Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 28. 01. 2025 16:27

pietro
Příspěvky: 4776
Reputace:   187 
 

Barometrická formula

Ahojte,
prosím Vás o radu pri riešení odvodenia barometrickej formule.

Všeobecne je prijímaná verzia kde sa použijú nasledovné dva vzťahy :

dp= - ρ. g. dh     (1)
p=k. ρ                (2)

p... tlak
ρ... hustota
g... gravitačné zrýchlenie
h... výška
k... konštanta

Spoločným riešením je potom všeobecne uznávaná barometrická formulka o exponenciálnom klesaní tlaku s výškou.

Odvodenie je napriklad aj v týchto dvoch odkazoch.

http://fyzikalniolympiada.cz/texty/plyny.pdf

https://www.tec-science.com/mechanics/g … tmosphere/

V prvom prípade fyzikálnej olympiády
je na hornej časti použitý tlak p+Δp a v dolnej časti len p. Pritom vieme, že tlak s výškou klesá.  Bez problémov dostali

dp= - ρ. g. dh

a úspešne dotlačili výsledok do očakávania.


Túto nezrovnalosť (p+Δp) odstránili autori v druhom odkaze, kde už horný tlak znížili o dp na p-dp, (tlak teda klesá s výškou), ale keď dostali z rovnováhy síl výraz   

dp=+ρ. g. dh

aby im to "vyšlo" , tak sa odvolali na ústne konštatovanie o klesaní tlaku s výškou (znovu) a prepísali plus na mínus.


Mám však výhrady voči takémuto úmyselnému manipulovaniu.
Prosím, kto má v tom jasno, napíšte.
Vďaka.

Offline

 

#2 28. 01. 2025 17:03

Mirek2
Příspěvky: 1210
 

Re: Barometrická formula

Ahoj,

odvození v brožurce FO mi přijde zcela v pořádku.

Autoři vyšli z toho, že v horní vrstvě elementu je změna tlaku Δp,
aniž předem uvažovali, zda bude kladná, nebo záporná.

Dalším postupem vyšlo, že tlak s výškou klesá. Je něco v tomto postupu nejasného?
To odpovídá měření (zkušenosti), vše je v pořádku.

Nad tím druhým odvozením si trochu lámu hlavu.
Myslím si, že oni si ji moc nelámali a použili dvakrát experimentální fakt,
že tlak s výkou klesá.

Offline

 

#3 28. 01. 2025 18:15

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 5178
Reputace:   127 
 

Re: Barometrická formula

Tak to je přece základní věta odvozování, že znaménko v lin. dif. rovnici se musí udělat takové, aby to konvergovalo, a pak se teprve bádá nad tím, proč je takové jaké je.

Ale jinak není zas tak těžké na to přijít. Předpokládejme, že ve výšce h je tlak p. To je přesně takový tlak, který unese celou tu hmotu vzduchu m, co je nad ním (od výšky h až do nekonečna).

A teď snížíme výšku o dh. A tlak ve výšce h-dh musí být takový, aby zase udržel všechno co je nad ním, což je tedy zase ta původní hmota m od výšky h nahoru, a k tomu ještě hmota toho elementu vzduchu o výšce dh.

p(hΔh)=p(h)+Δp=p(h)+Δhϱg

Offline

 

#4 28. 01. 2025 18:27

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 5178
Reputace:   127 
 

Re: Barometrická formula

Tedy

p(hΔh)p(h)Δh=hϱg


Teď už je celkem intuitivně jasné, že to záporné znaménko pochází z toho, že je tam -dh a né +dh. Pokud to chceme opravdu odvodit - no tak asi musíme použít linearizovaný vztah pro p, tedy

p(hΔh)p(h)+dpdh(Δh)=p(h)dpdhΔh

a po dosazení tedy dostaneme

dpdh=hϱg

Ale asi to nestojí to za tu práci se s tím takhle mordovat.

Offline

 

#5 28. 01. 2025 18:50

pietro
Příspěvky: 4776
Reputace:   187 
 

Re: Barometrická formula

↑ Mirek2:

Ďakujem Mirek.

Tak som si to ujasnil...

Pri odvodení FO sa dospelo až ku skalárnej
rovnici
F1-F2-Δm. g=0

Netušíme,ešte zatiaľ čo je väčšie.

Tlaky označíme indexami tak ako sily
p1, p2 a tiež úrovne hladín h1, h2
Dostaneme
p1. S - p2. S - ρ. S.(h2-h1). g = 0

po úprave  p1-p2 = ρ.g.(h2-h1)

keďže h2-h1 > 0 potom p1 > p2

Spodný tlak je väčší ako horný.

Keďže derivácia dp/dh = limita Δp/Δh=
=limita (p2-p1) /(h2-h1) pre h2-->h1
(podmienka rovnakého poradia indexov)

Potom derivácia dp/dh < 0

Teraz mi to došlo prečo tam má byť mínus.
Ďakujem.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson