Avval o‘rganing: Statika va muvozanat
Suyuqlik va gazlar o‘z shakliga ega emas, lekin ular idish devorlariga va ichidagi jismlarga bosim beradi — va bu bosim barcha yo‘nalishlarda uzatiladi. Gidrostatika tinch turgan suyuqlik va gazlarni o‘rganadi: kemaning nega cho‘kmasligi, gidravlik press qanday qilib avtomobilni ko‘tarishi, barometr ob-havoni qanday "sezishi" va to‘g‘onlar nega pastda qalinroq qurilishi shu bo‘limda tushuntiriladi. Bu mavzu keyingi "Gidrodinamika" va "Gaz qonunlari" mavzulariga asos bo‘ladi.
Bosim — sirtga perpendikulyar ta’sir etuvchi kuchning shu sirt yuzasiga nisbati:
p = F/S, birligi paskal (Pa): 1 Pa = 1 N/m²
Bosim kuchga emas, kuchning qanday yuzaga taqsimlanishiga bog‘liq. Bir xil kuch kichik yuzaga katta bosim beradi: pichoqning o‘tkir tig‘i, igna, mix uchi. Aksincha, chang‘i, traktor zanjiri, keng poydevor bosimni kamaytiradi va jismni yumshoq sirtga botib ketishdan saqlaydi. Amaliyotda kilopaskal (1 kPa = 10³ Pa) va megapaskal (1 MPa = 10⁶ Pa) ishlatiladi.
Granit ustunning hajmi 9 m³, asosining yuzasi 1,4 m², ρ = 2800 kg/m³. Ustun poydevorga qanday bosim beradi?
Suyuqlik og‘irlik kuchi tufayli pastki qatlamlarni va idish tubini bosadi. Asosi S, balandligi h bo‘lgan suyuqlik ustunini ko‘ramiz: uning og‘irligi ρShg, bu og‘irlik S yuzaga taqsimlanadi:
p = ρgh
To‘liq bosim (sirt ustida atmosfera bo‘lsa): p = p₀ + ρgh
To‘g‘onlar pastda qalinroq quriladi: chuqurlik ortgan sari suv bosimi ortadi. Suv osti kemalari va batiskaflar juda mustahkam korpusga ega bo‘lishi ham shu sababli.
Paskal qonuni: suyuqlik yoki gazga berilgan tashqi bosim uning har bir nuqtasiga barcha yo‘nalishlarda o‘zgarishsiz uzatiladi.
Qonun suyuqlik va gaz zarralarining erkin harakatlana olishidan kelib chiqadi. Buni sharsimon idishdagi teshiklardan porshen bosilganda suv hamma tomonga bir xil otilishi ko‘rsatadi.
Gidravlik press — suyuqlik bilan to‘ldirilgan va ikki porshenli tutash silindrlar. Kichik porshenga berilgan bosim katta porshenga to‘liq uzatiladi:
F₁/S₁ = F₂/S₂, ya’ni F₂ = F₁·S₂/S₁
Kuchda yutuq yuzalar nisbatiga teng. Lekin "oltin qoida" bo‘yicha ishda yutuq yo‘q: suyuqlik siqilmagani uchun siqib chiqarilgan hajmlar teng, S₁h₁ = S₂h₂, ya’ni katta porshen shuncha marta kam siljiydi. Gidravlik press, avtomobil tormozlari, domkrat, ekskavatorlar shu tamoyilda ishlaydi.
Gidravlik pressning kichik porsheni yuzasi 2 cm², kattasi 200 cm². Kichik porshenga 100 N kuch qo‘yildi va u 10 cm pastga tushdi. Katta porshen qanday kuch beradi va qancha ko‘tariladi?
Tubi bilan tutashgan idishlarda bir jinsli tinch suyuqlik sathi bir xil balandlikda bo‘ladi — idishlar shakli va kesimi qanday bo‘lishidan qat’i nazar. Suv minorasi, choynak jo‘mragi, shlyuzlar, suv sathi o‘lchagich shu xossaga asoslangan.
Turli suyuqliklar bo‘lsa, ajralish chegarasidan hisoblaganda bosimlar teng:
ρ₁h₁ = ρ₂h₂
Zichligi kichik suyuqlik ustuni balandroq bo‘ladi.
U-simon naychaga suv quyildi, so‘ng bir tirsagiga 10 cm balandlikda moy (ρ = 800 kg/m³) quyildi. Sathlar farqi qancha?
Yer atmosferasi havo og‘irligi tufayli barcha jismlarga bosim beradi. Uni birinchi bo‘lib Torichelli (1643) o‘lchagan: bir uchi kavsharlangan, simob bilan to‘ldirilgan naycha simobli idishga to‘nkarilganda simob ustuni taxminan 760 mm balandlikda to‘xtaydi, ustida esa bo‘shliq qoladi.
p₀ = ρ_simob·g·h ≈ 760 mm sim. ust. ≈ 1,013·10⁵ Pa ≈ 10⁵ Pa
Suv bilan xuddi shunday tajriba uchun 10 m dan uzun naycha kerak bo‘lardi. Balandlik ortgan sari havo siyraklashadi va bosim kamayadi: Yer yaqinida har 12 m ko‘tarilganda taxminan 1 mm sim. ust. ga. Atmosfera bosimini barometr (simobli yoki aneroid), idishdagi gaz bosimini manometr o‘lchaydi. Magdeburg yarim sharlari tajribasi (Gerike, XVII asr) atmosfera bosimining qanchalik katta ekanini yaqqol ko‘rsatgan.
Suyuqlikka botirilgan jismning pastki yuzasiga bosim ustki yuzasiga qaraganda katta (chuqurroqda). Bu farq yuqoriga yo‘nalgan itaruvchi (Arximed) kuchini hosil qiladi:
F_A = ρ_suyuqlik·g·V_botgan
Arximed kuchi jism siqib chiqargan suyuqlik og‘irligiga teng va jism zichligiga bog‘liq emas — faqat suyuqlik zichligi va botgan qism hajmiga bog‘liq. Gazlarda ham xuddi shunday kuch ta’sir qiladi.
Po‘latdan yasalgan kema suzadi, chunki u ko‘p havo saqlaydigan bo‘shliqlarga ega va o‘rtacha zichligi suvnikidan kichik. Havo sharlari va dirijabllar havoning Arximed kuchi bilan ko‘tariladi.
Muz (ρ = 900 kg/m³) suvda suzmoqda. Uning qancha qismi suv ostida?
Jism havoda 30 N, suvda 20 N tortadi. Uning zichligi qancha?