Что такое внешнее давление

Гидростатическое давление: формула и свойства.

Гидростатическое давление – это давление, производимое на жидкость силой тяжести.

Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкостей и рассматривается практическое приложение этих законов.

Для того, чтобы понять гидростатику необходимо определиться в некоторых понятиях и определениях.

В этой статье мы подготовили для Вас, всю необходимую информацию о гидростатическом давлении, начиная от закона Паскаля и определения формулы гидростатического давления и до свойств давления и применения законов гидростатики в повседневной жизни.

Содержание статьи

Закон Паскаля для гидростатики.

В 1653 году французским ученым Б. Паскалем был открыт закон, который принято называть основным законом гидростатики.

Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.

Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.

Относительная свобода, которой обладают молекулы жидкостей и газов, позволяет передавать давление производимое на жидкость или газ не только в направлении действия силы, но и во всех других направлениях.

Закон Паскаля для гидростатики нашел широкое распространение в промышленности. На этом законе основана работа гидроавтоматики, управляющей станками с ЧПУ, автомобилями и самолетами и многих других гидравлических машин.

Определение и формула гидростатического давления

Из описанного выше закона Паскаля вытекает, что:

Величина гидростатического давления не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость и определяется произведением

ρ – плотность жидкости

g – ускорение свободного падения

h – глубина, на которой определяется давление.

Для иллюстрации этой формулы посмотрим на 3 сосуда разной формы.

Во всех трёх случаях давление жидкости на дно сосуда одинаково.

Полное давление жидкости в сосуде равно

P0 – давление на поверхности жидкости. В большинстве случаев принимается равным атмосферному.

Сила гидростатического давления

Выделим в жидкости, находящейся в равновесии, некоторый объем, затем рассечем его произвольной плоскостью АВ на две части и мысленно отбросим одну из этих частей, например верхнюю. При этом мы должны приложить к плоскости АВ силы, действие которых будет эквивалентно действию отброшенной верхней части объема на оставшуюся нижнюю его часть.

Рассмотрим в плоскости сечения АВ замкнутый контур площадью ΔF, включающий в себя некоторую произвольную точку a. Пусть на эту площадь воздействует сила ΔP.

Тогда гидростатическое давление формула которого выглядит как

представляет собой силу, действующую на единицу площади, будет называться средним гидростатическим давлением или средним напряжением гидростатического давления по площади ΔF.

Истинное давление в разных точках этой площади может быть разным: в одних точках оно может быть больше, в других – меньше среднего гидростатического давления. Очевидно, что в общем случае среднее давление Рср будет тем меньше отличаться от истинного давления в точке а, чем меньше будет площадь ΔF, и в пределе среднее давление совпадет с истинным давлением в точке а.

Для жидкостей, находящихся в равновесии, гидростатическое давление жидкости аналогично напряжению сжатия в твердых телах.

Единицей измерения давления в системе СИ является ньютон на квадратный метр (Н/м 2 ) – её называют паскалем (Па). Поскольку величина паскаля очень мала, часто применяют укрупненные единицы:

килоньютон на квадратный метр – 1кН/м 2 = 1*10 3 Н/м 2

меганьютон на квадратный метр – 1МН/м 2 = 1*10 6 Н/м 2

Давление равное 1*10 5 Н/м 2 называется баром (бар).

Между всеми этими единицами существует следующее соотношение:

1ат = 1 кгс/см 2 = 0,98 бар = 0,98 * 10 5 Па = 0,98 * 10 6 дин = 10 4 кгс/м 2

Следует помнить что между технической атмосферой (ат) и атмосферой физической (Ат) существует разница. 1 Ат = 1,033 кгс/см 2 и представляет собой нормальное давление на уровне моря. Атмосферное давление зависит от высоты расположения места над уровнем моря.

Измерение гидростатического давления

На практике применяют различные способы учета величины гидростатического давления. Если при определении гидростатического давления принимается во внимание и атмосферное давление, действующее на свободную поверхность жидкости, его называют полным или абсолютным. В этом случае величина давления обычно измеряется в технических атмосферах, называемых абсолютными (ата).

Часто при учете давления атмосферное давление на свободной поверхности не принимают во внимание, определяя так называемое избыточное гидростатическое давление, или манометрическое давление, т.е. давление сверх атмосферного.

