Как найти давление на дне озера

Перейти к контенту

Давление жидкости .

(h) это глубина.
(rho) это плотность жидкости

  

---

1. Определить давление воды на глубине 7 м.Плотность воды: (rho=1000dfrac{кг}{м^3}).Атмосферное давление не учитывать.
Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение

---

2. Найти давление на дно цистерны с нефтью, если ее глубина (h=5м), а плотность нефти (rho=800dfrac{кг}{м^3}).Атмосферное давление не учитывать.
Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение

---

---

3. На какой глубине давление воды (p= 250 кПа) ? Плотность воды (rho=1000dfrac{кг}{м^3}).Атмосферное давление не учитывать.
Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение

---

---

5. Давление жидкости на глубине (h=2м) равно 16 кПа. Найти плотность этой жидкости. Атмосферное давление не учитывать.

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение

---

6. Определить силу, действующую снаружи на иллюминатор подводной лодки, если она находится на глубине (h=) 20 м, а его площадь (s=500 см^2) .Плотность воды (rho=1000dfrac{кг}{м^3}). Атмосферное давление не учитывать.

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение

---

Величину давления под водой можно вычислить по формуле:

p=ρgh

• ρ – плотность жидкости
• g – ускорение свободного падения
• h – высота жидкости
• Р=1000*9,8*10=98 000 Па

Получается, что на глубине 10 метров давление будет приблизительно 100 кПа или 1 атмосфера. Но ведь на поверхность воды будет будет действовать давление нашей атмосферы, получается, что под водой давление должно быть равно 2 атмосферам.

Какой же ответ правильный, под водой на глубине 10 метров давление 1 атмосфера или 2 атмосферы?

Правильны могут быть оба ответа, но необходимо уточнять по какой шкале ведется измерение давления.

Для измерения давления используют избыточную и абсолютную шкалы давления.

В избыточной шкале за 0 принято давление атмосферы, давление ниже атмосферного записывается со знаком минус.

В абсолютной шкале за 0 принят абсолютный 0, это давление также называют истинным.

В гидравлике, для решения инженерных задач, как правило, используют избыточную шкалу давления, в пневматике и компрессорной технике достаточно часто используется абсолютное давление.

Что касается основного вопроса нашей статьи, правильными ответами будут:

На глубине 10 метров под водой давление будет примерно равно 1 атмосфере по избыточной шкале измерения или 2 атмосферы по абсолютной шкале.

Давление и глубина всегда взаимосвязаны. Соотношение между ними выявляется через специальную формулу. Давление меняется на разной глубине. О том, как оно высчитывается и что требуется для вычислений мы расскажем дальше.

Глубина погружения

Организм человека в большей степени адаптирован к воздушной среде. В воде он чувствует себя иначе, поскольку она гораздо плотнее воздуха. У некоторых людей возникает тяга к покорению глубины только из-за такого физиологического фактора.

На суше организм испытывает давление в 1 атмосферу, поэтому на каждый квадратный сантиметр приходится всего 1 кг. В результате этого возникает нагрузка около 16 тонн, но она компенсируется внешним давлением, из-за чего человек не ощущает такой тяжести.

Вода тяжелее воздуха, поэтому при погружении эта величина постоянно растет и меняется в зависимости от веса столба воды. Чем ниже погружается человек, тем сильнее поднимается давление воды, на этом основано уже несколько теорий, которые удалось подтвердить.

Получается, что при погружении в толщу повышается плотность жидкости, из-за чего при опускании постоянно увеличивается разница между давлением внутри и снаружи.

На суше существует только атмосферное давление, его показатель статичен: на каждом квадратном сантиметре земли оно составляет 1033 кг. Его испытывают все люди и предметы на поверхности. Несмотря на высокий показатель, человек не чувствует его из-за уравновешивания и распределению по всему телу.

К этому показателю тело приспособлено, поскольку при нем развивались все органы и части тела. Однако, существует еще и давление водяного столба, его называют гидростатическим. Оно указывает на показатель, который демонстрирует уровень жидкость в результате силы тяжести. При погружении тело человека ощущает оба показателя. С помощью гидростатики ученые определяют не только водонепроницаемость и остальные параметры, они изучают гидравлику, законы равновесия и способы их практического применения.

Даже находясь на мелководье, тело человека испытывает гидростатическое и атмосферное давление. Во время ныряния и другого резкого погружения на глубину разница стремительно растет, поскольку плотность среды увеличивается. Так происходит из-за того, что верхние слои всегда оказывают давление на нижние, появляется сдавливающая сила, которая сильнее ощущается на глубоководье.

Насколько зависимы эти показатели?

На глубине погружения в 10 метров давление составляет 1 атмосферу, при превышении дистанции оно медленно увеличивается. Если опуститься на 100 метров, то ощущение появится такое же, как тело испытывает в паровом котле.

