расчет давления воды на стену
Калькулятор давления жидкости
Давление жидкости это давление, оказываемое покоящейся жидкостью, на любой глубине в не зависимости от формы сосуда, в котором находится жидкость. Так же верно утверждение, сила, приходящаяся на единицу площади называется давлением.
Найти давление жидкости в зависимости от глубины (высоты столба)
Найти давление жидкости на единицу площади (на дно сосуда)
Что такое давление жидкости
Общая сила, действующая на дно открытого сосуда равна силе (F) равной весу воды в сосуде. Но так как вес жидкости (Р) равен объему жидкости, умноженному на ее удельный вес (y) тогда F=Vy. Таким образом, если P = Vy и F=P, то F=Vy
Так как объем V равняется площади S дна сосуда, умноженной на высоту h, то общая сила: F=Shy
Подводя итоги, мы дожем сказать, что давление на дно сосуда может быть вычислено по одной из следующих формул:
Высота водяного столба и другие единицы для измерения давления
Вместо измерения давления в кг/см 2 инженеры часто выражают давление высотой водяного столба. Например, давление, производимое столбом воды высотой в 100 м, называется давлением в 100 м водяного столба и равняется давлению в 735 см ртутного столба.
Вычисление боковой силы
Вычисление боковой силы. При вычислении общей силы, действующей на дамбу или плотину, мы должны вспомнить, что боковое давление возрастает от нуля у поверхности и до максимального значения у дна. Боковое давление у дна мы можем найти по формуле P=hy. Очевидно, что ни боковое давление у поверхности, и давление у дна не могут применяться для расчета общей боковой силы. Логично будет взять среднее давление, которое, очевидно, будет равно половине давления у дна. Таким образом, среднее давление Р=(h/2)*у, где h — максимальная глубина жидкости. Так как боковая сила равняется среднему давлению, умноженному на площадь, то F=(hy/2)*S
Задача. Какова общая сила, действующая на лобовую поверхность плотины длиной 100 м и высотой 20 м?
Решение.
Гидростатическое давление
Калькулятор находит неизвестные величины по заданным, используя формулу давления столба жидкости.
Калькулятор ниже предназначен для расчета неизвестной величины по заданным, используя формулу давления столба жидкости.
Сама формула:
Калькулятор позволяет найти
Гидростатическое давление
Гидростатическое давление — давление столба воды над условным уровнем.
Формула гидростатического давления выводится достаточно просто
Из этой формулы видно, что давление не зависит от площади сосуда или его формы. Оно зависит только от плотности и высоты столба конкретной жидкости. Из чего следует, что, увеличив высоту сосуда, мы можем при небольшом объеме создать довольно высокое давление.
В 1648 г. это продемонстрировал Блез Паскаль. Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, узкую трубку и, поднявшись на балкон второго этажа, влил в эту трубку кружку воды. Из-за малой толщины трубки вода в ней поднялась до большой высоты, и давление в бочке увеличилось настолько, что крепления бочки не выдержали, и она треснула.
Также это приводит к такому явлению как гидростатический парадокс.
Гидростатический парадокс — явление, при котором сила весового давления налитой в сосуд жидкости на дно сосуда может отличаться от веса налитой жидкости. В сосудах с увеличивающимся кверху поперечным сечением сила давления на дно сосуда меньше веса жидкости, в сосудах с уменьшающимся кверху поперечным сечением сила давления на дно сосуда больше веса жидкости. Сила давления жидкости на дно сосуда равно весу жидкости лишь для сосуда цилиндрической формы.
На картинке вверху давление на дно сосуда по всех случаях одинакова и не зависит от веса налитой жидкости, а только от ее уровня. Причина гидростатического парадокса состоит в том, что жидкость давит не только на дно, но и на стенки сосуда. Давление жидкости на наклонные стенки имеет вертикальную составляющую. В расширяющемся кверху сосуде она направлена вниз, в сужающемся кверху сосуде она направлена вверх. Вес жидкости в сосуде будет равен сумме вертикальных составляющих давления жидкости по всей внутренней площади сосуда
Конвертер величин
Калькулятор гидростатического давления
Этот калькулятор гидростатического давления определяет гидростатическое давление, действующее на тело, находящееся в жидкости на определенной глубине.
Пример: Рассчитать давление, действующее на аквалангиста на глубине 15 м. Плотность морской воды 1022 кг/м³ и атмосферное давление 101325 Па.
Для расчета введите единицы и нажмите кнопку Рассчитать.
Определения и формулы
Гидростатика — раздел физики, изучающий жидкости в состоянии равновесия, в частности, при воздействии на них гравитационного поля. В отличие от гидродинамики, изучающей движение жидкостей и силы, действующие на твердые тела, погруженные в движущиеся жидкости, гидростатика изучает механические свойства и поведение жидкостей в покое, в устойчивом равновесии. Гидростатика, в частности, изучает давление, оказываемое несжимаемыми жидкостями на погруженные в них тела.
