एक हवा से भरे, सीलबंद सिलेंडर की कल्पना करें जिसके ऊपर पिस्टन लगा हो। यदि आप पिस्टन पर दबाव डालना शुरू करते हैं, तो सिलेंडर में हवा की मात्रा कम होने लगेगी, हवा के अणु एक दूसरे से और पिस्टन के साथ अधिक से अधिक तीव्रता से टकराएंगे, और पिस्टन पर संपीड़ित हवा का दबाव बढ़ जाएगा।
यदि पिस्टन को अब अचानक छोड़ दिया जाता है, तो संपीड़ित हवा इसे तेजी से ऊपर धकेल देगी। ऐसा इसलिए होगा क्योंकि पिस्टन के एक स्थिर क्षेत्र के साथ, संपीड़ित हवा की तरफ से पिस्टन पर कार्य करने वाला बल बढ़ जाएगा। पिस्टन का क्षेत्र अपरिवर्तित रहा, लेकिन गैस के अणुओं से बल बढ़ता गया, और दबाव उसी के अनुसार बढ़ता गया।
या एक और उदाहरण। एक आदमी जमीन पर खड़ा है, दोनों पैरों के साथ खड़ा है। इस स्थिति में व्यक्ति सहज होता है, उसे किसी प्रकार की असुविधा का अनुभव नहीं होता है। लेकिन क्या होगा अगर यह व्यक्ति एक पैर पर खड़ा होने का फैसला करे? वह अपने एक पैर को घुटने पर मोड़ेगा, और अब वह केवल एक पैर के साथ जमीन पर आराम करेगा। इस स्थिति में, एक व्यक्ति को कुछ असुविधा महसूस होगी, क्योंकि पैर पर दबाव लगभग 2 गुना बढ़ गया है। क्यों? क्योंकि जिस क्षेत्र से होकर गुरुत्वाकर्षण बल अब किसी व्यक्ति को जमीन पर धकेलता है वह 2 गुना कम हो गया है। यहां एक उदाहरण दिया गया है कि दबाव क्या है और इसे रोजमर्रा की जिंदगी में कितनी आसानी से पहचाना जा सकता है।
भौतिकी के दृष्टिकोण से, दबाव एक भौतिक मात्रा है जो संख्यात्मक रूप से दी गई सतह के प्रति इकाई क्षेत्र में सतह पर लंबवत कार्य करने वाले बल के बराबर है। इसलिए, सतह पर एक निश्चित बिंदु पर दबाव निर्धारित करने के लिए, सतह पर लागू बल के सामान्य घटक को छोटे सतह तत्व के क्षेत्र से विभाजित किया जाता है जिस पर यह बल कार्य करता है। और पूरे क्षेत्र पर औसत दबाव निर्धारित करने के लिए, सतह पर अभिनय करने वाले बल के सामान्य घटक को इस सतह के कुल क्षेत्रफल से विभाजित किया जाना चाहिए।
दबाव को पास्कल (Pa) में मापा जाता है। दबाव माप की इस इकाई को इसका नाम फ्रांसीसी गणितज्ञ, भौतिक विज्ञानी और लेखक ब्लेज़ पास्कल के सम्मान में मिला, जो हाइड्रोस्टैटिक्स के मौलिक कानून के लेखक हैं - पास्कल का नियम, जिसमें कहा गया है कि तरल या गैस पर दबाव बिना किसी बदलाव के किसी भी बिंदु पर प्रेषित होता है। चहुँ ओर। वैज्ञानिक की मृत्यु के तीन सदियों बाद, इकाइयों पर डिक्री के अनुसार, पहली बार दबाव "पास्कल" की इकाई को 1961 में फ्रांस में प्रचलन में लाया गया था।
एक पास्कल एक न्यूटन के बल के कारण होने वाले दबाव के बराबर होता है, जो समान रूप से वितरित होता है, और एक वर्ग मीटर की सतह पर लंबवत निर्देशित होता है।
पास्कल में, न केवल यांत्रिक दबाव (यांत्रिक तनाव) को मापा जाता है, बल्कि लोचदार मापांक, यंग का मापांक, बल्क मापांक, उपज बिंदु, आनुपातिक सीमा, तन्य शक्ति, कतरनी प्रतिरोध, ध्वनि दबाव और आसमाटिक दबाव भी मापा जाता है। परंपरागत रूप से, यह पास्कल में है कि एक प्रतिरोधी सामग्री में सामग्री की सबसे महत्वपूर्ण यांत्रिक विशेषताओं को व्यक्त किया जाता है।
तकनीकी वातावरण (पर), भौतिक (एटीएम), किलोग्राम-बल प्रति वर्ग सेंटीमीटर (kgf / cm2)
पास्कल के अलावा, अन्य (ऑफ-सिस्टम) इकाइयों का उपयोग दबाव को मापने के लिए भी किया जाता है। इन इकाइयों में से एक "वायुमंडल" (पर) है। एक वायुमंडल में दबाव विश्व महासागर के स्तर पर पृथ्वी की सतह पर वायुमंडलीय दबाव के लगभग बराबर होता है। आज, "वातावरण" को एक तकनीकी वातावरण (पर) के रूप में समझा जाता है।
तकनीकी वातावरण (पर) एक किलोग्राम-बल (kgf) द्वारा निर्मित दबाव है, जो समान रूप से एक वर्ग सेंटीमीटर के क्षेत्र में वितरित किया जाता है। और एक किलोग्राम-बल, बदले में, 9.80665 m / s2 के बराबर गुरुत्वाकर्षण त्वरण की शर्तों के तहत एक किलोग्राम के द्रव्यमान वाले शरीर पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर है। इस प्रकार एक किलोग्राम बल 9.80665 न्यूटन के बराबर होता है, और 1 वायुमंडल 98066.5 Pa के बराबर होता है। 1 पर = 98066.5 पा।
वायुमंडल में, उदाहरण के लिए, ऑटोमोबाइल टायरों में दबाव मापा जाता है, उदाहरण के लिए, यात्री बस GAZ-2217 के टायरों में अनुशंसित दबाव 3 वायुमंडल है।
एक "भौतिक वातावरण" (एटीएम) भी है, जिसे पारा स्तंभ के आधार पर 760 मिमी की ऊंचाई के दबाव के रूप में परिभाषित किया गया है, जबकि पारा का घनत्व 0 डिग्री सेल्सियस और उससे कम तापमान पर 13,595.04 किग्रा / एम 3 है। गुरुत्वाकर्षण त्वरण की स्थिति 9, 80665 m / s2 के बराबर है। तो यह पता चला है कि 1 एटीएम = 1.033233 = 101 325 पा पर।
प्रति वर्ग सेंटीमीटर किलोग्राम-बल (kgf / cm2) के लिए, दबाव की यह गैर-प्रणालीगत इकाई अच्छी सटीकता के साथ सामान्य वायुमंडलीय दबाव के बराबर होती है, जो कभी-कभी विभिन्न प्रभावों का आकलन करने के लिए सुविधाजनक होती है।
ऑफ-सिस्टम यूनिट "बार" लगभग एक वातावरण के बराबर है, लेकिन अधिक सटीक है - ठीक 100,000 Pa। SGS सिस्टम में 1 बार 1,000,000 dyne/cm2 के बराबर होता है। पहले, "बार" नाम अब "बेरियम" नामक इकाई द्वारा ले जाया जाता था और 0.1 पा के बराबर या सीजीएस सिस्टम में 1 बेरियम = 1 डीआईएन / सेमी 2। शब्द "बार", "बेरियम" और "बैरोमीटर" एक ही ग्रीक शब्द "भारीपन" से आते हैं।
अक्सर मौसम विज्ञान में वायुमंडलीय दबाव को मापने के लिए 0.001 बार के बराबर इकाई एमबार (मिलीबार) का उपयोग किया जाता है। और उन ग्रहों पर दबाव मापने के लिए जहां वायुमंडल बहुत दुर्लभ है - μbar (माइक्रोबार), 0.000001 बार के बराबर। तकनीकी मैनोमीटर पर, पैमाने को अक्सर बार में स्नातक किया जाता है।
पारा का मिलीमीटर (mmHg), पानी का मिलीमीटर (mmHg)
माप की ऑफ-सिस्टम इकाई "पारा का मिलीमीटर" १०१३२५/७६० = १३३.३२२३६८४ पा के बराबर है। इसे "मिमी एचजी" नामित किया गया है, लेकिन कभी-कभी इसे "टॉर" नामित किया जाता है - इतालवी भौतिक विज्ञानी, गैलीलियो के छात्र, इवेंजेलिस्टा टोरिसेली, वायुमंडलीय दबाव की अवधारणा के लेखक के सम्मान में।
बैरोमीटर के साथ वायुमंडलीय दबाव को मापने के सुविधाजनक तरीके के संबंध में इकाई का गठन किया गया था, जिसमें पारा स्तंभ वायुमंडलीय दबाव के प्रभाव में संतुलन में है। पारा का उच्च घनत्व लगभग 13,600 किग्रा / एम 3 है और कमरे के तापमान पर कम संतृप्त वाष्प दबाव है, इसलिए एक समय में पारा को बैरोमीटर के लिए चुना गया था।
समुद्र के स्तर पर, वायुमंडलीय दबाव लगभग 760 मिमी एचजी है, और यह वह मान है जिसे अब सामान्य वायुमंडलीय दबाव 101325 पा या एक भौतिक वातावरण, 1 एटीएम के बराबर माना जाता है। यानी 1 मिलीमीटर पारा 101325/760 पास्कल के बराबर होता है।
पारा के मिलीमीटर में, दवा, मौसम विज्ञान और विमानन नेविगेशन में दबाव मापा जाता है। चिकित्सा में, रक्तचाप को एमएमएचजी में मापा जाता है, वैक्यूम तकनीक में, इसे एमएमएचजी में बार के साथ स्नातक किया जाता है। कभी-कभी वे केवल 25 माइक्रोन भी लिखते हैं, जिसका अर्थ है पारा स्तंभ के माइक्रोन, जब निकासी की बात आती है, और दबाव माप वैक्यूम गेज के साथ किया जाता है।
कुछ मामलों में, मिलीमीटर पानी का उपयोग किया जाता है, और फिर 13.59 मिमी पानी का स्तंभ = 1 मिमी एचजी। कभी-कभी यह अधिक समीचीन और सुविधाजनक होता है। पानी के स्तंभ का एक मिलीमीटर, पारा स्तंभ के मिलीमीटर की तरह, एक ऑफ-सिस्टम इकाई है, जो पानी के स्तंभ के 1 मिमी के हाइड्रोस्टेटिक दबाव के बराबर है, जिसे यह स्तंभ एक स्तंभ पानी के तापमान पर एक सपाट आधार पर डालता है। 4 डिग्री सेल्सियस
स्की पर खड़ा व्यक्ति ढीली बर्फ में क्यों नहीं गिरता? चौड़े टायर वाली कार में नियमित टायर वाली कार की तुलना में अधिक प्लवनशीलता क्यों होती है? ट्रैक्टर को कैटरपिलर की आवश्यकता क्यों होती है? हम दबाव नामक भौतिक मात्रा से परिचित होकर इन प्रश्नों के उत्तर जानेंगे।
ठोस दबाव
जब कोई बल शरीर के एक बिंदु पर नहीं, बल्कि कई बिंदुओं पर लगाया जाता है, तो यह शरीर की सतह पर कार्य करता है। इस मामले में, वे उस दबाव के बारे में बात करते हैं जो यह बल एक ठोस की सतह पर बनाता है।
भौतिकी में, दबाव एक भौतिक मात्रा है जो संख्यात्मक रूप से इस सतह के क्षेत्रफल के लिए लंबवत सतह पर कार्य करने वाले बल के अनुपात के बराबर है।
पी = एफ / एस ,
कहाँ पे आर - दबाव; एफ - सतह पर अभिनय करने वाला बल; एस - सतह क्षेत्र।
तो, दबाव तब होता है जब एक बल सतह पर लंबवत कार्य करता है। दबाव का परिमाण इस बल के परिमाण पर निर्भर करता है, और इसके सीधे आनुपातिक होता है। जितना अधिक बल, उतना अधिक दबाव यह प्रति इकाई क्षेत्र बनाता है। हाथी बाघ से भारी होता है, इसलिए वह सतह पर अधिक दबाव डालता है। एक कार सड़क पर पैदल चलने वाले की तुलना में अधिक बल के साथ दबती है।
एक कठोर पिंड का दबाव उस सतह क्षेत्र के व्युत्क्रमानुपाती होता है जिस पर बल कार्य करता है।
हर कोई जानता है कि गहरी बर्फ में चलना मुश्किल है क्योंकि आपके पैर लगातार गिरते हैं। लेकिन स्की पर इसे करना काफी आसान है। बात यह है कि दोनों ही मामलों में एक व्यक्ति एक ही बल के साथ बर्फ पर कार्य करता है - गुरुत्वाकर्षण बल। लेकिन यह बल विभिन्न क्षेत्रों के साथ सतहों पर वितरित किया जाता है। चूंकि स्की का सतह क्षेत्र जूते के तलवों के क्षेत्र से बड़ा है, इस मामले में एक व्यक्ति का वजन एक बड़े क्षेत्र में वितरित किया जाता है। और प्रति इकाई क्षेत्रफल पर लगने वाला बल कई गुना छोटा होता है। इसलिए स्की पर खड़ा व्यक्ति बर्फ को कम बल से दबाता है और उसमें नहीं गिरता।
सतह क्षेत्र को बदलकर, आप दबाव की मात्रा को बढ़ा या घटा सकते हैं।
हाइक पर जाते समय, हम कंधे पर दबाव को कम करने के लिए चौड़े कंधे की पट्टियों वाले बैकपैक का चुनाव करते हैं।
जमीन पर भवन के दबाव को कम करने के लिए नींव का क्षेत्रफल बढ़ाया जाता है।
ट्रक के टायरों को यात्री कार के टायरों की तुलना में चौड़ा बनाया जाता है ताकि वे जमीन पर कम दबाव डालें। इसी कारण से, ट्रैक्टर या टैंक कैटरपिलर ट्रैक पर बनाया जाता है, न कि पहिए वाले ट्रैक पर।
चाकू, ब्लेड, कैंची, सुइयों को तेजी से तेज किया जाता है ताकि उनके पास काटने या छेदने वाले हिस्से का सबसे छोटा संभव क्षेत्र हो। और फिर एक छोटे से लागू बल की मदद से भी बहुत अधिक दबाव बनाया जाता है।
इसी कारण से प्रकृति ने जानवरों को नुकीले दांत, नुकीले, पंजे दिए हैं।
दबाव - अदिश... ठोस में, यह बल की क्रिया की दिशा में संचरित होता है।
बल की माप की इकाई न्यूटन है। क्षेत्र के लिए माप की इकाई एम 2 है। इसलिए, दबाव के लिए माप की इकाई एन / एम 2 है। SI की इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में इस मान को कहा जाता है पास्कल (पा या रा)। इसका नाम फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी ब्लेज़ पास्कल के सम्मान में मिला। 1 पास्कल का दबाव 1 मीटर 2 की सतह पर 1 न्यूटन के बल का कारण बनता है।
1 पा = 1n / m2 .
