेल, उनके घनत्व के अनुसार एक बर्तन में स्थित होते हैं: बर्तन के निचले हिस्से में - सघन पानी (ρ = 1000 किग्रा / मी 3), शीर्ष पर - हल्का मिट्टी का तेल (ρ = 800) किग्रा / मी 3)। जलीय वातावरण में रहने वाले जीवों का औसत घनत्व पानी के घनत्व से बहुत कम भिन्न होता है, इसलिए उनका वजन आर्किमिडीयन बल द्वारा लगभग पूरी तरह से संतुलित होता है। इसके लिए धन्यवाद, जलीय जानवरों को ऐसे मजबूत और बड़े पैमाने पर कंकालों की आवश्यकता नहीं होती है जैसे स्थलीय। इसी कारण से जलीय पौधों के तने लचीले होते हैं। मछली का स्विम ब्लैडर आसानी से अपना आयतन बदल लेता है। जब मछली, मांसपेशियों की मदद से, एक बड़ी गहराई तक उतरती है, और उस पर पानी का दबाव बढ़ जाता है, तो बुलबुला सिकुड़ जाता है, मछली के शरीर का आयतन कम हो जाता है, और यह ऊपर की ओर नहीं धकेलती है, बल्कि गहराई में तैरती है। इस प्रकार, मछली कुछ सीमाओं के भीतर अपने गोता की गहराई को नियंत्रित कर सकती है। व्हेल अपने फेफड़ों की क्षमता को सिकोड़कर और बढ़ाकर अपनी गोताखोरी की गहराई को नियंत्रित करती हैं। सेलिंग शिप।नदियों, झीलों, समुद्रों और महासागरों पर तैरने वाले जहाज विभिन्न घनत्वों वाली विभिन्न सामग्रियों से निर्मित होते हैं। जहाजों का पतवार आमतौर पर स्टील की चादरों से बना होता है। जहाजों को ताकत देने वाले सभी आंतरिक फास्टनर भी धातुओं से बने होते हैं। जहाजों के निर्माण के लिए, विभिन्न सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जिनमें पानी की तुलना में उच्च और निम्न घनत्व दोनों होते हैं। जहाज कैसे तैरते हैं, बोर्ड पर चढ़ते हैं और बड़े भार उठाते हैं? फ्लोटिंग बॉडी (§ 50) के साथ एक प्रयोग से पता चला है कि शरीर अपने पानी के नीचे के हिस्से से इतना पानी विस्थापित करता है कि यह पानी हवा में शरीर के वजन के बराबर होता है। यह किसी भी जहाज के लिए भी सच है। जहाज के पानी के नीचे के हिस्से द्वारा विस्थापित पानी का वजन हवा में कार्गो के साथ जहाज के वजन या कार्गो के साथ जहाज पर काम करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर होता है।. जहाज पानी में कितनी गहराई तक डूबा रहता है, कहलाता है प्रारूप . सबसे गहरे स्वीकार्य ड्राफ्ट को जहाज़ के पतवार पर एक लाल रेखा के साथ चिह्नित किया जाता है जिसे कहा जाता है जलरेखा (डच से। पानी- पानी)। जलरेखा में जलमग्न होने पर जहाज द्वारा विस्थापित पानी का वजन, कार्गो के साथ जहाज पर कार्यरत गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर, जहाज का विस्थापन कहा जाता है. वर्तमान में, 5,000,000 kN (5 10 6 kN) और अधिक के विस्थापन वाले जहाजों को तेल के परिवहन के लिए बनाया जा रहा है, अर्थात, 500,000 टन (5 10 5 t) और अधिक माल के साथ एक साथ। यदि हम विस्थापन में से जहाज का भार ही घटा दें तो हमें इस जहाज की वहन क्षमता प्राप्त हो जाती है। वहन क्षमता पोत द्वारा ले जाए गए माल के भार को दर्शाती है। जहाज निर्माण प्राचीन मिस्र में, फेनिशिया में मौजूद था (यह माना जाता है कि फोनीशियन सबसे अच्छे जहाज निर्माणकर्ताओं में से एक थे), प्राचीन चीन। रूस में, जहाज निर्माण की शुरुआत 17वीं और 18वीं सदी के अंत में हुई थी। मुख्य रूप से युद्धपोतों का निर्माण किया गया था, लेकिन यह रूस में था कि पहले आइसब्रेकर, आंतरिक दहन इंजन वाले जहाजों और परमाणु आइसब्रेकर आर्कटिका का निर्माण किया गया था। वैमानिकी।1783 में मोंटगॉल्फ़ियर भाइयों के गुब्बारे का वर्णन करने वाला आरेखण: "बैलून ग्लोब का दृश्य और सटीक आयाम, जो पहले था।" 