Манометрическое давление определяют как разность между абсолютным давлением в жидкости и давлением атмосферным.

и измеряют также в технических атмосферах, называемых в этом случае избыточными.

Случается, что гидростатическое давление в жидкости оказывается меньше атмосферного. В этом случае говорят, что в жидкости имеется вакуум. Величина вакуума равняется разнице между атмосферным и и абсолютным давлением в жидкости

и измеряется в пределах от нуля до атмосферы.

Свойства гидростатического давления

Гидростатическое давление воды обладает двумя основными свойствами:
Оно направлено по внутренней нормали к площади, на которую действует;
Величина давления в данной точке не зависит от направления (т.е. от ориентированности в пространстве площадки, на которой находится точка).

Первое свойство является простым следствием того положения, что в покоящейся жидкости отсутствуют касательные и растягивающие усилия.

Предположим, что гидростатическое давление направлено не по нормали, т.е. не перпендикулярно, а под некоторым углом к площадке. Тогда его можно разложить на две составляющие – нормальную и касательную. Наличие касательной составляющей из-за отсутствия в покоящейся жидкости сил сопротивления сдвигающим усилиям неизбежно привело бы к движению жидкости вдоль площадки, т.е. нарушило бы её равновесие.

Поэтому единственным возможным направлением гидростатического давления является его направление по нормали к площадке.

Если предположить что гидростатическое давление направлено не по внутренней, а по внешней нормали, т.е. не внутрь рассматриваемого объекта а наружу от него, то вследствие того, что жидкость не оказывает сопротивления растягивающим усилиям – частицы жидкости пришли бы в движение и её равновесие было бы нарушено.

Следовательно, гидростатическое давление воды всегда направлено по внутренней нормали и представляет собой сжимающее давление.

Из этого же правило следует, что если измениться давление в какой-то точке, то на такую же величину измениться давление в любой другой точке этой жидкости. В этом заключается закон Паскаля, который формулируется следующим образом: Давление производимое на жидкость, передается внутри жидкости во все стороны с одинаковой силой.

На применение этого закона основываются действие машин, работающих под гидростатическим давлением.

Ещё одним фактором влияющим на величину давления является вязкость жидкости, которой до недавнего времени приято было пренебрегать. С появлением агрегатов работающих на высоком давлении вязкость пришлось так же учитывать. Оказалось, что при изменении давления, вязкость некоторых жидкостей, таких как масла, может изменяться в несколько раз. А это уже определяет возможность использовать такие жидкости в качестве рабочей среды.

Источник

Закон Паскаля

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Давление

Идущий по рыхлому снегу человек будет в него постоянно проваливаться. А вот на лыжах он сможет передвигаться по тому же самому снегу спокойно. Казалось бы, ничего не меняется — человек воздействует на снег с одинаковой силой и на лыжах, и без них.

Дело в том, что «проваливание» в снег характеризуется не только силой — оно также зависит от площади, на которую эта сила воздействует. Площадь поверхности лыжи в 20 раз больше площади поверхности подошвы, поэтому человек, стоя на лыжах, действует на каждый квадратный сантиметр с силой в 20 раз меньшей, чем без них.

Или, например, если вы будете с одинаковой силой втыкать кнопки в пробковую доску, легче войдет та кнопка, у которой более заостренный конец, так как его площадь меньше.

Резюмируем: результат действия силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади поверхности, к которой эта сила приложена.

А теперь подтвердим этот вывод опытами, как настоящие физики.

Возьмем небольшую доску и вобьем гвозди в ее углы. Также возьмем емкость с песком и поставим конструкцию из доски и гвоздей в эту емкость. Сначала расположим конструкцию шляпками вниз и поставим на нее гирю. Конструкция не утонет в песке, а только чуть-чуть углубится в него.

Затем перевернем конструкцию так, чтобы шляпки гвоздей оказались сверху и также поставим на доску гирю. Теперь конструкция утонет в песке.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия силы.

Во всех примерах мы говорили о действии силы, перпендикулярной поверхности. Чтобы охарактеризовать это действие, используется величина давление.