अन्य प्रणालियाँ बार, वायुमंडल, mmHg जैसी इकाइयों का उपयोग करती हैं। कला। (पारा का मिलीमीटर), आदि।
तरल पदार्थों में दबाव
यदि एक ठोस शरीर में दबाव बल की क्रिया की दिशा में स्थानांतरित किया जाता है, तो तरल और गैसों में, पास्कल के नियम के अनुसार, " किसी तरल या गैस पर लगाया गया कोई भी दबाव सभी दिशाओं में अपरिवर्तित रहता है ».
तरल के साथ एक सिलेंडर के रूप में एक संकीर्ण ट्यूब से जुड़े छोटे छिद्रों के साथ एक गेंद भरें। गेंद को तरल से भरें, पिस्टन को ट्यूब में डालें और इसे हिलाना शुरू करें। पिस्टन तरल की सतह के खिलाफ दबाता है। यह दबाव द्रव के प्रत्येक बिंदु पर संचारित होता है। गेंद के छिद्रों से द्रव निकलने लगता है।
गुब्बारे को धुएँ से भरने पर हमें वही परिणाम दिखाई देगा। इसका अर्थ है कि गैसों में दाब भी सभी दिशाओं में संचारित होता है।
एक तरल, पृथ्वी की सतह पर किसी भी पिंड की तरह, गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित होता है। कंटेनर में तरल की प्रत्येक परत अपने वजन के साथ दबाव बनाती है।
इसकी पुष्टि निम्नलिखित अनुभव से होती है।
यदि पानी को कांच के बर्तन में डाला जाता है, जिसके निचले हिस्से में रबर की फिल्म होती है, तो फिल्म पानी के वजन के नीचे झुक जाएगी। और जितना पानी होगा, फिल्म उतनी ही झुकेगी। यदि हम धीरे-धीरे इस बर्तन को पानी के साथ दूसरे कंटेनर में भी डुबोते हैं, जिसमें पानी भी भरा होता है, तो जैसे-जैसे यह नीचे आता जाएगा, फिल्म सीधी होती जाएगी। और जब बर्तन और कंटेनर में पानी का स्तर बराबर हो जाएगा, तो फिल्म पूरी तरह से सीधी हो जाएगी।
समान स्तर पर द्रव में दाब समान होता है। लेकिन बढ़ती गहराई के साथ, यह बढ़ता है, क्योंकि ऊपरी परतों के अणु निचली परतों के अणुओं पर दबाव डालते हैं। और वे, बदले में, और भी नीचे स्थित परतों के अणुओं पर दबाव डालते हैं। इसलिए, टैंक के सबसे निचले बिंदु पर, दबाव सबसे अधिक होगा।
गहराई पर दबाव सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:
पी = जी एच ,
कहाँ पे पी - दबाव (पीए);
ρ - तरल का घनत्व (किलो / मी ३);
जी - गुरुत्वाकर्षण का त्वरण (9.81 m / s);
एच - तरल स्तंभ की ऊंचाई (एम)।
सूत्र से पता चलता है कि गहराई के साथ दबाव बढ़ता है। पानी के नीचे का वाहन समुद्र में जितना नीचे उतरेगा, वह उतना ही अधिक दबाव का अनुभव करेगा।
वायुमंडलीय दबाव
इवेंजेलिस्टा टोरिसेली
कौन जानता है, अगर 1638 में ड्यूक ऑफ टस्कनी ने फ्लोरेंस के बगीचों को सुंदर फव्वारों से सजाने का फैसला नहीं किया होता, तो वायुमंडलीय दबाव 17 वीं शताब्दी में नहीं, बल्कि बहुत बाद में खोजा गया होता। हम कह सकते हैं कि यह खोज संयोग से हुई थी।
उन दिनों, यह माना जाता था कि पंप पिस्टन के पीछे पानी उठेगा, क्योंकि, जैसा कि अरस्तू ने तर्क दिया था, "प्रकृति एक निर्वात से घृणा करती है।" हालांकि, इस आयोजन को सफलता नहीं मिली। फव्वारे में पानी वास्तव में बढ़ गया, गठित "शून्य" को भर दिया, लेकिन 10.3 मीटर की ऊंचाई पर यह रुक गया।
उन्होंने मदद के लिए गैलीलियो गैलीली की ओर रुख किया। चूँकि उन्हें कोई तार्किक व्याख्या नहीं मिली, इसलिए उन्होंने अपने छात्रों को निर्देश दिया - इवेंजेलिस्टा टोरिसेलीतथा विन्सेन्ज़ो विवियनपरीक्षण करें।
विफलता का कारण खोजने की कोशिश करते हुए, गैलीलियो के छात्रों ने पाया कि पंप के पीछे अलग-अलग तरल पदार्थ अलग-अलग ऊंचाई तक बढ़ते हैं। तरल जितना सघन होगा, वह उतना ही नीचे उठ सकता है। चूंकि पारा का घनत्व पानी के घनत्व से 13 गुना अधिक है, इसलिए यह 13 गुना कम की ऊंचाई तक बढ़ सकता है। इसलिए अपने अनुभव में उन्होंने पारे का प्रयोग किया।
1644 में प्रयोग किया गया था। कांच की नली पारे से भरी हुई थी। फिर उसे पारे से भरे कंटेनर में फेंक दिया गया। कुछ समय बाद नली में पारा का स्तंभ ऊपर उठा। लेकिन उसने पूरा पाइप नहीं भरा। पारे के स्तंभ के ऊपर एक खाली जगह थी। इसे बाद में "टॉरिकेल वॉयड" कहा गया। लेकिन पारा ट्यूब से बाहर कंटेनर में भी नहीं डाला गया था। टोरिसेली ने इसे इस तथ्य से समझाया कि पारा दबाता है वायुमंडलीय हवाऔर इसे ट्यूब में रखता है। और नली में पारे के स्तंभ की ऊँचाई इस दाब के परिमाण को दर्शाती है। इस तरह पहली बार वायुमंडलीय दबाव मापा गया।
पृथ्वी का वायुमंडल उसका वायु कवच है, जो उसके पास गुरुत्वाकर्षण आकर्षण द्वारा धारण किया जाता है। इस खोल को बनाने वाली गैसों के अणु लगातार और अव्यवस्थित रूप से चलते हैं। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में, वायुमंडल की ऊपरी परतें निचली परतों पर दबाव डालती हैं, उन्हें संकुचित करती हैं। सबसे संकुचित सबसे निचली परत है, जो पृथ्वी की सतह पर स्थित है। इसलिए इसमें प्रेशर सबसे ज्यादा होता है। पास्कल के नियम के अनुसार, वह इस दबाव को सभी दिशाओं में प्रसारित करता है। यह पृथ्वी की सतह पर मौजूद हर चीज से अनुभव किया जाता है। इस दबाव को कहा जाता है वायु - दाब .
चूंकि वायुमंडलीय दबाव हवा की ऊपरी परतों द्वारा निर्मित होता है, यह ऊंचाई बढ़ने के साथ घटता जाता है। यह ज्ञात है कि यह पहाड़ों की तलहटी की तुलना में पहाड़ों में कम ऊँचा होता है। और गहरे भूमिगत यह सतह की तुलना में बहुत अधिक है।
सामान्य वायुमंडलीय दबाव को 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 760 मिमी की ऊंचाई वाले पारा के स्तंभ के दबाव के बराबर दबाव माना जाता है।
वायुमंडलीय दबाव का मापन
चूँकि वायुमंडलीय वायु का घनत्व भिन्न-भिन्न ऊँचाइयों पर होता है, वायुमंडलीय दाब का मान सूत्र द्वारा निर्धारित नहीं किया जा सकता हैपी = ρ · जी · एच ... इसलिए, यह विशेष उपकरणों का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है जिन्हें कहा जाता है वायुदाबमापी .
तरल बैरोमीटर और एरोइड्स (गैर-तरल) के बीच भेद। तरल बैरोमीटर का संचालन वायुमंडलीय दबाव में तरल स्तर के स्तंभ में परिवर्तन पर आधारित है।
एनरॉइड नालीदार धातु से बना एक सीलबंद कंटेनर है, जिसके अंदर एक वैक्यूम बनाया जाता है। वायुमंडलीय दबाव बढ़ने पर कंटेनर सिकुड़ जाता है और गिरने पर सीधा हो जाता है। इन सभी परिवर्तनों को एक स्प्रिंग वाली धातु की प्लेट का उपयोग करके तीर में प्रेषित किया जाता है। तीर का अंत पैमाने के साथ चलता है।
बैरोमीटर रीडिंग को बदलकर आप अनुमान लगा सकते हैं कि आने वाले दिनों में मौसम कैसे बदलेगा। अगर वायुमंडलीय दबाव बढ़ता है, तो साफ मौसम की उम्मीद की जा सकती है। और अगर यह नीचे जाता है, तो बादल छाए रहेंगे।
स्की पर एक आदमी, और उनके बिना।
एक व्यक्ति बड़ी मुश्किल से ढीली बर्फ से चलता है, हर कदम पर गहराई से डूबता है। लेकिन, स्की पहनकर, वह लगभग बिना गिरे ही चल सकता है। क्यों? स्की पर या बिना स्की के, एक व्यक्ति बर्फ पर अपने वजन के बराबर बल के साथ कार्य करता है। हालांकि, दोनों मामलों में इस बल की क्रिया अलग है, क्योंकि जिस सतह क्षेत्र पर व्यक्ति दबाता है वह स्की के साथ और बिना अलग होता है। स्की का सतह क्षेत्र एकमात्र के क्षेत्रफल का लगभग 20 गुना है। इसलिए, स्की पर खड़े होने पर, एक व्यक्ति बर्फ की सतह के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर पर बिना स्की के बर्फ पर खड़े होने की तुलना में 20 गुना कम बल के साथ कार्य करता है।
छात्र, बटन के साथ अखबार को बोर्ड पर पिन करता है, प्रत्येक बटन पर समान बल के साथ कार्य करता है। हालांकि, एक तेज सिरे वाला बटन पेड़ में फिट होना आसान बनाता है।
इसका मतलब यह है कि बल की कार्रवाई का परिणाम न केवल उसके मापांक, दिशा और आवेदन के बिंदु पर निर्भर करता है, बल्कि उस सतह के क्षेत्र पर भी निर्भर करता है जिस पर इसे लागू किया जाता है (जिस पर यह कार्य करता है)।
इस निष्कर्ष की पुष्टि भौतिक प्रयोगों से होती है।
अनुभव किसी दिए गए बल का प्रभाव सतह क्षेत्र की एक इकाई पर कार्य करने वाले बल पर निर्भर करता है।
एक छोटे बोर्ड के कोनों पर, आपको नाखूनों में गाड़ी चलाने की जरूरत है। सबसे पहले, बोर्ड में लगे कीलों को पॉइंट अप के साथ रेत पर सेट करें और बोर्ड पर एक भार डालें। इस मामले में, नाखून के सिर को केवल रेत में थोड़ा दबाया जाता है। फिर बोर्ड को पलट दें और कीलों को किनारे पर रख दें। इस मामले में, समर्थन क्षेत्र छोटा होता है, और उसी बल की कार्रवाई के तहत नाखून रेत में गहराई तक जाते हैं।
एक अनुभव। दूसरा दृष्टांत।
इस बल की क्रिया का परिणाम इस बात पर निर्भर करता है कि सतह क्षेत्र की प्रत्येक इकाई पर कौन सा बल कार्य करता है।
विचार किए गए उदाहरणों में, बलों ने शरीर की सतह के लंबवत कार्य किया। व्यक्ति का वजन बर्फ की सतह के लंबवत था; बटन पर अभिनय करने वाला बल बोर्ड की सतह के लंबवत होता है।
सतह से इस सतह के क्षेत्रफल के लंबवत कार्य करने वाले बल के अनुपात के बराबर मात्रा को दबाव कहा जाता है.
दबाव निर्धारित करने के लिए, सतह पर लंबवत अभिनय करने वाले बल को सतह क्षेत्र से विभाजित किया जाना चाहिए:
दबाव = बल / क्षेत्र.
आइए हम इस अभिव्यक्ति में शामिल मात्राओं को निरूपित करें: दबाव - पी, सतह पर अभिनय करने वाला बल है एफऔर सतह क्षेत्र - एस.
तब हमें सूत्र मिलता है:
पी = एफ / एस
यह स्पष्ट है कि एक ही क्षेत्र पर कार्य करने वाला एक बड़ा बल अधिक दबाव उत्पन्न करेगा।
दबाव की इकाई वह दबाव है जो इस सतह के लंबवत 1 मीटर 2 के क्षेत्र के साथ सतह पर अभिनय करने वाले 1 एन का बल पैदा करता है।.
दबाव इकाई - न्यूटन प्रति वर्ग मीटर(1 एन / एम 2)। फ्रांसीसी वैज्ञानिक के सम्मान में ब्लेस पास्कल इसे पास्कल कहा जाता है ( देहात) इस प्रकार,
1 पा = 1 एन / एम 2.
दबाव की अन्य इकाइयों का भी उपयोग किया जाता है: हेक्टोपास्कल (एचपीए) तथा किलोपास्कल (किलो पास्कल).
1 केपीए = 1000 पा;
1 एचपीए = १०० पा;
1 पा = 0.001 केपीए;
1 पा = ०.०१ एचपीए।
आइए समस्या की स्थिति को लिखें और इसे हल करें।
दिया गया : एम = 45 किलो, एस = 300 सेमी 2; पी =?
एसआई इकाइयों में: एस = 0.03 मीटर 2
समाधान:
पी = एफ/एस,
एफ = पी,
पी = जी एम,
पी= 9.8 एन 45 किलो ≈ 450 एन,
पी= ४५० / ०.०३ एन / एम २ = १५००० पा = १५ केपीए
"उत्तर": पी = १५००० पा = १५ केपीए
दबाव कम करने और बढ़ाने के तरीके।
एक भारी क्रॉलर ट्रैक्टर मिट्टी पर 40-50 kPa का दबाव पैदा करता है, यानी 45 किलो वजन वाले लड़के के दबाव से केवल 2-3 गुना अधिक। ऐसा इसलिए है क्योंकि ट्रैक ट्रांसमिशन द्वारा ट्रैक्टर का वजन एक बड़े क्षेत्र में फैला होता है। और हमने स्थापित किया है कि समर्थन क्षेत्र जितना बड़ा होगा, इस समर्थन पर समान बल द्वारा कम दबाव डाला जाएगा .