1786 प्राचीन काल से, लोगों ने बादलों के ऊपर उड़ने में सक्षम होने का सपना देखा है, हवा के समुद्र में तैरने के लिए, जैसा कि वे समुद्र में तैरते थे। वैमानिकी के लिए सबसे पहले, गुब्बारों का उपयोग किया जाता था, जो या तो गर्म हवा से भरे होते थे, या हाइड्रोजन या हीलियम से भरे होते थे। एक गुब्बारे को हवा में उठने के लिए यह आवश्यक है कि आर्किमिडीयन बल (उछाल) एफए, गेंद पर अभिनय, गुरुत्वाकर्षण से अधिक था एफभारी, अर्थात् एफए > एफभारी जैसे ही गेंद ऊपर उठती है, उस पर कार्य करने वाला आर्किमिडीयन बल कम हो जाता है ( एफए = gρV), चूंकि ऊपरी वायुमंडल का घनत्व पृथ्वी की सतह के घनत्व से कम है। ऊंचा उठने के लिए, एक विशेष गिट्टी (वजन) को गेंद से गिराया जाता है और इससे गेंद हल्की हो जाती है। आखिरकार गेंद अपनी अधिकतम लिफ्ट ऊंचाई तक पहुंच जाती है। गेंद को कम करने के लिए, एक विशेष वाल्व का उपयोग करके गैस का हिस्सा उसके खोल से छोड़ा जाता है। क्षैतिज दिशा में, गुब्बारा हवा के प्रभाव में ही चलता है, इसलिए इसे कहा जाता है गुब्बारा (ग्रीक से वायु- वायु, statto- खड़ा है)। कुछ समय पहले, विशाल गुब्बारों का उपयोग वायुमंडल की ऊपरी परतों, समताप मंडल का अध्ययन करने के लिए किया जाता था - stratostats . इससे पहले कि वे यात्रियों और माल को हवाई मार्ग से ले जाने के लिए बड़े विमान बनाना सीखें, नियंत्रित गुब्बारों का उपयोग किया जाता था - हवाई पोतों. उनके पास एक लम्बी आकृति है, एक इंजन के साथ एक गोंडोला शरीर के नीचे निलंबित है, जो प्रोपेलर को चलाता है। गुब्बारा न केवल अपने आप ऊपर उठता है, बल्कि कुछ सामान भी उठा सकता है: एक केबिन, लोग, उपकरण। इसलिए, यह पता लगाने के लिए कि एक गुब्बारा किस प्रकार का भार उठा सकता है, इसे निर्धारित करना आवश्यक है। उठाने का बल. उदाहरण के लिए, हीलियम से भरे 40 मीटर 3 की मात्रा वाला एक गुब्बारा हवा में प्रक्षेपित किया जाता है। गेंद के खोल को भरने वाले हीलियम का द्रव्यमान बराबर होगा: इसका मतलब है कि यह गेंद 520 N - 71 N = 449 N वजन का भार उठा सकती है। यह इसका उत्थापन बल है। समान आयतन का एक गुब्बारा, लेकिन हाइड्रोजन से भरा हुआ, 479 N का भार उठा सकता है। इसका मतलब है कि इसका उठाने वाला बल हीलियम से भरे गुब्बारे की तुलना में अधिक है। लेकिन फिर भी, हीलियम का अधिक बार उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह जलता नहीं है और इसलिए सुरक्षित है। हाइड्रोजन एक ज्वलनशील गैस है। गर्म हवा से भरे गुब्बारे को ऊपर उठाना और नीचे करना बहुत आसान है। ऐसा करने के लिए, गेंद के निचले हिस्से में स्थित छेद के नीचे एक बर्नर स्थित होता है। गैस बर्नर का उपयोग करके, आप गेंद के अंदर हवा के तापमान को नियंत्रित कर सकते हैं, जिसका अर्थ है इसका घनत्व और उछाल। गेंद को ऊंचा उठने के लिए, बर्नर की लौ को बढ़ाते हुए, उसमें हवा को अधिक मजबूती से गर्म करना पर्याप्त है। जब बर्नर की लौ कम हो जाती है, तो गेंद में हवा का तापमान कम हो जाता है और गेंद नीचे चली जाती है। गेंद का ऐसा तापमान चुनना संभव है जिस पर गेंद और केबिन का वजन उछाल बल के बराबर हो। फिर गेंद हवा में लटक जाएगी, और इससे अवलोकन करना आसान हो जाएगा। जैसे-जैसे विज्ञान विकसित हुआ, वैसे-वैसे वैमानिकी प्रौद्योगिकी में भी महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए। गुब्बारों के लिए नए गोले का उपयोग करना संभव हो गया, जो टिकाऊ, ठंढ प्रतिरोधी और हल्का हो गया। रेडियो इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमेशन के क्षेत्र में उपलब्धियों ने मानवरहित गुब्बारों को डिजाइन करना संभव बना दिया है। इन गुब्बारों का उपयोग वायुमंडल की निचली परतों में भौगोलिक और जैव चिकित्सा अनुसंधान के लिए वायु धाराओं का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। दबाव एक भौतिक राशि है जो प्रकृति और मानव जीवन में विशेष भूमिका निभाती है। यह घटना, आंख के लिए अगोचर, न केवल पर्यावरण की स्थिति को प्रभावित करती है, बल्कि सभी को बहुत अच्छी तरह से महसूस होती है। आइए जानें कि यह क्या है, यह किस प्रकार का है और विभिन्न वातावरणों में दबाव (सूत्र) कैसे खोजा जाए। फिजिक्स और केमिस्ट्री में प्रेशर किसे कहते हैंयह शब्द एक महत्वपूर्ण थर्मोडायनामिक मात्रा को संदर्भित करता है, जो उस सतह क्षेत्र पर लंबवत रूप से दबाव बल के अनुपात में व्यक्त किया जाता है जिस पर यह कार्य करता