Давление воды давление воздуха: Что есть давление? | Измеркон

Гидростатическое давление. Движение. Теплота

Гидростатическое давление

Закон Паскаля справедлив для жидкостей и газов. Однако он не учитывает одного важного обстоятельства – существования веса.

В земных условиях этого нельзя забывать. Весит и вода. Поэтому понятно, что две площадки, находящиеся на разной глубине под водой, будут испытывать разные давления. Чему же равно это различие? Выделим мысленно внутри жидкости прямой цилиндр с горизонтальными донышками. Вода, находящаяся внутри него, давит на окружающую воду. Полная сила этого давления равна весу mg жидкости в цилиндре (рис. 76). Эта полная сила складывается из сил, действующих на основания цилиндра и на его боковую поверхность. Но силы, действующие на противоположные стороны боковой поверхности, равны по величине и противоположны по направлению. Поэтому сумма всех сил, действующих на боковую поверхность, равна нулю. Значит, вес mg будет равен разности сил F₂ ? F₁.

Если высота цилиндра равна h, площадь основания S и плотность жидкости ?, то вместо mg можно написать ?ghS. Этой величине равна разность сил. Для того чтобы получить разность давлений, надо разделить вес на площадь S. Разность давлений оказывается равной ?gh.

В соответствии с законом Паскаля давление на разно ориентированные, но находящиеся на одной глубине площадки будет одинаково. Значит, в двух точках жидкости, расположенных одна над другой на высоте h, разность давлений будет равна весу столба жидкости, сечение которого равно единице, а высота h:

Давление воды, обусловленное ее тяжестью, называют гидростатическим.

В земных условиях на свободную поверхность жидкости чаще всего давит воздух. Давление воздуха называют атмосферным. Давление на глубине складывается из атмосферного и гидростатического.

Чтобы подсчитать силу давления воды, нужно знать только размер площадки, на которую она давит, и высоту столба жидкости над ней.

Все остальное в силу закона Паскаля не играет роли.

Это может показаться удивительным. Неужели сила, действующая на одинаковые донышки (рис. 77) двух изображенных сосудов, одинакова? Ведь в левом много больше воды. Несмотря на это силы, действующие на дно, в обоих случаях равны ?ghS. Это больше веса воды в правом сосуде и меньше веса воды в левом сосуде. В левом сосуде боковые стенки берут на себя вес «лишней» воды, а в правом, напротив, добавляют к весу воды силы реакции. Это интересное обстоятельство называют иногда гидростатическим парадоксом.

Если два сосуда разной формы, но с одинаковыми уровнями воды в них соединить трубкой, то вода не будет переходить из одного сосуда в другой. Такой переход мог бы произойти в том случае, если бы давления в сосудах различались. Но этого нет, и в сообщающихся сосудах независимо от их формы жидкость всегда будет находиться на одном уровне.

Напротив, если уровни воды в сообщающихся сосудах различны, то вода начнет перемещаться, и уровни сравняются.

Давление воды много больше давления воздуха. На глубине 10 м вода давит на 1 см² с дополнительной к атмосферному давлению силой в 1 кГ. На глубине в километр – с силой в 100 кГ на 1 см².

Океан в некоторых местах имеет глубину более 10 км. Силы давления воды на таких глубинах исключительно велики. Куски дерева, опущенные на глубину 5 км, уплотняются этим огромным давлением настолько, что после такого «крещения» тонут в бочке с водой, как кирпичи.

Это огромное давление создает большие препятствия исследователям жизни моря. Глубоководные спуски производятся в стальных шарах – так называемых батисферах, или батискафах, которым приходится выдерживать давления выше 1 тонны на 1 см

2.

Подводные же лодки могут опускаться лишь на глубину 100–200 м.