इस पर निर्भर करता है कि कम या उच्च दबाव प्राप्त करना आवश्यक है या नहीं, असर क्षेत्र बढ़ता या घटता है। उदाहरण के लिए, मिट्टी को खड़ी होने वाली इमारत के दबाव को झेलने के लिए, नींव के निचले हिस्से का क्षेत्र बढ़ाया जाता है।
ट्रक और विमान के चेसिस के टायर यात्री कारों की तुलना में बहुत अधिक चौड़े होते हैं। रेगिस्तान में यात्रा के लिए डिज़ाइन किए गए वाहनों के लिए टायर विशेष रूप से चौड़े हैं।
ट्रैक्टर, टैंक या दलदली वाहन जैसे भारी वाहन, पटरियों के एक बड़े सहायक क्षेत्र वाले दलदली इलाके से गुजरते हैं, जिससे कोई व्यक्ति नहीं गुजर सकता है।
दूसरी ओर, एक छोटे सतह क्षेत्र के साथ, एक छोटा बल बहुत अधिक दबाव उत्पन्न कर सकता है। उदाहरण के लिए, बटन को बोर्ड में दबाकर, हम उस पर लगभग 50 N के बल के साथ कार्य करते हैं। चूंकि बटन टिप का क्षेत्र लगभग 1 मिमी 2 है, इसके द्वारा उत्पादित दबाव इसके बराबर है:
पी = 50 एन / 0, 000 001 एम 2 = 50,000,000 पा = 50,000 केपीए।
इसकी तुलना में, यह दबाव जमीन पर क्रॉलर ट्रैक्टर द्वारा लगाए गए दबाव का 1000 गुना है। ऐसे और भी कई उदाहरण मिल सकते हैं।
काटने का ब्लेड और भेदी उपकरण (चाकू, कैंची, कृन्तक, आरी, सुई, आदि) के बिंदु को विशेष रूप से तेज किया जाता है। एक तेज ब्लेड के नुकीले किनारे का एक छोटा क्षेत्र होता है, इसलिए एक छोटा सा बल भी बहुत अधिक दबाव बनाता है और इसके साथ काम करना आसान होता है।
काटने और छुरा घोंपने के उपकरण भी प्रकृति में पाए जाते हैं: ये दांत, पंजे, चोंच, कांटे आदि हैं - ये सभी कठोर, चिकने और बहुत तेज सामग्री से बने होते हैं।
दबाव
यह ज्ञात है कि गैस के अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं।
हम पहले से ही जानते हैं कि ठोस और तरल पदार्थ के विपरीत गैसें उस पूरे बर्तन को भर देती हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। उदाहरण के लिए, एक स्टील गैस सिलेंडर, एक कार टायर ट्यूब, या वॉलीबॉल। इस मामले में, गैस सिलेंडर, कक्ष या किसी अन्य निकाय की दीवारों, तल और कवर पर दबाव डालती है जिसमें यह स्थित है। गैस का दबाव दबाव के अलावा अन्य कारणों से होता है ठोससमर्थन पर।
यह ज्ञात है कि गैस के अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं। जैसे ही वे चलते हैं, वे एक दूसरे से टकराते हैं, साथ ही उस बर्तन की दीवारों से भी टकराते हैं जिसमें गैस स्थित है। गैस में कई अणु होते हैं, इसलिए उनके प्रभावों की संख्या बहुत बड़ी होती है। उदाहरण के लिए, 1 सेमी 2 में 1 सेकंड की सतह पर एक कमरे में हवा के अणुओं के प्रभावों की संख्या को तेईस अंकों की संख्या में व्यक्त किया जाता है। यद्यपि एक व्यक्तिगत अणु का प्रभाव बल छोटा होता है, पोत की दीवारों पर सभी अणुओं का प्रभाव महत्वपूर्ण होता है, और यह गैस का दबाव बनाता है।
इसलिए, बर्तन की दीवारों पर (और गैस में रखे शरीर पर) गैस का दबाव गैस के अणुओं के प्रभाव के कारण होता है .
निम्नलिखित अनुभव पर विचार करें। वायु पंप की घंटी के नीचे एक रबर की गेंद रखें। इसमें थोड़ी मात्रा में हवा होती है और आकार में अनियमित होती है। फिर एक पंप से घंटी के नीचे से हवा को बाहर निकालें। गेंद का खोल, जिसके चारों ओर हवा अधिक से अधिक दुर्लभ हो जाती है, धीरे-धीरे सूज जाती है और एक नियमित गेंद का आकार ले लेती है।
इस अनुभव को कैसे समझाया जा सकता है?
संपीड़ित गैस के भंडारण और परिवहन के लिए, विशेष टिकाऊ स्टील सिलेंडर का उपयोग किया जाता है।
हमारे प्रयोग में, गतिमान गैस के अणु लगातार गेंद की दीवारों से अंदर और बाहर से टकराते हैं। जब हवा को बाहर पंप किया जाता है, तो गेंद के खोल के चारों ओर घंटी में अणुओं की संख्या कम हो जाती है। लेकिन गेंद के अंदर उनका नंबर नहीं बदलता। इसलिए, कोश की बाहरी दीवारों पर अणुओं के प्रभाव की संख्या आंतरिक दीवारों पर पड़ने वाले प्रभावों की संख्या से कम हो जाती है। गेंद तब तक फुलाती है जब तक कि उसके रबर के खोल का लोचदार बल गैस के दबाव बल के बराबर न हो जाए। गेंद का खोल गेंद का आकार लेता है। यह दर्शाता है कि इसकी दीवारों पर गैस सभी दिशाओं में समान रूप से दबती है... दूसरे शब्दों में, सतह क्षेत्र के प्रति वर्ग सेंटीमीटर आणविक प्रभावों की संख्या सभी दिशाओं में समान है। सभी दिशाओं में समान दबाव गैस की विशेषता है और यह बड़ी संख्या में अणुओं की अव्यवस्थित गति का परिणाम है।
आइए गैस की मात्रा को कम करने का प्रयास करें, लेकिन ताकि इसका द्रव्यमान अपरिवर्तित रहे। इसका मतलब है कि प्रत्येक घन सेंटीमीटर गैस में अधिक अणु होंगे और गैस का घनत्व बढ़ जाएगा। तब दीवारों पर अणुओं के प्रभाव की संख्या बढ़ जाएगी, यानी गैस का दबाव बढ़ जाएगा। इसकी पुष्टि अनुभव से की जा सकती है।
तस्वीर पर लेकिनएक कांच की नली को दर्शाया गया है, जिसका एक सिरा एक पतली रबर की फिल्म से ढका हुआ है। ट्यूब में एक पिस्टन डाला जाता है। जब पिस्टन को अंदर धकेला जाता है, तो ट्यूब में हवा का आयतन कम हो जाता है, यानी गैस संकुचित हो जाती है। रबर की पन्नी तब बाहर की ओर झुकती है, यह दर्शाता है कि ट्यूब में हवा का दबाव बढ़ गया है।
इसके विपरीत, गैस के समान द्रव्यमान के आयतन में वृद्धि के साथ, प्रत्येक घन सेंटीमीटर में अणुओं की संख्या घट जाती है। इससे पोत की दीवारों के खिलाफ हिट की संख्या कम हो जाएगी - गैस का दबाव कम होगा। दरअसल, जब पिस्टन को ट्यूब से बाहर निकाला जाता है, तो हवा की मात्रा बढ़ जाती है और फिल्म बर्तन के अंदर झुक जाती है। यह ट्यूब में हवा के दबाव में कमी को इंगित करता है। यदि हवा के बजाय ट्यूब में कोई अन्य गैस होती तो वही घटना देखी जाती।
इसलिए, गैस के आयतन में कमी के साथ, इसका दबाव बढ़ता है, और आयतन में वृद्धि के साथ, दबाव कम हो जाता है, बशर्ते कि गैस का द्रव्यमान और तापमान अपरिवर्तित रहे.
और यदि गैस को स्थिर आयतन पर गर्म किया जाए तो उसका दाब कैसे बदलेगा? यह ज्ञात है कि गर्म करने पर गैस के अणुओं की गति की गति बढ़ जाती है। तेजी से आगे बढ़ते हुए, अणु पोत की दीवारों से अधिक बार टकराएंगे। इसके अलावा, दीवार के खिलाफ अणु का प्रत्येक प्रभाव मजबूत होगा। नतीजतन, पोत की दीवारों को अधिक दबाव का अनुभव होगा।
फलस्वरूप, एक बंद बर्तन में गैस का दबाव जितना अधिक होता है, गैस का तापमान उतना ही अधिक होता हैबशर्ते कि गैस का द्रव्यमान और आयतन न बदले।
इन प्रयोगों से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि गैस का दबाव अधिक होता है, अधिक बार और कठिन अणु बर्तन की दीवारों से टकराते हैं .
गैसों के भंडारण और परिवहन के लिए, वे दृढ़ता से संकुचित होते हैं। उसी समय, उनका दबाव बढ़ जाता है, गैसों को विशेष, बहुत टिकाऊ सिलेंडर में संलग्न किया जाना चाहिए। ऐसे सिलेंडर, उदाहरण के लिए, पनडुब्बियों में संपीड़ित हवा, धातु वेल्डिंग में प्रयुक्त ऑक्सीजन होते हैं। बेशक, हमें हमेशा याद रखना चाहिए कि गैस सिलेंडरों को गर्म नहीं किया जा सकता है, खासकर जब वे गैस से भरे होते हैं। क्योंकि, जैसा कि हम पहले ही समझ चुके हैं, बहुत अप्रिय परिणामों के साथ एक विस्फोट हो सकता है।
पास्कल का नियम।
एक तरल या गैस में हर बिंदु पर दबाव का संचार होता है।
गेंद को भरने वाले द्रव के प्रत्येक बिंदु पर पिस्टन का दबाव प्रेषित होता है।
अब गैस।
ठोस पदार्थों के विपरीत, तरल और गैस की अलग-अलग परतें और छोटे कण एक दूसरे के सापेक्ष सभी दिशाओं में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। यह पर्याप्त है, उदाहरण के लिए, एक गिलास में पानी की सतह पर थोड़ा सा झटका देना जिससे पानी हिल जाए। थोड़ी सी हवा में नदी या झील पर लहरें दिखाई देती हैं।
गैस और तरल कणों की गतिशीलता बताती है कि उन पर लगाया गया दबाव न केवल बल की कार्रवाई की दिशा में, बल्कि प्रत्येक बिंदु पर प्रेषित होता है... आइए इस घटना पर अधिक विस्तार से विचार करें।
तस्वीर पर, लेकिनएक गैस (या तरल) युक्त बर्तन को दर्शाता है। कण पूरे बर्तन में समान रूप से वितरित किए जाते हैं। बर्तन को एक पिस्टन द्वारा बंद किया जाता है जो ऊपर और नीचे जा सकता है।
कुछ बल लगाकर, हम पिस्टन को थोड़ा अंदर की ओर ले जाने के लिए बाध्य करेंगे और गैस (तरल) को सीधे उसके नीचे संपीड़ित करेंगे। तब कण (अणु) इस स्थान पर पहले की तुलना में अधिक सघनता से स्थित होंगे (चित्र, ख)। गतिशीलता के कारण गैस के कण सभी दिशाओं में गति करेंगे। नतीजतन, उनकी व्यवस्था फिर से एक समान हो जाएगी, लेकिन पहले की तुलना में सघन हो जाएगी (चित्र, सी)। इसलिए, हर जगह गैस का दबाव बढ़ जाएगा। इसका मतलब है कि अतिरिक्त दबाव गैस या तरल के सभी कणों में स्थानांतरित हो जाता है। इसलिए, यदि पिस्टन के पास गैस (तरल) पर दबाव 1 Pa से बढ़ जाता है, तो सभी बिंदुओं पर के भीतरगैस या तरल, दबाव पिछले एक की तुलना में समान मात्रा में अधिक होगा। पोत की दीवारों पर, और तल पर, और पिस्टन पर दबाव 1 पा से बढ़ जाएगा।
किसी द्रव या गैस पर लगाया जाने वाला दबाव किसी भी बिंदु पर सभी दिशाओं में समान रूप से प्रसारित होता है .
इस कथन को कहा जाता है पास्कल का नियम.
पास्कल के नियम के आधार पर निम्नलिखित प्रयोगों को आसानी से समझाया जा सकता है।
आकृति विभिन्न स्थानों में छोटे छिद्रों वाली एक खोखली गेंद को दर्शाती है। गेंद से एक ट्यूब जुड़ी होती है, जिसमें एक पिस्टन डाला जाता है। यदि आप गेंद में पानी खींचते हैं और पिस्टन को ट्यूब में धकेलते हैं, तो गेंद के सभी छिद्रों से पानी बहेगा। इस प्रयोग में, पिस्टन ट्यूब में पानी की सतह के खिलाफ दबाता है। पिस्टन के नीचे पानी के कण, संकुचित होने के कारण, इसके दबाव को अन्य परतों में स्थानांतरित कर देते हैं जो गहरी पड़ी होती हैं। इस प्रकार, पिस्टन का दबाव गेंद को भरने वाले द्रव के प्रत्येक बिंदु पर संचारित होता है। नतीजतन, पानी का हिस्सा सभी छिद्रों से बहने वाली समान धाराओं के रूप में गेंद से बाहर धकेल दिया जाता है।
यदि गेंद धुएँ से भरी हुई है, तो जब पिस्टन को ट्यूब में धकेला जाता है, तो गेंद के सभी छिद्रों से समान रूप से धुएँ की धाराएँ निकलने लगेंगी। यह पुष्टि करता है कि और गैसें उन पर उत्पन्न दबाव को सभी दिशाओं में समान रूप से संचारित करती हैं.