है। यह घटना उस प्रणाली के आकार पर निर्भर नहीं करती है जिसमें यह संचालित होता है, और इसलिए गहन मात्रा को संदर्भित करता है। संतुलन की स्थिति में, सिस्टम में सभी बिंदुओं के लिए दबाव समान होता है। भौतिकी और रसायन विज्ञान में, इसे "P" अक्षर से दर्शाया जाता है, जो शब्द के लैटिन नाम - प्रेसुरा का संक्षिप्त नाम है। यदि हम एक तरल के आसमाटिक दबाव (कोशिका के अंदर और बाहर के दबाव के बीच संतुलन) के बारे में बात कर रहे हैं, तो "P" अक्षर का उपयोग किया जाता है। दबाव इकाइयांअंतर्राष्ट्रीय एसआई प्रणाली के मानकों के अनुसार, विचाराधीन भौतिक घटना को पास्कल (सिरिलिक में - पा, लैटिन में - रा) में मापा जाता है। दबाव सूत्र के आधार पर, यह पता चला है कि एक Pa एक N (न्यूटन - एक वर्ग मीटर (क्षेत्रफल की एक इकाई) से विभाजित) के बराबर है। हालाँकि, व्यवहार में, पास्कल का उपयोग करना काफी कठिन है, क्योंकि यह इकाई बहुत छोटी है। इस संबंध में, एसआई प्रणाली के मानकों के अतिरिक्त, इस मूल्य को एक अलग तरीके से मापा जा सकता है। नीचे इसके सबसे प्रसिद्ध एनालॉग हैं। उनमें से ज्यादातर पूर्व यूएसएसआर में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
सामान्य दबाव सूत्र (7 वीं कक्षा भौतिकी)किसी दिए गए भौतिक मात्रा की परिभाषा से, इसे खोजने की विधि निर्धारित की जा सकती है। यह नीचे दी गई फोटो जैसा दिखता है।
इसमें F बल है, और S क्षेत्र है। दूसरे शब्दों में, दबाव ज्ञात करने का सूत्र इसके बल को उस सतह क्षेत्र से विभाजित करना है जिस पर यह कार्य करता है। इसे निम्नानुसार भी लिखा जा सकता है: P = mg / S या P = pVg / S. इस प्रकार, यह भौतिक मात्रा अन्य थर्मोडायनामिक चर: आयतन और द्रव्यमान से संबंधित है। दबाव के लिए, निम्नलिखित सिद्धांत लागू होता है: बल से प्रभावित स्थान जितना छोटा होता है, दबाव बल की मात्रा उतनी ही अधिक होती है। यदि, हालांकि, क्षेत्र बढ़ता है (उसी बल के साथ) - वांछित मान घट जाता है। हीड्रास्टाटिक दबाव सूत्रपदार्थों की विभिन्न समुच्चय अवस्थाएँ उनके गुणों की उपस्थिति प्रदान करती हैं जो एक दूसरे से भिन्न होते हैं। इसके आधार पर उनमें P निर्धारण के तरीके भी अलग-अलग होंगे। उदाहरण के लिए, पानी के दबाव (हाइड्रोस्टैटिक) का सूत्र इस तरह दिखता है: P = pgh। यह गैसों पर भी लागू होता है। साथ ही, ऊंचाई और वायु घनत्व में अंतर के कारण वायुमंडलीय दबाव की गणना के लिए इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। इस सूत्र में, p घनत्व है, g गुरुत्वीय त्वरण है, और h ऊँचाई है। इसके आधार पर, वस्तु या वस्तु जितनी गहराई तक डूबती है, तरल (गैस) के अंदर उस पर दबाव उतना ही अधिक होता है।
विचाराधीन संस्करण शास्त्रीय उदाहरण पी = एफ / एस का एक अनुकूलन है। यदि हमें याद है कि बल मुक्त पतन वेग (F = mg) द्वारा द्रव्यमान के व्युत्पन्न के बराबर है, और तरल का द्रव्यमान घनत्व (m = pV) द्वारा आयतन का व्युत्पन्न है, तो दबाव सूत्र P = pVg / S के रूप में लिखा जा सकता है। इस मामले में, आयतन क्षेत्र को ऊँचाई (V = Sh) से गुणा किया जाता है। यदि आप इस डेटा को सम्मिलित करते हैं, तो यह पता चलता है कि अंश और भाजक में क्षेत्र को कम किया जा सकता है और आउटपुट उपरोक्त सूत्र है: P \u003d pgh। तरल पदार्थों में दबाव को ध्यान में रखते हुए, यह याद रखने योग्य है कि, ठोस पदार्थों के विपरीत, उनमें सतह परत की वक्रता अक्सर संभव होती है। और यह, बदले में, अतिरिक्त दबाव के गठन में योगदान देता है। ऐसी स्थितियों के लिए, थोड़ा अलग दबाव सूत्र का उपयोग किया जाता है: P \u003d P 0 + 2QH। इस मामले में, पी 0 एक गैर-घुमावदार परत का दबाव है, और क्यू तरल तनाव की सतह है। एच सतह की औसत वक्रता है, जो लाप्लास के नियम द्वारा निर्धारित की जाती है: एच \u003d ½ (1 / आर 1 + 1 / आर 2)। घटक आर 1 और आर 2 मुख्य वक्रता की त्रिज्या हैं। आंशिक दबाव और इसका सूत्रयद्यपि पी = पीजीएच विधि तरल और गैस दोनों पर लागू होती है, बाद में