Давление песка на сосуд
Гидростатический парадокс или парадокс Паскаля
Гидростатический парадокс или парадокс Паскаля — 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 равна весу жидкости лишь для сосуда цилиндрической формы. Математическое объяснение парадоксу было дано Симоном Стевином в 1612 году.
Причины
Причина гидростатического парадокса состоит в том, что по закону Паскаля жидкость давит не только на дно, но и на стенки сосуда.
Если стенки сосуда вертикальные, то силы давления жидкости на его стенки направлены горизонтально и не имеют вертикальной составляющей. Сила давления жидкости на дно сосуда в этом случае равна весу жидкости в сосуде. Если же сосуд имеет наклонные стенки, давление жидкости на них имеет вертикальную составляющую. В расширяющемся кверху сосуде она направлена вниз, в сужающемся кверху сосуде она направлена вверх. Вес жидкости в сосуде равен сумме вертикальных составляющих давления жидкости по всей внутренней площади сосуда, поэтому он и отличается от давления на дно.
Опыт Паскаля
В 1648 году парадокс 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.
Гидростатический парадокс и закон Архимеда
Похожий кажущийся парадокс возникает при рассмотрении закона Архимеда . Согласно распространённой формулировке закона Архимеда , на погружённое в воду тело действует выталкивающая сила, равная весу воды, вытесненной этим телом. Из такой формулировки можно сделать неверное умозаключение, что тело не сможет плавать в сосуде, не содержащем достаточное количество воды для вытеснения.
Однако на практике тело может плавать в резервуаре с таким количеством воды, масса которой меньше массы плавающего тела. Это возможно в ситуации, когда резервуар лишь ненамного превышает размеры тела. Например, когда корабль стоит в тесном доке, он остаётся на плаву точно так же, как в открытом океане, хотя масса воды между кораблём и стенками дока может быть меньше, чем масса корабля.
Объяснение парадокса заключается в том, что архимедова сила создаётся гидростатическим давлением, которое зависит не от веса воды, а только от высоты её столба. Как в гидростатическом парадоксе на дно сосуда действует сила весового давления воды, которая может быть больше веса самой воды в сосуде, так и в вышеописанной ситуации давление воды на днище корабля может создавать выталкивающую силу, превышающую вес этой воды.
Более корректной формулировкой закона Архимеда является следующая: на погружённое в воду тело действует выталкивающая сила, эквивалентная весу воды в погружённом объёме тела.
Источник
Интересная физика. Загадочный песок.
Разнообразие свойств песка достойны удивления. Сухой, он текуч, подобно воде. Однако в отличие от жидкости без труда выдержит вес человека, прогуливающегося вдоль берега. Даже в состоянии покоя песок ведет себя странным образом. Кажется очевидным, что, оказавшись под 30-метровой кучей песка, человек испытывает гораздо большее давление, чем под 3-метровой. Однако это не так. Давление жидкости на дно сосуда возрастает пропорционально высоте ее уровня, давление же сыпучего вещества на основание сначала растет, потом достигает максимума и далее остается неизменным. Силы, действующие между частицами песка, переносят избыточное давление на стенки резервуара. Проделайте эксперимент. Наберите две пригоршни сухого песка и медленно высыпайте его через щель между ладонями. Обратите внимание на то, что сначала высыпаются песчинки, лежащие непосредственно над отверстием. А затем песчинки из верхнего слоя песка, в котором образуется воронка. Наполните ладони. Воронка все равно образуется точно по вертикали над отверстием. Что мешает раньше высыпаться другим песчинкам, расположенным вокруг отверстия в нижних слоях, то есть ближе к нему? Продолжим эксперимент. Возьмем лист бумаги, свернем его в трубку, положим горизонтально и засыплем снаружи сухим песком. Конструкция из бумаги будет выдерживать довольно большие нагрузки, прочность ей придает не только трубчатая форма; нужно, чтобы вокруг трубки и сверху толстым слоем лежал сухой песок. Почему песок не расплющивает трубку, даже если сверху надавить на песок ладонью? Дело в том, что под давлением песчинки перестраиваются так, что заклинивают друг друга, мешая взаимному перемещению. В науке это явление носит название «появление арочных структур». В арке каждый отдельный элемент не может переместиться в направлении действия внешней силы, так как он зажат враспор соседними элементами, которым и передает действующую нагрузку. В результате под внешним и внутренним давлением песок утрачивает подвижность и и приобретает свойства твердого тела. Этим объясняется прочность сводов туннелей метро, куполов соборов, арочных проемов. По этой причине в песочных часах песок пересыпается равномерно, независимо от высоты его столба, в отличие от воды. И первыми высыпаются песчинки именно верхнего слоя, потому что они не связаны арочными структурами.