तरल और गैस में दबाव।
द्रव के भार के कारण ट्यूब में रबर का निचला भाग झुक जाएगा।
पृथ्वी पर सभी पिंडों की तरह एक तरल भी गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित होता है। इसलिए, तरल की प्रत्येक परत अपने स्वयं के वजन के साथ बर्तन में डाली जाती है, दबाव बनाता है, जो पास्कल के नियम के अनुसार सभी दिशाओं में प्रसारित होता है। इसलिए, तरल के अंदर दबाव होता है। यह अनुभव से देखा जा सकता है।
एक काँच की नली में पानी डालें, जिसके निचले हिस्से को एक पतली रबर की फिल्म से बंद किया जाता है। तरल के भार के प्रभाव में ट्यूब का निचला भाग झुक जाएगा।
अनुभव से पता चलता है कि रबर की फिल्म के ऊपर पानी का स्तंभ जितना ऊंचा होता है, उतना ही झुकता है। लेकिन हर बार रबर के नीचे झुकने के बाद, ट्यूब में पानी संतुलन (रुक जाता है) में आ जाता है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण के अलावा, खिंची हुई रबर फिल्म का लोचदार बल पानी पर कार्य करता है।
रबर फिल्म पर अभिनय करने वाले बल |
दोनों तरफ समान हैं। |
चित्रण।
उस पर गुरुत्वाकर्षण दबाव के कारण तल सिलेंडर से दूर चला जाता है।
आइए हम एक ट्यूब को रबर के तल से नीचे करें, जिसमें पानी डाला जाता है, पानी के साथ दूसरे, चौड़े बर्तन में। हम देखेंगे कि जैसे-जैसे ट्यूब को नीचे किया जाता है, रबर की फिल्म धीरे-धीरे सीधी हो जाती है। फिल्म को पूरी तरह से सीधा करने से पता चलता है कि ऊपर और नीचे से उस पर काम करने वाली ताकतें बराबर हैं। फिल्म का पूरा सीधा तब होता है जब ट्यूब और बर्तन में पानी का स्तर मेल खाता है।
एक ही प्रयोग एक ट्यूब के साथ किया जा सकता है जिसमें एक रबर फिल्म साइड ओपनिंग को कवर करती है, जैसा कि चित्र ए में दिखाया गया है। आइए इस ट्यूब को पानी के साथ एक अन्य बर्तन में पानी के साथ डुबो दें, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, बी... हम देखेंगे कि जैसे ही ट्यूब और बर्तन में पानी का स्तर बराबर हो जाएगा, फिल्म फिर से सीधी हो जाएगी। इसका अर्थ है कि रबर की पन्नी पर कार्य करने वाले बल सभी पक्षों पर समान होते हैं।
चलो एक बर्तन लेते हैं, जिसका तल गिर सकता है। आइए इसे पानी के एक जार में डाल दें। इस मामले में, नीचे बर्तन के किनारे के खिलाफ कसकर दबाया जाएगा और गिर नहीं जाएगा। इसे नीचे से ऊपर की ओर निर्देशित पानी के दबाव के बल द्वारा दबाया जाता है।
हम बर्तन में ध्यान से पानी डालेंगे और उसके तल को देखेंगे। जैसे ही बर्तन में पानी का स्तर जार में पानी के स्तर से मेल खाता है, वह बर्तन से गिर जाएगा।
अलग होने के समय, बर्तन में तरल का एक स्तंभ ऊपर से नीचे की ओर दबाता है, और नीचे से ऊपर से नीचे तक, तरल के समान ऊंचाई वाले स्तंभ का दबाव, लेकिन बैंक में स्थित होता है। ये दोनों दाब समान होते हैं, लेकिन बेलन पर अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के कारण तली से दूर चली जाती है।
पानी के साथ प्रयोग ऊपर वर्णित किए गए थे, लेकिन यदि आप पानी के बजाय कोई अन्य तरल लेते हैं, तो प्रयोग के परिणाम समान होंगे।
तो, प्रयोगों से पता चलता है कि द्रव के अंदर दबाव होता है, और एक ही स्तर पर यह सभी दिशाओं में समान होता है। गहराई के साथ दबाव बढ़ता है.
इस संबंध में गैसें तरल पदार्थों से भिन्न नहीं होती हैं, क्योंकि उनका वजन भी होता है। लेकिन हमें याद रखना चाहिए कि गैस का घनत्व तरल के घनत्व से सैकड़ों गुना कम होता है। बर्तन में गैस का वजन छोटा होता है, और कई मामलों में इसके "वजन" दबाव को नजरअंदाज किया जा सकता है।
बर्तन के तल और दीवारों पर द्रव के दबाव की गणना।
बर्तन के तल और दीवारों पर द्रव के दबाव की गणना।
आइए विचार करें कि बर्तन के तल और दीवारों पर तरल के दबाव की गणना कैसे की जा सकती है। आइए पहले एक आयताकार समांतर चतुर्भुज के आकार के बर्तन की समस्या का समाधान करें।
शक्ति एफ, जिसके साथ इस बर्तन में डाला गया तरल, इसके तल पर दबाता है, वजन के बराबर होता है पीबर्तन में तरल। किसी द्रव का भार उसके द्रव्यमान को जानकर ज्ञात किया जा सकता है एम... जैसा कि आप जानते हैं, द्रव्यमान की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है: एम = ρ वी... हमारी पसंद के बर्तन में डाले गए तरल की मात्रा की गणना करना आसान है। यदि पात्र में द्रव स्तंभ की ऊँचाई को अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है एच, और पोत के तल का क्षेत्र एस, फिर वी = एस एच.
तरल द्रव्यमान एम = ρ वी, या एम = ρ एस एच .
इस द्रव का भार पी = जी एम, या पी = जी ρ एस एच.
चूँकि द्रव स्तंभ का भार उस बल के बराबर होता है जिससे द्रव भार को विभाजित करते हुए बर्तन के तल पर दबाता है पीचौक तक एस, हमें द्रव का दबाव मिलता है पी:
पी = पी / एस, या पी = जी ρ एस एच / एस,
हमने बर्तन के तल पर तरल के दबाव की गणना के लिए एक सूत्र प्राप्त किया है। यह सूत्र दर्शाता है कि बर्तन के तल पर तरल का दबाव केवल तरल स्तंभ के घनत्व और ऊंचाई पर निर्भर करता है.
इसलिए, व्युत्पन्न सूत्र के अनुसार, बर्तन में डाले गए तरल के दबाव की गणना की जा सकती है कोई भी आकार(कड़ाई से बोलते हुए, हमारी गणना केवल उन जहाजों के लिए उपयुक्त है जिनमें सीधे प्रिज्म और सिलेंडर का आकार होता है। संस्थान के भौतिकी पाठ्यक्रमों में, यह साबित हुआ कि सूत्र मनमाने आकार के पोत के लिए भी सही है)। इसके अलावा, इसका उपयोग पोत की दीवारों पर दबाव की गणना करने के लिए किया जा सकता है। तरल के अंदर के दबाव, नीचे से ऊपर के दबाव सहित, की गणना भी इस सूत्र का उपयोग करके की जाती है, क्योंकि समान गहराई पर दबाव सभी दिशाओं में समान होता है।
सूत्र के अनुसार दबाव की गणना करते समय पी = गहघनत्व चाहिए ρ किलोग्राम प्रति घन मीटर (किलो / एम 3), और तरल स्तंभ की ऊंचाई में व्यक्त किया गया एच- मीटर (एम) में, जी= 9.8 एन / किग्रा, तो दबाव पास्कल (पीए) में व्यक्त किया जाएगा।
उदाहरण... टैंक के तल पर तेल का दबाव निर्धारित करें यदि तेल स्तंभ की ऊंचाई 10 मीटर है और इसका घनत्व 800 किग्रा / मी 3 है।
आइए समस्या की स्थिति को लिखें और इसे लिखें।
दिया गया :
= ८०० किग्रा / मी ३
समाधान :
पी = 9.8 एन / किग्रा · 800 किग्रा / मी 3 · 10 मी 80,000 पा ≈ 80 केपीए।
उत्तर : पी 80 केपीए।
संचारी जहाजों।
संचारी पोत।
आकृति एक रबर ट्यूब से जुड़े दो जहाजों को दिखाती है। ऐसे जहाजों को कहा जाता है संवाद स्थापित... एक पानी का डिब्बा, एक केतली, एक कॉफी पॉट संचार वाहिकाओं के उदाहरण हैं। हम अनुभव से जानते हैं कि पानी के डिब्बे में डाला गया पानी, उदाहरण के लिए, टोंटी और अंदर हमेशा एक ही स्तर पर होता है।
संचार करने वाले जहाज हमारे लिए आम हैं। उदाहरण के लिए, यह केतली, कैनिंग कैन या कॉफी पॉट हो सकता है। |
एक सजातीय तरल की सतहों को किसी भी आकार के जहाजों को संप्रेषित करने में समान स्तर पर सेट किया जाता है। |
विभिन्न घनत्व के तरल पदार्थ। |
संचार वाहिकाओं के साथ निम्नलिखित सरल प्रयोग किया जा सकता है। प्रयोग की शुरुआत में, हम रबर ट्यूब को बीच में दबाते हैं, और एक ट्यूब में पानी डालते हैं। फिर हम क्लैंप खोलते हैं, और पानी तुरंत दूसरी ट्यूब में बह जाता है जब तक कि दोनों ट्यूबों में पानी की सतह समान स्तर पर न हो। आप एक ट्यूब को तिपाई में ठीक कर सकते हैं, और दूसरे को अलग-अलग दिशाओं में उठाया, उतारा या झुकाया जा सकता है। और इस मामले में, जैसे ही तरल शांत हो जाता है, दोनों ट्यूबों में इसका स्तर बराबर हो जाएगा।
किसी भी आकार और क्रॉस-सेक्शन के जहाजों को संप्रेषित करने में, एक सजातीय तरल की सतहों को एक ही स्तर पर सेट किया जाता है(बशर्ते कि द्रव के ऊपर वायुदाब समान हो) (चित्र 109)।
इसे इस प्रकार उचित ठहराया जा सकता है। द्रव विरामावस्था में है, एक पात्र से दूसरे पात्र में नहीं जा रहा है। इसका मतलब है कि दोनों जहाजों में दबाव किसी भी स्तर पर समान है। दोनों बर्तनों में द्रव समान है, अर्थात इसका घनत्व समान है। इसलिए, इसकी ऊंचाई समान होनी चाहिए। जब हम एक बर्तन को उठाते हैं या उसमें तरल मिलाते हैं, तो उसमें दबाव बढ़ जाता है और तरल दूसरे बर्तन में तब तक चला जाता है जब तक कि दबाव बराबर न हो जाए।
यदि एक घनत्व का तरल संचारण वाहिकाओं में से एक में डाला जाता है, और दूसरे में एक अलग घनत्व होता है, तो संतुलन में इन तरल पदार्थों का स्तर समान नहीं होगा। और यह समझ में आता है। आखिरकार, हम जानते हैं कि बर्तन के तल पर तरल का दबाव स्तंभ की ऊंचाई और तरल के घनत्व के सीधे आनुपातिक होता है। और इस मामले में, तरल पदार्थों का घनत्व अलग होगा।
समान दबाव के साथ, उच्च घनत्व वाले तरल स्तंभ की ऊंचाई कम घनत्व वाले तरल स्तंभ की ऊंचाई से कम होगी (चित्र।)
एक अनुभव। हवा के द्रव्यमान का निर्धारण कैसे करें।
वायु भार। वायुमंडलीय दबाव।
वायुमंडलीय दबाव का अस्तित्व।
वायुमंडलीय दबाव पोत में विरल वायु के दबाव से अधिक होता है।
गुरुत्वाकर्षण बल हवा पर कार्य करता है, जैसा कि पृथ्वी पर किसी भी पिंड पर होता है, और इसलिए, हवा का भार होता है। वायु का भार उसके द्रव्यमान को जानकर गणना करना आसान है।
हम आपको प्रयोगात्मक रूप से दिखाएंगे कि वायु के द्रव्यमान की गणना कैसे की जाती है। ऐसा करने के लिए, आपको एक डाट के साथ एक मजबूत कांच की गेंद और एक क्लैंप के साथ एक रबर ट्यूब लेने की आवश्यकता है। हम एक पंप के साथ इसमें से हवा निकालते हैं, ट्यूब को एक क्लैंप के साथ जकड़ते हैं और इसे तराजू पर संतुलित करते हैं। फिर रबर ट्यूब पर लगे क्लैंप को खोलकर उसमें हवा आने दें। इस मामले में, वजन का संतुलन गड़बड़ा जाएगा। इसे बहाल करने के लिए, आपको तराजू के दूसरे पैन पर वजन डालना होगा, जिसका द्रव्यमान गेंद के आयतन में हवा के द्रव्यमान के बराबर होगा।
प्रयोगों ने स्थापित किया है कि 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान और सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर, 1 मीटर 3 की मात्रा वाली हवा का द्रव्यमान 1.29 किलोग्राम है। इस हवा के वजन की गणना करना आसान है:
पी = जी एम, पी = 9.8 एन / किग्रा 1.29 किग्रा 13 एन।
पृथ्वी के चारों ओर के वायु कवच को कहते हैं वातावरण (ग्रीक से। वातावरण- भाप, हवा, और वृत्त- गेंद)।
जैसा कि कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों की उड़ान के अवलोकन से दिखाया गया है, वातावरण कई हजार किलोमीटर की ऊंचाई तक फैला हुआ है।
गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के कारण वायुमंडल की ऊपरी परतें, समुद्र के पानी की तरह, निचली परतों को संकुचित कर देती हैं। सीधे पृथ्वी से सटी हवा की परत सबसे अधिक संकुचित होती है और पास्कल के नियम के अनुसार, उस पर उत्पन्न दबाव को सभी दिशाओं में स्थानांतरित करती है।
इसके परिणामस्वरूप, पृथ्वी की सतह और उस पर मौजूद पिंड हवा की पूरी मोटाई के दबाव का अनुभव करते हैं, या, जैसा कि आमतौर पर ऐसे मामलों में कहा जाता है, अनुभव वायुमंडलीय दबाव .
वायुमंडलीय दबाव का अस्तित्व जीवन में हमारे सामने आने वाली कई घटनाओं की व्याख्या कर सकता है। आइए उनमें से कुछ पर एक नजर डालते हैं।
आकृति में एक कांच की नली दिखाई देती है, जिसके अंदर एक पिस्टन होता है जो नली की दीवारों पर अच्छी तरह से फिट बैठता है। ट्यूब के सिरे को पानी से उतारा जाता है। यदि आप पिस्टन को ऊपर उठाते हैं, तो उसके पीछे पानी ऊपर उठेगा।
इस घटना का उपयोग पानी के पंपों और कुछ अन्य उपकरणों में किया जाता है।
आकृति एक बेलनाकार बर्तन दिखाती है। इसे एक प्लग से बंद किया जाता है जिसमें एक नल के साथ एक ट्यूब डाली जाती है। एक पंप द्वारा पोत से हवा निकाली जाती है। फिर ट्यूब के सिरे को पानी में डाल दिया जाता है। यदि आप अभी नल खोलते हैं, तो पानी एक फव्वारे में बर्तन के अंदर छिड़केगा। जल पात्र में प्रवेश करता है क्योंकि वायुमंडलीय दाब पात्र में विरल वायु के दाब से अधिक होता है।
पृथ्वी का वायु कवच क्यों मौजूद है?