दबाव की गणना थोड़े अलग तरीके से करना बेहतर होता है। तथ्य यह है कि प्रकृति में, एक नियम के रूप में, बिल्कुल शुद्ध पदार्थ बहुत आम नहीं हैं, क्योंकि इसमें मिश्रण प्रबल होते हैं। और यह न केवल तरल पदार्थों पर लागू होता है, बल्कि गैसों पर भी लागू होता है। और जैसा कि आप जानते हैं, इनमें से प्रत्येक घटक एक अलग दबाव डालता है, जिसे आंशिक दबाव कहा जाता है। इसे परिभाषित करना काफी आसान है। यह विचाराधीन मिश्रण (आदर्श गैस) के प्रत्येक घटक के दबाव के योग के बराबर है। इससे यह पता चलता है कि आंशिक दबाव सूत्र इस तरह दिखता है: पी \u003d पी 1 + पी 2 + पी 3 ... और इसी तरह, घटक घटकों की संख्या के अनुसार।
अक्सर ऐसे मामले होते हैं जब वायु दाब को निर्धारित करना आवश्यक होता है। हालाँकि, कुछ गलती से केवल P = pgh योजना के अनुसार ऑक्सीजन के साथ गणना करते हैं। लेकिन वायु विभिन्न गैसों का मिश्रण है। इसमें नाइट्रोजन, आर्गन, ऑक्सीजन और अन्य पदार्थ होते हैं। वर्तमान स्थिति के आधार पर वायुदाब का सूत्र उसके सभी घटकों के दाबों का योग होता है। तो, आपको उपरोक्त P \u003d P 1 + P 2 + P 3 लेना चाहिए ... दबाव मापने के लिए सबसे आम उपकरणइस तथ्य के बावजूद कि उपरोक्त सूत्रों का उपयोग करके विचाराधीन थर्मोडायनामिक मात्रा की गणना करना मुश्किल नहीं है, कभी-कभी गणना करने का समय नहीं होता है। आखिरकार, आपको हमेशा कई बारीकियों को ध्यान में रखना चाहिए। इसलिए, सुविधा के लिए, लोगों के बजाय ऐसा करने के लिए कई सदियों से कई उपकरणों का विकास किया गया है। वास्तव में, इस तरह के लगभग सभी उपकरण दबाव नापने का यंत्र हैं (यह गैसों और तरल पदार्थों में दबाव को निर्धारित करने में मदद करता है)। हालांकि, वे डिजाइन, सटीकता और दायरे में भिन्न हैं।
दबाव के प्रकारदबाव को ध्यान में रखते हुए, इसे खोजने का सूत्र और विभिन्न पदार्थों के लिए इसकी विविधताएं, इस मात्रा की किस्मों के बारे में सीखने लायक हैं। उनमें से पाँच हैं।
शुद्धयह उस कुल दबाव का नाम है जिसके तहत कोई पदार्थ या वस्तु स्थित है, वातावरण के अन्य गैसीय घटकों के प्रभाव को ध्यान में रखे बिना। इसे पास्कल में मापा जाता है और यह अतिरिक्त और वायुमंडलीय दबाव का योग है। यह बैरोमेट्रिक और वैक्यूम प्रकार के बीच का अंतर भी है। इसकी गणना सूत्र P = P 2 + P 3 या P = P 2 - P 4 द्वारा की जाती है। ग्रह पृथ्वी की स्थितियों के तहत पूर्ण दबाव के संदर्भ बिंदु के लिए, कंटेनर के अंदर का दबाव जिसमें से हवा निकाली जाती है (अर्थात, शास्त्रीय वैक्यूम) लिया जाता है। अधिकांश थर्मोडायनामिक सूत्रों में केवल इस प्रकार के दबाव का उपयोग किया जाता है। बैरोमेट्रिकयह शब्द पृथ्वी की सतह सहित इसमें पाई जाने वाली सभी वस्तुओं और वस्तुओं पर वायुमंडल (गुरुत्वाकर्षण) के दबाव को संदर्भित करता है। अधिकतर लोग इसे वायुमंडलीय के नाम से भी जानते हैं। इसे संदर्भित किया जाता है और इसका मान माप के स्थान और समय के साथ-साथ मौसम की स्थिति और समुद्र तल से ऊपर / नीचे होने के साथ बदलता रहता है। बैरोमेट्रिक दबाव का मान इसके सामान्य के साथ प्रति इकाई क्षेत्र में वायुमंडल के बल के मापांक के बराबर होता है। एक स्थिर वातावरण में, इस भौतिक घटना का परिमाण एक के बराबर क्षेत्रफल वाले आधार पर हवा के एक स्तंभ के भार के बराबर होता है। बैरोमेट्रिक दबाव का मान 101,325 पा (0 डिग्री सेल्सियस पर 760 मिमी एचजी) है। इसके अलावा, वस्तु पृथ्वी की सतह से जितनी ऊंची होती है, उस पर हवा का दबाव उतना ही कम हो जाता है। प्रत्येक 8 किमी पर यह 100 Pa घट जाती है।
इस संपत्ति के लिए धन्यवाद, पहाड़ों में, केटल्स में पानी स्टोव पर घर की तुलना में बहुत तेजी से उबलता है। तथ्य यह है कि दबाव क्वथनांक को प्रभावित करता है: जब यह घटता है, तो बाद वाला घट जाता है। और इसके विपरीत। प्रेशर कुकर और आटोक्लेव जैसे रसोई के उपकरणों का काम इस संपत्ति पर आधारित है। स्टोव पर साधारण पैन की तुलना में उनके अंदर दबाव में वृद्धि व्यंजन में उच्च तापमान के निर्माण में योगदान करती है।
