Étant donné que la force de gravité agit sur un liquide, une substance liquide a un poids. Le poids est la force avec laquelle il appuie sur le support, c'est-à-dire sur le fond du vase dans lequel il est versé. La loi de Pascal dit: la pression sur le fluide est transmise à n'importe quel point de celui-ci, sans changer sa force. Comment calculer la pression d'un liquide sur le fond et les parois d'un récipient ? Nous comprendrons l'article à l'aide d'exemples illustratifs.
Expérience
Imaginons que nous ayons un récipient cylindrique rempli de liquide. Nous désignons la hauteur de la couche de liquide h, la surface du fond du récipient - S et la densité du liquide - ρ. La pression souhaitée est P. Elle est calculée en divisant la force agissant à un angle de 90 ° par rapport à la surface par l'aire de cette surface. Dans notre cas, la surface est le fond du récipient. P=F/S.
La force de la pression du liquide au fond du récipient est le poids. Elle est égale à la force de pression. Notre fluide est stationnaire, donc le poids est égal à la gravité(Fstrand) agissant sur le liquide, et donc la force de pression (F=Fstrength). Fheavy se trouve comme suit: multipliez la masse du liquide (m) par l'accélération de la chute libre (g). La masse peut être trouvée si l'on sait quelle est la densité du liquide et quel est son volume dans le récipient. m=ρ×V. Le récipient a une forme cylindrique, nous trouverons donc son volume en multipliant la surface de base du cylindre par la hauteur de la couche liquide (V=S×h).
Calcul de la pression du liquide au fond de la cuve
Voici les quantités que nous pouvons calculer: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Substituons-les dans la première formule et obtenons l'expression suivante: P=ρ×S×h×g/S. Réduisons l'aire S au numérateur et au dénominateur. Il disparaîtra de la formule, ce qui signifie que la pression au fond ne dépend pas de la superficie du navire. De plus, cela ne dépend pas de la forme du contenant.
La pression créée par un liquide au fond d'un récipient est appelée pression hydrostatique. "Hydro" est "eau" et statique est parce que le fluide est immobile. A l'aide de la formule obtenue après toutes les transformations (P=ρ×h×g), déterminer la pression du liquide au fond de la cuve. On peut voir à partir de l'expression que plus le liquide est dense, plus sa pression sur le fond du récipient est grande. Analysons plus en détail ce que la valeur h.
Pression dans la colonne de liquide
Disons que nous avons augmenté le fond du récipient d'une certaine quantité, ajouté un espace supplémentaire pour le liquide. Si nous plaçons un poisson dans un récipient, la pression sur celui-ci sera-t-elle la même dans le récipient de l'expérience précédente et dans le second, agrandi ? La pression changera-t-elle de ce qui est encore sous le poissony a-t-il de l'eau ? Non, car il y a une certaine couche de liquide sur le dessus, la gravité agit dessus, ce qui signifie que l'eau a un poids. Ce qui est en dessous n'a aucune importance. Par conséquent, nous pouvons trouver la pression dans l'épaisseur même du liquide, et h est la profondeur. Ce n'est pas nécessairement la distance au fond, le fond peut être plus bas.
Imaginons que nous tournions le poisson de 90°, le laissant à la même profondeur. Cela changera-t-il la pression sur elle? Non, car en profondeur c'est pareil dans toutes les directions. Si nous rapprochons un poisson de la paroi du vaisseau, la pression sur celui-ci changera-t-elle s'il reste à la même profondeur ? Non. Dans tous les cas, la pression à la profondeur h sera calculée selon la même formule. Cela signifie que cette formule nous permet de trouver la pression du liquide sur le fond et les parois du récipient à une profondeur h, c'est-à-dire dans l'épaisseur du liquide. Plus c'est profond, plus c'est gros.
Pression dans le récipient incliné
Imaginons que nous ayons un tube d'environ 1 m de long. Nous y versons du liquide afin qu'il soit complètement rempli. Prenons exactement le même tube, rempli à ras bord, et plaçons-le en biais. Les récipients sont identiques et remplis du même liquide. Par conséquent, la masse et le poids du liquide dans les premier et deuxième tubes sont égaux. La pression sera-t-elle la même aux points situés au fond de ces conteneurs ? À première vue, il semble que la pression P1 soit égale à P2, puisque la masse des liquides est la même. Supposons que ce soit le cas et faisons une expérience pour le vérifier.
Connectez les parties inférieures de ces tubes avec un petit tube. Si unnotre hypothèse que P1 =P2 est correcte, le liquide coulera-t-il quelque part ? Non, car ses particules seront affectées par des forces dans la direction opposée, qui se compenseront.
Fixons un entonnoir au sommet du tube incliné. Et sur le tube vertical, nous faisons un trou, y insérons un tube qui se plie. La pression au niveau du trou est plus importante qu'au sommet. Cela signifie que le liquide s'écoulera à travers un tube fin et remplira l'entonnoir. La masse de liquide dans le tube incliné va augmenter, le liquide va s'écouler du tube de gauche vers celui de droite, puis il va monter et circuler en cercle.
Et maintenant, nous allons installer une turbine au-dessus de l'entonnoir, que nous allons connecter à un générateur électrique. Ensuite, ce système produira de l'électricité par lui-même, sans aucune intervention. Elle travaillera sans arrêt. Il semblerait que ce soit la "machine à mouvement perpétuel". Cependant, dès le XIXe siècle, l'Académie française des sciences refuse d'accepter de tels projets. La loi de conservation de l'énergie dit qu'il est impossible de créer une "machine à mouvement perpétuel". Donc, notre hypothèse que P1 =P2 est fausse. En fait P1< P2. Comment, alors, calculer la pression du liquide sur le fond et les parois du récipient dans un tube situé à un angle ?
Hauteur de la colonne de liquide et pression
Pour le savoir, faisons l'expérience de pensée suivante. Prenez un récipient rempli de liquide. Nous y plaçons deux tubes demaille métallique. Nous placerons l'un verticalement et l'autre - obliquement, de sorte que son extrémité inférieure soit à la même profondeur que le bas du premier tube. Puisque les récipients sont à la même profondeur h, la pression du liquide sur le fond et les parois du récipient sera également la même.
Maintenant, fermez tous les trous dans les tubes. Du fait qu'ils sont devenus solides, la pression dans leurs parties inférieures va-t-elle changer ? Non. Bien que la pression soit la même et que les récipients soient de taille égale, la masse de liquide dans un tube vertical est moindre. La profondeur à laquelle se trouve le fond du tube s'appelle la hauteur de la colonne de liquide. Donnons une définition à cette notion: c'est la distance mesurée verticalement de la surface libre à un point donné du liquide. Dans notre exemple, la hauteur de la colonne de liquide est la même, donc la pression est la même. Dans l'expérience précédente, la hauteur de la colonne de liquide dans le tube de droite est supérieure à celle de gauche. Par conséquent, la pression P1 est inférieure à P2.
