Karena gaya gravitasi bekerja pada cairan, zat cair memiliki berat. Berat adalah kekuatan yang digunakannya untuk menekan penyangga, yaitu di bagian bawah bejana tempat ia dituangkan. Hukum Pascal mengatakan: tekanan pada fluida ditransmisikan ke titik mana pun di dalamnya, tanpa mengubah kekuatannya. Bagaimana cara menghitung tekanan zat cair di dasar dan dinding bejana? Kami akan memahami artikel menggunakan contoh ilustrasi.
Pengalaman
Mari kita bayangkan bahwa kita memiliki bejana silindris yang berisi cairan. Kami menunjukkan ketinggian lapisan cairan h, luas bagian bawah kapal - S, dan kepadatan cairan -. Tekanan yang diinginkan adalah P. Ini dihitung dengan membagi gaya yang bekerja pada sudut 90 ° ke permukaan dengan luas permukaan ini. Dalam kasus kami, permukaan adalah bagian bawah wadah. P=F/S.
Kekuatan tekanan zat cair di dasar bejana adalah beratnya. Itu sama dengan kekuatan tekanan. Cairan kita tidak bergerak, jadi berat sama dengan gravitasi(Fstrand) yang bekerja pada cairan, dan karenanya gaya tekanan (F=Fstrength). Fberat ditemukan sebagai berikut: kalikan massa zat cair (m) dengan percepatan jatuh bebas (g). Massa dapat ditemukan jika diketahui berapa massa jenis zat cair dan berapa volumenya di dalam bejana. m=×V. Bejana memiliki bentuk silinder, jadi kita akan menemukan volumenya dengan mengalikan luas alas silinder dengan tinggi lapisan cairan (V=S×h).
Perhitungan tekanan cairan di bagian bawah bejana
Berikut adalah besaran yang dapat kita hitung: V=S×h; m=×V; F=m×g. Mari kita substitusikan ke dalam rumus pertama dan dapatkan ekspresi berikut: P=×S×h×g/S. Mari kita kurangi luas S pada pembilang dan penyebutnya. Itu akan hilang dari rumus, yang berarti bahwa tekanan di bagian bawah tidak tergantung pada luas bejana. Selain itu, tidak tergantung pada bentuk wadahnya.
Tekanan yang dihasilkan cairan di dasar bejana disebut tekanan hidrostatik. "Hidro" adalah "air" dan statis karena fluida diam. Dengan menggunakan rumus yang diperoleh setelah semua transformasi (P=×h×g), tentukan tekanan cairan di dasar bejana. Dapat dilihat dari ekspresi bahwa semakin padat cairan, semakin besar tekanannya di bagian bawah bejana. Mari kita analisa lebih detail apa nilai h.
Tekanan dalam kolom cairan
Katakanlah kita telah menambah bagian bawah wadah dengan jumlah tertentu, menambahkan ruang tambahan untuk cairan. Jika kita memasukkan ikan ke dalam sebuah wadah, apakah tekanan di dalam wadah sama dengan percobaan sebelumnya dan percobaan kedua yang diperbesar? Akankah tekanan berubah dari apa yang masih di bawah ikan?ada air? Tidak, karena ada lapisan cairan tertentu di atasnya, gravitasi bekerja di atasnya, yang berarti air memiliki berat. Apa yang ada di bawah tidak relevan. Oleh karena itu, kita dapat menemukan tekanan di bagian paling tebal dari cairan, dan h adalah kedalamannya. Belum tentu jarak ke bawah bisa lebih rendah.
Mari kita bayangkan bahwa kita membalikkan ikan 90°, meninggalkannya pada kedalaman yang sama. Apakah ini akan mengubah tekanan padanya? Tidak, karena pada kedalaman sama ke segala arah. Jika kita membawa ikan mendekati dinding kapal, apakah tekanannya akan berubah jika berada pada kedalaman yang sama? Tidak. Dalam semua kasus, tekanan pada kedalaman h akan dihitung dengan menggunakan rumus yang sama. Ini berarti bahwa rumus ini memungkinkan kita untuk menemukan tekanan cairan di bagian bawah dan dinding bejana pada kedalaman h, yaitu, dalam ketebalan cairan. Semakin dalam, semakin besar.