सभी पिंडों की तरह, पृथ्वी के वायु कवच को बनाने वाली गैसों के अणु पृथ्वी की ओर आकर्षित होते हैं।
लेकिन फिर, वे सभी पृथ्वी की सतह पर क्यों नहीं गिरते? पृथ्वी का वायु कवच, उसका वातावरण कैसे संरक्षित है? इसे समझने के लिए हमें यह ध्यान रखना होगा कि गैस के अणु निरंतर और अव्यवस्थित गति में हैं। लेकिन फिर एक और सवाल उठता है: क्यों नहीं ये अणु विश्व अंतरिक्ष में, यानी अंतरिक्ष में उड़ जाते हैं।
पृथ्वी को पूरी तरह से छोड़ने के लिए अणु, जैसे अंतरिक्ष यानया रॉकेट की गति बहुत तेज होनी चाहिए (11.2 किमी/से से कम नहीं)। यह तथाकथित है दूसरी अंतरिक्ष गति... पृथ्वी के वायु आवरण के अधिकांश अणुओं की गति इस ब्रह्मांडीय गति से काफी कम है। इसलिए, उनमें से अधिकांश गुरुत्वाकर्षण द्वारा पृथ्वी से बंधे हैं, केवल एक नगण्य संख्या में अणु पृथ्वी से अंतरिक्ष में उड़ते हैं।
अणुओं की अव्यवस्थित गति और उन पर गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के परिणामस्वरूप गैस के अणु पृथ्वी के पास अंतरिक्ष में "होवर" करते हैं, जिससे एक वायु लिफाफा, या हमारे लिए ज्ञात वातावरण बनता है।
माप से पता चलता है कि ऊंचाई के साथ हवा का घनत्व तेजी से घटता है। तो, पृथ्वी से 5.5 किमी की ऊंचाई पर, हवा का घनत्व पृथ्वी की सतह पर इसके घनत्व से 2 गुना कम है, 11 किमी की ऊंचाई पर - 4 गुना कम, आदि। जितना अधिक होगा, उतना ही दुर्लभ होगा। वायु। और अंत में, सबसे ऊपरी परतों (पृथ्वी से सैकड़ों और हजारों किलोमीटर ऊपर) में, वातावरण धीरे-धीरे वायुहीन अंतरिक्ष में बदल जाता है। पृथ्वी के वायु आवरण की कोई स्पष्ट सीमा नहीं होती है।
कड़ाई से बोलते हुए, गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के कारण, किसी भी बंद बर्तन में गैस का घनत्व पूरे बर्तन के आयतन में समान नहीं होता है। बर्तन के तल पर, गैस का घनत्व उसके ऊपरी भागों की तुलना में अधिक होता है, इसलिए बर्तन में दबाव समान नहीं होता है। यह बर्तन के तल पर ऊपर की तुलना में बड़ा होता है। हालांकि, बर्तन में निहित गैस के लिए घनत्व और दबाव में यह अंतर इतना छोटा है कि कई मामलों में इसे पूरी तरह से नजरअंदाज किया जा सकता है, बस इसके बारे में जागरूक रहें। लेकिन कई हजार किलोमीटर तक फैले वातावरण के लिए, अंतर महत्वपूर्ण है।
वायुमंडलीय दबाव का मापन। टोरिसेली का अनुभव।
एक तरल स्तंभ (§ 38) के दबाव की गणना के लिए सूत्र का उपयोग करके वायुमंडलीय दबाव की गणना करना असंभव है। इस तरह की गणना के लिए, आपको वायुमंडल की ऊंचाई और हवा के घनत्व को जानना होगा। लेकिन वायुमंडल की कोई निश्चित सीमा नहीं होती है और अलग-अलग ऊंचाई पर हवा का घनत्व अलग-अलग होता है। हालाँकि, वायुमंडलीय दबाव को 17 वीं शताब्दी में एक इतालवी वैज्ञानिक द्वारा प्रस्तावित एक प्रयोग का उपयोग करके मापा जा सकता है। इवेंजेलिस्टा टोरिसेली , गैलीलियो का एक शिष्य।
टोरिसेली का प्रयोग इस प्रकार है: लगभग 1 मीटर लंबी एक कांच की नली, जिसे एक सिरे पर सील कर दिया जाता है, पारे से भरी होती है। फिर, ट्यूब के दूसरे सिरे को कसकर बंद करके, इसे पलट दिया जाता है और पारे के साथ एक कप में उतारा जाता है, जहाँ ट्यूब का यह सिरा पारे के स्तर के नीचे खोला जाता है। तरल के साथ किसी भी प्रयोग की तरह, पारा का एक हिस्सा कप में डाला जाता है, और कुछ हिस्सा ट्यूब में रहता है। ट्यूब में बचे पारे के स्तंभ की ऊंचाई लगभग 760 मिमी है। ट्यूब के अंदर पारा के ऊपर कोई हवा नहीं है, एक वायुहीन स्थान है, इसलिए कोई भी गैस इस ट्यूब के अंदर पारा कॉलम के ऊपर दबाव नहीं डालती है और माप को प्रभावित नहीं करती है।
ऊपर वर्णित अनुभव को प्रस्तावित करने वाले टोरिसेली ने भी एक स्पष्टीकरण दिया। कप में पारा की सतह पर वातावरण दबाव डालता है। बुध संतुलन में है। इसका मतलब है कि ट्यूब में दबाव स्तर पर है आ 1 (अंजीर देखें।) वायुमंडलीय दबाव के बराबर है। जब वायुमंडलीय दबाव बदलता है, तो ट्यूब में पारा स्तंभ की ऊंचाई भी बदल जाती है। जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, स्तंभ लंबा होता जाता है। दबाव कम होने पर पारा का स्तंभ अपनी ऊंचाई कम कर देता है।
एए1 के स्तर पर ट्यूब में दबाव ट्यूब में पारा के स्तंभ के वजन से बनता है, क्योंकि पारा के ऊपर ट्यूब के ऊपरी हिस्से में हवा नहीं होती है। इसलिए यह इस प्रकार है कि वायुमंडलीय दबाव ट्यूब में पारा के स्तंभ के दबाव के बराबर होता है , अर्थात।
पीएटीएम = पीबुध।
वायुमंडलीय दबाव जितना अधिक होगा, टोरिसेली प्रयोग में पारा स्तंभ उतना ही अधिक होगा। इसलिए, व्यवहार में, वायुमंडलीय दबाव को पारा स्तंभ की ऊंचाई (मिलीमीटर या सेंटीमीटर में) से मापा जा सकता है। यदि, उदाहरण के लिए, वायुमंडलीय दबाव 780 मिमी एचजी है। कला। (वे कहते हैं "एक पारा स्तंभ के मिलीमीटर"), इसका मतलब है कि हवा 780 मिमी की ऊंचाई के साथ पारा के ऊर्ध्वाधर स्तंभ के समान दबाव पैदा करती है।
नतीजतन, इस मामले में, 1 मिलीमीटर पारा (1 मिमी एचजी) को वायुमंडलीय दबाव के मापन की इकाई के रूप में लिया जाता है। आइए इस इकाई और हमें ज्ञात इकाई के बीच का अनुपात ज्ञात करें - पास्कल(पा).
पारा के एक स्तंभ का दबाव पारा के 1 मिमी उच्च के बराबर है:
पी = जी एच, पी= 9.8 एन / किग्रा · 13 600 किग्रा / मी 3 · 0.001 मी ≈ 133.3 पा।
तो, 1 मिमी एचजी। कला। = १३३.३ पा.
वर्तमान में, वायुमंडलीय दबाव को आमतौर पर हेक्टोपास्कल (1 hPa = 100 Pa) में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, मौसम की रिपोर्ट यह घोषणा कर सकती है कि दबाव १०१३ hPa है, जो ७६० मिमी Hg के समान है। कला।
टोरीसेली ने ट्यूब में पारा कॉलम की ऊंचाई को रोजाना देखते हुए पाया कि यह ऊंचाई बदलती है, यानी वायुमंडलीय दबाव स्थिर नहीं है, यह बढ़ और घट सकता है। टोरिसेली ने यह भी नोट किया कि वायुमंडलीय दबाव मौसम में बदलाव के साथ जुड़ा हुआ है।
यदि टोरिसेली के प्रयोग में प्रयुक्त पारा के साथ ट्यूब से एक ऊर्ध्वाधर पैमाना जुड़ा हुआ है, तो सबसे सरल उपकरण प्राप्त होगा - पारा बैरोमीटर (ग्रीक से। बारोस- तीव्रता, मीटरियो- माप)। इसका उपयोग वायुमंडलीय दबाव को मापने के लिए किया जाता है।
बैरोमीटर एक एरोइड है।
व्यवहार में, वायुमंडलीय दबाव को मापने के लिए धातु बैरोमीटर का उपयोग किया जाता है, जिसे कहा जाता है निर्द्रव (ग्रीक से अनुवादित - निर्द्रव) यह बैरोमीटर का नाम है क्योंकि इसमें पारा नहीं होता है।
एरोइड का स्वरूप चित्र में दिखाया गया है। इसका मुख्य भाग एक लहराती (नालीदार) सतह वाला एक धातु का डिब्बा 1 है (अन्य अंजीर देखें।) इस बॉक्स से हवा को पंप किया जाता है, और ताकि वायुमंडलीय दबाव बॉक्स को कुचल न सके, इसके कवर 2 को एक स्प्रिंग द्वारा ऊपर खींच लिया जाता है। जैसे-जैसे वायुमंडलीय दबाव बढ़ता है, आवरण नीचे की ओर झुकता है और वसंत को कसता है। जब दाब कम हो जाता है तो स्प्रिंग आवरण को सीधा कर देता है। एक तीर-सूचक 4 एक संचरण तंत्र 3 के माध्यम से वसंत से जुड़ा होता है, जो दबाव बदलने पर दाएं या बाएं चलता है। तीर के नीचे एक पैमाना प्रबलित होता है, जिसके विभाजनों को पारा बैरोमीटर की रीडिंग के अनुसार चिह्नित किया जाता है। तो, संख्या 750, जिसके खिलाफ एरोइड तीर खड़ा है (अंजीर देखें), यह दर्शाता है कि इस समय पारा बैरोमीटर में पारा स्तंभ की ऊंचाई 750 मिमी है।
नतीजतन, वायुमंडलीय दबाव 750 मिमी एचजी है। कला। या 1000 एचपीए।
आने वाले दिनों के लिए मौसम की भविष्यवाणी के लिए वायुमंडलीय दबाव का मूल्य बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि वायुमंडलीय दबाव में बदलाव मौसम में बदलाव के साथ जुड़ा हुआ है। बैरोमीटर मौसम संबंधी प्रेक्षणों के लिए एक आवश्यक उपकरण है।
विभिन्न ऊंचाई पर वायुमंडलीय दबाव।
एक तरल में, दबाव, जैसा कि हम जानते हैं, तरल के घनत्व और उसके स्तंभ की ऊंचाई पर निर्भर करता है। कम संपीड्यता के कारण, विभिन्न गहराई पर तरल का घनत्व लगभग समान होता है। इसलिए, दबाव की गणना करते समय, हम इसके घनत्व को स्थिर मानते हैं और केवल ऊंचाई में परिवर्तन को ध्यान में रखते हैं।
गैसों के साथ स्थिति अधिक जटिल है। गैसें अत्यधिक संपीड़ित होती हैं। और गैस जितनी मजबूत होती है, उसका घनत्व उतना ही अधिक होता है, और उतना ही अधिक दबाव पैदा होता है। आखिरकार, शरीर की सतह पर इसके अणुओं के प्रभाव से गैस का दबाव बनता है।
पृथ्वी की सतह के पास की वायु परतें अपने ऊपर की सभी वायु परतों द्वारा संकुचित होती हैं। लेकिन हवा की परत सतह से जितनी ऊंची होती है, उतनी ही कमजोर होती है, उसका घनत्व उतना ही कम होता है। नतीजतन, यह कम दबाव पैदा करता है। उदाहरण के लिए, यदि कोई गुब्बारा पृथ्वी की सतह से ऊपर उठता है, तो गुब्बारे पर वायुदाब कम हो जाता है। ऐसा केवल इसलिए नहीं होता है क्योंकि इसके ऊपर वायु स्तंभ की ऊंचाई कम हो जाती है, बल्कि इसलिए भी कि हवा का घनत्व कम हो जाता है। यह नीचे की तुलना में ऊपर से छोटा होता है। इसलिए, ऊंचाई पर वायुदाब की निर्भरता तरल पदार्थों की तुलना में अधिक जटिल है।
अवलोकनों से पता चलता है कि समुद्र तल पर स्थित क्षेत्रों में वायुमंडलीय दबाव औसतन 760 मिमी एचजी है। कला।
0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 760 मिमी की ऊंचाई वाले पारा के एक स्तंभ के दबाव के बराबर वायुमंडलीय दबाव को सामान्य वायुमंडलीय दबाव कहा जाता है.
सामान्य वायुमंडलीय दबावबराबर १०१ ३०० पा = १०१३ एचपीए।
ऊंचाई जितनी अधिक होगी, दबाव उतना ही कम होगा।
छोटी वृद्धि के साथ, औसतन, प्रत्येक 12 मीटर लिफ्ट के लिए, दबाव 1 मिमी एचजी कम हो जाता है। कला। (या 1.33 एचपीए)।
ऊंचाई पर दबाव की निर्भरता को जानकर, आप बैरोमीटर रीडिंग को बदलकर समुद्र तल से ऊंचाई निर्धारित कर सकते हैं। एरोइड्स जिनका एक पैमाना होता है, जिस पर समुद्र तल से सीधे ऊंचाई को मापा जा सकता है, कहलाते हैं altimeters ... उनका उपयोग विमानन में और पहाड़ों पर चढ़ते समय किया जाता है।
दबावमापक यन्त्र।
हम पहले से ही जानते हैं कि बैरोमीटर का उपयोग वायुमंडलीय दबाव को मापने के लिए किया जाता है। वायुमंडलीय दबाव से अधिक या कम दबाव मापने के लिए, उपयोग करें दाबांतर मापी (ग्रीक से। मानोस- दुर्लभ, ढीला, मीटरियो- माप)। दबाव नापने का यंत्र हैं तरलतथा धातु.
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पहले डिवाइस और कार्रवाई पर विचार करें। खुला तरल दबाव नापने का यंत्र... इसमें दो-घुटने वाली कांच की ट्यूब होती है जिसमें कुछ तरल डाला जाता है। द्रव को दोनों घुटनों में समान स्तर पर सेट किया जाता है, क्योंकि केवल वायुमंडलीय दबाव पोत के घुटनों में इसकी सतह पर कार्य करता है।
यह समझने के लिए कि ऐसा दबाव नापने का यंत्र कैसे काम करता है, इसे एक रबर ट्यूब से एक गोल फ्लैट बॉक्स से जोड़ा जा सकता है, जिसके एक तरफ रबर की फिल्म से ढका होता है। यदि आप फिल्म पर अपनी उंगली दबाते हैं, तो बॉक्स से जुड़े मैनोमीटर के घुटने में तरल स्तर कम हो जाएगा, और दूसरे घुटने में यह बढ़ जाएगा। इसे कैसे समझाया जा सकता है?
फिल्म को दबाने से बॉक्स में हवा का दबाव बढ़ जाता है। पास्कल के नियम के अनुसार, दबाव में यह वृद्धि बॉक्स से जुड़े दबाव गेज की कोहनी में तरल को प्रेषित होती है। इसलिए, इस कोहनी में तरल पर दबाव दूसरे की तुलना में अधिक होगा, जहां केवल वायुमंडलीय दबाव तरल पर कार्य करता है। इस अतिरिक्त दबाव के बल की कार्रवाई के तहत, तरल चलना शुरू हो जाएगा। संपीड़ित हवा के साथ घुटने में, तरल नीचे जाएगा, दूसरे में - यह ऊपर उठेगा। तरल संतुलन में आ जाएगा (रोकें) जब संपीड़ित हवा का अतिरिक्त दबाव दबाव से संतुलित होता है जो दबाव गेज की दूसरी कोहनी में अतिरिक्त तरल स्तंभ उत्पन्न करता है।
जितना अधिक आप फिल्म को दबाते हैं, उतना ही अधिक तरल स्तंभ, उसका दबाव उतना ही अधिक होता है। फलस्वरूप, दबाव में बदलाव का अंदाजा इस अतिरिक्त कॉलम की ऊंचाई से लगाया जा सकता है.
