რადგან სითხეზე მოქმედებს გრავიტაციის ძალა, თხევად ნივთიერებას აქვს წონა. წონა არის ძალა, რომლითაც იგი აჭერს საყრდენს, ანუ ჭურჭლის ფსკერზე, რომელშიც ის არის ჩასხმული. პასკალის კანონი ამბობს: სითხეზე ზეწოლა გადაეცემა მასში არსებულ ნებისმიერ წერტილს, მისი სიძლიერის შეცვლის გარეშე. როგორ გამოვთვალოთ სითხის წნევა ჭურჭლის ძირსა და კედლებზე? ჩვენ გავიგებთ სტატიას საილუსტრაციო მაგალითების გამოყენებით.
გამოცდილება
წარმოვიდგინოთ, რომ გვაქვს ცილინდრული ჭურჭელი სავსე სითხით. ჩვენ აღვნიშნავთ თხევადი ფენის სიმაღლეს h, ჭურჭლის ფსკერის ფართობს - S და სითხის სიმკვრივეს - ρ. სასურველი წნევა არის P. ის გამოითვლება ზედაპირის მიმართ 90 ° კუთხით მოქმედი ძალის გაყოფით ამ ზედაპირის ფართობზე. ჩვენს შემთხვევაში, ზედაპირი არის კონტეინერის ქვედა ნაწილი. P=F/S.
თხევადი წნევის ძალა ჭურჭლის ფსკერზე არის წონა. ის უდრის წნევის ძალას. ჩვენი სითხე სტაციონარულია, ამიტომ წონა უდრის გრავიტაციას(Fძაფები) მოქმედებს სითხეზე და, შესაბამისად, წნევის ძალა (F=Fსიძლიერე). Fმძიმე გვხვდება შემდეგნაირად: გაამრავლეთ სითხის მასა (მ) თავისუფალი ვარდნის აჩქარებაზე (გ). მასის პოვნა შესაძლებელია, თუ ცნობილია, რა არის სითხის სიმკვრივე და რა მოცულობა აქვს ჭურჭელში. m=ρ×V. ჭურჭელს აქვს ცილინდრული ფორმა, ამიტომ მის მოცულობას ვიპოვით ცილინდრის ფუძის ფართობის თხევადი ფენის სიმაღლეზე (V=S×h) გამრავლებით..
თხევადი წნევის გაანგარიშება ჭურჭლის ფსკერზე
აქ არის რაოდენობები, რომლებიც შეგვიძლია გამოვთვალოთ: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. შევცვალოთ ისინი პირველ ფორმულაში და მივიღოთ შემდეგი გამოხატულება: P=ρ×S×h×g/S. შევამციროთ S ფართობი მრიცხველსა და მნიშვნელში. ის გაქრება ფორმულიდან, რაც ნიშნავს, რომ ფსკერზე წნევა არ არის დამოკიდებული ჭურჭლის ფართობზე. გარდა ამისა, ეს არ არის დამოკიდებული კონტეინერის ფორმაზე.
წნევას, რომელსაც სითხე ქმნის ჭურჭლის ფსკერზე, ეწოდება ჰიდროსტატიკური წნევა. "ჰიდრო" არის "წყალი" და სტატიკური იმიტომ, რომ სითხე უძრავია. ყველა გარდაქმნის შემდეგ მიღებული ფორმულის გამოყენებით (P=ρ×h×g) განსაზღვრეთ სითხის წნევა ჭურჭლის ფსკერზე. გამოთქმიდან ჩანს, რომ რაც უფრო მკვრივია სითხე, მით მეტია მისი წნევა ჭურჭლის ფსკერზე. მოდით უფრო დეტალურად გავაანალიზოთ რა მნიშვნელობა აქვს h.
ზეწოლა სითხის სვეტში
ვთქვათ, ჩვენ გავზარდეთ ჭურჭლის ფსკერი გარკვეული რაოდენობით, დავამატეთ დამატებითი ადგილი სითხეს. თუ თევზს ჭურჭელში მოვათავსებთ, წინა ექსპერიმენტის ჭურჭელში მასზე წნევა იგივე იქნება და მეორე, გადიდებული? შეიცვლება თუ არა წნევა იმაზე, რაც ჯერ კიდევ თევზის ქვეშ არისარის წყალი? არა, რადგან ზემოდან არის სითხის გარკვეული ფენა, მასზე მოქმედებს გრავიტაცია, რაც იმას ნიშნავს, რომ წყალს აქვს წონა. რაც ქვემოთ არის, შეუსაბამოა. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ წნევა სითხის სისქეში, ხოლო h არის სიღრმე. ეს სულაც არ არის მანძილი ძირამდე, ქვედა შეიძლება იყოს უფრო დაბალი.
წარმოვიდგინოთ, რომ თევზი 90°-ით დავაბრუნეთ და იმავე სიღრმეზე დავტოვეთ. შეცვლის ეს მასზე ზეწოლას? არა, რადგან სიღრმეში ყველა მიმართულებით ერთნაირია. თუ თევზს ჭურჭლის კედელთან მივიყვანთ, შეიცვლება თუ არა მასზე წნევა იმავე სიღრმეზე დარჩენის შემთხვევაში? არა. ყველა შემთხვევაში, წნევა h სიღრმეზე გამოითვლება იგივე ფორმულით. ეს ნიშნავს, რომ ეს ფორმულა საშუალებას გვაძლევს ვიპოვოთ სითხის წნევა ჭურჭლის ფსკერზე და კედლებზე h სიღრმეზე, ანუ სითხის სისქეში. რაც უფრო ღრმაა, მით უფრო დიდია.
ზეწოლა დახრილ ჭურჭელში
წარმოვიდგინოთ, რომ გვაქვს დაახლოებით 1 მ სიგრძის მილი, ვასხამთ სითხეს ისე, რომ მთლიანად შეივსოს. ავიღოთ ზუსტად იგივე მილაკი, ბოლომდე შევსებული და დავაყენოთ კუთხით. ჭურჭელი იდენტურია და ივსება იგივე სითხით. ამრიგად, სითხის მასა და წონა ორივე პირველ და მეორე მილში თანაბარია. იქნება თუ არა წნევა ამ კონტეინერების ბოლოში განლაგებულ წერტილებზე? ერთი შეხედვით ჩანს, რომ წნევა P1 უდრის P2, ვინაიდან სითხეების მასა იგივეა. დავუშვათ, რომ ეს ასეა და ჩავატაროთ ექსპერიმენტი ამის შესამოწმებლად.
შეაერთეთ ამ მილების ქვედა ნაწილები პატარა მილით. Თუჩვენი ვარაუდი, რომ P1 =P2 სწორია, მიედინება თუ არა სითხე სადმე? არა, რადგან მის ნაწილაკებზე გავლენას მოახდენს ძალები საპირისპირო მიმართულებით, რომლებიც ანაზღაურებენ ერთმანეთს.
მოდი, დახრილი მილის თავზე დავამაგროთ ძაბრი. და ვერტიკალურ მილზე ვაკეთებთ ხვრელს, ჩავსვამთ მასში მილს, რომელიც იხრება. წნევა ხვრელის დონეზე უფრო მეტია, ვიდრე ზედა. ეს ნიშნავს, რომ სითხე მიედინება თხელ მილში და შეავსებს ძაბრს. დახრილ მილში სითხის მასა გაიზრდება, სითხე მიედინება მარცხენა მილიდან მარჯვნივ, შემდეგ ამოვა და წრეში ცირკულირებს.
ახლა კი ძაბრზე დავამონტაჟებთ ტურბინას, რომელსაც დავუკავშირებთ ელექტრო გენერატორს. მაშინ ეს სისტემა თავისით გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას, ყოველგვარი ჩარევის გარეშე. ის შეუჩერებლად იმუშავებს. როგორც ჩანს, ეს არის "მუდმივი მოძრაობის მანქანა". თუმცა, ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში, საფრანგეთის მეცნიერებათა აკადემიამ უარი თქვა რაიმე მსგავსი პროექტის მიღებაზე. ენერგიის შენარჩუნების კანონი ამბობს, რომ შეუძლებელია „მუდმივი მოძრაობის მანქანის“შექმნა. ასე რომ, ჩვენი ვარაუდი, რომ P1 =P2 მცდარია. რეალურად P1< P2. მაშ, როგორ გამოვთვალოთ სითხის წნევა ჭურჭლის ფსკერზე და კედლებზე მილში, რომელიც მდებარეობს კუთხით?
თხევადი სვეტის სიმაღლე და წნევა
ამის გასარკვევად, მოდით გავაკეთოთ შემდეგი სააზროვნო ექსპერიმენტი. აიღეთ სითხით სავსე ჭურჭელი. ჩვენ მასში ვათავსებთ ორ მილსლითონის ბადე. ერთს დავდებთ ვერტიკალურად, მეორეს კი - ირიბად, ისე, რომ მისი ქვედა ბოლო იმავე სიღრმეზე იყოს, როგორც პირველი მილის ქვედა ნაწილი. ვინაიდან კონტეინერები ერთსა და იმავე h სიღრმეზეა, სითხის წნევა ჭურჭლის ძირსა და კედლებზეც იგივე იქნება.
ახლა დახურეთ ყველა ხვრელი მილებში. იმის გამო, რომ ისინი გახდნენ მყარი, შეიცვლება თუ არა წნევა მათ ქვედა ნაწილებში? არა. მიუხედავად იმისა, რომ წნევა იგივეა და გემები ზომით თანაბარია, ვერტიკალურ მილში სითხის მასა ნაკლებია. სიღრმეს, რომელზედაც მდებარეობს მილის ქვედა ნაწილი, ეწოდება თხევადი სვეტის სიმაღლე. მოდით მივცეთ ამ კონცეფციის განმარტება: ეს არის ვერტიკალურად გაზომილი მანძილი თავისუფალი ზედაპირიდან სითხის მოცემულ წერტილამდე. ჩვენს მაგალითში, თხევადი სვეტის სიმაღლე იგივეა, ამიტომ წნევა იგივეა. წინა ექსპერიმენტში თხევადი სვეტის სიმაღლე მარჯვენა მილში უფრო დიდია, ვიდრე მარცხენაში. ამიტომ, წნევა P1 ნაკლებია P2..