Гидростатика широко применяется в метеорологии, медицине (изучение давления в кровеносных сосудах), биологии, инженерном деле, например, при разработке оборудования для использования и транспортировки жидкостей или при проектировании плотин. Гидростатика объясняет многие явления, встречающиеся в повседневной жизни, например, почему предметы могут плавать или тонуть в воде или почему поверхность спокойной воды горизонтальна и перпендикулярна направлению силы тяжести.
Гидростатическое давление — давление вследствие силы тяжести находящейся в равновесии жидкости в любой точке внутри этой жидкости. Оно увеличивается пропорционально глубине жидкости, так как чем глубже погружено тело в воде, тем больше жидкости вес жидкости, который действует на ту же поверхность (подробнее о давлении — в наших калькуляторе давления and конвертере давления). Гидростатическое давление определяется приведенной ниже формулой, называемым основным уравнением гидростатики, которая и используется в нашем калькуляторе:
где P — гидростатическое давление, измеряемое в системе СИ в паскалях (Па), ρ — плотности жидкости, измеряемая в килограммах на кубический метр (кг/м³), P0 — внешнее давление, измеряемое в паскалях, которое обычно является атмосферным давлением (P0 = 101325 Па), g ускорение свободного падения, измеряемое в метрах в секунду за секунду (м/с²), и h — глубина жидкости, измеряемая в метрах (м).
Значение h может также относиться к высоте и это уравнение можно использовать для определения давления столба жидкости указанной высоты.
Отметим, что это уравнение не содержит общей массы или объема жидкости, так как давление не зависит от формы сосуда, массы жидкости или ее полного объема — давление на любой глубине остается одинаковым при любой форме сосуда, в который налита жидкость.
Основные свойства жидкостей были независимо открыты французским математиком, физиком и изобретателем Блезом Паскалем (1623–1662) и голландским математиком Симоном Стевином (1584-1620) и основное уравнение гидростатики в англоязычной литературе иногда называют законом Стевина. Следует отметить, что Стевин определил величину гидростатического давления до Паскаля, однако Паскаль не знал голландского и работ Стевина не читал.
Поскольку в результате наличия гравитационного поля на погруженные в жидкость тела действует гидростатическое давление, на все погруженные в жидкость тела действует также выталкивающая сила. Закон, определяющий выталкивающую силу, действующую на полностью или частично погруженные в жидкость плавающие предметы, был открыт Архимедом, который большую часть жизни прожил в Сиракузах на Сицилии. Он предположил, что эта сила равна весу жидкости, вытесненной телом.
В связи с высоким давлением под водой и необходимостью медленного всплытия, водолазы могут работать, например, на глубине 35 м всего 30 минут. Для увеличения рабочего времени используется метод длительного пребывания под давлением в режиме насыщения. Он позволяет водолазам дольше работать на больших глубинах без риска возникновения декомпрессионной (кессонной) болезни. При использовании этого метода водолазы живут в жилых барокамерах на поверхности или под водой. Из жилой барокамеры водолазов перемещают под воду в место выполнения работ и обратно в закрытом водолазном колоколе, называемом также капсулой для транспортировки персонала (англ. personnel transfer capsule). Капсула представляет собой усовершенствованный водолазных колокол в форме цилиндра (показанного на фотографии) или сферы, который вмещает двух или трех человек. На наружной стороне капсулы установлены баллоны для хранения дыхательной смеси.
Статика. Давление покоящейся жидкости на дно и стенки сосуда (гидростатическое давление).
Жидкости (и газы) передают по всем направлениям не только внешнее давление, но и то давление, которое существует внутри них благодаря весу собственных частей.
Давление, оказываемое покоящейся жидкостью, называется гидростатическим.
Получим формулу для расчета гидростатического давления жидкости на произвольной глубине h (в окрестности точки A на рисунке).
Сила давления, действующая со стороны вышележащего узкого столба жидкости, может быть выражена двумя способами:
1) как произведение давления p в основании этого столба на площадь его сечения S:
2) как вес того же столба жидкости, т. е. произведение массы m жидкости на ускорение свободного падения:
Масса жидкости может быть выражена через ее плотность p и объем V:
а объем — через высоту столба и площадь его поперечного сечения:
Подставляя в формулу (1.28) значение массы из (1.29) и объема из (1.30), получим:
Приравнивая выражения (1.27) и (1.31) для силы давления, получим:
Разделив обе части последнего равенства на площадь S, найдем давление жидкости на глубине h:
Это и есть формула гидростатического давления.
Гидростатическое давление на любой глубине внутри жидкости не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость, и равно произведению плотности жидкости, ускорения свободного падения и глубины, на которой определяется давление.
Важно еще раз подчеркнуть, что по формуле гидростатического давления можно рассчитывать давление жидкости, налитой в сосуд любой формы, в том числе, давление на стенки сосуда, а также давление в любой точке жидкости, направленное снизу вверх, поскольку давление на одной и той же глубине одинаково по всем направлениям.
Гидростатический парадокс — явление, заключающееся в том, что вес жидкости, налитой в сосуд, может отличаться от силы давления жидкости на дно сосуда.
В данном случае под словом «парадокс» понимают неожиданное явление, не соответствующее обычным представлениям.