При этом создаваемое водой на дне озера давление не всегда соразмерно тому, что рассчитывается изначально. Показатели здесь следующие:

• 10 м — прирост составляет 100%, то есть вместо одной атмосферы появляется две;
• 20 м — показатель составляет лишь 50%;
• 40 м — он достигает уже 25%;
• 60 м — уровень падает до 15–20%.

Каждый погруженный в воду предмет дополнительно испытывает гидростатический прессинг, этот показатель считается избыточным.

Впервые взаимосвязь между глубиной и давлением обнаружили во время изучения того, как организм человека меняется при нахождении на глубине. Этим же объясняется то, что при сильном погружении люди не могут вдохнуть кислород, даже если он подключен.

В этом случае влияет разница между двумя уровнями давления и тем, насколько сильным становится класс прессинга, который влияет на грудную клетку. Поэтому при большом погружении грудная клетка просто разрывается, даже если человек подключен к кислородному баллону.

Как рассчитать давление воды?

Поскольку уровень меняется в зависимости от глубины, его определяют по следующей формуле:

Р = р*g*h, где

• h — уровень глубины погружения в метрах, при этом не учитывают, какой именно объект там находится;
• g — ускорение, возникающее в результате силы тяжести, иногда вместо него за показатель берут силу свободного падения, на поверхности он не меняется и едва превышает 9 единиц;
• р — плотность, которая высчитывается в соотношении килограмм на квадратный метр.

Эта формула появилась в результате формирования закона Паскаля, который определяет показатель давления на жидкость и газ. Выявленная закономерность указывает, что значение прессинга меняется в зависимости от размера водяного столба.

По этой формуле с каждым метром давление увеличивается примерно на 0,1 атмосферу, поэтому при погружении на глубину с каждым метром увеличивается сила воздействия.

На какой глубине давление опасно?

Поскольку каждые 10 метров показатель увеличивается на одну единицу, организм человека выдерживает только определенную глубину. При погружении сердцебиение замедляется примерно на 20%, а при частом нырянии еще больше. Из-за этого в организме снижается уровень потребления кислорода. В такой ситуации организм рефлекторно защищает легкие от попадания воды и повышает давление.

В этот период кровь приливает к жизненно важным органам, чтобы защитить их от высокого давления. Также повышается гемоглобин, чтобы формировались запасы кислорода. Рефлекс появляется даже в том случае, если не нырять, а просто опустить голову в прохладную воду.

Организм пытается предотвратить влияние прессинга, но полностью защититься от него он не может. Уже на глубине 3 м диафрагма неспособна в достаточной мере расширить легкие, чтобы они раскрылись и сделали вдох. У дайверов эта проблема решается тем, что воздух подается под тем же давлением, что и в окружающей среде.

Компенсировать прессинг удается только примерно до 60 метров, на этой глубине давление уже равняется 5 атмосферам. После этого воздух становится еще плотней, поэтому даже при возможности дыхания на этот процесс у человека уходят все силы. В таблице показаны остальные показатели давления и глубина погружения при этом.

Поскольку при погружении прирост давления неодинаковый и снижается он медленно, у человека остается достаточно времени, чтобы подняться повыше. Если этого не сделать, то кислород станет токсичным и вызовет отравление, которое спровоцирует судороги, тошноту, головную боль.

В последнее время мы разбирали решения многих простейших физических задач по разным темам: законы Ньютона, сила трения, свободное падение и т.д. Пришла пора взяться за что-то посложнее. Сегодня решаем задачи по теме «гидростатика». 

За полезными лайфхаками и новостями студенческой жизни добро пожаловать на наш телеграм-канал.

Задачи по гидростатике с решениями

Задача №1 на гидростатику

Условие

B кувшине с водой плавает кусок льда. Как изменится уровень воды в сосуде, когда лед растает? 

Решение

По условию плавания тел:

V – объем погруженной в воду части льда. После таяния льда образуется объем воды:

Как видим, объемы совпадают. Это значит, что при таянии льда его объем будет заменен таким же объемом воды.

Ответ: уровень не изменится.

Задача №2 на гидростатику

Условие

Кочан капусты массой 8 кг и объемом 10 л опускают в воду. Какой объем кочана окажется над водой?

Решение

Кочан плавает на поверхности, на него действуют сила Архимеда и сила тяжести:

Здесь V – объем кочана, погруженный в воду. Чтобы узнать объем кочана над водой, нужно из общего объема вычесть погруженный:

В одном кубическом метре – тысяча литров.

Ответ: 2 литра.

Задача №3 на гидростатику

Условие

Каково давление на дне озера глубиной 5 м? Атмосферное давление принять равным 100 кПа.

Решение

Вспоминаем основное уравнение гидростатики и записываем:

Ответ: 150 кПа.

