Твердые тела передают производимое на них давление в сторону действия силы. Для определения давления (p) необходимо силу (F) , действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности () - Давление измеряют в паскалях: 1 Па = 1 Н/м 2 . Давление, производимое на жидкость и газ, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа. Это объясняется подвижностью частиц газа и жидкости. Закон Паскаля. Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку жидкости или газа. Подтверждением закона являются опыты с шаром Паскаля и работа гидравлических машин. Остановимся на работе этой машины (см. рис.) . F 1 и F 2 - силы, действующие на поршни, S 1 и S 2 - площади поршней. Давление под малым поршнем . Под большим поршнем. По закону Паскаляp 1 =p 2 , т. е. давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково, или , откуда. Машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого. Это наблюдается в работе гидравлического пресса, используемого для изготовления стальных валов машин, железнодорожных колес или выжимания масла на маслобойных заводах, а также в гидравлических домкратах.
12. Атмосферное давление. Приборы для измерения атмосферного давления. Воздушная оболочка Земли и ее роль в жизнедеятельности человека
Атмосфера - воздушная оболочка вокруг Земли, простирающаяся на высоту нескольких тысяч километров. Вследствие действия силы тяжести воздушный слой, прилегающий к Земле, сжат больше всего и передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают атмосферное давление. Впервые измерил атмосферное давление итальянский физик Торричелли с помощью стеклянной трубки, запаянной с одного конца и заполненной ртутью (см. рис.) . Давление в трубке на уровне аа создается силой тяжести столба ртути высотой h = 760 мм, в тоже время на поверхность ртути в чашке действует атмосферное давление. Эти давления уравновешивают друг друга. Так как в верхней части трубки после опускания ртутного столба осталось безвоздушное пространство, то, измерив высоту столба можно определить численное значение атмосферного давления по формуле: р = = 9,8 Н/кг Ч 13 600 кг/м 3 Ч 0,76 м = 101 300 Па = 1013 ГПа. Приборами для измерения атмосферного давления являются ртутный барометр и барометранероид. Принцип действия последнего основан на сжатии пустотелой гофрированной металлической коробочки и передачи ее деформации через систему рычагов на стрелку-указатель. Барометр-анероид имеет две шкалы: внутренняя проградуирована в мм рт. ст. (1 мм рт. ст. = 133,3 Па) , внешняя - в килопаскалях. Знание атмосферного давления весьма важно для предсказания погоды на ближайшие дни. Тропосфера (нижний слой атмосферы) представляет собой благодаря диффузии однородную смесь азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. Эта смесь газов и поддерживает нормальную жизнедеятельность всего живого на Земле. Вредные выбросы в атмосферу загрязняют окружающую среду. Например, авария на Чернобыльской АЭС, аварии на атомных подводных лодках, выбросы в атмосферу промышленных предприятий и т.п.
Урок: Закон Паскаля
Изучив этот урок, вы будете знать, как жидкости передают производимое на них давление.
Тема: Давление твердых тел, жидкостей и газов
Урок: Закон Паскаля
1. Вспомним, как движутся молекулы вещества
Прежде чем непосредственно перейти к изучению закона Паскаля давления газа, вспомним, как движутся молекулы твердых тел, жидкостей и газов (Рис. 1).
Рис. 1. Молекулярное строение твердых, жидких и газообразных тел
Молекулы твердых тел колеблются около своих равновесных положений, а молекулы жидкостей и газов имеют относительную свободу для движения. Они могут перемещаться друг относительно друга. Именно эта особенность в движении молекул жидкости и газа позволяет давление, производимое на жидкость или газ, передавать не только в направлении действия силы, а во всех направлениях. Проанализируем этот процесс подробней, стадию за стадией.
2. Передача давления газами и жидкостями
Рассмотрим цилиндр, в котором находится газ (например, воздух) и который закрыт подвижным поршнем. Это может быть, например, медицинский шприц, наконечник которого закрыли запаянной с одного конца трубкой, чтобы воздух не мог выйти из шприца (Рис. 2).
Рис. 2. Демонстрация сжимаемости воздуха
Если подействовать на поршень шприца некоторым усилием, он переместится вниз. Следовательно, объем газа, заключенного в шприце, уменьшится. С другой стороны, увеличивая силу, приложенную к поршню, мы увеличиваем давление, оказываемое на газ. Что происходит при этом с давлением газа в других частях шприца, не примыкающих вплотную к поршню?
Рис. 3. Распределение молекул газа под подвижным поршнем
Молекулы газа в цилиндре хаотически движутся, но в среднем распределены по его объему равномерно (Рис. 3а). Давление газа на стенки, дно цилиндра и на поршень обусловлено ударами молекул.
Переместим поршень вниз (Рис. 3б). В первый момент расстояние между молекулами газа в непосредственной близости от поршня уменьшится, молекулярные слои, примыкающие к поршню, приблизятся друг к другу. Количество ударов молекул о поршень станет больше, то есть давление газа на поршень увеличится. В остальных частях цилиндра среднее расстояние между молекулами не изменится, поскольку для перемещения молекул требуется некоторое время.