Световое давление

Световое давление Самый юный проект рассматриваемой категории предлагает воспользоваться для межпланетных перелетов давлением световых лучей. Лицам, мало знакомым с физикой, должно казаться невероятным, чтобы нежные, невесомые лучи света могли оказывать давление на

К главе VIII 6. Давление внутри пушечного ядра

К главе VIII 6. Давление внутри пушечного ядра Для читателей, которые пожелали бы проверить расчеты, упомянутые на стр. 65-й, приводим здесь эти несложные вычисления.Для расчетов нам придется пользоваться лишь двумя формулами ускоренного движения, именно:1) Скорость v в конце

П. Н. Лебедев открывает давление света

П. Н. Лебедев открывает давление света Против энергетического направления в физике выступали русские ученые — Д. И. Менделеев, П. Н. Лебедев и другие.Петр Николаевич Лебедев (1866—1912), много сил отдавший изучению свойств света, отвергал энергетическое направление. Его

VIII.

Давление

VIII. Давление Гидравлический пресс Гидравлический пресс – это старинная машина, но она сохранила свое значение до наших дней.Посмотрите на рис. 75, изображающий гидравлический пресс. В закрытом сосуде с водой могут ходить два поршня – маленький и большой. Если надавить

Давление атмосферы

Давление атмосферы Мы живем на дне воздушного океана – атмосферы. Каждое тело, любая песчинка, любой предмет, находящийся на Земле, подвержен давлению воздуха.Атмосферное давление не такое маленькое. На каждый квадратный сантиметр поверхности тела действует сила около 1

Атмосферное давление и погода

Атмосферное давление и погода Колебания давления от погоды имеют очень нерегулярный характер. Когда-то думали, что только одно давление и определяет погоду. Поэтому на барометрах еще и до сих пор ставятся надписи: ясно, сухо, дождь, буря. Встречается даже надпись:

Давление в миллионы атмосфер

Давление в миллионы атмосфер С большими давлениями, приходящимися на маленькие площадки, мы сталкиваемся каждодневно. Прикинем, например, каково давление, приходящееся на конец иглы. Положим, что кончик иглы или гвоздя имеет линейный размер 0,1 мм. Это значит, что площадь

Давление небоскреба

Давление небоскреба Высочайшая в Европе башня – Эйфелева в Париже – хотя и сооружена целиком из железа, весит много меньше, чем прославленные американские небоскребы. Причина та, что башня Эйфеля сквозная, ажурная, между тем как небоскребы – сплошные, массивные. Можно

Давление ветра

Давление ветра Когда ветер, т. е. движущийся поток воздуха, встречает преграду, он оказывает на нее давление большее, чем 1 кг на квадратный сантиметр. Давление воздуха на эту преграду спереди и сзади в таких случаях не уравновешивается, и избыток давления со стороны ветра

Атмосферное давление в опытах с водой

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Артеменко И.К. 1

---

1Филиал МБОУ «Лицей № 11 г. Челябинска», 4В класс

Коляченко Е.Г. 1

---

1Филиал МБОУ «Лицей № 11 г. Челябинска», 4В класс

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Актуальность изучения темы атмосферного давления заключается в том, что оно проявляет себя в самых необычных его свойствах. Если задуматься, над нами, над горами, над лесами, над широкими морями, — над всей Землёй лежит огромный воздушный океан – невидимая многокилометровая толща.  Мы живём на дне воздушного океана. Но никто этого не замечает. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление.

Явление атмосферного давления широко распространено в окружающей нас среде и играет большую роль в самых разнообразных процессах.

Объясняя это явление, мы приоткрываем тайну удивительного и важного ФИЗИЧЕСКОГО явления.

Казалось бы, «атмосферное давление» — какое страшное слово, не всем знакомы его проявления и свойства. Однако, если хорошо изучить данный термин, можно с легкостью понять и объяснить те или иные процессы. Об этом мне и хотелось бы Вам сегодня рассказать.

Гипотеза: Действительно ли при различных обстоятельствах вода ведет себя по-разному из-за влияния атмосферного давления.

Цель: Изучить и наглядно представить влияние атмосферного давления на положение жидкости в определенной емкости.

Задачи:

изучить теорию и основные понятия «давления», его свойства;

узнать о значимости давления в природе, быту и влияние его на окружающую среду;

провести ряд опытов, связанных с изучением давления;

обобщить изученный материал и сделать выводы.

