Практическая работа №17 Определение гидростатического давления.
Задание 1. Письменно ответьте на вопросы
1. Как вы понимаете свойство жидкости – текучесть?
2. От чего зависит вязкость жидкости?
3. Жидкость находится под давлением. Что это означает?
4. Чем отличается плотность от удельного веса?
5. Какое давление называется вакуумметрическим?
6. В каких случаях возникает избыточное давление?
7. Какие приборы применяют для измерения атмосферного давления?
8. Почему атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба?
9. В чем состоит физический смысл основного уравнения гидростатики?
10. В каких единицах измеряется давление в системе измерения СИ?
11. Если давление отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют (абсолютным)
12. Если давление отсчитывают от относительного нуля, то его называют: (избыточным)
13. Если давление ниже относительного нуля, то его называют (давление воздуха)
14. Какое давление обычно показывает манометр? (избыточное)
15. Чему равно атмосферное давление при нормальных условиях?
16. Что определяет давление?
Задание 2. Напишите конспект по теме:
Приборы для измерения давления
В технике для измерения давления широко применяют манометры, вакуумметры, пьезометры.
1. Пьезометр
Простейшим прибором является пьезометр — открытая, обычно стеклянная трубка (рис. 1).
Чтобы избежать влияния на результаты измерения капиллярных сил, диаметр таких трубок должен быть не менее 8—10 мм.
Рисунок 1. Определение давления с помощью пьезометра:
а — выше атмосферного; б — ниже атмосферного;
1 — емкость;
2 — пьезометрическая трубка
При рх> р2 (т.е. давление в аппарате выше атмосферного) и равновесии давление р' справа и слева от точки А должно быть равным (рис.а).
Тогда давление на точку А со стороны сосуда и со стороны трубки соответственно равно:
p/ = p1 + ρgz1; p/ = p2 + ρgz2
Отсюда получаем давление р:
р1 = p2 + ρg(z2 – z1)
причем величина рg(z2 — z1) характеризует избыточное по отношению к атмосферному давление в емкости 1 (над жидкостью).
Величину z2 называют пьезометрической высотой, отвечающей избыточному давлению в точке А, или просто пьезометрической высотой, а трубку 2 — пьезометром.
Если рх < р2 (т.е. давление в аппарате ниже атмосферного), то давление в точке А (рис., б) можно также замерить с помощью трубки, которую в этом случае называют обратным пьезометром или, чаще, вакуумметром, представляющим собой трубку 2.
Давление в точке А со стороны жидкости в аппарате и со стороны жидкости в трубке 2 соответственно:
p/ = p1 + ρgz1; p/ = p2 + ρgz2
Откуда р1 = p2 + ρg(z2 – z1)
причем в данном случае z2 < z1 и выражение рg(z2 — z1) будет иметь отрицательный знак
2. Жидкостные манометры обычно представляют собой изогнутые U-образные стеклянные трубки диаметром 10-15 мм, присоединяемые одним концом к точке, где требуется измерить давление, второй конец остается открытым (рис. 2). Очевидно, что жидкость только тогда будет в равновесии, когда вследствие разности уровней в сосудах возникает противодавление ρgh, уравновешивающее разность давлений р2 – р1. Из условия равновесия следует р2 = p1 + ρg h
где h – разность уровней жидкости в сообщающихся сосудах;
ρ – плотность жидкости;
g – ускорение свободного падения.
На плоском щите позади трубок обычно монтируется шкала, по которой возможно измерить высоту поднятия жидкости под действием давления. Такие манометры применяются для измерения небольших давлений – от 1 до 10 кПа. Для измерения больших давлений потребовались бы слишком высокие пьезометрические трубки. Так, для измерения давления 0,15 Мпа (1,5 атм) необходима трубка высотой 15 м. Для измерения таких давлений в жидкостные манометры заливают более тяжелые жидкости, например, ртуть; высота h в этом случае будет в 13,6 раза меньше. Для измерения ещё больших давлений (или глубокого вакуума) применяют пружинные манометры.
Задание 3. Решите задачи
Задача 1. Давление воздуха по ртутному барометру равно 770 мм при 0°С. Выразить это давление в барах и паскалях.
Задача 2. Определить избыточное давление на глубине 4 м.
Задача 3. Определить давление бензина на дно цистерны, если высота столба бензина 2,4 м, а его плотность 710 кг/м3
Задача 4. Гидростатическое давление жидкости увеличилось в 5 раз. Как при этом изменилась высота столба жидкости в сосуде?
Задача 5. Вертикально стоящая бочка высотой 1,2м наполовину наполнена керосином. Какое давление оказывает керосин на дно бочки? Атмосферное давление не учитывается. Дано:
Задача 6. В цилиндрическую мензурку налиты ртуть и вода в равных по массе количествах. Общая высота двух слоев жидкости равна 29,2 см. Найдите высоту каждой жидкости и давление на дно мензурки. Плотность ртути ρ = 1,36 • 104 кг/м3, воды ρв = 1 • 10 3 кг/м3.
Задача 7. Рыба камбала находится на глубине 1200 м и имеет площадь поверхности 560 см2. С какой силой она сдавливается водой
Методические указания к решению:
Задача 1. Какая жидкость находится в сосуде, если столб высотой 0,3 м оказывает давление 5400 Па ?
Задача 2. Плотность спирта 800 кг/м3. Какова будет высота столба спирта при давлении 2,4 кПа?
Задача 3. Вес тела в вакууме 2,6Н, в воде 1,6Н. Плотность воды 1000кг/м3. Определите плотность тела.
Решение
Вес – сила, с которой тело действует на опору. В воде вес меньше, так как на тело действует сила Архимеда, которая стремиться «поднять» его. В вакууме вес тела равен силе тяжести.
Рв вакууме – Рв воде = FA
FA =2,6 - 1,6 =1
mg = Рв вакууме = 2,6
Задача 4. Плотность воды 1000 кг/м3. Какова будет высота столба воды при давлении 132 кПа? Атмосферное давление принять равным 100 кПа.
Задача 5. В сосуд налита вода. Определить давление, которое испытывает стенка сосуда в точке М, находящейся на глубине h=0,5 м.
Дано:
h=0,5 м.
р-?
Решение. Давление на стенку в точке М со стороны жидкости равно p = p0+ρgh.
Давление, приложенное к стенке снаружи, равно атмосферному и поэтому результирующее давление pрез, которое будет испытывать стенка, найдется по формуле
pрез = p0 + ρgh – pо = ρg h = 1000·9,8·0,5 = 4900 Па
(в данном случае p0 = pа , т.е давление на поверхности жидкости равно атмосферному).