гідростатичний тиск
Розглянемо рівновагу однорідної рідини, що знаходиться в полі тяжіння Землі.
На кожну частинку рідини, що знаходиться в полі тяжіння Землі, діє сила тяжіння. Під дією цієї сили кожен шар рідини тисне на розташовані під ним шари. В результаті тиск всередині рідини на різних рівнях НЕ буде однаковим. Отже, в рідинах існує тиск, обумовлене її вагою.
Тиск, обумовлене вагою рідини, називають гідростатичним тиском.
Для кількісного розрахунку подумки виділимо в рідині малий обсяг циліндричної форми, розташований вертикально, перетином S і висотою h (рис. 2). У разі нерухомої рідини вага цього циліндра, а значить, і сила тиску на майданчик S в підставі буде дорівнює силі тяжіння \ (~ m \ vec g \).
Мал. 2
Тоді тиск на майданчик
\ (~ P = \ frac {mg} {S} = \ frac {\ rho Vg} {S} = \ frac {\ rho hSg} {S} = \ rho gh. \)
\ (~ p = \ rho gh \) - гідростатичний тиск, де ρ - щільність рідини, h - висота стовпа рідини. Таким чином, гідростатичний тиск дорівнює вазі стовпа рідини з одиничним підставою і висотою, рівній глибині занурення точки під вільною поверхнею рідини.
Графічно залежність тиску від глибини занурення в рідину представлена на малюнку 3.
Мал. 3
Тиск рідини на дно не залежить від форми посудини, а визначається тільки висотою рівня рідини і її щільністю. У всіх випадках, наведених на малюнку 4, тиск рідини на дно судин однаково.
Мал. 4
Рідина тисне на даній глибині однаково в усіх напрямках - не тільки вниз, але і вгору, і в сторони.
Отже, тиск на стінку на даній глибині буде таким же, як і тиск на горизонтальну площадку, розташовану на тій же глибині.
Якщо над вільною поверхнею рідини створюється тиск p 0 то тиск в рідині на глибині буде
\ (~ P = p_0 + \ rho gh. \)
Зверніть увагу на відмінність виразів: "тиск рідини на глибині h" (p = pgh) і "тиск в рідині на глибині h" (p = p 0 + pgh). Це треба враховувати при вирішенні різних завдань.
Сили тиску на дно і на стінки можна розрахувати за формулами \ [~ F_d = \ rho gh S_d \] - сила тиску рідини на горизонтальне дно, де S d - площа дна;
\ (~ F_ {st} = \ frac {\ rho gh} {2} S_ {st} \) - сила тиску рідини на бічну прямокутну вертикальну стінку посудини, де S st - площа стінки.
У яка покоїться рідини вільна поверхня рідини завжди горизонтальна.
Нерідко зустрічаються випадки, коли рідина, спочиваючи щодо судини, рухається разом з ним. Якщо при цьому судина рухається рівномірно і прямолінійно, то вільна поверхня рідини буде горизонтальна. Але якщо посудина рухається з прискоренням, то ситуація змінюється і виникають питання про форму вільної поверхні рідини, про розподіл тиску в ній.
Так, у разі горизонтального руху посудини з прискоренням \ (~ \ vec a \) в поле тяжіння Землі будь-яка частина рідини масою m рухається з тим же прискоренням \ (~ \ vec a \) під дією рівнодійної сили тиску \ (~ \ vec N_d \), що діє з боку інших рідинах і сили тяжіння \ (~ m \ vec g \) (рис. 5).
Мал. 5
Основне рівняння динаміки:
\ (~ \ Vec N_d + m \ vec g = m \ vec a. \)
В результаті вільна поверхня рідини не буде горизонтальна, а утворює з горизонтом кут α, який можна легко знайти, якщо спроектувати а основне рівняння динаміки на горизонтальну і вертикальну осі \ [~ N_d \ sin \ alpha = ma; \ N_d \ cos \ alpha = mg \]. Звідси
\ (~ \ Operatorname {tg} = \ frac ag. \)
Тиск на горизонтальну поверхню (горизонтальне дно) буде зростати в напрямку, протилежному прискоренню.
література
Аксеновіч Л. А. Фізика в середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Учеб. посібник для установ, що забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксеновіч, Н.Н.Ракіна, К. С. Фаріно; Під ред. К. С. Фаріно. - Мн .: Адукация i вихаванне, 2004. - C. 95-97.