Общие сведения об атмосферном давлении, его свойства

Мы живём в мире самых удивительных явлений природы. Мы сталкиваемся с ними каждый день, не задумываясь о сущности. Разумный человек должен понимать суть этих явлений. Эти знания дают нам ответы на многие вопросы в повседневной жизни и в решении научно-технических задач.

Воздух окружает Землю шаровым слоем – это огромный воздушный океан, на дне которого мы живём. Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (от греческого атмос — пар, воздух и сфера— шар), она простирается на высоту одной тысячи километров.

 

Масса атмосферы огромна — более миллиарда тонн.

В состав атмосферы входят различные газы, но в основном в ней находятся азот (78%) и кислород (21%).

Атмосфера условно разделена на слои, каждый из этих слоев оказывает давление на Землю. Вследствие действия силы тяжести верхние слои воздуха, подобно воде океана, сжимают нижние слои. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление. 

Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате атмосфера своим весом давит на все тела, находящиеся на Земле.

Мы тоже находимся на Земле, значит, атмосфера давит на нас, причём давит со всех сторон. Ученым опытным путем удалось установить, что на каждый квадратный сантиметр человеческого тела воздействует атмосферное давление весом 1,033 килограмма, то есть, действует сила 10 Ньютонов. На среднего по размерам человека, атмосфера давит с силой 150 килоньютонов или 15 тонн! 

Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному. Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются. 

Изучение атмосферного давления опытным путем

Существованием атмосферного давления могут быть объяснены многие явления, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. Для этого я провел ряд занимательных опытов.

Опыт №1: Почему вода не выливается из перевернутой бутылки

Для проведения данного опыта мне понадобилась бутылка и емкость в виде пологой тарелки, ну и конечно же вода (см. приложение А рис.1).

Последовательность действий была такова:

1. Я набрал воду в бутылку, оставляя ее ненаполненной доверху.

2. Далее наливаем немного воды в посуду.

3. Переворачиваем бутылку с водой так, чтобы горлышко касалось поверхности воды.

Наблюдаем интересное явление: вода не вытекает из бутылки в тарелку. С чем это связано?

Объясняется это следующим образом: Вода не выливается из опрокинутой вверх дном и опущенной горлышком в воду бутылки, так как давление столба воды внутри бутылки уравновешивается атмосферным давлением на открытую поверхность воды.

Опыт №2: Почему вода не наливается в бутылку

Почему воронка с запечатанным пластилином горлышком «отказывается» пропускать воду?

Последовательность действий:

1. Вставляем в каждую бутылку по воронке.

2. У одной из бутылок залепим горлышко пластилином так, чтобы пластилин не пропускал воздух.

3. В первую бутылку наливаем воду.

4. Наливаем воду во вторую бутылку, горлышко которой залеплено пластилином.

Наблюдаем: из воронки протечёт несколько капель воды, а потом вода и вовсе перестанет капать (см. приложение А рис.2).

Вопрос: волшебная ли эта воронка, или же все же чудеса атмосферного давления?

В первую бутылку вода течёт свободно, тем самым вымещая из неё воздух, который будет выходить через щели между бутылкой и воронкой.

В запечатанной бутылке тоже имеется воздух, который имеет своё давление. Вода, оказавшаяся в воронке тоже обладает неким давлением, которое возникает благодаря силе тяжести, тянущей её вниз. Однако давление в бутылке превышает силу тяжести воды в воронке, тем самым как бы не даёт воде пройти в бутылку.

Если бы мы создали некий «вакуум» между воронкой и горлышком бутылки, вода не капала бы вообще.

Опыт №3: Почему вода не выливается из бутылки через отверстия

Почему вода в открытой бутылке пропускает воду сквозь дырки, а в случае с закрытой бутылкой – нет?

Последовательность действий:

1. Наливаем в бутылку воды

2. Закрываем её и делаем отверстия по ободку бутылки

3. Открывая бутылку, вода начинает вытекать сквозь эти самые отверстия

4. В противном случае, если бутылку закрыть крышкой, вода вытекать не будет

В чём же хитрость данного явления?

