Изменение давления с глубиной

Физика > Изменение давления с глубиной

Давление в статических жидкостях зависит от их свойств, ускорения силы тяжести и глубины.

Задача обучения

• Выявить факторы, характеризующие давление, создаваемое статическими жидкостями и газами.

Основные пункты

• Гидростатическое давление – тип давления жидкости в любом месте пространства внутри нее, если она не сжимается и пребывает в состоянии покоя.
• На давление внутри жидкости влияет ее плотность, ускорение силы тяжести и глубина внутри нее. Возрастает линейно с увеличением глубины.
• Давление в газе зависит от его температуры, массы одной молекулы газа, ускорения силы тяжести и высоты.

Термины

• Несжимаемый – не поддающийся сжатию.
• Статическое равновесие – физическое состояние, где все компоненты системы пребывают в состоянии покоя, а чистая внешняя сила приравнивается к нулю.

Давление определяется влиянием силы на единицу площади. Однако, если мы сталкиваемся с газами или жидкостями, то намного проще воспринимать такое давление как меру энергии на единицу площади и использовать работу (W = F · d).

Для жидкостей и газов давление не влияет на конкретную точку или поверхность, а воспринимается как мера энергии, приложенная к единице объема. Давление в жидкости или газе в стабильном состоянии – гидростатическое давление. Здесь оно будет одинаковым в любой точке. Отметим, что все описанное ниже касается только несжимаемых жидкостей при статическом равновесии.

Эта формула представляет давление как количество энергии на единицу объема из его определения как силы на единицу площади

Давление статической жидкости зависит от ее плотности (ρ), глубины (h) и силы тяжести (g). Если плотность постоянна, то давление возрастает с увеличением глубины. Например, на глубине h₁ вы будете испытывать половину давления h₂ (h₂ = 2h₁). Для большинства жидкостей площадь может считаться стабильной по всему объему и практически для всех можно ускорить гравитацию (g = 9.81 м/с²). Получается, что давление внутри жидкости базируется на глубине и увеличивается с линейной скоростью.

Если вы применяете это на практике, то важно разбираться в том, необходимо ли абсолютное или относительное давление. Вторая формула дает давление, создаваемое жидкостью относительно атмосферного. Если же вам нужно абсолютное, то атмосферное добавляется к исключительно тому давлению, что создается жидкостью.

Эта формула демонстрирует давление как функцию глубины внутри несжимаемой статической жидкости. Здесь мы видим, что давление определяется как мера энергии на единицу объема (ρ – плотность газа, g – ускорение под действием силы тяжести, h – глубина в жидкости)

Когда мы анализируем давление в газах, приходится подходить с иной стороны. Сила, создающая давление, возникает из среднего количества молекул, охватывающих определенное количество пространства за единицу времени. Поэтому сила не выступает непрерывным распределением. Чтобы вычислить давление на определенной глубине, нужно использовать барометрическое давление (p₀ – давление при h = 0, M – масса одной молекулы газа, g – ускорение силы тяжести, k – постоянная Больцмана, T – температура газа, h – высота или глубина внутри газа). Согласной 3-й формуле, газ несжимаемый, а давление выступает гидростатическим.

Воздействующая на давление внутри газа сила не выступает непрерывной, как это заметно в случае с жидкостями. Эта барометрическая формула должна применяться для поиска значения давления, созданного газами на конкретной глубине или высоте (p₀ – давление при h = 0, M – масса одной молекулы газа, g – ускорение силы тяжести, k – постоянная Больцмана, T – температура газа, h – высота или глубина внутри газа)

---