Главным различием жидкостей от жестких (упругих) тел является способность просто изменять свою форму. Части воды могут свободно смещаться, скользя друг относительно друга. Потому жидкость воспринимает форму сосуда, التي سكب. В жидкость, как и в газообразную среду, можно погружать твердые тела. В отличие от газов воды фактически несжимаемы. На тело, погруженное в жидкость либо газ, действуют силы, распределенные по коже. Для описания таких распределенных сил вводится новенькая физическая величина – الضغط. Давление определяется как отношение модуля силы действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности:

  В системе СИ давление измеряется в паскалях (السلطة الفلسطينية):

1 Па = 1 Н/м2.

  Нередко употребляются внесистемные единицы: обычная атмосфера (ATM) и мм ртутного столба (мм рт. ст.):

1 атм = 101325 Па = 760 мм Hg.

  Французский ученый Б. Паскаль посреди XVII века эмпирически установил закон, нареченный законом Паскаля:  

Давление в воды либо газе передается во всех направлениях идиентично и не находится в зависимости от ориентации площадки, на которую оно действует.

  Для иллюстрации закона Паскаля на рис. 1.15.1 изображена маленькая прямоугольная призма, погруженная в жидкость. Если представить, что плотность материала призмы равна плотности воды, то призма должна находиться в воды в состоянии безразличного равновесия. هذا يعني, что силы давления, действующие на грани призмы, должны быть уравновешены. Это произойдет исключительно в том случае, если давления, другими словами силы, действующие на единицу поверхности каждой грани, схожи: p1 = p2 = p3 = p.

1

Набросок 1.15.1. باسكال القانون: p1 = p2 = p3 = p.

Давление воды на дно либо боковые стены сосуда находится в зависимости от высоты столба воды. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна весу столба воды mg, где m =ρhS – масса воды в сосуде, ρ – كثافة الماء. Как следует

  Такое же давление на глубине h в согласовании с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стены сосуда. Давление столба воды ρgh именуют гидростатическим давлением. Если жидкость находится в цилиндре под поршнем (рис. 1.15.2), то действуя на поршень некой наружной силой F, можно создавать в воды дополнительное давление p0 = F / S, где S – площадь поршня. Таким макаром, полное давление в воды на глубине h можно записать в виде:

p = p0 +ρgh.

  Если на рис. 1.15.2 поршень убрать, то давление на поверхность воды будет равно атмосферному давлению: p0 = pатм.

2

Набросок 1.15.2. Зависимость давления от высоты столба воды.

Из-за разности давлений в воды на различных уровнях появляется выталкивающая إما архимедова السلطة Рис. 1.15.3 объясняет возникновение архимедовой силы. В жидкость погружено тело в виде прямоугольного параллелепипеда высотой h и площадью основания S. Разность давлений на нижнюю и верхнюю грани есть:

Δp = p2– p1 =ρgh.

 

  Потому выталкивающая сила будет ориентирована ввысь, и ее модуль равен

FА = F2– F1 = SΔp =ρgSh =ρgV,

 

где V – объем вытесненной телом воды, و ρV – ее масса. Архимедова сила, действующая на погруженное в жидкость (либо газ) الجسم, равна весу воды (либо газа), вытесненной телом. Это утверждение, называемое законом Архимеда, справедливо для тел хоть какой формы.

3

Набросок 1.15.3. Архимедова сила. FА = F2– F1 = S(p2– p1) =ρgSh, F1 = p1S, F2 = p2S.

Из закона Архимеда вытекает, что если средняя плотность тела ρт больше плотности воды (либо газа) ρ, тело будет опускаться на дно. Если же ρt< ρ, тело будет плавать на поверхности воды. Объем погруженной части тела будет такой, что вес вытесненной воды равен весу тела. Для подъема воздушного шара в воздухе его вес должен быть меньше веса вытесненного воздуха. Потому воздушные шары заполняют легкими газами (водородом, гелием) либо нагретым воздухом. Из выражения для полного давления в воды p = p0 +ρgh вытекает, في сообщающихся сосудах хоть какой формы, заполненных однородной жидкостью, давления в хоть какой точке на одном и том же уровне схожи (рис. 1.15.4).

4

Набросок 1.15.4. Пример сообщающихся сосудов. В правом сосуде поверхность воды свободна. На уровне h давление в обоих сосудах идиентично и равно p0 = F / S =ρgh0 + pатм. Давление на дно сосудов p = p0 +ρgh.

Если оба вертикально расположенных цилиндра сообщающихся сосудов закрыть поршнями, то при помощи наружных сил, приложенных к поршням, в воды можно сделать огромное давление p, во много раз превышающее гидростатическое давление ρgh в хоть какой точке системы. ثم يمكنك الاعتماد, что во всей системе устанавливается однообразное давление p. Если поршни имеют различные площади S1 и S2, то на их со стороны воды действуют различные силы F1 = pS1 и F2 = pS2. Такие же по модулю, но обратно направленные наружные силы должны быть приложены к поршням для удержания системы в равновесии. Таким макаром,

  Если S2>> S1, то F2>> F1. Устройства такового рода именуют гидравлическими машинами (рис. 1.15.5). Они позволяют получить значимый выигрыш в силе. Если поршень в узеньком цилиндре переместить вниз под действием наружной силы на расстояние то поршень в широком цилиндре переместится на расстояние поднимая тяжкий груз. Таким макаром, выигрыш в силе в раз непременно сопровождается таким же проигрышем в расстоянии. При всем этом произведение силы на расстояние остается постоянным:

F1h1 = F2h2.

  Это правило производится для всех безупречных машин, в каких не действуют силы трения. Оно именуется «золотым правилом механики».

5

Набросок 1.15.5. Гидравлическая машина.

Гидравлические машины, применяемые для подъема грузов, именуются домкратами. Они обширно используются также в качестве гидравлических прессов. В качестве воды обычно употребляются минеральные масла.