A folyadékok nyomása

Ismétlés Mi a nyomás? Azt a fizikai mennyiséget, amely megmutatja, hogy mekkora az egységnyi felületre jutó nyomóerő, nyomásnak nevezzük.

Milyen lehet a nyomó erő? A nyomóerő sokféle eredetű lehet. Igen gyakran a testek súlyából származik, függetlenül attól, hogy szilárd test vagy folyadék nehezedik-e az alatta lévő test felületére. A folyadék súlyából származó nyomást hidrosztatikai nyomásnak nevezzük. A hidro – görög eredetű szó, jelentése: vízi, víz-. A statika – görög-latin eredetű szó, jelentése: nyugalmi állapot.

Miből származhat a hidrosztatikai nyomás? A hidrosztatikai nyomásnak az az oka, hogy a nyugvó folyadék minden rétege nyomja az alatta lévő folyadékréteget.

Kísérlet Üvegcső egyik végét zárjuk le gumihártyával. Töltsünk a csőbe egyre több vizet. Megfigyelhető, hogy a vízoszlop magasságának növelésével a gumihártya megnyúlása egyre nagyobb.

Kísérlet Tapasztalat: Ugyanazon folyadék hidrosztatikai nyomása annál nagyobb, minél nagyobb a folyadékoszlop magassága.

Kísérlet Töltsünk az előbbi üvegcsőbe egymást követően azonos magasságig különböző sűrűségű folyadékokat. Hasonlítsuk össze az egyes esetekben a gumihártya alakváltozását. Azt tapasztaljuk, hogy a nagyobb sűrűségű folyadék esetén nagyobb a gumihártya megnyúlása.

Kísérlet Tapasztalat: Azonos magasságú, különböző sűrűségű folyadékoszlopok hidrosztatikai nyomása annál nagyobb, minél nagyobb a folyadék sűrűsége.

Kísérlet A hidrosztatikai nyomás gumihártyás nyomásmérővel (ún. manométerrel) mérhető. A legegyszerűbb manométer egy U alakú cső, amelynek egyik vége gumicsővel csatlakozik egy rugalmas gumihártyával lezárt tölcsérhez. Ha a tölcsért a folyadékba merítjük, az U alakú csőben lévő folyadék szintkülönbsége alapján a hidrosztatikai nyomások összehasonlíthatók

Kísérlet Ha a manométer vízbe merített gumihártyáját ugyanabban a mélységben különböző irányokba fordítjuk, meghatározhatjuk pl. az oldalnyomás, a fenéknyomás és a felfelé ható nyomás nagyságát.   Kísérlettel megállapítható, hogy: A hidrosztatikai nyomás egy adott folyadékban ugyanolyan mélységbenminden irányban egyenlő nagyságú.

Kísérlet A hidrosztatikai nyomás nagysága nemcsak méréssel, hanem számolással is meghatározható, ha ismerjük az egységnyi felületre nehezedő folyadék nyomását. Vízibuzogány dugattyúját befelé mozgatva az edény minden nyílásán egyenlő erősséggel lövell ki a víz. A dugatytyú nyomó hatását a víz részecskéi továbbítják. A folyadék belsejében tehát külső erőhatással is létrehozhatunk nyomást. Ez a külső nyomás a folyadék belsejében mindenhol ugyanolyan mértékben észlelhető.

Következtetés Ez Pascal törvénye. Nyugvó folyadék adott pontjában a nyomás nagysága a külső nyomástól és a hidrosztatikai nyomástól függ. Nyugvó folyadékban a külső nyomás a folyadék belsejében mindenhol ugyanannyival növeli meg az ott levő hidrosztatikai nyomást. Ez Pascal törvénye.

Gyakorlati alkalmazás Hidraulikus emelő A hidraulikus emelő két különböző átmérőjű, folyadékkal töltött hengerből áll, amelyeket egy-egy dugattyú zár le. A kisebb henger dugattyújára kifejtett erő által a folyadékban létrehozott nyomás a másik henger nagyobb felületű dugattyúján ugyanakkora nyomást, tehát nagyobb erőhatást fejt ki. Hasonló elven alapul a gépkocsik fékrendszerének működése is, ahol a fékpedál nyomását a fékfolyadék a négy féktárcsához továbbítja. Ennek hatására a féktárcsák nekiszorulnak a kerekeknek, és lassítják azok mozgását.