Так, в расширяющихся кверху сосудах сила давления на дно меньше веса жидкости, а в сужающихся — больше. В цилиндрическом сосуде обе силы одинаковы. Если одна и та же жидкость налита до одной и той же высоты в сосуды разной формы, но с одинаковой площадью дна, то, несмотря на разный вес налитой жидкости, сила давления на дно одинакова для всех сосудов и равна весу жидкости в цилиндрическом сосуде.
Это следует из того, что давление покоящейся жидкости зависит только от глубины под свободной поверхностью и от плотности жидкости: p = pgh (формула гидростатического давления жидкости). А так как площадь дна у всех сосудов одинакова, то и сила, с которой жидкость давит на дно этих сосудов, одна и та же. Она равна весу вертикального столба ABCD жидкости: P = oghS, здесь S — площадь дна (хотя масса, а следовательно, и вес в этих сосудах различны).
Гидростатический парадокс объясняется законом Паскаля — способностью жидкости передавать давление одинаково во всех направлениях.
Из формулы гидростатического давления следует, что одно и то же количество воды, находясь в разных сосудах, может оказывать разное давление на дно. Поскольку это давление зависит от высоты столба жидкости, то в узких сосудах оно будет больше, чем в широких. Благодаря этому даже небольшим количеством воды можно создавать очень большое давление. В 1648 г. это очень убедительно продемонстрировал Б. Паскаль. Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, узкую трубку и, поднявшись на балкон второго этажа, вылил в эту трубку кружку воды. Из-за малой толщины трубки вода в ней поднялась до большой высоты, и давление в бочке увеличилось настолько, что крепления бочки не выдержали, и она треснула.
Все, что необходимо знать о силе давления воды
Пловец, нырнувший глубоко, ощущает боль в ушах. На барабанные перепонки воздействует сила давления воды.
Корабль в воде не тонет благодаря выталкивающей силе. Вода способна легко изменять свою форму, она воздействует на поверхности тел при соприкосновении с ними.
Чему равна сила давления воды и что это такое, расскажем в статье.
Что это такое?
В сосуде, заполненном водой, на дно давит сила, равная весу столба жидкости. Это вызванное силой тяжести давление называется гидростатическим.
Законы гидростатики описал Блез Паскаль. В 1648 г. он удивил горожан опытом, демонстрирующим свойства воды.
Вставив в бочку, заполненную водой, длинную узкую трубку, он налил в нее несколько кружек воды, и бочку разорвало.
Согласно закону Паскаля, приложенное к H2O усилие распространяется равномерно во всем объеме. Это объясняется тем, что вода почти не сжимается. В гидравлических прессах используют это свойство.
Плотность воды все же растет при высоком давлении. Это учитывается при расчетах конструкций глубоководных аппаратов.
Факторы, влияющие на показатель
При отсутствии внешнего воздействия, играют роль два фактора:
Выше уровень воды, налитой в сосуд, — выше напор на дно. Если в одной емкости ртуть, а в другой вода и при этом уровни жидкостей одинаковы, то в первом случае давление на дно больше, так как ртуть имеет большую плотность.
Если же к поверхности приложить поршень и давить на него, то напор будет складываться из:
При этом форма сосуда не определяет размер усилия, создаваемого столбом. Оно будет одним и тем же при равной высоте столба, хотя стенки емкости могут расширяться кверху или сужаться.
На дно и стенку сосуда – в чем разница?
Вода, заполняющая емкость, оказывает давление по направлению всегда перпендикулярно поверхности твердого тела, по всей площади соприкосновения с дном и стенками.
Усилие на дно распределено равномерно, то есть оно одинаково в любой точке. Заполнив водой сито, можно увидеть, что струи, текущие через отверстия, равны по напору.
Единицы измерения
Давление воды измеряют в:
Практически достаточно знать, что 1 атмосфера равна 10 метрам водяного столба или 100000 Па (100кПа).
Формулы расчета
Давление на дно сосуда рассчитывается делением силы на площадь, то есть оно равно произведению плотности воды, высоты столба и ускорения свободного падения g (величина постоянная, равна 9,8 м/с2).
Пример расчета: бак наполнен водой (плотность 1000 кг/м3) до высоты 1,2 м. Нужно найти, какое давление испытывает дно бака. Решение: P = 1000*1, 2*9, 8 = 11760 Па, или 11, 76 кПа.
Для расчета давления на стенки сосуда применяют все ту же формулу напора, приведенную выше. При расчете берется глубина от точки, в которой нужно рассчитать напор, до поверхности воды.
Пример расчета: на глубине 5 м на стенку резервуара с водой будет оказываться давление P=1000 *5 * 9, 8=49000 кПа, что составляет 0,5 атмосферы.
Расчет давления воды на дно и стенки сосуда в видео:
Применение на практике
Примеры использования знаний свойств воды:
Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:
Заключение
Такие свойства воды, как текучесть и несжимаемость, дают возможность использовать силу ее давления для самых различных целей.
Опасность этого явления учитывают при расчетах на прочность корпусов подводных лодок, стенок и днищ резервуаров, в которых хранят воду. Сила давления воды совершает полезную работу, она же способна и разрушать.