Расчёты давления жидкости

Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.

Полное давление

Если на свободную поверхность действует давление pвнеш, на глубине h полное давление p = pвнеш + ρgh. Слагаемые должны быть выражены в одинаковых единицах. Давление столба и полное давление — разные ответы на разные вопросы. Прежде чем считать, уточните, какой вклад просит найти условие.

Пример с внешним давлением

На поверхность воды действует 100 кПа. При ρ = 1000 кг/м³, g = 10 Н/кг и глубине 0,5 м столб добавляет 5 кПа. Полное давление равно 100 + 5 = 105 кПа. Внешнее давление здесь дано условием; это не универсальное значение для любого места и опыта.

Разность давлений

Для двух точек в одной покоящейся однородной жидкости Δp = ρgΔh, где Δh — разность их вертикальных глубин. Общее давление над свободной поверхностью сокращается при вычитании. Например, для воды при g = 10 Н/кг разница глубин 0,2 м даёт разность давлений 2000 Па = 2 кПа.

Сила на горизонтальное дно

Если площадка горизонтальна и находится на одной глубине, давление по ней одинаково. Тогда сила от выбранного давления F = pS. Для вклада только столба воды на глубине 0,5 м и площади дна 0,02 м² получаем Fст = 5000 × 0,02 = 100 Н. Полная внутренняя сила включала бы ещё вклад внешнего давления сверху.

Две стороны поверхности

Для результирующего действия на перегородку нужно учитывать давления по обе стороны. Внутренняя сила pS сама по себе не является автоматически результирующей. На вертикальной стенке давление меняется с глубиной, поэтому значение у нижнего края нельзя без обоснования брать как среднее по всей стенке.

Сила на дно и вес жидкости

В прямом вертикальном сосуде некоторые расчёты можно связать с весом столба. Но утверждение «сила жидкости на дно всегда равна весу всей жидкости» неверно для любого сосуда: наклонные стенки также взаимодействуют с жидкостью и могут иметь вертикальные составляющие действия. Надёжнее сначала определить давление на выбранной площадке и его смысл.

Проверьте себя