Когда наша бутылка не закрыта, атмосфера как бы «выдавливает» воду из бутылки, это давление больше давления нашей жидкости. В случае с закрытой крышкой на воду будет действовать исключительно давление воздуха, находящегося в бутылке. Оно мало и поэтому его не хватит, чтобы «выдавить» воду из отверстий в бутылке (см. приложение А рис.3).

Роль атмосферного давления в природе, быту и влияние его на окружающую среду

Существование атмосферы делает возможным жизнь на Земле, оказывает значительное влияние на ее природу. Атмосфера защищает все живое на Земле от разрушительных действия ультрафиолетовых лучей, от быстрого нагревания лучами Солнца и остывания. Атмосфера надежная защита нашей планеты от метеоритов. Не будь ее, они сыпались бы на Землю как дождь.Пока метеориты летят через атмосферу, они встречают сопротивление воздуха, раскаляются и сгорают.

Роль атмосферного давления в жизни живых организмов очень велика. Многие органы действуют за счёт атмосферного давления.

На существовании атмосферного давления основан механизм вдоха и выдоха (см. приложение Б рис. 1).  Когда объем грудной клетки увеличивается, в легких создается область пониженного давления, и атмосферный воздух через рот, нос входит в легкие, — происходит вдох. При выдохе уменьшается объем грудной клетки, при этом давление воздуха в легких возрастает и воздух выходит.

Мы, наверное, никогда не задумывались над тем, как мы пьём. При питье мы

«втягиваем» жидкость в себя. Почему же жидкость устремляется к нам в рот? При питье мы расширяем грудную клетку и тем разряжаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает к нам в рот.

Перенесение организма на другой высотный уровень вызывает расстройство его функций. Человек, попадая в пространство, где давление значительно ниже атмосферного, например, на высокие горы или при взлёте или посадки самолёта, нередко испытывает боль в ушах и даже во всём теле. Наружное давление быстро уменьшается, воздух находящийся внутри нас, начинает расширяться, производит давление на различные органы и вызывает боль.

Примеры использования в медицине — это пипетки, медицинские банки, шприцы.

Простейшее устройство, использующее в своей работе атмосферное давление, — медицинский шприц (см. приложение Б рис.2). Он состоит из прозрачного цилиндра, внутри которого ходит поршень. Когда нам нужно набрать в шприц лекарственный раствор, мы начинаем поднимать поршень. Воздух между дном и поршнем разрежается. И за счёт разницы давлений внутри шприца и наружного атмосферного давления жидкость будет подниматься вверх, пока не заполнит свободное пространство. Так же поднимается жидкость в пипетке.

Примеры из жизни животных: спрут, пиявки, мухи (присоски), копыта жвачных животных, хобот у слона.

Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давле­ние удерживает присоску на стекле.

Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить — он опускает хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Примеры использования в быту: приборы – барометры (см. приложение Б рис.3), поилка для птиц, доильные аппараты, велосипедный насос, фонтаны, детские игрушки на присосках, мыльницы на присосках.

Воздушный насос, которым мы накачиваем мяч или автомобильную шину, использует в своей работе сжатый воздух (см. приложение Б рис. 4). Простейший воздушный насос похож на шприц. Конечно, его цилиндр и поршень отличается от аналогичных частей шприца размерами и материалом, из которого они изготовлены. Кроме того, такой насос имеет в корпусе 2 отверстия. Одно предназначено для забора воздуха, а в другое вставлен резиновый шланг с ниппелем на конце. Воздух попадает в корпус, когда поршень движется вверх. Опускаясь, поршень сжимает воздух и выталкивает его через ниппель в шину или мяч.

Заключение

В результате проделанных мною опытов я понял, что изучением подобных явлений занимается такая наука, как физика. С помощью неё обусловливаются многие окружающие меня процессы.

Имеющихся в моем багаже знаний пока катастрофически не хватает, чтобы изучить вопрос глубже, но я хочу получить достаточное количество знаний, чтобы продолжить в дальнейшем изучение физических явлений.

В соответствии с задачами, поставленными во введении, были выполнены исследования и опыты, позволившие сделать следующие выводы:

Подтвердили экспериментально, что атмосферное давление существует.