Tekanan dalam bejana miring
Misalkan kita memiliki sebuah tabung yang panjangnya sekitar 1 m, kita menuangkan cairan ke dalamnya hingga terisi penuh. Mari kita ambil tabung yang sama persis, diisi sampai penuh, dan letakkan di sudut. Bejananya identik dan diisi dengan cairan yang sama. Oleh karena itu, massa dan berat zat cair dalam tabung pertama dan kedua adalah sama. Akankah tekanannya sama di titik-titik yang terletak di bagian bawah wadah ini? Sepintas, tampaknya tekanan P1 sama dengan P2, karena massa zat cairnya sama. Mari kita asumsikan ini masalahnya dan mari kita lakukan eksperimen untuk memeriksanya.
Sambungkan bagian bawah tabung ini dengan tabung kecil. Jika sebuahasumsi kita bahwa P1 =P2 benar, apakah cairan akan mengalir ke suatu tempat? Tidak, karena partikelnya akan terpengaruh oleh gaya yang berlawanan arah, yang akan saling mengimbangi.
Mari kita pasang corong ke bagian atas tabung miring. Dan pada tabung vertikal kami membuat lubang, memasukkan tabung ke dalamnya, yang ditekuk ke bawah. Tekanan di tingkat lubang lebih besar daripada di bagian paling atas. Ini berarti bahwa cairan akan mengalir melalui tabung tipis dan mengisi corong. Massa zat cair dalam tabung miring akan bertambah, zat cair akan mengalir dari tabung kiri ke tabung kanan, kemudian naik dan beredar melingkar.
Dan sekarang kita akan memasang turbin di atas corong, yang akan kita sambungkan ke generator listrik. Kemudian sistem ini akan menghasilkan listrik dengan sendirinya, tanpa intervensi apapun. Dia akan bekerja tanpa henti. Tampaknya ini adalah "mesin gerak abadi". Namun, pada awal abad ke-19, Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis menolak untuk menerima proyek semacam itu. Hukum kekekalan energi mengatakan bahwa tidak mungkin menciptakan "mesin gerak abadi". Jadi asumsi kita bahwa P1 =P2 salah. Sebenarnya P1< P2. Lalu bagaimana cara menghitung tekanan zat cair pada dasar dan dinding bejana dalam tabung yang letaknya miring?
Tinggi kolom cairan dan tekanan
Untuk mengetahuinya, mari lakukan eksperimen pikiran berikut. Ambil wadah berisi cairan. Kami menempatkan dua tabung di dalamnya darijaring logam. Kami akan menempatkan satu secara vertikal, dan yang lainnya - miring, sehingga ujung bawahnya akan berada pada kedalaman yang sama dengan bagian bawah tabung pertama. Karena wadah berada pada kedalaman yang sama h, tekanan cairan di bagian bawah dan dinding bejana juga akan sama.
Sekarang tutup semua lubang di tabung. Karena kenyataan bahwa mereka telah menjadi padat, apakah tekanan di bagian bawahnya akan berubah? Tidak. Meskipun tekanannya sama, dan ukuran bejananya sama, massa zat cair dalam tabung vertikal lebih kecil. Kedalaman di mana bagian bawah tabung berada disebut ketinggian kolom cairan. Mari kita berikan definisi untuk konsep ini: ini adalah jarak yang diukur secara vertikal dari permukaan bebas ke titik tertentu dalam cairan. Dalam contoh kita, ketinggian kolom cairan adalah sama, sehingga tekanannya sama. Pada percobaan sebelumnya, ketinggian kolom cairan di tabung kanan lebih besar daripada di kiri. Oleh karena itu, tekanan P1 lebih kecil dari P2.
