Действие атмосферного давления в приборах

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

Снаружи — слева, внутри — справа. Показаны противоположные воздействия на одну крышку.

Жидкость в трубочке

Когда давление над жидкостью внутри трубочки уменьшается, внешний воздух может поднимать жидкость, действуя на её открытую поверхность в сосуде. Объяснение строится через разность давлений и равновесие столба. Нельзя вводить особую тянущую силу пустоты. Аналогичный принцип помогает понять движение жидкости в шприце при изменении положения поршня.

Присоска

Если под присоской давление ниже внешнего, разность давлений помогает удерживать её у поверхности. Герметичность контакта существенна: при попадании воздуха внутрь давления могут сближаться, а удерживающее действие уменьшаться. Магнитное притяжение не требуется для объяснения обычной присоски на подходящей гладкой поверхности.

Две стороны плоской крышки

При равномерных давлениях с двух сторон плоской крышки модуль результирующей нормальной силы равен F = |pснаружи − pвнутри|S. Направление определяют от стороны большего давления к стороне меньшего. Учитывают именно площадь площадки, на которую приходится результирующее действие, а не произвольно выбранную площадь всего прибора.

Пример

Снаружи крышки 100 кПа, внутри 80 кПа, площадь 0,01 м². Разность 20 кПа = 20000 Па. Результирующая сила равна 20000 × 0,01 = 200 Н и направлена внутрь. Использовать 100000 × 0,01 как окончательную результирующую было бы ошибкой: внутренний газ тоже действует на крышку.

Малые площади

Если площадь дана в см², переводите её: 1 см² = 0,0001 м². Например, при разности 20 кПа и площади 50 см² получаем F = 20000 × 0,005 = 100 Н. Единицей силы остаётся ньютон, а не килограмм. Если давления одинаковы, соответствующая результирующая равна нулю в простой модели.

Исторические опыты и границы модели

Магдебургские полушария показывают значительное действие разности наружного и внутреннего давлений. Для численного расчёта нужно корректно выбрать площадь проекции, а не всю криволинейную поверхность. В наших задачах дана плоская крышка и равномерные давления, поэтому площадь и формула определены однозначно. Реальное удержание присоски зависит также от контакта и свойств материала.

Запомните: Для плоской крышки F = |pснаружи − pвнутри|S при равномерных давлениях.

Проверьте себя

Снаружи 100 кПа, внутри 80 кПа, S = 0,01 м². Результирующая сила?

200 Н внутрь.

Разность 20 кПа, площадь 50 см². Сила?

20000 × 0,005 = 100 Н.

Почему присоска может хуже держаться после утечки воздуха внутрь?

Давления сближаются, удерживающее действие уменьшается.

Пустота тянет жидкость вверх особой силой?

Нет. Нужно рассмотреть разность давлений и действие внешнего воздуха.

Выберите игру и уровень в практике по статье. В «Десанте» короткие вопросы и простые действия; переводы мм рт. ст., модели высоты и задачи с двумя давлениями решайте в других играх без спешки.