В жидкостях и газах давление во все стороны передаётся одинаково (опыт № 3).

Атмосферное давление имеет силу. Опытным путём я доказал, что с помощью изменения силы давления можно изменять положение жидкости в различных ёмкостях.

Вследствие полученных в ходе работы результатов следует, что выдвинутая мной гипотеза верна: вода действительно ведет себя по-разному из-за влияния атмосферного давления.

Таким образом, поставленные в работе задачи полностью выполнены, и работа представляет собой законченное исследование, в результате которого была достигнута основная цель – изучено и наглядно представлено влияние атмосферного давления на положение жидкости в определенной емкости.

Каждому школьнику советую изучить данную тему, чтобы знать, чем объясняется большое количество интересных явлений, с которыми мы сталкиваемся в природе и в жизни.

Наглядно самим провести опыты, представленные мною в работе, чтобы увидеть явление атмосферного давления.

Список литературы

Как выйти сухим из воды? Забавные опыты с водой/ С.В. Болушевский, В.Г. Зарапин, А.О. Караваева – Москва: Эксмо, 2016.

Большая книга научных опытов для школьников/ С.В. Болушевский, В.Г. Зарапин, М.А. Яковлева. – Москва: Эксмо, 2014.

Занимательная физика/ Я.И. Перельман. – Москва: «АСТ», 2017.

«Физика-7” под.ред А.А. Пинского, В.А. Разумовского Москва «Просвещение” 2002. «Физическая смекалка. Занимательные задачи и опыты по физике для детей”. Москва «Омега” 1994.

http://www.radostmoya.ru. Сайт телеканала «Радость моя». Проект «Академия занимательных наук. Физика»

http://class-fizika.ru Сайт класс!ная физика.

Приложение А

Рис. 1. Опыт №1: Почему вода не выливается из перевернутой бутылки

Приложение А

Рис. 2. Опыт №2: Почему вода не наливается в бутылку

Приложение А

Рис. 3. Опыт №3: Почему вода не выливается из бутылки через отверстия

Приложение Б

Рис. 1. Дыхание человека.

Рис. 2. Медецинский шприц.

Рис. 3. Барометр.

Рис. 4. Воздушный насос.

Просмотров работы: 1861

Узнать определение, факты и применение

Обзор давления воздуха

Все во Вселенной состоит из материи, и мы знаем, что вся материя имеет вес. Воздух также состоит из вещества. Значит ли это, что воздух тоже имеет вес? Если да, то почему мы этого не чувствуем? Как нас не раздавит воздух?

Воздух окружает нас все время, куда бы мы ни шли и что бы ни делали. Хотя мы не можем чувствовать воздух вокруг себя, он всегда здесь и воздействует на нас. Эта сила, с которой воздух воздействует на все, известна как давление воздуха. Земля окутана толстым слоем газов, известным как атмосфера, которая оказывает давление воздуха. В этой статье мы ответим на вопросы о том, что такое атмосферное давление, какое атмосферное давление на уровне воды, какое атмосферное давление под водой и т. д.

Какое давление воздуха на уровне воды?

Так как атмосфера обернута вокруг земли и молекулы воздуха в ней давит на поверхность в виде давления воздуха. Давление самое высокое, когда вы находитесь ближе к поверхности земли. По мере того, как вы поднимаетесь выше к атмосфере, она уменьшается.

Атмосферное давление на уровне воды (также известном как уровень моря) составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, где фунты на квадратный дюйм означают фунты на квадратный дюйм. Таким образом, на каждый квадратный дюйм поверхности земли атмосфера давит 14,7 фунта. Это давление является прямым результатом гравитационной силы Земли. Очень простое объяснение состоит в том, что гравитация притягивает молекулы воздуха к поверхности земли, заставляя их отягощаться на поверхности.

Давление воздуха увеличивается при движении вверх

Давление воздуха в воде 

Что произойдет с давлением воздуха, если вы погрузитесь в воду? Давление воздуха на воду не влияет? Или давление воздуха увеличивает вес молекул воды?