Источник
Какой песок использовать: виды и характеристики строительного песка
Посмотрев на кучу привезенного на объект песка, два строителя будут вести себя по-разному.
Опытный строитель сначала наберет песок в пригоршню, внимательно посмотрит на него и перетрет в ладонях. После этого он вынесет вердикт: в бетон годится, а на штукатурку и кладку не пойдет.
В чем же состоит секрет строительного песка, требующий столь внимательной оценки? Этот вопрос мы разберем более подробно.
Физико-механические характеристики
Объемный вес
Он показывает массу 1 м3 песка в его естественном состоянии (влажного, со всеми примесями). В среднем объемный вес данного материала составляет от 1500 до 1800 кг.
Состав строительного песка оценивают по таким параметрам:
- Гранулометрический;
- Минеральный;
- Химический.
Гранулометрический показывает процентное соотношение зерен разной крупности. Для его определения песок просеивают через калиброванные сита (от 0,16 мм до 10 мм).
Сито с размером отверстий 5 и 10 мм выявляет гранулы гравия. ГОСТ допускает наличие зерен размером 1 см. При этом их количество должно составлять не более 0,5% от общей массы песка.
Гранулы крупнее 5 мм нормируют таким образом:
- Максимальное содержание — до 10% в природном;
- до 15% в дробленом;
- до 5% в обогащенном песке.
Минеральный состав
По содержанию минералов пески делят на кварцевые, доломитовые, полевошпатовые и известняковые. Кварцевый песок – самый ценный для строительства, поскольку другие виды недостаточно прочные и нестойкие к химическим воздействиям.
Химический состав
Он играет важную роль для определения пригодности сыпучего материала в разных областях строительства. Красный, желтый, и оранжевый оттенки говорят о наличии окисленных металлов. Зеленый и синий цвета характерны для речного песка, в котором присутствуют соли алюминия.
Виды строительного песка
Классическое определение гласит, что песок представляет собой смесь минеральных частиц (кварц, слюда, известняк), образованную в результате природного или искусственного разрушения горных пород.
«По полочкам» самые важные свойства песка раскладывает ГОСТ 8736-93 . Согласно данному нормативу песок делится на два класса:
- I класс — очень крупный, затем идет песок повышенной крупности, крупный, средний и мелкий;
- II класс — очень крупный, повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.
Основное отличие между данными классами состоит в том, что менее качественный песок (второй класс) включает три дополнительные фракции. Мелкие пылеватые частицы – нежелательный компонент строительных растворов. Они ухудшают связь между крупными гранулами песка, которые связывает цемент.
Далее ГОСТ содержит таблицу, в которой строительный песок делится на группы по модулю крупности (мм).
Группа пескаМодуль крупности Мк Очень крупныйСв. 3,5 Повышенной крупности3,0 до 3,5 Крупный2,5-3,0 Средний2,0-2,5 Мелкий1,5-2,0 Очень мелкий1,0-1,5 Тонкий0,7-1,0 Очень тонкийДо 0,7
В реальном производстве нет столь тонкой градации.
Здесь добываемый песок условно делят на три фракции:
- 0,5-1 мм – мелкий;
- 1,5-2 мм – средний;
- 2,5-3,5 мм – крупный.
Пески с модулем крупности 2-2,5 мм идут на производство бетона и железобетонных конструкций. Сыпучий материал размером 1,5-2 мм применяется для изготовления кирпича. Самый мелкий песок используют для приготовления сухих строительных смесей.
Приняв к сведению классификацию ГОСТ, перейдем к практическим аспектам происхождения и использования строительного песка.
По виду добычи различают:
- Карьерный;
- Речной;
- Морской;
- Кварцевый (искусственный) песок.
Карьерный
Название четко указывает на происхождение песка. В нем встречаются глина и камни, поэтому карьерный материал используется ограниченно: для планировки участка, подсыпки под бетонные стяжки или фундаменты.
Для улучшения свойств карьерный песок прямо на месте добычи промывают водой, освобождая его от пылевидных частиц и глины. Так получается намывной (мытый) песок. Он пригоден для штукатурных и кладочных растворов. Кроме этого, для удаления глины может использоваться просеивание через сита.
Важный практический вывод: если вам предлагают купить карьерный (овражный) песок, не забудьте уточнить, прошел ли он очистку (промывку, просеивание) или нет
Области применения мытого (просеянного) карьерного песка:
- цементная стяжка, кладочные и штукатурные растворы;
- отделочные работы;
- производство кирпича;
- устройство фундамента;
- приготовление бетонов.
Речной песок (Мытый песок)
Этот строительный материал добывает земснаряд со дна реки. В речном песке нет глинистых частиц и очень мало камней. Это позволяет без ограничений использовать его для бетонных работ.
Очень ценно то, что речной песок средней крупности (1,8-2,2 мм) практически не дает усадку. Поэтому он оптимально подходит для кладки и штукатурки.
