Como a força da gravidade atua sobre um líquido, uma substância líquida tem peso. Peso é a força com que ele pressiona o suporte, ou seja, o fundo do recipiente no qual é despejado. A lei de Pascal diz: a pressão sobre o fluido é transmitida para qualquer ponto dele, sem alterar sua força. Como calcular a pressão de um líquido no fundo e nas paredes de um vaso? Vamos entender o artigo usando exemplos ilustrativos.
Experiência
Vamos imaginar que temos um recipiente cilíndrico cheio de líquido. Denotamos a altura da camada líquida h, a área do fundo do recipiente - S e a densidade do líquido - ρ. A pressão desejada é P. Ela é calculada dividindo a força que atua em um ângulo de 90 ° em relação à superfície pela área dessa superfície. No nosso caso, a superfície é o fundo do recipiente. P=F/S.
A força da pressão do líquido no fundo do recipiente é o peso. É igual à força da pressão. Nosso fluido é estacionário, então o peso é igual à gravidade(Fstrand) atuando sobre o líquido e, portanto, a força de pressão (F=Fstrength). Fpesado é encontrado da seguinte forma: multiplique a massa do líquido (m) pela aceleração da queda livre (g). A massa pode ser encontrada se for conhecido qual é a densidade do líquido e qual é o seu volume no recipiente. m=ρ×V. O vaso tem formato cilíndrico, então vamos encontrar seu volume multiplicando a área da base do cilindro pela altura da camada líquida (V=S×h).
Cálculo da pressão do líquido no fundo do vaso
Aqui estão as quantidades que podemos calcular: V=S×h; m=ρ×V; F=m×g. Vamos substituí-los na primeira fórmula e obter a seguinte expressão: P=ρ×S×h×g/S. Vamos reduzir a área S no numerador e denominador. Ele desaparecerá da fórmula, o que significa que a pressão no fundo não depende da área do vaso. Além disso, não depende da forma do recipiente.
A pressão que um líquido cria no fundo de um recipiente é chamada de pressão hidrostática. "Hydro" é "água" e estática é porque o fluido está parado. Usando a fórmula obtida após todas as transformações (P=ρ×h×g), determine a pressão do líquido no fundo do vaso. Pode-se observar pela expressão que quanto mais denso o líquido, maior sua pressão no fundo do vaso. Vamos analisar com mais detalhes qual o valor h.
Pressão na coluna de líquido
Digamos que aumentamos o fundo do recipiente em uma certa quantidade, adicionamos espaço adicional para o líquido. Se colocarmos um peixe em um recipiente, a pressão sobre ele será a mesma no recipiente do experimento anterior e no segundo, ampliado? A pressão mudará do que ainda está sob o peixehá água? Não, porque há uma certa camada de líquido em cima, a gravidade age sobre ela, o que significa que a água tem peso. O que está abaixo é irrelevante. Portanto, podemos encontrar a pressão na própria espessura do líquido, e h é a profundidade. Não é necessariamente a distância até o fundo, o fundo pode ser mais baixo.
Vamos imaginar que viramos o peixe 90°, deixando-o na mesma profundidade. Isso vai mudar a pressão sobre ela? Não, porque em profundidade é o mesmo em todas as direções. Se aproximarmos um peixe da parede do vaso, a pressão sobre ele mudará se permanecer na mesma profundidade? Não. Em todos os casos, a pressão na profundidade h será calculada usando a mesma fórmula. Isso significa que esta fórmula nos permite encontrar a pressão do líquido no fundo e nas paredes do vaso a uma profundidade h, ou seja, na espessura do líquido. Quanto mais profundo, maior.
Pressão em vaso inclinado
Vamos imaginar que temos um tubo de cerca de 1 m de comprimento, onde despejamos líquido para que fique completamente cheio. Vamos pegar exatamente o mesmo tubo, cheio até a borda, e colocá-lo em um ângulo. Os recipientes são idênticos e preenchidos com o mesmo líquido. Portanto, a massa e o peso do líquido no primeiro e no segundo tubos são iguais. A pressão será a mesma nos pontos localizados no fundo desses recipientes? À primeira vista, parece que a pressão P1 é igual a P2, pois a massa dos líquidos é a mesma. Vamos supor que este seja o caso e vamos fazer um experimento para verificar.
Conecte as partes inferiores desses tubos com um pequeno tubo. Se umnossa suposição de que P1 =P2 está correta, o líquido fluirá para algum lugar? Não, pois suas partículas serão afetadas por forças na direção oposta, que se compensarão.
Vamos anexar um funil no topo do tubo inclinado. E no tubo vertical fazemos um buraco, inserimos um tubo nele, que se dobra. A pressão no nível do furo é maior do que no topo. Isso significa que o líquido fluirá através de um tubo fino e encherá o funil. A massa de líquido no tubo inclinado aumentará, o líquido fluirá do tubo esquerdo para o direito, depois subirá e circulará em círculo.
E agora vamos instalar uma turbina sobre o funil, que vamos conectar a um gerador elétrico. Então este sistema irá gerar eletricidade por conta própria, sem qualquer intervenção. Ela vai trabalhar sem parar. Parece que esta é a "máquina de movimento perpétuo". No entanto, já no século 19, a Academia Francesa de Ciências se recusou a aceitar tais projetos. A lei da conservação da energia diz que é impossível criar uma "máquina de movimento perpétuo". Portanto, nossa suposição de que P1 =P2 está errada. Na verdade P1< P2. Como, então, calcular a pressão do líquido no fundo e nas paredes do vaso em um tubo que está localizado em ângulo?
Altura da coluna de líquido e pressão
Para descobrir, vamos fazer o seguinte experimento mental. Pegue um recipiente cheio de líquido. Colocamos dois tubos nele demalha de metal. Colocaremos um verticalmente e o outro - obliquamente, para que sua extremidade inferior fique na mesma profundidade que a parte inferior do primeiro tubo. Como os recipientes estão na mesma profundidade h, a pressão do líquido no fundo e nas paredes do recipiente também será a mesma.
Agora feche todos os furos nos tubos. Devido ao fato de terem se tornado sólidos, a pressão em suas partes inferiores mudará? Não. Embora a pressão seja a mesma e os vasos sejam iguais em tamanho, a massa de líquido em um tubo vertical é menor. A profundidade na qual o fundo do tubo está localizado é chamada de altura da coluna de líquido. Vamos dar uma definição para este conceito: é a distância medida verticalmente da superfície livre até um determinado ponto no líquido. Em nosso exemplo, a altura da coluna de líquido é a mesma, então a pressão é a mesma. No experimento anterior, a altura da coluna de líquido no tubo direito é maior que no esquerdo. Portanto, a pressão P1 é menor que P2.