Одна единица атмосферного давления (14,7 фунта на квадратный дюйм) представляет собой количество веса, которое участок воды глубиной 10,3 м оказывает на тело, находящееся под водой. Но атмосфера также оказывает давление на каждый квадратный дюйм поверхности земли, включая воду, так какое же давление оказывается на погруженное тело?

 

На тело, погруженное в воду на глубину 10,3 м, действует 2 атмосферы. (1 атмосфера воды плюс 1 атмосфера воздуха). В воде атмосферное давление тем больше, чем глубже уходит тело. Вот почему подводные лодки имеют специальные герметичные конструкции, которые позволяют им плавать глубоко под водой. Именно поэтому глубоководным ныряльщикам нужны специальные костюмы, а выживших после кораблекрушения необходимо помещать в герметичные камеры после спасения.

 

Подводные лодки должны иметь специальные конструкции, чтобы выдерживать высокое давление 

Использование давления воздуха 

Давление воздуха выполняет множество функций. Вот некоторые из функций атмосферного давления:

• Простейшее использование атмосферного давления — в самолетах или подводных лодках, поскольку они оба существуют в районах с экстремальными условиями давления.

• Используется для предсказания погоды.

• Давление воздуха работает при накачивании шин, а также при употреблении напитков через соломинку.

• Также используется при игре на духовых инструментах.

Интересные факты об атмосферном давлении

• Прибор, используемый для измерения атмосферного давления, известен как барометр.

• Показания атмосферного давления также можно использовать для прогнозирования стихийных бедствий, таких как торнадо.

• Одна единица давления воздуха равна 14,7 фунтов на квадратный дюйм, также называется 1 атм (1 атмосфера).

• Вода под атмосферным давлением существует в жидком состоянии, если не происходят изменения температуры. При 100⁰C он кипит с образованием пара (газа), а при 0⁰C замерзает с образованием льда (твердого).

• Если давление зависит от температуры, гравитации и высоты.

• Атмосферное давление обычно самое высокое, когда воздух теплый и сухой.

Резюме

Молекулы воздуха окружают нас повсюду, и все они имеют вес. Атмосфера, состоящая из воздуха, обволакивает землю и давит на поверхность. В этой статье мы узнали, что атмосферное давление относится к давлению, оказываемому атмосферой на поверхность земли. Мы также обнаружили несколько интересных фактов о атмосферном давлении, например, давление воздуха на уровне поверхности составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, и оно уменьшается по мере подъема на высоту.

Мы также узнали, что в воде вес молекул воды добавляется к давлению воздуха, оказываемому атмосферой, поэтому чем глубже вы погружаетесь под воду, тем больше увеличивается давление. Давление воздуха также имеет множество применений, например, при создании самолетов и подводных лодок, а также в простых вещах, таких как накачивание шин и использование соломинок.

Дата последнего обновления: 30 июня 2023

•

Всего просмотров: 78.3k

•

Просмотров сегодня: 0.26k

Недавно обновленные страницы

Виды транспорта для детей

Фамилии и имена родственников для детей

Флаги стран — английский Чтение теперь весело!

Вулкан для детей. Интересные факты о вулкане для детей

Солнечная система Земля Луна Солнце. Затмения и их виды

Дети

Флаги стран — Чтение на английском теперь весело!

Вулкан для детей — Интересные факты о вулкане для детей

Солнечная система Земля Луна Солнце — Затмения и их типы

Узнайте об общении — неотъемлемая часть жизни

Давление | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Title

Pressure

NGSS Performance Expectations

HS-PS1-3 Спланируйте и проведите исследование, чтобы собрать доказательства для сравнения структуры веществ в объемном масштабе, чтобы сделать вывод о силе электрических сил. между частицами.

Тело

Сила и давление

В глубинах океана давление намного больше, чем на поверхности моря. Давление описывает величину силы, воздействующей на объект. Гидростатическое давление – это давление от веса воды, давящей на погруженные объекты ( гидро – означает «вода» и – статическое означает «в состоянии покоя»). Пловец, ныряющий на дно бассейна, может почувствовать изменение давления в ушах. Атмосферное давление — давление из-за веса воздуха.