Давление

p = F/S

p — давление [Па]

F — сила [Н]

S — площадь [м 2 ]

Как уменьшить или увеличить давление

Тяжелый гусеничный трактор производит давление на почву, равное 40–50 кПа. Мальчик массой 45 кг производит давление всего лишь в 3 раза меньше, чем такой трактор. Это связано с большой площадью гусениц трактора.

В зависимости от того, какое давление хотят получить, площадь опор уменьшают или увеличивают. Например, чтобы уменьшить давление здания на грунт, в процессе строительства увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей делают значительно шире легковых автомобилей. Чтобы убедиться в этом, обратите внимание на колеса какой-нибудь большой фуры. Самые широкие шины можно увидеть на автомобилях, предназначенных для передвижения в пустыне. Тот же лайфхак используется в шасси самолетов.

Обратную зависимость тоже применяют, например, при создании лезвий колющих и режущих инструментов. Острое лезвие имеет малую площадь, поэтому даже при небольшом нажатии создается большое давление.

Задачка раз

Книга лежит на столе. Масса книги равна 0,6 кг. Площадь ее соприкосновения со столом равна 0,08 м2. Определите давление книги на стол.

Решение

На стол будет давить сила, равная весу книги. Так как она покоится, ее вес будет равен силе тяжести. Следовательно:

p = mg/S = 0,6 × 10 / 0,08 = 75 Па

Ответ: давление книги на стол будет равно 75 Па.

Задачка два

Решение:

p = mg/S = 6 610 × 10 / 1,4 = 47 214 Па = 47,2 кПа

Ответ: давление трактора на почву составляет 47,2 кПа.

Задачка три

Человек массой 80 кг с сумкой весом 100 Н стоит неподвижно на полу. Сила давления подошв его ботинок на пол равномерно распределена по площади 600 см2. Какое давление человек оказывает на пол?

Решение

Масса человека: m = 80 кг.

Вес сумки, которую держит человек: P_c = 100 Н.

600 см 2 = 600 / 10 000 м 2 = 0,06 м 2

Давление — это отношение силы к площади, на которую она действует. В данном случае на площадь действует сила, равная сумме силы тяжести человека и веса сумки:

Поэтому давление, оказываемое человеком с сумкой на пол, равно:

p = (mg + P_с) / S = (80 × 10 + 100) / 0,06 = 15 000 Па = 15 кПа

Ответ: давление человека с сумкой на пол равно 15 кПа.

Определение закона Паскаля

Итак, мы подошли к формулировке закона Паскаля, и звучит она так:

Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях.

Обратите внимание — закон работает только с жидкостями и газами. Дело в том, что молекулы жидких и газообразных веществ под давлением ведут себя совсем не так, как молекулы твердых тел. Если молекулы жидкости и газа движутся почти свободно, то молекулы твердых тел так не умеют. Они могут лишь колебаться, немного отклоняясь от исходного положения. Именно благодаря свободному передвижению молекулы газа и жидкости оказывают давление во всех направлениях.

Рассмотрим опыт с шаром Паскаля, чтобы стало понятнее.

Присоединим к трубе с поршнем полый шар со множеством небольших отверстий. Зальем в шар воду и будем давить на поршень. Давление в трубе вырастет и вода будет выливаться через отверстия, причем напор всех струй будет одинаковым. Такой же результат получится, если вместо воды в шарике будет газ.

Давление жидкости

Из закона Паскаля следует, что раз давление передается одинаково во всех направлениях, то верхние слои жидкости давят на средние, средние — на нижние, нижние — на дно сосуда.

Давление внутри жидкости на одном и том же уровне одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Это утверждение проверяется с помощью манометра — прибора для измерения давления. Чем глубже мы измеряем давление, тем больше показания.

Давление столба жидкости

p = ρgh

ρ — плотность [кг/м 3 ]

h — высота столба жидкости [м]

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

На Земле g = 9,8 м/с 2

Формула давления столба жидкости часто требуется в задачах.

Задачка раз

На горизонтальном столе стоят два цилиндрических сосуда — узкий и широкий (см. рисунок). В узкий сосуд налита вода, в широкий — керосин. Уровень жидкости в сосудах одинаковый. Сравните давления p жидкостей в точках A, B, C, D и выберите правильную пару утверждений.