Задача №4 на гидростатику

Условие

Вес тела в вакууме 2,6Н, в воде 1,6Н. Плотность воды 1000кг/м3. Определите плотность тела.

Решение

Вес – сила, с которой тело действует на опору. В воде вес меньше, так как на тело действует сила Архимеда, которая стремиться «поднять» его. В вакууме вес тела равен силе тяжести.

Ответ: 2600 кг/м3.

Задача №5 на гидростатику

Условие

Гидростатическое давление жидкости увеличилось в 5 раз. Как при этом изменилась высота столба жидкости в сосуде?

Решение

Формула для гидростатического давления:

Так как плотность жидкости и ускорение свободного падения остаются неизменными, можно сделать вывод, что высота столба жидкости увеличилась в пять раз.

Ответ: высота увеличилась в 5 раз.

Кстати! Для наших читателей действует скидка 10% на любой вид работы.

Вопросы по гидростатике

Вопрос 1. Что такое гидростатический парадокс?

Ответ. Гидростатический парадокс – явление, когда вес жидкости в сосуде не совпадает с весовым давлением, которое она оказывает на стенки сосуда. Возникает в сосудах конусообразной формы.

Вопрос 2. Какие есть внесистемные единицы изменения давления:

Ответ. Внесистемные единицы давления:

• миллиметр ртутного столба;
• бар;
• атмосфера.

Вопрос 3. В условиях физических задач часто можно встретить формулировку «нормальные условия». Что этот значить?

Ответ. Это значит, что давление нужно брать равным 101325 Па (или 760 мм рт. ст.), а температуру – 0 градусов Цельсия (или 273 Кельвина).

Вопрос 4. Что такое сообщающиеся сосуды?

Ответ. Сообщающиеся сосуды – это емкости, соединенные между собой. Жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой. Уровень жидкости с одной плотностью в сообщающихся сосудах всегда одинаков. Простейший пример сообщающихся сосудов: обычный чайник. Если мы нальем в него воду, уровень будет одинаковым как в носике, так и в основном объеме. Если же плотности жидкостей разные, то выше будет уровень той, у которой плотность меньше.

Вопрос 5. Что такое гидравлический пресс?

Ответ. Гидравлический пресс – устройство, в основе действия которого лежит закон Паскаля и принцип сообщающихся сосудов. Пресс состоит из двух соединённых и заполненных маслом цилиндров: узкого и широкого. При нажатии на поршень узкого цилиндра, широкий цилиндр получает во столько раз большее давление, во сколько раз площадь большего поршня больше площади меньшего поршня.

Гидростатика: немного теории

Гидростатика – раздел физики, изучающий равновесие жидкостей.

Равновесие жидкостей – очень важный раздел. Например, если вы выпили много пива, просто необходимо, чтобы оно находилось в равновесии. Но шутки в сторону! Какие фундаментальные понятия нужно знать, чтобы решать задачи по гидростатике? 

Давление и плотность

Давление – физическая величина, равная отношению модуля силы, перпендикулярно действующей на поверхность, к площади этой поверхности. 

Давление столба жидкости называют гидростатическим, а измеряется оно в Паскалях. Гидростатическое давление столба жидкости высотой h на дно сосуда рассчитывается по формуле:

Греческое «ро» – плотность жидкости. Плотность измеряется в килограммах на кубический метр и равна отношению массы тела к его объему.

Жидкость – изотропная среда. Это значит, что ее свойства одинаковы в любой ее точке.

Закон Паскаля и основное уравнение гидростатики

Давление, оказываемое на жидкость или газ передается в любую точку этой жидкости одинаково и во всех направлениях.

Это и есть закон Паскаля. Согласно ему, давление жидкости зависит только от плотности жидкости и высоты ее столба. На глубине h жидкость оказывает одинаковое давление как на дно, так и на стенки сосуда.

В данном случае р нулевое – давление столба воздуха (атмосферы), которое действует на жидкость.

В своей другой формулировке основное уравнение гидростатики показывает, что гидростатический напор является постоянной величиной для всего объема неподвижной жидкости. Здесь мы не будем останавливаться на этом понятии, так как оно изучается в курсе гидравлики.

Закон Архимеда и условия плавания тел

Закон Архимеда – еще одна важнейшая часть гидростатики. Он гласит:

На тело, погруженное в газ или жидкость действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (газа) в объеме погруженной части тела. Эта сила называется силой Архимеда.

Тело плавает, если выталкивающая сила Архимеда больше действующей на него силы тяжести. Это же условие можно переписать, используя понятие плотности: тело будет плавать, если плотность жидкости больше, чем плотность тела.

Подробнее о законе Архимеда и фактах из жизни этого выдающегося античного инженера читайте в нашем отдельном материале.

Нужна помощь в решении задач? Обращайтесь в профессиональный студенческий сервис за качественным и быстрым объяснением.