वायुमंडलीय दबाव की गणना के लिए बैरोमेट्रिक ऊंचाई सूत्र का उपयोग किया जाता है। यह नीचे दी गई फोटो जैसा दिखता है।
P ऊंचाई पर वांछित मान है, P 0 सतह के पास हवा का घनत्व है, g मुक्त गिरावट का त्वरण है, h पृथ्वी के ऊपर की ऊंचाई है, m गैस का दाढ़ द्रव्यमान है, t प्रणाली का तापमान है , r सार्वभौमिक गैस स्थिरांक 8.3144598 J⁄ (mol x K) है, और e एक्लेयर संख्या है, जो 2.71828 के बराबर है। अक्सर वायुमंडलीय दबाव के उपरोक्त सूत्र में, R के बजाय K का उपयोग किया जाता है - बोल्ट्जमैन स्थिरांक। सार्वत्रिक गैस स्थिरांक को प्राय: अवोगाद्रो संख्या द्वारा इसके उत्पाद के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है। मोल्स में कणों की संख्या दिए जाने पर यह गणना के लिए अधिक सुविधाजनक है। गणना करते समय, मौसम संबंधी स्थिति में बदलाव या समुद्र तल से ऊपर चढ़ने के साथ-साथ भौगोलिक अक्षांश के कारण हवा के तापमान में बदलाव की संभावना को हमेशा ध्यान में रखना चाहिए।
गेज और वैक्यूमवायुमंडलीय और मापे गए परिवेशी दबाव के बीच के अंतर को अधिक दबाव कहा जाता है। परिणाम के आधार पर, मूल्य का नाम बदल जाता है। यदि यह सकारात्मक है, तो इसे गेज प्रेशर कहा जाता है। यदि प्राप्त परिणाम ऋण चिह्न के साथ है, तो इसे निर्वात गेज कहा जाता है। यह याद रखने योग्य है कि यह बैरोमीटर से अधिक नहीं हो सकता। अंतरयह मान विभिन्न माप बिंदुओं पर दबाव का अंतर है। एक नियम के रूप में, इसका उपयोग किसी भी उपकरण पर दबाव ड्रॉप को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। यह तेल उद्योग में विशेष रूप से सच है। यह पता लगाने के बाद कि किस प्रकार की थर्मोडायनामिक मात्रा को दबाव कहा जाता है और यह किन सूत्रों की सहायता से पाया जाता है, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि यह घटना बहुत महत्वपूर्ण है, और इसलिए इसके बारे में ज्ञान कभी भी अतिश्योक्तिपूर्ण नहीं होगा। रिलीज 16एकेडमी ऑफ एंटरटेनिंग साइंसेज से भौतिकी में एक वीडियो पाठ में, प्रोफेसर डेनियल एडिसनोविच युवा दर्शकों को एक नई भौतिक मात्रा से परिचित कराएंगे जो दबाव को मापने का काम करती है - पास्कल। कार्यक्रम देखने के बाद, आप एक ठोस पिंड के समर्थन के क्षेत्र के महत्व को जानेंगे, बर्फ या बर्फ से कैसे न गिरें, और ठोस पिंडों के दबाव के सूत्र से भी परिचित होंगे। ठोस शरीर दबाव सूत्रजैसा कि आप शायद पिछले कार्यक्रम से याद करते हैं, वजन वह बल है जिसके साथ शरीर समर्थन पर दबाव डालता है। ऐसा क्यों है कि जूते में बर्फ में चलने वाला वही व्यक्ति फिसल जाता है, लेकिन स्कीइंग करते समय नहीं? इस मसले को समझने के लिए प्रोफेसर डेनियल एडिसनोविच आपको ठोस पदार्थों के दबाव का फॉर्मूला सिखाएंगे। ट्रैक्टर का वजन कार से कहीं ज्यादा होता है और यह ढीली मिट्टी में नहीं फंसता। वहीं, ऐसी मिट्टी से टकराने वाले हल्के वाहन के फंसने की संभावना रहती है और उसे ट्रैक्टर से खींचकर बाहर निकालना पड़ता है। किसी सतह पर कार्य करने वाले बल का परिणाम न केवल इस बल के परिमाण पर निर्भर करता है, बल्कि उस क्षेत्र पर भी निर्भर करता है जिस पर यह बल लगाया जाता है। जब कोई व्यक्ति बर्फ में कदम रखता है तो उसके शरीर का भार उसके पैरों के क्षेत्र में वितरित हो जाता है। और अगर कोई व्यक्ति स्की पहन रहा है, तो वजन उनके क्षेत्र में वितरित किया जाता है, जो पैरों के क्षेत्र से काफी बड़ा होता है। चूंकि आवेदन क्षेत्र बड़ा हो गया है, इसलिए व्यक्ति बर्फ में नहीं गिरेगा। दबाव एक अदिश भौतिक मात्रा है जो इस सतह के क्षेत्र में किसी दिए गए सतह पर लगाए गए दबाव बल के अनुपात के बराबर है। दबाव को निर्धारित करने के लिए, इस सतह के क्षेत्र द्वारा सतह पर लंबवत कार्य करने वाले बल को विभाजित करना आवश्यक है। ठोस पदार्थों के दबाव का सूत्र इस प्रकार लिखा गया है: p \u003d F / S, जहाँ p दबाव है, F दबाव बल है, S समर्थन का क्षेत्र है। दबाव की