Решение

Давление столба жидкости прямо пропорционально ее плотности и высоте столба. Плотность воды больше плотности керосина, следовательно, давление в точке A больше давления в точке C. Давления в точках B и D равны.

Правильный ответ указан под номером 4.

Задачка два

Решение

Поскольку вода не вытекает из пробирки, давление столба высотой h₂ на жидкость в сосуде высотой h₁ уравновешено давлением, которое оказывает вода в сосуде на столб воды в пробирке. Сосуд открытый, поэтому на него действует внешнее давление, которое и передается столбу воды. В результате столб воды в пробирке не оказывает дополнительного давления на точку А, поэтому давление, оказываемое водой на дно сосуда в точке А, равно p = ρgh1. Тогда:

p = ρgh₁ = 998 × 10 × 0,3 = 2 994 Па

Источник

Новинка!

Мягкие, поддерживают своды стопы

Влияние внешних факторов на уровень артериального давления

Такие колебания важно учитывать при измерении артериального давления, постановке диагноза и назначении терапии.

Циркадные ритмы

Погодные условия

Резкая смена температуры окружающей среды также может провоцировать скачок артериального давления на 10-15 мм рт. ст. Это касается как снижения, так и повышения температуры, в том числе ее сезонных изменений [6,7]. Именно поэтому не рекомендуется посещать баню и сауну при артериальной гипертензии.

Чаще всего такие быстрые перемены внешних условий происходят при путешествиях на большие расстояния, например, в отпуске вдали от дома. Наиболее болезненно подобные изменения воспринимают метеозависимые люди и пациенты с гипертонией. Еще недавно поездка означала отрыв от привычного быта, невозможность посетить врача или измерить давление на домашнем тонометре. Однако современные модели идут по пути уменьшения размера. Удобным вариантом для таких ситуаций может стать запястный тонометр. Он легкий, занимает мало места, но по точности не уступает стационарным приборам.

Физическая активность

Бег или силовые упражнения приводят к подъему артериального давления во время нагрузки. Обычно его рост составляет 20-30 мм рт. ст., но при поднятии значительных тяжестей, занятиях тяжелой атлетикой фиксируют подъем до 40-50 мм рт. ст. [3, 5]. Давление остается повышенным еще в течение часа после нагрузок, а затем снижается до нормального уровня. При этом снижение давления через несколько часов после физических упражнений до уровня чуть ниже привычного – также норма.

У профессиональных спортсменов изменение давления происходит на меньшие величины и более плавно. У спортсменов-любителей или людей с хроническими заболеваниями возможны резкие перепады давления [3, 10].

Контролировать уровень артериального давления во время занятий спортом или тяжелого физического труда особенно важно при наличии хронических заболеваний сердечно-сосудистой системы [5, 9]. Так как зачастую занятия спортом проходят вне дома, это еще одна категория людей, которой можно рекомендовать компактный запястный тонометр.

Стресс и психоэмоциональные факторы

Другие внешние факторы

Помимо вышеописанных факторов, ВОЗ и профильные ассоциации по изучению гипертонии отмечают следующие наиболее распространённые причины повышения уровня артериального давления:

Если человек сталкивается с повышением давления 2 или более раз в неделю, то это один из признаков высокого риска развития гипертонической болезни [5]. Именно поэтому терапевты рекомендуют вести дневник здоровья и фиксировать там наблюдения за своим состоянием, чтобы вовремя обратиться к врачу. В такой дневник стоит вписывать информацию о режиме сна, периодах эмоционального упадка, частоте сердечных сокращений и уровне артериального давления. Отследить динамику изменений и помочь в заполнении дневника здоровья может тонометр с функцией запоминания измерений.