Карьерный песок сложнее использовать в таком качестве. В растворе он садится на дно и его приходится периодически перемешивать.
Области применения речного песка:
- производство бетона;
- производство кирпича;
- кладочные работы и цементная стяжка;
- приготовление асфальтобетона;
- устройство дренажа;
- наполнитель для красок и затирок.
Морской песок по своим свойствам аналогичен речному. Он также высоко ценится в строительстве за высокую чистоту и однородность гранулометрического состава.
Кварцевый песок
Этот материал получают в результате механического дробления кварцсодержащих пород. Он однороден по структуре, химически инертен и чист.
Главной сферой применения данного вида песка является промышленность строительных материалов. Он идет в сухие строительные смеси, силикатный кирпич, блоки и бетон, используется для приготовления шлифовочных составов. Ландшафтный дизайн, дорогие интерьерные и фасадные штукатурки также не обходится без кварцевого песка.
Однозначно ответить на вопрос, какой песок лучше невозможно , поскольку каждый материал предназначен для определенных видов работ.
И все-таки основные выводы уже очевидны:
- для кирпичной и крупноблочной кладки лучше брать речной песок. Если смешать его с небольшим количеством немытого карьерного песка, то раствор станет более пластичным (за счет частиц глины);
- для бетона лучше подходит крупный или средний речной песок (в него можно добавить немного мелкого мытого карьерного песка);
- для штукатурки лучше подойдет мытый карьерный песок с небольшой добавкой речного или без него.
Ориентировочные цены
Очевидно, что стоимость песка тем выше, чем больше манипуляций пришлось с ним проделать при добыче и очистке.
Самый дешевый — карьерный немытый и не сеянный. Его цена за куб составляет от 300 до 400 рублей. Очищенный водой или просеиванием карьерный песок для строительных работ обойдется от 550 до 700 рублей за 1 м3 с доставкой.
Речной песок существенно дороже карьерного. Его цена стартует с 750 рублей и заканчивается на отметке 950 руб./м3.
Фракционированный кварцевый песок самый дорогой. При покупке от 10 тонн (1 КАМАЗ) его цена с доставкой составляет от 4 500 рублей за кубометр.
Источник
Источник
Приходилось ли вам закапываться в горячий песок на пляже? А догадывались ли вы, что это вовсе не ребячество, а эффективная оздоровительная процедура? Песочные ванны помогают излечиваться от ревматизма и простудных заболеваний, держат тело в тонусе, а мысли, наоборот, приводят в спокойное и расслабленное состояние.
Наша справка:
Псаммотерапия (от греческого «псаммо» – «песок») – метод лечения нагретым песком в виде общих или местных песочных ванн. Применяется на мировых курортах с естественными песчаными пляжами.
Дешево и эффективно!
История псаммотерапии уходит своими корнями в глубокое прошлое. Еще древние греки и египтяне лечили ревматизм, погружая тело пациента в горячий песок. Однако научное обоснование псаммотерапии впервые дал русский врач, хирург Николай Парийский в конце 19 века. В 1891 году он защитил докторскую диссертацию на тему «Общие песочные ванны, их действие на температуру, пульс, дыхание, потерю веса и осязательную чувствительность». Начиная с этого времени, процедуры псаммотерапии начали повсеместно внедрять на морских курортах Европы и в Крыму – естественно, только там, где на пляжах был натуральный песок.
Очень любили псаммотерапию в советское время. Процедуры «закапывания в песок» проводили в детских и взрослых санаториях Анапы, Евпатории и Юрмалы. Секрет успеха псаммотерапии заключался одновременно в ее простоте и эффективности. Она не требует больших затрат, практически не имеет противопоказаний, но в то же время показывает очень хороший результат при лечении многих заболеваний.
В чем польза песка?
Лечебные свойства песка обусловлены его физическими признаками.
Во-первых, песок есть не что иное, как мелкие частички горных пород, а значит, он содержит большое количество минералов. В нем есть отложения кварца, кремния, а также минералов, содержащихся в морской воде, таких как натрий, магний, калий, йод, хлор и кальций. Все они – хоть и в малых количествах – способны проникать через нагретую кожу в организм и оказывать благотворное воздействие на все органы и системы.
Во-вторых, нагретый песок очень теплоустойчив: он способен равномерно и длительно передавать тепло телу больного, оказывая болеутоляющее и согревающее действие. При этом песок, даже нагретый до 60°С, не обжигает: воздух, находящийся среди песчинок, сохраняет воздушную прослойку между песком и телом пациента, поддерживая на «пограничной» зоне комфортную температуру в 38°С.