यह आंकड़ा दिखाता है कि इस तरह का दबाव नापने का यंत्र किसी तरल के अंदर के दबाव को कैसे माप सकता है। ट्यूब जितनी गहराई में तरल में गिरती है, मैनोमीटर के घुटनों में तरल स्तंभों की ऊंचाई में उतना ही अधिक अंतर होता है, इसलिए, और अधिक दबाव तरल पदार्थ पैदा करता है.
यदि आप उपकरण बॉक्स को तरल के अंदर कुछ गहराई पर स्थापित करते हैं और इसे एक फिल्म के साथ ऊपर, किनारे और नीचे घुमाते हैं, तो दबाव गेज रीडिंग नहीं बदलेगी। ऐसा ही होना चाहिए, क्योंकि द्रव के अंदर समान स्तर पर, सभी दिशाओं में दबाव समान होता है.
आंकड़ा दिखाता है धातु दबाव नापने का यंत्र ... इस तरह के मैनोमीटर का मुख्य भाग एक पाइप में मुड़ी हुई धातु की नली होती है। 1 जिसका एक सिरा बंद है। नल के साथ ट्यूब का दूसरा सिरा 4 उस पोत के साथ संचार करता है जिसमें दबाव मापा जाता है। जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, ट्यूब अनबेंड हो जाती है। लीवर का उपयोग करके इसके बंद सिरे को हिलाना 5 और गियर 3 तीर के पास गया 2 डिवाइस के पैमाने के बारे में चल रहा है। दबाव में कमी के साथ, ट्यूब, अपनी लोच के कारण, अपनी पिछली स्थिति में लौट आती है, और तीर - पैमाने के शून्य विभाजन पर।
पिस्टन तरल पंप।
हमने पहले (§ 40) प्रयोग पर विचार किया, यह पाया गया कि वायुमंडलीय दबाव के प्रभाव में एक ग्लास ट्यूब में पानी पिस्टन के पीछे ऊपर की ओर बढ़ गया। कार्रवाई इस पर आधारित है पिस्टनपंप
पंप को चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। इसमें एक सिलेंडर होता है, जिसके अंदर ऊपर और नीचे जाता है, बर्तन की दीवारों पर कसकर फिट होता है, पिस्टन 1 ... सिलेंडर के निचले हिस्से में और पिस्टन में ही वाल्व लगाए जाते हैं 2 जो केवल ऊपर की ओर खुलता है। जब पिस्टन ऊपर जाता है, वायुमंडलीय दबाव के प्रभाव में पानी, पाइप में प्रवेश करता है, नीचे के वाल्व को उठाता है और पिस्टन के पीछे चला जाता है।
जब पिस्टन नीचे की ओर जाता है, तो पिस्टन के नीचे का पानी निचले वाल्व पर दबाव डालता है, और यह बंद हो जाता है। उसी समय, पानी के दबाव में, पिस्टन के अंदर एक वाल्व खुलता है और पानी पिस्टन के ऊपर की जगह में बहता है। पिस्टन के अगले उर्ध्व गति के साथ, इसके स्थान पर, इसके ऊपर का पानी ऊपर उठता है, जिसे आउटलेट पाइप में डाला जाता है। उसी समय, पिस्टन के पीछे पानी का एक नया हिस्सा उगता है, जो बाद में पिस्टन के नीचे आने पर, इसके ऊपर होगा, और पंप के चलने के दौरान यह पूरी प्रक्रिया बार-बार दोहराई जाती है।
हाइड्रॉलिक प्रेस।
पास्कल का नियम क्रिया की व्याख्या करता है हाइड्रोलिक मशीन (ग्रीक से। हाइड्रावलिकोस- पानी)। ये ऐसी मशीनें हैं जिनका संचालन गति के नियमों और तरल पदार्थों के संतुलन पर आधारित होता है।
हाइड्रोलिक मशीन का मुख्य भाग विभिन्न व्यास के दो सिलेंडर होते हैं, जो पिस्टन और एक कनेक्टिंग ट्यूब से लैस होते हैं। पिस्टन और ट्यूब के नीचे की जगह एक तरल (आमतौर पर खनिज तेल) से भरी होती है। दोनों सिलेंडरों में तरल स्तंभों की ऊंचाई तब तक समान होती है जब तक पिस्टन पर कोई बल कार्य नहीं करता है।
आइए अब मान लें कि बल एफ 1 और एफ 2 - पिस्टन पर कार्य करने वाले बल, एस 1 और एस 2 - पिस्टन का क्षेत्र। पहले (छोटे) पिस्टन के नीचे दबाव है पी 1 = एफ 1 / एस 1, और दूसरे के तहत (बड़ा) पी 2 = एफ 2 / एस 2. पास्कल के नियम के अनुसार विरामावस्था में द्रव का दाब सभी दिशाओं में समान रूप से संचारित होता है, अर्थात्। पी 1 = पी 2 या एफ 1 / एस 1 = एफ 2 / एस२, कहाँ से:
एफ 2 / एफ 1 = एस 2 / एस 1 .
इसलिए ताकत एफ 2 इतनी अधिक ताकत एफ 1 , बड़े पिस्टन का क्षेत्रफल छोटे पिस्टन के क्षेत्रफल से कितने गुना अधिक है... उदाहरण के लिए, यदि बड़े पिस्टन का क्षेत्रफल ५०० सेमी २ है, और छोटा पिस्टन ५ सेमी २ है, और छोटे पिस्टन पर १०० N का बल कार्य करता है, तो बड़े पिस्टन पर १०० गुना अधिक बल कार्य करेगा , यानी 10,000 एन।
इस प्रकार, हाइड्रोलिक मशीन की सहायता से एक छोटे बल के साथ एक बड़े बल को संतुलित करना संभव है।
रवैया एफ 1 / एफ 2 शक्ति लाभ दर्शाता है। उदाहरण के लिए, दिखाए गए उदाहरण में, शक्ति लाभ १०,००० एन / १०० एन = १०० है।
दबाने (निचोड़ने) के लिए प्रयुक्त हाइड्रोलिक मशीन कहलाती है हाइड्रॉलिक प्रेस .
हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग किया जाता है जहां बहुत अधिक बल की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, तेल मिलों में बीजों से तेल निचोड़ने के लिए, प्लाईवुड, कार्डबोर्ड, घास को दबाने के लिए। धातुकर्म संयंत्रों में, स्टील मशीन शाफ्ट, रेलवे पहियों और कई अन्य उत्पादों को बनाने के लिए हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग किया जाता है। आधुनिक हाइड्रोलिक प्रेस दसियों और करोड़ों न्यूटन विकसित कर सकते हैं।
हाइड्रोलिक प्रेस का उपकरण चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है। 1 (ए) को दबाया जाने वाला पिंड बड़े पिस्टन 2 (बी) से जुड़े प्लेटफॉर्म पर रखा गया है। छोटा पिस्टन 3 (D) द्रव पर बहुत अधिक दबाव बनाता है। यह दबाव सिलिंडर को भरने वाले द्रव के हर बिंदु पर संचारित होता है। इसलिए, वही दबाव दूसरे, बड़े पिस्टन पर कार्य करता है। लेकिन चूंकि दूसरे (बड़े) पिस्टन का क्षेत्रफल छोटे वाले के क्षेत्रफल से बड़ा है, तो उस पर लगने वाला बल पिस्टन 3 (D) पर लगने वाले बल से अधिक होगा। यह बल पिस्टन 2 (B) को ऊपर उठाएगा। जब पिस्टन 2 (बी) ऊपर उठता है, तो शरीर (ए) स्थिर ऊपरी प्लेटफॉर्म के खिलाफ टिक जाता है और संकुचित हो जाता है। दबाव नापने का यंत्र 4 (एम) द्रव के दबाव को मापता है। सुरक्षा वाल्व 5 (पी) स्वचालित रूप से खुलता है जब द्रव का दबाव स्वीकार्य मान से अधिक हो जाता है।
छोटे सिलेंडर से बड़े तरल तक इसे छोटे पिस्टन 3 (डी) के बार-बार आंदोलनों द्वारा पंप किया जाता है। यह निम्न प्रकार से किया जाता है। जब छोटा पिस्टन (D) ऊपर उठता है, तो वाल्व 6 (K) खुल जाता है और पिस्टन के नीचे की जगह में द्रव चूसा जाता है। जब छोटे पिस्टन को द्रव के दबाव से कम किया जाता है, तो वाल्व 6 (K) बंद हो जाता है और वाल्व 7 (K ") खुल जाता है, और द्रव बड़े बर्तन में प्रवाहित हो जाता है।
उनमें डूबे हुए शरीर पर पानी और गैस की क्रिया।
पानी के नीचे, हम आसानी से एक पत्थर उठा सकते हैं जो हवा में मुश्किल से उठता है। यदि आप कॉर्क को पानी में डुबोकर अपने हाथों से छोड़ दें, तो यह तैर जाएगा। इन घटनाओं को कैसे समझाया जा सकता है?
हम जानते हैं (§ 38) कि द्रव बर्तन के तल और दीवारों पर दबाव डालता है। और यदि कोई ठोस पिंड द्रव के अंदर रखा जाता है, तो वह भी बर्तन की दीवारों की तरह दबाव के अधीन होगा।
उन बलों पर विचार करें जो तरल में डूबे हुए शरीर पर तरल की तरफ से कार्य करते हैं। तर्क करना आसान बनाने के लिए, एक ऐसा पिंड चुनें जिसमें तरल की सतह के समानांतर आधारों के साथ समानांतर चतुर्भुज का आकार हो (चित्र।) शरीर के पार्श्व चेहरों पर कार्य करने वाले बल जोड़े में समान होते हैं और एक दूसरे को संतुलित करते हैं। इन शक्तियों के प्रभाव में शरीर संकुचित हो जाता है। लेकिन शरीर के ऊपरी और निचले चेहरों पर कार्य करने वाले बल समान नहीं होते हैं। ऊपर से ऊपरी किनारे को बलपूर्वक दबाने पर एफतरल उच्च का 1 स्तंभ एचएक । निचले किनारे के स्तर पर, दबाव ऊंचाई के साथ तरल का एक स्तंभ उत्पन्न करता है एच 2. यह दबाव, जैसा कि हम जानते हैं (§ 37), द्रव के अंदर सभी दिशाओं में प्रसारित होता है। इसलिए, शरीर के निचले किनारे पर नीचे से ऊपर तक बल के साथ एफ 2 तरल स्तंभ को ऊंचा दबाता है एच 2. परंतु एच 2 और एच 1, इसलिए, बल का मापांक एफबल के 2 और मापांक एफएक । इसलिए, शरीर को एक बल के साथ तरल से बाहर धकेल दिया जाता है एफ vyt, बलों के अंतर के बराबर एफ 2 - एफ 1, यानी
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लेकिन S · h = V, जहां V समानांतर चतुर्भुज का आयतन है, और w · V = m w समांतर चतुर्भुज के आयतन में द्रव का द्रव्यमान है। फलस्वरूप, एफ वायट = जी एम डब्ल्यू = पी डब्ल्यू, अर्थात। उत्प्लावन बल उसमें डूबे हुए पिंड के आयतन में द्रव के भार के बराबर होता है(उछाल बल उसी मात्रा के तरल के वजन के बराबर होता है, जिसमें किसी पिंड का आयतन उसमें डूबा होता है)। किसी पिंड को द्रव से बाहर धकेलने वाले बल के अस्तित्व का प्रयोगात्मक रूप से पता लगाना आसान है। तस्वीर पर लेकिनअंत में एक तीर-सूचक के साथ एक वसंत से निलंबित एक शरीर को दर्शाता है। एक तीर तिपाई पर वसंत के विस्तार को चिह्नित करता है। जब शरीर को पानी में छोड़ा जाता है, तो स्प्रिंग सिकुड़ जाता है (चित्र। बी) वसंत का वही संकुचन प्राप्त होगा यदि आप शरीर पर नीचे से ऊपर की ओर कुछ बल के साथ कार्य करते हैं, उदाहरण के लिए, अपने हाथ से दबाएं (उठाएं)। इसलिए, अनुभव पुष्टि करता है कि एक तरल में एक शरीर एक बल के अधीन होता है जो इस शरीर को तरल से बाहर धकेलता है. जैसा कि हम जानते हैं, पास्कल का नियम गैसों पर भी लागू होता है। इसलिए गैस में निकायों को एक बल के अधीन किया जाता है जो उन्हें गैस से बाहर निकालता है... यह बल गुब्बारों को ऊपर की ओर उठने का कारण बनता है। किसी पिंड को गैस से बाहर धकेलने वाले बल के अस्तित्व को भी प्रयोगात्मक रूप से देखा जा सकता है। एक छोटे वजन वाले पैन के लिए एक डाट के साथ बंद एक कांच के गोले या एक बड़े फ्लास्क को लटकाएं। तराजू संतुलित हैं। फिर फ्लास्क (या गेंद) के नीचे एक चौड़ा बर्तन रखा जाता है ताकि वह पूरे फ्लास्क को घेर ले। बर्तन कार्बन डाइऑक्साइड से भरा होता है, जिसका घनत्व हवा के घनत्व से अधिक होता है (इसलिए, कार्बन डाइऑक्साइड नीचे जाता है और बर्तन को भरता है, उसमें से हवा को विस्थापित करता है)। इस मामले में, वजन का संतुलन गड़बड़ा जाता है। निलंबित फ्लास्क वाला कप ऊपर उठा हुआ है (अंजीर।) कार्बन डाइऑक्साइड में डूबे हुए फ्लास्क में हवा की तुलना में अधिक उछाल बल होता है। किसी पिंड को किसी तरल या गैस से बाहर धकेलने वाला बल इस पिंड पर लगाए गए गुरुत्वाकर्षण बल के विपरीत होता है. इसलिए, प्रोकोस्मोस)। यह बताता है कि क्यों पानी में हम कभी-कभी आसानी से शरीर उठा लेते हैं, जिसे हम शायद ही हवा में रखते हैं। एक छोटी बाल्टी और एक बेलनाकार पिंड को स्प्रिंग से लटकाया जाता है (चित्र, ए)। तिपाई पर एक तीर वसंत के तनाव को दर्शाता है। यह हवा में शरीर के वजन को दर्शाता है। शरीर को ऊपर उठाने के बाद, इसके नीचे एक ईबब बर्तन रखा जाता है, जो ईबब ट्यूब के स्तर तक तरल से भरा होता है। उसके बाद, शरीर पूरी तरह से तरल (छवि, बी) में डूब जाता है। जिसमें तरल का वह भाग, जिसका आयतन शरीर के आयतन के बराबर होता है, डाला जाता हैएक ईबब बर्तन से एक गिलास में। स्प्रिंग सिकुड़ता है और स्प्रिंग पॉइंटर ऊपर की ओर बढ़ता है, जो द्रव में शरीर के वजन में कमी का संकेत देता है। इस मामले में, गुरुत्वाकर्षण के अलावा, शरीर पर एक अन्य बल द्वारा कार्य किया जाता है जो इसे तरल से बाहर धकेलता है। यदि कांच से तरल को ऊपरी बाल्टी में डाला जाता है (अर्थात, शरीर द्वारा विस्थापित), तो स्प्रिंग पॉइंटर अपनी प्रारंभिक स्थिति में वापस आ जाएगा (चित्र, सी)।