Рис. 9.10. ( A ) сила, действующая на вашу руку со стороны книги, отличается от ( B ) давления книги, когда ее кладут на карандаш.

Изображение Байрона Иноуэ

Пассажир, летящий в самолете, может почувствовать хлопки в ушах из-за более низкого атмосферного давления в ушах. Давление связано с силой. Разница между силой и давлением показана на рис. 9..10. Если вытянуть ладонь ладонью вверх и положить на нее тяжелую книгу, боль не ощущается, и она легко поддерживает книгу. Однако, если положить карандаш на ладонь ластиком вниз, а книгу положить поверх карандаша, это будет неудобно. Представьте, что было бы, если бы кончик карандаша упирался в ладонь, а на конец ластика клали бы книгу!

---

 

Сила — это вес любого объекта, а давление — это сила, приходящаяся на единицу площади. Давление рассчитывается путем деления величины силы на площадь поверхности, на которую она воздействует.

Это уравнение можно использовать для сравнения силы книги с давлением книги на острие карандаша (рис. 9.10).

Средний учебник весит около 2,25 кг (5 фунтов) и имеет площадь поверхности около 480 см ² . Следовательно, книга, лежащая на вашей руке, испытывает давление около 0,0046 кг/см ² . Та же книга на кончике карандаша с площадью поверхности около 0,00001 см ² , имеет давление 225 000 кг/см ² !

В каждом случае на ладонь давит одинаковая сила, равная весу книги. Когда книга ложится на ладонь, давление распределяется по всей поверхности руки. Но когда книга лежит на карандаше, его сила прикладывается к области ладони размером с ластик, увеличивая давление на эту область примерно в 200 раз. Если бы острие карандаша уперлось в ладонь, а на ней была бы книга, давление могло бы быть в 4000 раз больше, чем давление одной только книги.

 

Атмосферное давление

И вода, и воздух оказывают давление. Большинство людей не знают о атмосферном давлении. Знакомый пример — пить через соломинку. Поскольку давление во рту снижается за счет всасывания воздуха через соломинку, повышенное давление воздуха на жидкость выталкивает ее вверх по соломинке, чтобы сбалансировать их. Землю окружает слой воздуха толщиной более 550 км. Гравитация притягивает воздух к земле. Плотность в воздушном слое постепенно увеличивается от наименее плотной на внешнем краю атмосферы до наиболее плотной у поверхности земли. Один атмосферы (атм) — среднее давление на земную поверхность, измеренное на уровне моря.

1 атм = среднее давление атмосферного слоя (на уровне моря)

В верхнем слое атмосферы толщина давящего слоя воздуха уменьшается, а вместе с ним и атмосферное давление. Но ниже уровня моря, например в заполненной воздухом шахте, атмосферное давление возрастает до более чем 1 атм. Люди приспособлены к жизни в среднем при 1 атм. Мы чувствительны к изменениям давления. Люди могут чувствовать изменения давления в воздушных пространствах в ушах, когда они летят в самолете, ездят вверх и вниз по горной дороге или поднимаются и спускаются в лифте в высотном здании.

 

Гидростатическое давление

Морская вода примерно в 800 раз плотнее воздуха. Столб морской воды высотой 10 метров оказывает такое же давление, как и весь 550-километровый слой воздуха над ним. Гидростатическое давление морской воды также может быть измерено в атмосферных единицах:

1 атм = давление морской воды на глубине 10 м

 

 

Рис. 9.11. В результате повышенного давления легкие (розовые) слегка сжимаются при перемещении фридайвера от поверхности океана (давление 1 атм) до 10 м (давление 2 атм).

