Измерение давления, расхода жидкостей и газов | Единицы измерения | Средства измерения, манометры

 
Мегапаскаль - инфопортал
Мы с Вами с Января 2009 года

Как вы думаете, рыба, плавая в океане, замечает, что вокруг нее вода? А собака ощущает, что ходит по дну воздушного океана? Привычка притупляет наблюдательность. Рыба, которая родилась в воде и провела в ней всю свою жизнь, без сомнения, не замечает воды и не ощущает давления, вызванного ее весом. Так же, как пес, конечно же, не обращает внимания на воздух вокруг себя и не чувствует его давления на свое тело. Мы тоже не заметили бы этого, если только не услышали бы от кого-нибудь или не прочитали в книгах.



Что-то должно произойти, чтобы мы обратили внимание на воздух? Или он начинает быстро двигаться, и ветер дует нам в лицо, или в нем образуется хорошо видимое облако. Но самый наглядный способ убедиться в наличии воздуха — увидеть, как он давит на находящиеся в нем предметы.


Давление воздуха и воды

Возьмите пластмассовый стакан или другой сосуд и полностью погрузите его в воду в ванне. Подождем, пока стакан заполнится водой и перевернем его вверх дном. Медленно начнем вытаскивать его из воды. Смотрите Вода поднимается вместо со стаканом, и уровень ее намного выше, чем уровень воды в ванне. Казалось бы, воду в стакане ничто не под-держивает. Но это, конечно, не так, иначе бы она упала. Что же это за сила, поднимающая воду На несколько сотен километров вверх простирается над нами океан воздуха. Хотя воздух нам кажется совершенно невесомым, он оказывает значительное давление на все предметы на поверхности Земли — около 1 кгс (или 9,8 Н) на каждый квадратный сантиметр. Ваша ванна, конечно, не исключение, воздух давит на поверхность воды в ней так же, как и на все остальное вокруг Когда мы начинаем вытаскивать перевернутый вверх дном стакан, вода в нем стре-мится опуститься под действием силы притяжения Земли. Однако опуститься она не сможет. Почему Чтобы разобраться в этом, представьте, что вода действительно немного опустилась. Что будет в пространстве над штриховой линией А Естественно, воздуха здесь нет, а значит, и его давления тоже. Другими словами, в стакане на уровне А атмосферное давление на поверхность воды не действует. Теперь посмотрим на стрелки В и С. Они показывают, как действует атмосферное давление на поверхность воды в ванне. Воздух давит на воду, она сжата этим воздухом, а значит стремится заполнить образовавшееся пустое пространство. В результате, как только вода начнет выливаться из стакана, давление будет гнать ее обратно в пространство над уровнем А. 



На самом деле вода в стакане никогда не опускается настолько, чтобы это стало заметным, атмосферное давление немедленно возвращает ее обратно в стакан и удерживает там, пока мы вытаскиваем его.



Но если вода удерживается атмосферным давлением в стакане высотой 15 см, будет ли она так же удерживаться в сосуде высотой в 30 см А в 60-сантиметровом 3-метровом 5-метровом Если дома у вас отыщется соответствующая посуда, вы убедитесь, что вода удерживается и в них. Однако есть предел высоты водяного столба, который может быть удержан таким способом. Вода имеет массу намного большую, чем масса воздуха, если сравнивать равные их объемы. Вода в 800 раз тяжелее, чем воздух такого же объема. Вода, как и воздух, давит на находящиеся в ней тела. Оказывается, что на глубине примерно 10 м сила давления воды на квадратный сантиметр становится равной 1 кгс (9,8 Н), что совпадает с нормальным атмосферным давлением. Значит, давление столба воды высотой 10 м (а точнее 10 м 33 см) как раз уравновесит атмосферное давление, которое удерживает воду в сосуде. Таким образом, вы видите, что высота столба воды не может заметно превышать 10 метров.



Представим себе высокий, 15-метровый стакан (вернее— трубу), перевернутый вверх дном, который мы вытаскиваем из воды. Когда закрытая часть стакана достигнет высоты около 10 м над уровнем воды, жидкость в стакане перестанет подниматься. Мы продолжаем поднимать стакан, но вода внутри него стоит на прежнем уровне. При этом в сосуде выше уровня воды образуется пустое простран-ство.