इस अनुभव के आधार पर हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि किसी द्रव में पूरी तरह से डूबे हुए पिंड को बाहर धकेलने वाला बल इस पिंड के आयतन में द्रव के भार के बराबर होता है ... हमें वही निष्कर्ष 48 में मिला। यदि ऐसा ही प्रयोग किसी गैस में डूबे हुए पिंड के साथ किया जाए, तो यह दिखाएगा कि पिंड को गैस से बाहर धकेलने वाला बल भी पिंड के आयतन में ली गई गैस के भार के बराबर होता है . किसी पिंड को किसी द्रव या गैस से बाहर धकेलने वाले बल को कहते हैं आर्किमिडीज बल, वैज्ञानिक के सम्मान में आर्किमिडीज , जिन्होंने सबसे पहले इसके अस्तित्व की ओर इशारा किया और इसके मूल्य की गणना की। तो, अनुभव ने पुष्टि की है कि आर्किमिडीज़ (या उत्प्लावक) बल पिंड के आयतन में द्रव के भार के बराबर है, अर्थात। एफए = पीडब्ल्यू = जी एमएफ। पिंड द्वारा विस्थापित द्रव mw का द्रव्यमान उसके घनत्व w और तरल में डूबे हुए शरीर V t के आयतन के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है (चूंकि V w - शरीर द्वारा विस्थापित तरल का आयतन V t के बराबर है - तरल में डूबे हुए शरीर का आयतन), यानी m w = w V t। तब हम प्राप्त करते हैं: एफए = जीएफ वीटी नतीजतन, आर्किमिडीज बल उस द्रव के घनत्व पर निर्भर करता है जिसमें शरीर डूबा हुआ है और इस शरीर की मात्रा पर निर्भर करता है। लेकिन यह निर्भर नहीं करता है, उदाहरण के लिए, तरल में डूबे हुए शरीर के पदार्थ के घनत्व पर, क्योंकि यह मान परिणामी सूत्र में शामिल नहीं है। आइए अब हम किसी द्रव (या गैस) में डूबे किसी पिंड का भार ज्ञात करें। चूंकि इस मामले में शरीर पर अभिनय करने वाले दो बल विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं (गुरुत्वाकर्षण नीचे है, और आर्किमिडीज बल ऊपर है), तो तरल पी 1 में शरीर का वजन निर्वात में शरीर के वजन से कम होगा पी = जी एमआर्किमिडीज बल पर एफए = जी एमडब्ल्यू (जहां एम w शरीर द्वारा विस्थापित तरल या गैस का द्रव्यमान है)। इस प्रकार, यदि कोई पिंड किसी तरल या गैस में डुबोया जाता है, तो वह अपने वजन में उतना ही खो देता है जितना कि उसके द्वारा विस्थापित तरल या गैस का वजन होता है. उदाहरण... समुद्री जल में 1.6 m3 के आयतन वाले पत्थर पर लगने वाले उत्प्लावन बल का निर्धारण करें। आइए समस्या की स्थिति को लिखें और इसे हल करें। जब तैरता हुआ पिंड तरल की सतह पर पहुँचता है, तो इसके आगे ऊपर की ओर गति के साथ, आर्किमिडीज़ बल कम हो जाएगा। क्यों? और क्योंकि तरल में डूबे हुए शरीर के हिस्से का आयतन कम हो जाएगा, और आर्किमिडीज़ बल उसमें डूबे हुए शरीर के हिस्से के आयतन में तरल के वजन के बराबर होता है। जब आर्किमिडीज बल गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर हो जाता है, तो शरीर रुक जाएगा और आंशिक रूप से उसमें डूबे हुए तरल की सतह पर तैरने लगेगा। इस निष्कर्ष को अनुभव द्वारा आसानी से सत्यापित किया जा सकता है। बहिर्वाह पात्र में बहिर्वाह नली के स्तर तक पानी डालें। उसके बाद, हम तैरते हुए शरीर को बर्तन में विसर्जित कर देंगे, पहले इसे हवा में तौलेंगे। पानी में उतरने के बाद, शरीर में डूबे हुए शरीर के एक हिस्से के आयतन के बराबर पानी का आयतन विस्थापित करता है। इस पानी को तौलने पर, हम पाते हैं कि इसका भार (आर्किमिडीयन बल) तैरते हुए पिंड पर लगने वाले गुरुत्वाकर्षण बल या हवा में इस पिंड के भार के बराबर है। अलग-अलग तरल पदार्थ - पानी, शराब, नमक के घोल में तैरते हुए किसी भी अन्य पिंडों के साथ समान प्रयोग करने के बाद, कोई यह सुनिश्चित कर सकता है कि यदि कोई पिंड किसी तरल में तैरता है, तो उसके द्वारा विस्थापित द्रव का भार हवा में इस पिंड के भार के बराबर होता है. यह साबित करना आसान है कि यदि किसी ठोस ठोस का घनत्व तरल के घनत्व से अधिक है, तो शरीर ऐसे तरल में डूब जाता है। कम घनत्व वाला पिंड इस द्रव में तैरता है... उदाहरण के लिए, लोहे का एक टुकड़ा पानी में डूब जाता है, लेकिन पारा में तैरता है। वह पिंड जिसका घनत्व द्रव के घनत्व के बराबर होता है, द्रव के भीतर साम्यावस्था में रहता है। बर्फ पानी की सतह पर तैरती है, क्योंकि इसका घनत्व पानी के घनत्व से कम होता है। तरल के घनत्व की तुलना में शरीर का घनत्व जितना कम होता है, शरीर का उतना ही कम हिस्सा तरल में डूबा रहता है। . शरीर और द्रव के समान घनत्व के साथ, शरीर किसी भी गहराई पर द्रव के अंदर तैरता है। दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ, उदाहरण के लिए पानी और मिट्टी का तेल, उनके घनत्व के अनुसार बर्तन में स्थित होते हैं: बर्तन के निचले हिस्से में - सघन पानी (ρ = 1000 किग्रा / मी 3), शीर्ष पर - हल्का मिट्टी का तेल (ρ = 800) किग्रा / मी 3) ... जलीय वातावरण में रहने वाले जीवों का औसत घनत्व पानी के घनत्व से थोड़ा अलग होता है, इसलिए उनका वजन आर्किमिडीज बल द्वारा लगभग पूरी तरह से संतुलित होता है। इसके लिए धन्यवाद, जलीय जानवरों को स्थलीय जैसे मजबूत और बड़े पैमाने पर कंकाल की आवश्यकता नहीं होती है। उसी कारण से, जलीय पौधों की चड्डी लोचदार होती है। मछली का तैरने वाला मूत्राशय आसानी से अपना आयतन बदल लेता है। जब मछली मांसपेशियों की मदद से बहुत गहराई तक उतरती है, और उस पर पानी का दबाव बढ़ जाता है, बुलबुला सिकुड़ जाता है, मछली के शरीर का आयतन कम हो जाता है, और इसे ऊपर की ओर नहीं धकेला जाता है, बल्कि गहराई में तैरता है। इस प्रकार, मछली कुछ सीमाओं के भीतर, अपने विसर्जन की गहराई को नियंत्रित कर सकती है। व्हेल फेफड़ों की क्षमता को कम करके और बढ़ाकर अपने विसर्जन की गहराई को नियंत्रित करती हैं। सेलिंग शिप।नदियों, झीलों, समुद्रों और महासागरों पर चलने वाले जहाजों का निर्माण से होता है विभिन्न सामग्रीविभिन्न घनत्व के साथ। जहाजों के पतवार आमतौर पर स्टील शीट से बने होते हैं। हर चीज़ आंतरिक फिक्सिंगजो जहाजों को ताकत देते हैं, वे भी धातुओं के बने होते हैं। जहाजों के निर्माण के लिए उपयोग करें विभिन्न सामग्रीजिसमें पानी की तुलना में उच्च और निम्न दोनों घनत्व होते हैं। क्या कारण है कि जहाज पानी पर तैरते हैं, जहाज पर चढ़ते हैं और बड़े भार ढोते हैं? एक तैरते हुए पिंड (§ 50) के साथ प्रयोग से पता चला कि शरीर अपने पानी के नीचे के हिस्से से इतना पानी विस्थापित करता है कि इस पानी का वजन हवा में शरीर के वजन के बराबर होता है। यह किसी भी पोत के लिए भी सच है। जहाज के पानी के नीचे के हिस्से से विस्थापित पानी का वजन हवा में कार्गो के साथ पोत के वजन या कार्गो के साथ पोत पर अभिनय करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर होता है।. जहाज को जिस गहराई तक पानी में डुबोया जाता है, उसे कहते हैं तलछट ... अधिकतम स्वीकार्य मसौदे को जहाज के पतवार पर लाल रेखा के साथ चिह्नित किया जाता है जिसे कहा जाता है जलरेखा (डच से। पानी- पानी)। जलरेखा में डूबे होने पर बर्तन द्वारा विस्थापित पानी का भार, ताकत के बराबरकार्गो के साथ जहाज पर अभिनय करने वाले गुरुत्वाकर्षण को जहाज का विस्थापन कहा जाता है. वर्तमान में, तेल के परिवहन के लिए, जहाजों का निर्माण 5,000,000 kN (5 · 10 6 kN) और अधिक के विस्थापन के साथ किया जा रहा है, अर्थात 500,000 टन (5 · 10 5 टन) और अधिक के वजन के साथ। यदि हम विस्थापन में से ही पात्र का भार घटा दें, तो हमें इस पात्र की वहन क्षमता प्राप्त हो जाती है। वहन क्षमता पोत द्वारा ढोए गए कार्गो के वजन को इंगित करती है। जहाज निर्माण प्राचीन मिस्र में, फेनिशिया में मौजूद था (ऐसा माना जाता है कि फोनीशियन सबसे अच्छे जहाज बनाने वालों में से एक थे), प्राचीन चीन। रूस में, जहाज निर्माण की उत्पत्ति १७वीं और १८वीं शताब्दी के मोड़ पर हुई। ज्यादातर युद्धपोतों का निर्माण किया गया था, लेकिन यह रूस में था कि पहला आइसब्रेकर, एक आंतरिक दहन इंजन वाले जहाज और परमाणु आइसब्रेकर "अर्कटिका" का निर्माण किया गया था। वैमानिकी।
१७८३ में मोंटगॉल्फियर भाइयों के गुब्बारे का वर्णन करने वाला एक चित्र: "गुब्बारे का दृश्य और सटीक आयाम धरती"वह पहला था"। १७८६ प्राचीन काल से, लोगों ने बादलों के ऊपर उड़ने में सक्षम होने का सपना देखा है, जैसे वे समुद्र पर तैरते हैं, हवादार समुद्र में तैरते हैं। वैमानिकी के लिए सबसे पहले, गुब्बारों का उपयोग किया जाता था, जो या तो गर्म हवा, या हाइड्रोजन या हीलियम से भरे होते थे। गुब्बारे को हवा में ऊपर उठाने के लिए यह आवश्यक है कि आर्किमिडीज बल (उछाल) एफऔर, गेंद पर अभिनय, गुरुत्वाकर्षण बल से अधिक था एफभारी, यानी एफए> एफअधिक वज़नदार जैसे-जैसे गेंद ऊपर उठती है, उस पर कार्य करने वाला आर्किमिडीज बल कम होता जाता है ( एफए = जीवी), क्योंकि वायुमंडल की ऊपरी परतों का घनत्व पृथ्वी की सतह के घनत्व से कम है। ऊंचा उठने के लिए गेंद से एक विशेष गिट्टी (वजन) गिराई जाती है और इससे गेंद हल्की हो जाती है। अंततः गेंद अपनी अधिकतम उठाने की ऊँचाई तक पहुँच जाती है। एक विशेष वाल्व का उपयोग करके गेंद को उसके खोल से छोड़ने के लिए गैस का एक हिस्सा छोड़ा जाता है। क्षैतिज दिशा में, गुब्बारा केवल हवा के प्रभाव में चलता है, इसलिए इसे कहा जाता है गुब्बारा (ग्रीक से आका- वायु, स्टेटो- खड़ा है)। वायुमंडल की ऊपरी परतों का अध्ययन करने के लिए, समताप मंडल, बहुत पहले नहीं, विशाल गुब्बारों का उपयोग किया गया था - समताप मंडल के गुब्बारे . इससे पहले कि वे यह सीखते कि यात्रियों और माल को हवाई मार्ग से ले जाने के लिए बड़े विमान कैसे बनाए जाते हैं, नियंत्रित गुब्बारों का उपयोग किया जाता था - हवाई पोतों... उनके पास एक लम्बी आकृति है, एक मोटर के साथ एक गोंडोला पतवार के नीचे निलंबित है, जो प्रोपेलर को चलाता है। गुब्बारा न केवल अपने आप ऊपर उठता है, बल्कि कुछ भार भी उठा सकता है: एक केबिन, लोग, उपकरण। इसलिए, यह पता लगाने के लिए कि गुब्बारा किस प्रकार का भार उठा सकता है, यह निर्धारित करना आवश्यक है उठाना. मान लीजिए, उदाहरण के लिए, हीलियम से भरा 40 मीटर 3 गुब्बारा हवा में छोड़ा जाता है। गोले के खोल को भरने वाले हीलियम का द्रव्यमान बराबर होगा: इसका मतलब है कि यह गेंद 520 N - 71 N = 449 N वजन का भार उठा सकती है। यह इसकी भारोत्तोलन शक्ति है। समान आयतन की एक गेंद, लेकिन हाइड्रोजन से भरी हुई, 479 N का भार उठा सकती है। इसका मतलब है कि इसकी भारोत्तोलन बल हीलियम से भरी गेंद की तुलना में अधिक है। लेकिन फिर भी, हीलियम का अधिक बार उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह जलता नहीं है और इसलिए सुरक्षित है। हाइड्रोजन एक ज्वलनशील गैस है। गर्म हवा से भरे गुब्बारे को उठाना और नीचे करना बहुत आसान है। इसके लिए बॉल के निचले हिस्से में होल के नीचे एक बर्नर लगा होता है। मदद से गैस बर्नरगेंद के अंदर हवा के तापमान को नियंत्रित करना संभव है, जिसका अर्थ है इसका घनत्व और उछाल। गेंद को ऊंचा उठाने के लिए, इसमें हवा को और अधिक मजबूती से गर्म करने के लिए, बर्नर की लौ को बढ़ाना पर्याप्त है। जब बर्नर की लौ कम हो जाती है, तो गेंद में हवा का तापमान कम हो जाता है और गेंद नीचे चली जाती है। आप गेंद का तापमान चुन सकते हैं जिस पर गेंद और कॉकपिट का भार उत्प्लावन बल के बराबर होगा। तब गेंद हवा में लटकेगी, और इससे अवलोकन करना आसान होगा। विज्ञान के विकास के साथ, वैमानिकी प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए। गुब्बारों के लिए नए आवरणों का उपयोग करना संभव हो गया, जो मजबूत, ठंढ-प्रतिरोधी और हल्के हो गए हैं। रेडियो इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑटोमेशन में प्रगति ने मानव रहित गुब्बारों को डिजाइन करना संभव बना दिया है। इन गुब्बारों का उपयोग वायु धाराओं का अध्ययन करने के लिए, निचले वातावरण में भौगोलिक और जैव चिकित्सा अनुसंधान के लिए किया जाता है। डाइविंग अभ्यास में, मूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के यांत्रिक, हाइड्रोस्टेटिक और गैस दबाव की गणना के साथ मिलना अक्सर आवश्यक होता है। मापा दबाव के मूल्य के आधार पर विभिन्न इकाइयों का उपयोग किया जाता है। SI और ISS सिस्टम में, दबाव की इकाई पास्कल (Pa) है।