इकाई 1 न्यूटन के बल द्वारा उत्पन्न दबाव है जो इस सतह के लंबवत 1 m2 की सतह पर कार्य करता है। दबाव पास्कल में मापा जाता है। इस प्रकार, ठोस के दबाव के सूत्र के अनुसार, 1 पास्कल 1 न्यूटन प्रति वर्ग मीटर के बराबर होता है। दबाव और दबाव के बल के बीच एक सीधा आनुपातिक संबंध होता है, अर्थात जितना अधिक बल, उतना अधिक दबाव, और इसके विपरीत, बल जितना छोटा होता है, दबाव उतना ही कम होता है। यदि हम समर्थन के क्षेत्र पर दबाव की निर्भरता के बारे में बात करते हैं, तो एक व्युत्क्रमानुपाती संबंध होता है, अर्थात समर्थन का क्षेत्र जितना बड़ा होता है, दबाव उतना ही कम होता है और इसके विपरीत , पिंडों का संपर्क क्षेत्र जितना छोटा होगा, दबाव उतना ही अधिक होगा। न केवल मानव जीवन में, बल्कि जानवरों के जीवन में भी दबाव के परिमाण का बहुत महत्व है। उदाहरण के लिए, 1.2 kPa का दबाव डालने वाला एक खरगोश अपेक्षाकृत आसानी से एक भेड़िये से दूर भाग सकता है जो ढीली बर्फ पर 12 kPa का दबाव डालता है, लेकिन ठोस जमीन पर इससे बच नहीं पाएगा। 7. ठोस पदार्थों के दबाव की गणना करने का कार्य टास्क: 12,000 N वजन वाली मशीन का सपोर्ट एरिया 2.5 m2 है। नींव पर मशीन का दबाव निर्धारित करें। दिया गया: पी-? फैसला : पी = पी / एस => पी=पी/एस पी=12000 एन/2.5 एम2=4.8 केपीए उत्तर। पी = 4.8 केपीए कार्य: 960 एन वजन वाला बॉक्स समर्थन पर 5 केपीए का दबाव डालता है। बॉक्स के समर्थन का क्षेत्र क्या है? दिया गया: एस-? एसआई 5*103Pa फैसला : पी = एफ / एस => पी=पी/एस => एस=पी/पी एस=960 एन/5*103 पा=0.192 एम2 उत्तर। एस \u003d 0.192 मीटर 2 टास्क: लोड के साथ एक दो-एक्सल ट्रेलर में 2.5 टन का द्रव्यमान होता है। सड़क के साथ प्रत्येक पहिया के संपर्क का क्षेत्र 125 सेमी 2 होने पर ट्रेलर द्वारा सड़क पर लगाए गए दबाव की गणना करें। दिया गया: पी-? एसआई 2.5*103 किग्रा 125*10-4m2 फैसला : पी = एफ / एस एफ = एम * जी एस = 4एस से => p=m*g/4Sk p=2.5*103kg*10N/kg/4*125*10-4m2=5*105Pa उत्तर। पी= 5*10 5 पा 48 किलो वजन का एक लड़का एक सहारे पर दबाव डालता है। गणना करें कि यदि उसके तलवों का कुल क्षेत्रफल 320 सेमी है तो वह कितना दबाव डालता है 2 . स्थिति का विश्लेषण करने के बाद, लड़के के वजन और उसके तलवों के क्षेत्र को इंगित करते हुए इसे संक्षिप्त रूप में लिखें (चित्र 1)। फिर, एक अलग कॉलम में, हम SI प्रणाली में उन मात्राओं को लिखते हैं जो गैर-प्रणालीगत इकाइयों में स्थिति में दी गई हैं। लड़के का द्रव्यमान एसआई प्रणाली में दिया गया है, लेकिन वर्ग सेंटीमीटर में व्यक्त क्षेत्र को वर्ग मीटर में व्यक्त किया जाना चाहिए: 320 सेमी 2 \u003d 320 ∙ (0.01 मीटर) 2 \u003d 320 0.0001 मीटर 2 \u003d 0.032 मीटर 2। चावल। 1. समस्या संख्या 1 की संक्षिप्त स्थिति दबाव का पता लगाने के लिए, हमें उस बल की आवश्यकता है जिसके साथ लड़का समर्थन के क्षेत्र से विभाजित समर्थन पर कार्य करता है: हम बल का मूल्य नहीं जानते, लेकिन समस्या की स्थिति में लड़के का द्रव्यमान भी शामिल है। जिस बल के साथ यह समर्थन पर कार्य करता है वह इसका भार है। यह मानते हुए कि लड़का स्थिर है, हम मान सकते हैं कि उसका वजन गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर है, जो लड़के के द्रव्यमान और मुक्त गिरावट के त्वरण के गुणनफल के बराबर है अब हम दोनों सूत्रों को मिलाकर एक अंतिम सूत्र बना सकते हैं। ऐसा करने के लिए, बल F के बजाय, हम उत्पादmg को दूसरे सूत्र से पहले सूत्र में प्रतिस्थापित करते हैं। तब गणना सूत्र दिखेगा: अगला कदम परिणाम के आयाम की जांच करना है। द्रव्यमान की इकाइयाँ [m] = kg, गुरुत्वीय त्वरण की इकाइयाँ [g] = N/kg, क्षेत्रफल की इकाइयाँ [S] = m 2. फिर अंत में, समस्या कथन से संख्यात्मक डेटा को अंतिम सूत्र में प्रतिस्थापित करते हैं: अपना उत्तर लिखना न भूलें। उत्तर में, हम गुणकों का उपयोग कर सकते हैं उत्तर: पी = 15 केपीए। (यदि आप अपने उत्तर में = 15,000 Pa लिखते हैं तो वह भी सही होगा।) अपने अंतिम रूप में पूर्ण समाधान इस प्रकार दिखेगा (चित्र 2): चावल। 