Глубина
В однородной покоящейся жидкости давление растёт с глубиной.
Давление в жидкости и газе, вызванное действием силы тяжести
В земных условиях давление в жидкости существует и без поршня: жидкость находится под действием силы тяжести. Верхние слои давят на нижние, те передают давление дальше. Поэтому чем глубже расположен слой, тем больше давление, создаваемое весом жидкости.
В опыте нижний конец стеклянной трубки закрыт резиновой плёнкой. Налитая вода прогибает её; чем выше столб воды, тем больше прогиб. Если трубку погружать в более широкий сосуд с водой, наружная вода давит на плёнку снизу и постепенно выпрямляет её. При равных уровнях жидкости давления с двух сторон одинаковы.
Опыт с плёнкой на боковом отверстии показывает давление на стенки. Жидкость давит не только вниз, но и вбок, и вверх. В сосуде с приставным лёгким дном наружная вода удерживает пластинку давлением снизу. При наливании воды внутрь действие сверху растёт; дно отпадает, когда перестаёт хватать удерживающей разности давлений. Указанное в учебнике совпадение уровней — приближение для очень лёгкой пластинки.
Общий вывод: на одном и том же уровне покоящейся жидкости давление одинаково по всем направлениям; на более глубоких уровнях оно больше. Газы тоже имеют вес и создают соответствующее давление. В небольшом сосуде этот вклад часто мал из-за небольшой плотности газа; в атмосфере его учитывать необходимо.
Рост давления с глубиной важен при ремонте подводных частей судов, прокладке кабелей, разведке полезных ископаемых и исследованиях дна. Акваланг подаёт дыхательный газ под давлением, соответствующим окружающей воде; для больших нагрузок применяют жёсткие защитные конструкции и глубоководные аппараты.
Батисфера — прочная полая камера с иллюминаторами, которую опускают с корабля на тросе. Батискаф способен перемещаться самостоятельно: прочная гондола с экипажем связана с обеспечивающим плавучесть корпусом, двигателями и балластом; для всплытия балласт сбрасывают. В описанном историческом устройстве плавучесть обеспечивала ёмкость с бензином.
Масштаб давления очень велик: в учебных оценках на 100 м столб воды создаёт около 1 МПа, на 1 км — около 10 МПа, у дна Марианской впадины — около 110 МПа. Эти значения показывают, почему глубоководным аппаратам необходим прочный корпус.
Из-за тяжести верхние слои жидкости давят на нижние. С глубиной давление возрастает, а на одной глубине в покоящейся жидкости оно одинаково во всех направлениях. Собственный вес газа также создаёт перепад давления.
Почему давление от тяжести жидкости растёт с глубиной?
Нижние слои удерживают больше жидкости над собой. Увеличение высоты столба при одинаковой плотности и g увеличивает его вес на единицу площади. Для однородной жидкости прирост давления равен ρgh.
Какие опыты показывают одинаковое давление во всех направлениях на одной глубине и его рост с глубиной?
В трубке с плёнкой снизу увеличение высоты воды увеличивает её прогиб. При погружении трубки в такую же жидкость снаружи плёнка выпрямляется, когда уровни совпадают. Боковая плёнка ведёт себя аналогично. Давления на одной глубине уравновешиваются независимо от направления поверхности, а при большем перепаде уровней различаются.
Почему в опыте рисунка 113 дно отпадает?
Снаружи вода давит на съёмное дно вверх, удерживая его. По мере доливания внутрь растёт давление сверху. Когда разность сил уже не удерживает дно против его собственной тяжести, оно отпадает. В упрощении невесомого дна это соответствует одинаковым уровням; для дна конечной массы условие \((p_{\text{снаружи}}-p_{\text{внутри}})S=m_{\text{дна}}g\), поэтому отрыв может начаться немного раньше полного равенства уровней.
Когда можно пренебречь давлением газа от его собственного веса?
В небольшом накачанном мяче, комнатном сосуде или шине перепад давления газа на высоте нескольких сантиметров мал по сравнению с полным давлением. Например, для воздуха 1,3 кг/м³ на высоте 0,1 м перепад около 1,3 Па при g=10. На высотах атмосферы в километры этим эффектом пренебрегать уже нельзя.
Это любопытно…: морские глубины
Задали работу по теме параграфа?
Реферат, доклад или проект по параграфу: план, текст, таблицы и оформление по требованиям.
ВНИМАНИЕ: Представленные фрагменты из учебных материалов используются исключительно в научно-образовательных целях в объеме, оправданном поставленной целью.
Данное использование осуществляется в рамках, установленных законодательством об авторском праве (в частности, нормами о свободном использовании произведения для образовательных целей).
В соответствии с законодательством, автор и источник заимствования указаны для каждого используемого фрагмента.