1. Pickering T. G. (1997). The effects of environmental and lifestyle factors on blood pressure and the intermediary role of the sympathetic nervous system. Journal of human hypertension, 11 Suppl 1, S9–S18.
2. Ohlin, B., Berglund, G., Rosvall, M., & Nilsson, P. M. (2007). Job strain in men, but not in women, predicts a significant rise in blood pressure after 6.5 years of follow-up. Journal of hypertension, 25(3), 525–531. https://doi.org/10.1097/HJH.0b013e32801220fa
3. Currie, K.D., Floras, J.S., La Gerche, A. et al. Exercise Blood Pressure Guidelines: Time to
Re-evaluate What is Normal and Exaggerated?. Sports Med 48, 1763–1771 (2018). https://doi.org/10.1007/s40279-018-0900-x
4. Pickering, T. G., Devereux, R. B., James, G. D., Gerin, W., Landsbergis, P., Schnall, P. L., & Schwartz, J. E. (1996). Environmental influences on blood pressure and the role of job strain. Journal of hypertension. Supplement : official journal of the International Society of Hypertension, 14(5), S179–S185.
5. Campbell, N. R., Burgess, E., Choi, B. C., Taylor, G., Wilson, E., Cléroux, J., Fodor, J. G., Leiter, L. A., & Spence, D. (1999). Lifestyle modifications to prevent and control hypertension. 1. Methods and an overview of the Canadian recommendations. Canadian Hypertension Society, Canadian Coalition for High Blood Pressure Prevention and Control, Laboratory Centre for Disease Control at Health Canada, Heart and Stroke Foundation of Canada. CMAJ : Canadian Medical Association journal = journal de l’Association medicale canadienne, 160(9 Suppl), S1–S6.
6. Brook, R. D., Weder, A. B., & Rajagopalan, S. (2011). «Environmental hypertensionology» the effects of environmental factors on blood pressure in clinical practice and research. Journal of clinical hypertension (Greenwich, Conn.), 13(11), 836–842. https://doi.org/10.1111/j.1751-7176.2011.00543.x
7. Modesti P. A. (2013). Season, temperature and blood pressure: a complex interaction. European journal of internal medicine, 24(7), 604–607. https://doi.org/10.1016/j.ejim.2013.08.002
8. Strapazzon, G., & Semplicini, A. (2009). Should travelers with hypertension adjust their medications when traveling to high altitude?. High altitude medicine & biology, 10(3), 305–306. https://doi.org/10.1089/ham.2009.1021
9. Touyz, R. M., Campbell, N., Logan, A., Gledhill, N., Petrella, R., Padwal, R., & Canadian Hypertension Education Program (2004). The 2004 Canadian recommendations for the management of hypertension: Part III—Lifestyle modifications to prevent and control hypertension. The Canadian journal of cardiology, 20(1), 55–59.
10. Samadian, F., Dalili, N., & Jamalian, A. (2016). Lifestyle Modifications to Prevent and Control Hypertension. Iranian journal of kidney diseases, 10(5), 237–263.
11. Ozemek, C., Laddu, D. R., Arena, R., & Lavie, C. J. (2018). The role of diet for prevention and management of hypertension. Current opinion in cardiology, 33(4), 388–393. https://doi.org/10.1097/HCO.0000000000000532

Преподаватель Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова, научный сотрудник НИИ фармакологии им. В.В.Закусова.

Источник

Зависимость артериального давления от атмосферного.

«У природы нет плохой погоды. Каждая погода благодать…»

Если человек здоров, он не чувствует изменений, происходящих в атмосфере. Много вокруг людей метеочувствительных, они чувствуют изменения погоды, но без патологических симптомов. У некоторых больных это переходит уже в метеозависимость – самочувствие меняется в зависимости от погоды за окном.

Больные сердечно – сосудистыми заболеваниями часто плохо переносят любые резкие колебания температур, атмосферное давление, ветер, жару. Чувствуют дискомфорт, в некоторых случаях появляются патологические симптомы (повышается или понижается артериальное давление, ощущаются боли в суставах, сердце ит.д.). Чаще страдают те, у кого повышено или понижено артериальное давление.

Что ощущает метеозависимый человек: Некоторые больные очень четко ощущают изменения погоды в виде «барометра». Могут точно предсказать, что ждать от погоды в ближайшие дни. При перепадах атмосферного давления больной ощущает:

Особенно плохо переносится понижение температуры за окном.

Почему человек приобретает метеозависимость как с ней бороться:

Как помочь себе:

Человек, страдающий метеозависимостью уже знает, сразу с утра, что такой день наступил.

Соблюдайте данные Вам рекомендации и будьте здоровы.

Подготовила врач общей практики УЗ «Слонимская ЦРБ» Левкевич Д.И.

Источник

• ← Что такое рассеянный склероз симптомы
• Что такое сравнительное правоведение →