2. समस्या संख्या 1 का पूर्ण समाधान 2. टास्क नंबर 2बार 200 N के बल के साथ समर्थन पर कार्य करता है, जबकि यह 4 kPa का दबाव डालता है। बार सपोर्ट का क्षेत्रफल क्या है? आइए एक छोटी स्थिति लिखें और SI प्रणाली में दबाव व्यक्त करें (4 kPa = 4000 Pa) (चित्र 3)। चावल। 3. समस्या संख्या 2 की संक्षिप्त स्थिति दबाव की गणना के लिए हमें ज्ञात सूत्र में सतह क्षेत्र का मान शामिल है। इस सूत्र से हमें समर्थन के क्षेत्र को व्यक्त करने की आवश्यकता है। आइए गणितीय नियमों को याद करें। बल F लाभांश है, समर्थन क्षेत्र S भाजक है, दबाव p भागफल है। एक अज्ञात विभाजक खोजने के लिए, आपको लाभांश को भागफल से विभाजित करना होगा। हमें मिल जाएगा: आइए परिणाम के आयाम की जांच करें। क्षेत्र वर्ग मीटर में व्यक्त किया जाना चाहिए। जाँच करते समय, हमने पास्कल को न्यूटन प्रति वर्ग मीटर और भिन्नात्मक रेखा के साथ एक विभाजन चिह्न के साथ बदल दिया। याद रखें कि भिन्नों के विभाजन को गुणा द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इस मामले में, अंश, जो एक विभाजक है, को पलट दिया जाता है, अर्थात इसके अंश और भाजक को उलट दिया जाता है। उसके बाद, अंश में न्यूटन (अंश से पहले) और भिन्न के हर में न्यूटन घटा दिया जाता है, और वर्ग मीटर रह जाता है। ध्यान दें कि समस्या को हल करने में आयाम जांच एक बहुत ही महत्वपूर्ण कदम है, क्योंकि यह आपको उन त्रुटियों का पता लगाने की अनुमति देता है जो गणितीय परिवर्तन करते समय गलती से हुई थीं। परिणाम के आयाम की जाँच करने के बाद, हम संक्षिप्त स्थिति से डेटा को प्रतिस्थापित करते हुए, क्षेत्र के संख्यात्मक मान की गणना करेंगे: आइए उत्तर रिकॉर्ड करना न भूलें। उत्तर: एस \u003d 0.05 मीटर 2। समस्या का पूर्ण समाधान इस तरह दिखेगा (चित्र 4): चित्र 4. समस्या संख्या 2 का पूर्ण समाधान ठोस शरीर का दबाव/7वीं कक्षा के छात्रों के लिए लेख/ § विषय : 1. दबाव क्या है? 2. दबाव बढ़ाने और घटाने के तरीके। 3. प्रकृति में दबाव। 4. प्रौद्योगिकी में दबाव। 5. दबाव की गणना के लिए समस्याओं का समाधान। 6. प्रायोगिक कार्य। 7. बस दिलचस्प बातें। 1.दबाव क्या है?कल्पना कीजिए कि आप स्कीइंग करने जा रहे हैं। स्की बर्फ के माध्यम से फिसलती है, जिससे बहुत उथला ट्रैक निकल जाता है। यदि आप अपनी स्की उतार देते हैं तो क्या होता है? बेशक, आप तुरंत बर्फ में गिर जाते हैं। आइए देखें कि ऐसा क्यों हो रहा है। वजन, यानी जिस बल से कोई व्यक्ति बर्फ पर दबाता है, वही रहता है। क्या बदल गया? केवल समर्थन का क्षेत्र (जूते और स्की के तलवों की तुलना करें)। इसका मतलब यह है कि यह माना जा सकता है कि किसी बल की कार्रवाई का परिणाम न केवल स्वयं बल पर निर्भर करता है - आवेदन का बिंदु, दिशा, मापांक - बल्कि संपर्क के क्षेत्र पर भी। इसका परीक्षण करने के लिए, आइए एक प्रयोग करते हैं। एक फोम स्पंज और साबुन की एक पट्टी लें। साबुन को सबसे बड़ी साइड वाले स्पंज पर रखें। स्पंज की विकृति पर ध्यान दें। अब साबुन को किनारे पर पलट दें। क्या बदल गया? अब हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं: बल की कार्रवाई का परिणाम स्वयं बल पर और उसके प्रभाव के क्षेत्र पर निर्भर करता है। इसलिए, हमें एक भौतिक मात्रा की आवश्यकता है जो दोनों कारकों को ध्यान में रखे। इस मान को दबाव कहा जाता है। बल F और सतह क्षेत्र S का अनुपात, बशर्ते कि बल सतह के लंबवत कार्य करता है, दबाव कहलाता है। पी = एफ / एस दबाव इकाइयों की गणना सूत्र द्वारा की जाती है: 1 N/sq.m = 1 Pa (पास्कल)। माप की इकाई का नाम प्रसिद्ध वैज्ञानिक ब्लेज़ पास्कल के नाम पर रखा गया है। बुनियादी इकाइयों के अतिरिक्त, उपसर्गों का भी उपयोग किया जाता है: 1 kPa = 1000 Pa, 1 MPa = 1,000,000 Pa इस बारे में सोचें कि क्या वे "मिली", "माइक्रो" उपसर्गों का उपयोग करते हैं? क्यों? 