Что случится с водой в сосуде, если атмосферное давление в силу каких-либо причин уменьшится Новое атмосферное давление сможет удерживать уже меньший столб воды, и уровень ее в стакане понизится. А если внешнее давление воздуха  увеличится Оно сможет удерживать высоту столба, большую чем 10 м, и вода в сосуде начнет подниматься.



В сущности, мы с вами разобрали принцип действия прибора — барометра, с помощью которого измеряют атмосферное давление. В нашем случае атмосферное давление уравновешивается столбиком воды определенной высоты. Давление воздуха может быть измерено высотой водяного столба, который он в состоянии удерживать.



Водяной барометр такого типа был изобретен Отто фон Герике несколько столетий назад. В качестве стакана он использовал стеклянную трубу, закрытую на верхнем конце, которую наполнил водой и установил возле своего дома. Труба была опущена в резервуар с водой. Герике поставил барометр так, что уровень в верхней части трубы был виден отовсюду жителям городка, и те могли наблюдать, как поплавок на поверхности воды в трубе, отмечавший ее уровень, поднимался и опускался соответственно с изменениями атмосферного давле-ния. Если поплавок в барометре Герике резко падал, горожане уже знали, что давление воздуха падает, и, скорее всего, близится ненастье. А когда поплавок поднимался в трубе, это означало, что хорошая погода скоро придет в городок.



Почему изменение атмосферного давления означает вероятное изменение погоды Оказывается, теплый влаж,- ный воздух, который обычно приносит пасмурную погоду, легче холодного и сухого — предвестника ясной хорошей погоды. Значит, при ухудшении погоды давление должно падать, а при улучшении — повышаться. Барометр — широко используемый прибор. Правда, труба высотой более 10 м, да еще наполненная водой, очевидно, очень неудобна для применения.



Можно значительно укоротить трубу, если вместо воды использовать ртуть — жидкий металл, который в 13,6 раза тяжелее воды. В ртутном барометре давление, урав-новешивающее атмосферное, создается столбом жидкости высотой всего лишь 1/13,6X10,33 = 76 см. Это, конечно, намного удобнее, чем 10 с лишним метров, поэтому в барометрах вместо воды лучше использовать ртуть. Такой прибор по своей конструкции ничем не отличается от водяного, только он намного меньше, и трубку не обязательно придерживать рукой — она закрепляется в необходимом положении каким-нибудь более удобным способом.



Насосы и дыхание Наверное, вам приходилось накачивать вело-сипедную камеру с помощью насоса Если так, то вы уже знаете, что, нажимая на ручку насоса вниз, человек с усилием загоняет воздух в камеру. А когда он поднимает ручку вверх, насос наполняется атмосферным воздухом, чтобы при следующем движении вниз передать его в камеру.



Но знаете ли вы, что в нашем теле действует механизм, подобный насосу, который работает днем и ночью, во время бодрствования и крепкого сна. Мы имеем в виду легкие, с помощью которых осуществляется дыхание — необходимое условие нашего существования.



Сходство аппарата дыхания с насосом станет яснее, если проделать следующий опыт. Возьмите в рот соломинку для коктейлей и потяните через нее лимонад из бутылки. Жидкость поднимется по соломинке и попадет в рот. Не напоминает ли вам это подъем воды в перевернутом стакане, когда мы его вытаскиваем из ванны Что заставляет лимонад подниматься Наружное давление воздуха толкает его вверх точно так же, как толкало вверх воду в перевернутом стакане. Но лимонад не попал бы в рот через соломинку, если бы давление внутри рта не было меньше наружного атмосферного давления. Как же это достигается В верхней части нашего тела, в грудной клетке, находятся два эластичных воздушных резервуара — легкие. Если увеличить пространство внутри грудной клетки, то воздух в легких займет больший объем и давление его уменьшится. Вследствие этого атмосферный воздух, находящийся под большим давлением, проникнет в легкие через рот или нос. Если во рту у нас соломинка, а конец ее погружен в жидкость, наружное атмосферное давление будет гнать жидкость по соломинке в область пониженного давления, т. е. в рот. В результате вы как бы качаете жидкость в себя насосом.



