От чего зависит давление в жидкости и газе?

Как уже говорилось, давление нас буквально окружает. Оно существует в любом предмете или организме. Достаточно сказать, что на любой предмет или живое существо, находящееся на поверхности Земли, давит давление в 100 кН/м2. Это давление столба воздуха. Люди как-то больше воспринимают визуальную картинку давления, как направленные силы в закрытом объеме. Это справедливо для изолированных сосудов. В открытых емкостях эта картинка - следствие давления столба. Любое давление в жидкости и газе - это результат "поведения" молекул самого материала. Абсолютно справедливо для жидкости, газа и твердого тела утверждение, что давление как физическая величина - это суммарная сила ударов всех молекул о поверхность.

Из курса элементарной физики известно, что формула давления жидкости и газа имеет вид :

Р = &rho-×g×h, [Па]

Рассмотрим откуда такие составляющие. Если взять любой объем жидкости/газа, то определить давление его на площадь можно следующим образом. Давление - это сила, приложенная к площади - F/S. Это понятно любому школьнику. Теперь распишем, что такое сила из второго закона Ньютона - масса тела, умноженная на ускорение (в данном случае - когда рабочее тело в состоянии спокойствия - ускорение свободного падения). В свою очередь, масса - это произведение плотности на объем занимаемый телом. А объем можно разложить как произведение площади на высоту. В формульном виде получаем:

P = F/S = (m×g)/S = (V×&rho-×g)/S = (S×h×&rho-×g)/S = &rho-×g×h

где P - давление, F - сила, S - пдощадь, m - масса, g - ускорение свободного падения, V - объем, &rho- - плотность, h - высота

Па = Н/м2 = (кг×м/с2)/м2 = (м3×кг/м3×м/с2)/м2 = (м2×м×кг/м3×м/с2)/м2 = м×кг/м3×м/с2 = кг/(м×с2)

Приведенные единицы измерения показывают, как образуется Паскаль. Блез Паскаль был известным ученым, в том числе и в области физики. Он автор основного закона, который отвечает на вопрос: "Как найти давление газа или жидкости, если она находится в состоянии покоя?" На основе его опыта был получен один из основных законов физики и гидравлики - давление от тела (жидкости или газа) в любой выбранной точке одинаково по всей поверхности, с которой взаимодействует тело.

Более современная наука - гидравлика имеет на вооружении также закон с его авторством - "Закон постоянства напора". Он гласит, что напор жидкости будет постоянным в любой точке жидкости, при условии ее покоя. Эти основы и положили начало расчетам сложных ныне систем и дали возможность создавать необычные технические решения. В наше время любая система или механизм, работающий с жидкостью или газом, в обязательном порядке просчитывается на непревышение предельно допустимых значений (которые известны из опытов для различных материалов), которые образуют давление в жидкости и газе.

Если рассматривать давление при спокойном состоянии жидкости, то следует говорить о гидростатическоме давлении. Если же речь о динамике, то актуальнее говорить о гидроударе. Гидроудар - это явление, возникающее в емкостях и трубах, вследствие резкого повышения давления в любом месте. Все гидромеханизмы и их элементы просчитываются на предельные статические давления и кратковременные забросы - гидроудары. К примеру, частой причиной выхода из строя водопроводных кранов является именно гидроудар. Большой скачок на линии магистрали может дойти до крана, и он выйдет из строя (полностью или частично).

Любопытно, что хоть жидкость и несжимаема (практически), с одной стороны это улучшает передачу импульса. С другой - если путь будет длинным и на нем будут помехи (к примеру, бытовой фильтр), то гидроудар может полностью загаситься. Изменить давление в жидкости и газе можно и другими факторами. Первое, что исходит из формулы - это изменение высоты расположения емкости. Этот принцип активно использовали в древности различные цивилизации, а также наглядно можно увидеть в селах. Еще оставшиеся со времен СССР водонапорные башни работают именно на этом принципе. В большую емкость под давлением нагнетающего насоса подается вода до определенного уровня. Это регулируется автоматически - поплавком, как в сливном бачке вашего унитаза (при достижении уровня поплавок всплывает, и рычаг перекрывает подачу воды). Далее жидкость течет самоходом, т.к. уровень ее над землей большой, а отверстие маленькое.

Кроме этого, изменить давление можно путем изменения температуры. От нее зависит скорость движения молекул, а значит, и количество ударов. Казалось бы, чем она больше, тем более высоким будет давление в жидкости и газе. Но так ли это? На самом деле нет. Тут дело в свойствах. Вода, например, застывает и увеличивается в объеме, а воздух - уменьшается. Простой пример - у кого есть дачи, знает, что на зиму нужно сливать воду из системы магистрали, чтобы трубы и краны не полопались. Еще пример по поводу воздуха - надуйте воздушный шарик и поместите его в холодильник на 10...15 минут. Когда вы его вытянете, он уменьшится в объеме. Если же его полить горячей водой из чайника, то он быстро раздуется.

Давление - это явление, с которым нам приходится не только жить, но и считаться. Вспомните ныряние на глубину или звуковую волну при сильном громе. Будьте всегда аккуратны и помните, что давление - это движение молекул, а молекулы - это маленькие частички жизни!