В-третьих, песок гигроскопичен: находясь в горячем песке, организм начинает усиленно потеть, при этом песок буквально «вытягивает» из человека лишнюю влагу. Это стимулирует окислительные процессы в организме и улучшает функцию почек. Женщинам такая процедура помогает сбросить лишний вес, особенно, если он вызван скоплением излишка жидкости в организме. По наблюдениям таких пациенток, после каждой песочной ванны они теряют до 0,5 кг веса.
В-четвертых, механическое давление песка оказывает массирующее действие на кровеносные и лимфатические сосуды кожи. Благодаря этому, песок стимулирует расширение кровеносных сосудов и активирует микроциркуляцию крови в организме.
Ну и в-пятых, песок – это еще и прекрасный пилинг для кожи: он отслаивает отмершие клетки эпидермиса и разглаживает кожу, делая ее мягкой и приятной на ощупь.
Как проводится процедура?
Процедура псаммотераии проводится либо непосредственно на пляже, либо в специальных закрытых помещениях – так называемых псаммолечебницах.
На пляже процедура проводится в промежутке между 11 и 16 часами, когда песок максимально прогревается. Песок для песочных ванн должен быть именно горячим – температурой от 48 до 60°С. Едва теплый песок (около 30-40°С) не принесет организму пользы, а влажный вообще может навредить.
Для принятия ванны в песке необходимо сделать лунку по своему росту и закопаться в нее – при этом слой песка сверху должен быть около 5 см. Область грудины и сердца необходимо оставить снаружи и прикрыть полотенцем. Лицо и голову закрыть головным убором. Время процедуры – 20-30 минут. Закончив процедуру, нужно сполоснуться в прохладной воде (например, в море) и сразу же уйти в тень. Находиться на солнце после песочной ванны не рекомендуется, так как организм и так перегрелся в песке.
В условиях псаммолечебницы процедура проводится почти также, с той лишь разницей, что вы будете лежать не на открытом солнце, а в помещении или под тентом, а песок будет подогреваться до нужной температуры искусственно. Помимо общих песочных ванн, пациенту могут быть назначены местные – в первую очередь, при артритах и заболеваниях конечностей. В этом случае в песок погружаются только ноги или руки пациента.
Показания и противопоказания
Песочные ванны наиболее эффективны при заболеваниях опорно-двигательного аппарата, болезнях суставов, ревматизме, последствиях травм. Также они хорошо зарекомендовали себя при лечении заболеваний органов дыхания (нетуберкулезного характера), поскольку сухое тепло очень полезно для легких. Врачи могут назначать псаммотерапию и при нервных расстройствах: песочные ванны действуют на человека расслабляюще, помогают привести в порядок мысли и чувства. В спа-салонах песочные ванны распространены как средство борьбы с целлюлитом и лишним весом.
Противопоказаний к приему песочных ванн немного, но они все же есть. Псаммотерапию противопоказано применять при сердечно-сосудистых патологиях, при острых воспалительных заболеваниях, сопровождающихся повышением температуры, при наличии опухолевого процесса (доброкачественного или злокачественного характера то есть если вы страдаете мастопатией или доброкачественной гиперплазией предстательной железы или эндометрия, данная процедура – не для вас. Также нельзя зарываться в песок тем, у кого на коже имеются незажившие раны.
Где в мире лучше всего принимать песочные ванны?
Любой песок по сути является лечебным. Но в некоторых местах на планете песок обладает особо целебными свойствами. Именно там, как правило, возникают крупные центры псаммотерапии. Например, на бразильском курорте Гуарапари и в индийском штате Керала проводится лечение радиоактивным монацитовым песком. Белый коралловый песок используют для псаммотерапии в центре геомедицины на острове Порту-Санту (Португалия). Причем, в Португалии это не просто клиника, а целый исследовательский институт, который проводил масштабные исследования терапевтического эффекта псаммотерапии на пациентов. Известные центры псаммотерапии находятся также в Китае – у южного подножья горы Тянь-Шань, в городе Турфане.
В России самым подходящим местом для псаммотерапии является Анапа с ее мелким кварцевым песком. Многие санатории Анапы (например, санаторий «ДиЛуч») не пренебрегают этим природным фактором и назначают отдыхающим песочные ванны.
Песочные ванны можно принять и на побережье Каспийского моря, на курортах Дагестана. При этом красный каспийский песок содержит гораздо больше минералов и биологически активных веществ, чем желтый песок Анапы.
И, конечно, мы не можем не вспомнить об уникальном грузинском курорте Уреки, который славится своим черным магнитным песком. Ежегодно сотни отдыхающих из России приезжают сюда исключительно ради псаммотерпии. Черный магнитный песок Уреки лечит сердечно-сосудистые заболевания, восстанавливает опорно-двигательный аппарат, улучшает работу бронхо-легочной и нервной систем.
А какой песок предпочитаете вы – белый, желтый, красный или черный?
Текст: Екатерина Маслова
Источник