Как же телу удается увеличить объем грудной клетки Когда происходит вдох, перегородка в брюшной полости (диафрагма) опускается, объем грудной клетки увеличивается и легкие расширяются. Давление воздуха в легких падает, и воздух снаружи, из области с большим давлением проходит внутрь тела.



Увеличение объема грудной клетки происходит также благодаря тому, что грудные мышцы раздвигают ребра При этом свободное пространство опять-таки увеличивается, давление понижается и туда устремляется наружный воздух.



При выдохе происходит обратный процесс. Диафрагма поднимается, а ребра сближаются, что уменьшает объем легких. Давление воздуха внутри них возрастает, и часть воздуха выталкивается наружу через ноздри или рот Понаблюдайте все это на самом себе  Чувствуете, что при дыхании ваш живот колеблется При вдохе он поднимается. Это указывает на то, что диафрагма брюшной полости опускается, увеличивая объем легких. При выдохе происходит сокращение этого пространства. Осуществляется оно опять диафрагмой и грудными мышцами. Воздух в легких сжимается, давление его возрастает, и он стремится выйти из тела.



Ну-ка, вздохните теперь поглубже. Чувствуете, что вместе с животом сильно поднимается и грудная клетка А сколько воздуха можно вдохнуть Это очень просто определить. Возьмем банку и погрузим ее в ванну, перевернув вверх дном. Пусть банка плавает, почти наполненная водой. Просунем в горло банки резиновую трубку. Возьмем другой конец трубки в рот и выдохнем воздух так же, как при обычном дыхании.



Сколько воздуха попало в банку? Это и есть объем дыхания. Повторим опыт, только на этот раз выдохнем настолько глубоко, насколько это возможно. Наверное, вам удастся вытолкнуть всю воду из литровой банки. Можно попробовать повторить измерения, взяв двух - или трехлитровую банку. Интересно, каков максимальный объем вашего выдоха



ЗАДАЧИ

 

1. Есть интересное устройство, которое называется картезианский водолаз. Оно часто демонстрируется в качестве волшебного трюка. Заключается трюк в том, что можно опускать и поднимать плавающую в банке фигурку водолаза по своему желанию. При нажатии пальцем на крышку или гибкую резиновую пленку, закрывающую сосуд, водолаз опускается, а если ослабить нажим, водолаз всплывает. Объясните, почему это происходит.



2 Учитель вскипятил немного воды в чистой жестяной банке, объемом один литр. Затем он выключил плитку, тщательно запаял банку и поставил ее на стол. Спустя некоторое время банка стала прогибаться вовнутрь. Прогиб медленно увеличивался, пока банка совершенно не сплющилась. Как объяснить происшедшее?



САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

1. Попробуйте сделать картезианского водолаза. В качестве водолаза можно использовать обычную медицинскую пипетку, частично наполненную водой. Пустите ее плавать и внимательно изучите ее поведение. Что происходит с водой в пипетке, когда вы надавливаете на резиновую крышку и когда отпускаете ее?

2. Наполните водой длинную резиновую или пластмассовую трубу. Один конец погрузите в воду в ванне, а другой опустите в пустое ведро на полу ванной комнаты. Вода польется из ванны в ведро без всяких усилий с вашей стороны. Такое приспособление называется сифоном. Постарайтесь поднять ведро выше уровня воды в ванне прежде чем оно наполнится доверху. Вы увидите, что в этом случае вода начнет возвращаться из ведра обратно в ванну. Исследуйте это интересное явление и найдите ему объяснение.


О чем здесь написано: вода
Еще больше практической информации, материалов, ответов на вопросы, на форуме megapaskal-club!.
Читайте дополнительно в этом разделе:






/

C 9 мая!
Календарь
Последнее обновление сайта - сегодня -

«    Июль 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Навигация

Тематика

Новые материалы

megapaskal.ru - см. также

Стат-инфо
Комментарии на сайте отключены. Есть ли необходимость установить возможность комментирования (вопросов)

Так как есть нормально
Желательно ввести комментарии к материалам
Крайне важно чтобы была возможность комментирования, чтобы задать вопросы


Показатели


megapaskal.ru

Отвлечемся
Сайт у нас деловой, но нужно и отдыхать иногда :)
--------------------------------
Из всех родственников моей жены больше всего мне нравлюсь я.