, MKGSS प्रणाली में - kgf / cm 2 (तकनीकी वातावरण - पर)। टोरस (मिमी एचजी), एटीएम (भौतिक वातावरण), पानी का मीटर दबाव की ऑफ-सिस्टम इकाइयों के रूप में उपयोग किया जाता है। कला।, और अंग्रेजी में उपाय - पाउंड / इंच 2. दबाव की विभिन्न इकाइयों के बीच संबंध तालिका 10.1 में दिखाए गए हैं। यांत्रिक दबाव को शरीर के प्रति इकाई सतह क्षेत्र पर लंबवत रूप से कार्य करने वाले बल द्वारा मापा जाता है:
उदाहरण 10.1।उस दबाव का निर्धारण करें जो गोताखोर जहाज के डेक पर और पानी के नीचे जमीन पर कदम रखता है जब वह कदम रखता है (यानी एक पैर पर खड़ा होता है)। हवा में उपकरण में एक गोताखोर का वजन 180 किलोग्राम है, और पानी के नीचे 9 किलोग्राम है। डाइविंग शू का एकमात्र क्षेत्रफल 360 सेमी 2 लें। समाधान। १) डाइविंग गैलोश द्वारा जहाज के डेक पर प्रेषित दबाव, (१०.१) के अनुसार: पी = 180/360 = 0.5 किग्रा / सेमी या एसआई इकाइयों में पी = 0.5 * 0.98.10 5 = 49000 पा = 49 केपीए। तालिका 10.1। दबाव की विभिन्न इकाइयों के बीच संबंध
2) डाइविंग गैलोश द्वारा पानी के नीचे जमीन पर प्रेषित दबाव:
या एसआई इकाइयों में पी = ०.०२५ * ०.९८ * १० ५ = २४६० पा = २.४६ केपीए। हीड्रास्टाटिक दबावतरल हर जगह उस सतह के लंबवत होता है जिस पर वह कार्य करता है, और गहराई के साथ बढ़ता है, लेकिन किसी भी क्षैतिज तल में स्थिर रहता है। यदि तरल की सतह पर बाहरी दबाव (उदाहरण के लिए, वायु दाब) का अनुभव नहीं होता है या इसे ध्यान में नहीं रखा जाता है, तो तरल के अंदर के दबाव को अधिक दबाव कहा जाता है
जहाँ p द्रव का दबाव है, kgf / cm 2; पी तरल का घनत्व है, जीएफ "एस 4 / सेमी 2; जी - गुरुत्वाकर्षण का त्वरण, सेमी / एस 2; वाई तरल का विशिष्ट गुरुत्व है, किग्रा / सेमी 3, किग्रा / एल; एच - गहराई, एम। यदि तरल की सतह बाहरी दबाव पीपी के अधीन है। फिर तरल के अंदर का दबाव यदि वायुमंडलीय वायुदाब तरल की सतह पर कार्य करता है, तो द्रव के अंदर के दबाव को कहा जाता है काफी दबाव(यानी शून्य से मापा गया दबाव - पूर्ण वैक्यूम): जहां बी वायुमंडलीय (बैरोमीटर का) दबाव है, मिमी एचजी। कला। मीठे पानी के लिए व्यावहारिक गणना में, Y = l kgf / l और वायुमंडलीय दबाव p 0 = 1 kgf / cm 2 = = 10 m पानी। कला।, फिर किलोफ / सेमी 2 . में अतिरिक्त पानी का दबाव और पूर्ण पानी का दबाव उदाहरण 10.2।यदि बैरोमीटर का दबाव 765 मिमी एचजी है, तो 150 मीटर की गहराई पर एक गोताखोर पर अभिनय करने वाले समुद्री जल का पूर्ण दबाव ज्ञात कीजिए। कला।, और समुद्री जल का विशिष्ट गुरुत्व 1.024 kgf / l है। समाधान।बैल का पूर्ण दबाव (10/4) (10.6) के अनुसार निरपेक्ष दबाव का अनुमानित मूल्य इस उदाहरण में, गणना के लिए अनुमानित सूत्र (10.6) का उपयोग काफी उचित है, क्योंकि गणना त्रुटि 3% से अधिक नहीं है। उदाहरण १०.३.वायुमंडलीय दबाव p a = 1 kgf / cm 2 पर हवा वाली एक खोखली संरचना में, पानी के नीचे होने के कारण, एक छेद बन गया जिससे पानी बहना शुरू हो गया (चित्र 10.1)। यदि गोताखोर अपने हाथ से इस छेद को बंद करने का प्रयास करे तो उसे किस प्रकार का दबाव अनुभव होगा? क्षेत्र "छेद के क्रॉस-सेक्शन में 10X10 सेमी 2 है, छेद के ऊपर पानी के स्तंभ एच की ऊंचाई 50 मीटर है।
समाधान।(१०.५) के अनुसार छेद पर अत्यधिक पानी का दबाव पी = 0.1-50 = 5 किग्रा / सेमी 2। से गोताखोर की बांह पर दबाव का बल (10.1) एफ = एसपी = 10 * 10 * 5 = 500 किग्रा = 0.5 टीएफ। पोत में निहित गैस का दबाव समान रूप से वितरित किया जाता है, यदि आप इसके वजन को ध्यान में नहीं रखते हैं, जो कि डाइविंग अभ्यास में उपयोग किए जाने वाले जहाजों के आकार को देखते हुए, एक महत्वहीन प्रभाव पड़ता है। गैस के स्थिर द्रव्यमान के दबाव का परिमाण उसके द्वारा व्याप्त मात्रा और तापमान पर निर्भर करता है। एक स्थिर तापमान पर गैस के दबाव और उसके आयतन के बीच संबंध अभिव्यक्ति द्वारा स्थापित किया जाता है पी 1 वी 1 = पी 2 वी 2 (10.7) जहाँ पी १ और पी २ - प्रारंभिक और अंतिम निरपेक्ष दबाव, किग्रा / सेमी २; वी 1 और वी 2 - प्रारंभिक और अंतिम गैस मात्रा, एल। एक स्थिर आयतन पर गैस के दबाव और उसके तापमान के बीच संबंध अभिव्यक्ति द्वारा स्थापित किया जाता है
जहाँ t १ और t २ प्रारंभिक और अंतिम गैस तापमान हैं, ° । निरंतर दबाव में, गैस के आयतन और तापमान के बीच एक समान संबंध होता है
गैस के दबाव, आयतन और तापमान के बीच संबंध गैस अवस्था के संयुक्त कानून द्वारा स्थापित किया जाता है
उदाहरण 10.4।सिलेंडर की क्षमता 40 लीटर है, मैनोमीटर के अनुसार इसमें हवा का दबाव 150 किग्रा / सेमी 2 है। सिलेंडर में मुक्त हवा का आयतन निर्धारित करें, अर्थात आयतन घटकर 1 kgf / cm 2 हो जाए। समाधान।प्रारंभिक निरपेक्ष दबाव पी = १५० + १ = १५१ किग्रा / सेमी २, अंतिम पी २ = १ किग्रा / सेमी २, प्रारंभिक मात्रा वी १ = ४० लीटर। से मुक्त हवा की मात्रा (10.7) उदाहरण 10.5। 17 डिग्री सेल्सियस के तापमान वाले कमरे में ऑक्सीजन सिलेंडर पर दबाव नापने का यंत्र 200 किग्रा / सेमी 2 का दबाव दिखाता है। इस गुब्बारे को डेक पर स्थानांतरित कर दिया गया, जहां अगले दिन -11 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर इसकी रीडिंग 180 किग्रा / सेमी 2 तक गिर गई। ऑक्सीजन लीक होने की आशंका जताई जा रही है। संदेह की शुद्धता की जाँच करें। समाधान।प्रारंभिक निरपेक्ष दबाव पी 2 = 200 + 1 = 201 किग्रा / सेमी 2, अंतिम पी 2 = 180 + 1 = 181 किग्रा / सेमी 2, प्रारंभिक तापमान टी 1 = 17 डिग्री सेल्सियस, अंतिम टी 2 = -11 डिग्री सेल्सियस। अंतिम परिकलित से दबाव (10.8) संदेह निराधार हैं, क्योंकि वास्तविक और परिकलित दबाव समान हैं। उदाहरण 10.6।पानी के नीचे एक गोताखोर ४० मीटर की गहराई के दबाव में संपीड़ित १०० लीटर / मिनट हवा की खपत करता है। मुक्त हवा की खपत का निर्धारण करें (यानी, १ किग्रा / सेमी २ के दबाव पर)। समाधान।(१०.६) के अनुसार विसर्जन की गहराई पर प्रारंभिक निरपेक्ष दबाव पी 1 = 0.1 * 40 = 5 किग्रा / सेमी 2। अंतिम निरपेक्ष दबाव 2 = 1 kgf / cm 2 प्रारंभिक वायु खपत वीआई = एल00 एल / मिनट। (10.7) के अनुसार मुफ्त हवा की खपत आइए एक प्रयोग करें। कोनों में चार कीलों वाला एक छोटा बोर्ड लें और इसे ऊपर की ओर रेत पर रखें। इसके ऊपर एक भार रखें (चित्र 81)। हम देखेंगे कि कील सिरों को केवल रेत में थोड़ा सा दबाया गया है। यदि हम बोर्ड को बार-बार घुमाते हैं और इसे (वजन के साथ) रेत पर रख देते हैं, तो अब नाखून इसमें बहुत गहरे जाएंगे (चित्र 82)। दोनों ही मामलों में बोर्ड का वजन समान था, लेकिन प्रभाव अलग था। क्यों? विचाराधीन मामलों में एकमात्र अंतर यह था कि जिस सतह पर कीलें टिकी हुई थीं वह एक मामले में बड़ा था और दूसरे में कम था। आखिरकार, नाखूनों के सिरों ने पहले रेत को छुआ, और फिर उनके बिंदुओं को। हम देखते हैं कि प्रभाव का परिणाम न केवल उस बल पर निर्भर करता है जिसके साथ शरीर सतह पर दबाव डालता है, बल्कि इस सतह के क्षेत्र पर भी निर्भर करता है। यह इस कारण से है कि एक व्यक्ति जो स्की पर ढीली बर्फ पर फिसलने में सक्षम है, जैसे ही वह उन्हें उतारता है, तुरंत उसमें गिर जाता है (चित्र 83)। सतह पर लंबवत लगाया गया बल कहलाता है दबाव का बलइस सतह पर। दबाव बल को दबाव से भ्रमित नहीं होना चाहिए। दबाव- इस भौतिक मात्राइस सतह के क्षेत्रफल के लिए दी गई सतह पर लागू दबाव बल के अनुपात के बराबर: पी - दबाव, एफ - दबाव बल, एस - क्षेत्र। इसलिए, दबाव को निर्धारित करने के लिए, दबाव बल को उस सतह क्षेत्र से विभाजित करना आवश्यक है जिस पर दबाव लगाया जाता है। उसी बल के साथ, उस स्थिति में दबाव अधिक होता है जब समर्थन क्षेत्र छोटा होता है, और इसके विपरीत, समर्थन क्षेत्र जितना बड़ा होता है, दबाव उतना ही कम होता है। ऐसे मामलों में जहां दबाव बल सतह पर शरीर का भार है (एफ = पी = मिलीग्राम), शरीर द्वारा लगाया गया दबाव सूत्र द्वारा पाया जा सकता है यदि दबाव पी और क्षेत्र एस ज्ञात है, तो दबाव बल एफ निर्धारित किया जा सकता है; इसके लिए आपको क्षेत्र द्वारा दबाव को गुणा करना होगा: एफ = पीएस (32.2) दबाव बल (किसी भी अन्य बल की तरह) को न्यूटन में मापा जाता है। दबाव को पास्कल में मापा जाता है। पास्कल(१ पा) वह दबाव है जो १ मीटर २ के क्षेत्र के साथ सतह पर लागू होने पर १ एन का दबाव बल उत्पन्न करता है: 1 पा = 1 एन / एम 2। दबाव की अन्य इकाइयों का भी उपयोग किया जाता है - हेक्टोपास्कल (एचपीए) और किलोपास्कल (केपीए): 1 एचपीए = 100 पा, 1 केपीए = 1000 पा। 1. उदाहरण दीजिए कि बल का प्रभाव उस आधार के क्षेत्र पर निर्भर करता है जिस पर यह बल कार्य करता है। 2. स्कीइंग करने वाला व्यक्ति बर्फ में क्यों नहीं गिरता? 3. एक कुंद बटन की तुलना में एक तेज बटन पेड़ में प्रवेश करना आसान क्यों है? 4. दाब किसे कहते हैं? 5. आप दबाव की किन इकाइयों को जानते हैं? 6. दबाव और दबाव में क्या अंतर है? 7. आप दबाव और उस सतह क्षेत्र को जानकर, जिस पर बल लगाया जाता है, आप दबाव के बल का पता कैसे लगा सकते हैं? यह भी पढ़ें |
लेकिन यह सिर्फ क्षेत्र नहीं है। लागू बल का परिमाण भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यदि, उदाहरण के लिए, वही। बोर्ड पर एक और वजन डालें (चित्र 81 देखें), फिर नाखून (उसी समर्थन क्षेत्र के साथ) रेत में और भी गहरे डूब जाएंगे।