2. दबाव बढ़ाने और घटाने के तरीके।सबसे पहले, आइए प्रश्न का उत्तर दें: यह किस लिए है? क्या आपने देखा है कि भारी वाहन और ट्रैक्टर जमीन पर क्या निशान छोड़ते हैं? इस तरह के गहरे गड्ढे उच्च दाब के कारण ही बनते हैं। इसलिए ऐसे मामलों में इसे कम किया जाना चाहिए। चूंकि दबाव बल और क्षेत्र पर निर्भर करता है, इसलिए इन मूल्यों को बदलकर इसे बदला जा सकता है। दबाव क्यों बढ़ाया? ब्रेड को सुस्त चाकू से काटने की कोशिश करें। एक कुंद चाकू और एक तेज चाकू के बीच क्या अंतर है?बेशक, ब्लेड क्षेत्र और बनाया गया दबाव। इसलिए, सभी काटने और छेदने वाले उपकरण बहुत तेज होने चाहिए। 3. वन्यजीवों में दबाव। 4. इंजीनियरिंग का दबावमैकेनिकल इंजीनियरिंग, वास्तुकला और परिवहन में दबाव को ध्यान में रखा जाना चाहिए।हम पहले ही मिट्टी को ख़राब करने वाली मशीनों के बारे में बात कर चुके हैं। इनसे पर्यावरण को अपूरणीय क्षति होती है। उदाहरण के लिए, सुदूर उत्तर के विकास के दौरान, कैटरपिलर ट्रैक्टरों ने हिरन काई के विशाल क्षेत्रों को नष्ट कर दिया - हिरणों का मुख्य भोजन, जिसने उनकी आबादी को नकारात्मक रूप से प्रभावित किया। इससे बचने के लिए दबाव को कम करना जरूरी है, यानी या तो दबाव बल को कम करें या क्षेत्र को बढ़ा दें। ताकत कम करना मुश्किल है: ऐसा करने के लिए, आपको हल्के पदार्थों का उपयोग करके वजन कम करना होगा। लेकिन ये पदार्थ या तो नाजुक होते हैं या बहुत महंगे होते हैं। इसलिए, इसका उपयोग अक्सर क्षेत्र को बढ़ाने के लिए किया जाता है। यह अलग-अलग तरीकों से किया जा सकता है: ट्रैक्टरों पर कैटरपिलर का उपयोग करना, टायरों के व्यास को बढ़ाना, युग्मित पहियों का उपयोग करना। टायरों को कैसे फुलाया जाता है इसका भी बहुत महत्व है, क्योंकि संपर्क क्षेत्र भी इस पर निर्भर करता है। कैटरपिलर तंत्र की पारगम्यता को बढ़ाते हुए दबाव (तालिका देखें) को काफी कम करते हैं, लेकिन साथ ही साथ मिट्टी की ऊपरी परतों को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाते हैं। वास्तुकला और निर्माण में दबाव को ध्यान में रखना बहुत महत्वपूर्ण है। भवन की नींव का उपयोग दबाव दूर करने के लिए किया जाता है।प्राचीन काल से ही निर्माण में खोखले स्तंभों का उपयोग किया जाता रहा है। पर्याप्त शक्ति होने के कारण, वे ठोस की तुलना में बहुत हल्के होते हैं, और इसलिए उत्पन्न दबाव भी कम होता है। तंत्र दबाव, केपीए में विस्तृत कैटरपिलर के साथ कैटरपिलर ट्रैक्टर (मार्श)। 20 -30 क्रॉलर ट्रैक्टर 40 -50 कार के पहिये 230 -300 पटरियों पर रेलवे कार के पहिए 300 000 5. दबाव की गणना के लिए समस्याओं को हल करना।§ 1) फर्श पर एक ईंट है जिसका आयाम है: ऊँचाई -5 सेमी, चौड़ाई - 10 सेमी, लंबाई - 20 सेमी। इसका द्रव्यमान 2 किलो है। ईंट तीन अलग-अलग स्थितियों में फर्श पर कितना दबाव डालती है? § 2) स्की की लंबाई क्या है यदि उस पर खड़ा 80 किलो वजन का व्यक्ति बर्फ पर 2.5 केपीए का दबाव डालता है? स्की चौड़ाई 8 सेमी। § 3) एक कैटरपिलर ट्रैक्टर मिट्टी पर कितना दबाव डालता है यदि ट्रैक्टर का द्रव्यमान 3.2 टन है और एक कैटरपिलर का क्षेत्रफल 0.8 वर्ग मीटर है? 6. प्रायोगिक कार्य।§ 1) मेज पर एक गिलास चाय का दबाव निर्धारित करें। क्या चाय पीने से दबाव बदल जाएगा? कितनी बार? § 2) मेज पर भौतिकी की पाठ्यपुस्तक को उसके किनारे पर रखने पर उसका दबाव कितनी बार बदलेगा? और अगर भौतिकी की पाठ्यपुस्तक को इतिहास से बदल दिया जाए? 7. बस दिलचस्प कार्य।§ 1) स्काउट को पतली बर्फ पर नदी पार करनी चाहिए। एक उपकरण के साथ आओ जो पार करने के जोखिम को कम करता है। § 2) पटरियां सीधे जमीन पर क्यों नहीं बिछाई जाती हैं? § 3) चाकू से गलती से खुद को तेज रेजर से काटना आसान क्यों है? § 4) उन्होंने 200 एन के बल के साथ एक लकड़ी की दीवार को दबाया, पहले एक हथेली से, फिर उसी बल के साथ एक आवेल के साथ। बल परिमाण में समान हैं, परिणाम भिन्न क्यों है? संबंधित सामग्री:
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