Изображение Байрона Иноуэ

Общее давление на подводном объекте может быть выражено с помощью атмосферы в качестве единицы давления. Например, рыба на глубине 10 м под поверхностью моря находится под давлением 2 атм — 1 атм от воды над ней и 1 атм от воздуха над водой. Если рыба плывет на 20 м, возможно, спасаясь от хищника, она находится под давлением 3 атм. Даже если рыба прыгает в воздух у поверхности воды, она все равно находится под давлением воздуха над ней в 1 атм. Точно так же фридайвер испытывает на поверхности океана давление в 1 атм. На глубине 10 метров фридайвер испытывает давление в 2 атм. Из-за повышенного давления легкие (розовые на рис. 9.11) слегка сжать, когда фридайвер погружается в воду.

 

Из-за давления жизнь в океане отличается от жизни на суше. Давление воздуха очень мало меняется при вертикальном движении; давление воды меняется быстро. Если бы кто-то спустился по лестнице в здании с третьего этажа на уровень земли, на расстояние по вертикали около 10 м, атмосферное давление, оказываемое на них, было бы практически таким же. Но если бы кто-то нырнул с поверхности океана на глубину 10 м, атмосферное давление, оказываемое на них, удвоилось бы с 1 до 2 атм. Если нырнуть на 20 м, то давление 3 атм.

Упражнение

Смоделируйте воздействие давления на тело фридайвера с помощью системы шприцев.

 

 

Давление и объем газа

Закон Бойля — это прогностическое утверждение, описывающее влияние давления на объем газа (рис. 9.13). Этот закон гласит:

Если температура газа не меняется, его объем уменьшается с увеличением давления; и наоборот, при уменьшении давления его объем увеличивается.

 

 

Рис. 9.13. Закон Бойля показывает, что ( A ) при увеличении объема давление уменьшается и ( B ) при уменьшении объема давление увеличивается.

Изображение предоставлено колледжем OpenStax, адаптировано из Wikimedia Commons, изменено Narrissa Spies

Рис. 9.14. Диаграмма объема воздуха в трубе на глубине 0 м и 10 м. На высоте 10 м воздух сжимается до половины своего объема из-за удвоения давления.

Изображение Байрона Иноуэ

---

Закон Бойля можно применить к трубке, открытой с одного конца и заполненной с поверхности 1 л воздуха. Когда трубку опускают в воду отверстием вниз, воздух задерживается внутри восходящим давлением окружающей воды. На глубине 10 м давление воды равно 2 атм, что вдвое превышает давление на поверхности. Гидростатическое давление на высоте 10 м сжимает воздух внутри трубы до 0,5 л, что составляет половину его первоначального объема. Воздух сжимается в трубке до тех пор, пока давление воздуха внутри трубки не сравняется с давлением воды снаружи трубки. Так, на высоте 10 м давление воздуха внутри трубы равно 2 атм (рис. 9)..14).

 

Давление и ныряние

Как и в случае с воздушным пространством в трубке, давление воды влияет на легкие и другие наполненные воздухом пространства нашего тела. К этим заполненным воздухом пространствам относятся среднее ухо, сообщающееся евстахиевой трубой с глоткой, и носовые пазухи, сообщающиеся с носовым ходом (рис. 9.15).

 

Изображение

Подпись к изображению

Рис. 9.15. Воздушные полости головы включают среднее ухо, евстахиеву трубу, носовые пазухи и горло. Эти области реагируют на изменение давления.

Правообладатель иллюстрации и источник

Изображение Byron Inouye

---

 

По мере погружения дайверы быстро ощущают эффект увеличения давления, поскольку воздух в теле сжимается. Давление на нежные мембраны ушей и носовых пазух может вызывать ощущения, которые дайверы называют «сдавливанием». Барабанная перепонка между средним ухом и наружным ухом особенно чувствительна к изменениям давления. Чтобы избежать боли и повреждения барабанных перепонок, дайверы должны уравнять давление воды снаружи и давление воздуха внутри горла и ушей. Для этого они зевают, с силой сглатывают, шевелят челюстью или зажимают нос и тихонько дуют. Это открывает евстахиеву трубу и пропускает воздух из горла в среднее ухо. Ощущения, которые испытывают дайверы, когда «прочищают уши», похожи на хлопки, которые ощущает человек, когда поднимается в гору или взлетает в самолете.

Баротравма ( баро — относится к давлению, — травма к травме) повреждения вызваны перепадами давления.