Через некоторое очень небольшое время молекулы газа вследствие столкновений друг с другом и стенками сосуда перераспределятся так, что среднее расстояние между ними снова станет одинаковым во всех частях сосуда. Однако, поскольку общее число молекул в герметичном цилиндре не изменилось, а объем цилиндра стал меньше, то теперь среднее расстояние между молекулами теперь будет меньше , чем до перемещения поршня (Рис. 3в). Другими словами, увеличится плотность расположения молекул газа. А это, в свою очередь, приводит к увеличению числа ударов молекул о стенки сосуда во всех частях сосуда , а не только вблизи поршня. Соответственно, давление, производимое на газ с помощью поршня, передается во все точки газа.
Анализ поведения молекул жидкости показывает, что жидкости ведут себя таким же образом.
3. Закон Паскаля
Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменений в любую точку жидкости или газа.
Это утверждение носит название закона Паскаля.
Справедливость закона Паскаля можно продемонстрировать с помощью прибора, называемого шаром Паскаля. Он представляет собой шар с небольшими отверстиями, расположенными по всей его поверхности. Шар соединен с цилиндром, закрытым подвижным поршнем. Прибор заполняют водой или дымом. Если прикладывать к поршню силу, то жидкость или задымленный воздух вытекают из всех отверстий шара, а не только из тех, которые расположены напротив поршня (Рис. 4).
Рис. 4. Шар Паскаля
4. Применения закона Паскаля
Свойство жидкостей и газов, описанное законом Паскаля, находит широкое применение в технике и в нашей повседневной жизни. Например, если бы закон Паскаля не выполнялся, невозможно было бы создание водопровода, нефте- и газопроводов. Ведь водопроводные и газовые трубы по дороге к потребителям испытывают большое число изгибов, но, тем не менее, давление, создаваемое насосами, нагнетающими воду, нефть или газ, передается без изменений от насоса до пунктов назначения. Системы торможения поездов на железной дороге или системы открывания дверей в электропоездах и метро также работают благодаря закону Паскаля.
Попробуйте представить себе, что было бы, если бы в трубах вместо жидкости или газа находился песок!.. Ведь он не подчиняется закону Паскаля.
Список литературы
1. Перышкин А. В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.
2. Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7–9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.
3. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7–9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16
Передача давления жидкостями и газами.
Закон Паскаля
Мы уже знаем, что отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа свободно перемещаются относительно друг друга по всем направлениям, в отличие от твердых тел. Это можно подтвердить простым опытом: если подуть на поверхность воды в стакане, то вода придет в движение.
Из-за того, что частицы газа и жидкости подвижны, давление, оказываемое на них, передаётся не только в направлении действия оказываемой силы, а в каждую точку жидкости или газа.
|
котором находится газ. Частицы
газа равномерно распределяются
по всему сосуду. Сосуд сверху
закрыт поршнем, который может
перемещаться вниз и вверх.
Надавим на поршень так, чтобы
он немного погрузился в сосуд и
сдавил газ. В результате частицы, рис. 1
находящиеся под поршнем, уплот-
нятся (рис.1б ).
Двигаясь, частицы газа будут перемещаться по всем направлениям и в результате этого перемещения их расположение опять станет равномерным, но уже более плотным, чем раньше (рис.1в ). В результате давление газа всюду увеличится. Из этого можно сделать вывод, что дополнительное давление передается всем частицам газа. Если, например, давление на газ около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа давление станет больше на столько же, т. е. на 1 Па. Давление газа и на поршень, и на стенки сосуда, и на дно сосуда также увеличится на 1 Па.
В 1648 году французский ученый Блез Паскаль опытным путём подтвердил то, что давление жидкости зависит от высоты её столба. Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, трубку диаметром 1см2, длиной 5 м и, поднявшись на балкон 2-го
Когда вода в ней поднялась до высоты ~ 4 м,
давление воды в ней увеличилось настолько, что в
крепкой дубовой бочке образовались щели, через
которые потекла вода.
Закон Паскаля гласит:
давление, производимое на жидкость или газ,
передаётся в любую точку объёма жидкости и
газа без изменений во всех направлениях.
Закон объясняется подвижностью частиц жидкос-
тей и газов во всех направлениях.
Нам нет необходимости повторять опыт
Паскаля с бочкой, но мы можем воспользоваться
трубкой Паскаля для подтверждения истинности
его утверждения.
|
польется вода. Поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают давление поршня другим, более глубоким слоям.
Из опыта следует, что давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар и в результате давления часть воды выталкивается
|
из отверстий во всех направлениях.
Если шар заполнить дымом
(рис.2б ) и вдвигать поршень в трубку, то из всех
отверстий шара будут выходить
струйки дыма. Этот опыт также
подтверждает, что газы, как и
жидкости, передают производимое
на них давление во все стороны без а) б)
изменений. рис.2
Закон Паскаля положен в основу устройства многих механизмов.
Пневматическая система водоснабжения.
Принцип работы :
Насос из водоема закачивает в бак воду, сжимающую воздушную подушку, в результате сжимаемые частицы воздуха уплотняются и, следовательно, давление увеличивается. При достижении давления воздуха 400000 Н/м2 насос отключается и прекращает закачивать воду в бак.
По Закону Паскаля давление, производимое на жидкость (или газ) передаётся в любую точку объёма жидкости (или газа) без изменений во всех направлениях. Поэтому, при открытии крана вода, под действием давления воздуха, по магистральному трубопроводу поднимается в дома.
Гидравлические подъемники
|
Это упрощенная схема гидравлического подъемника, который устанавливается на самосвалах.
Назначение подвижного цилиндра - увеличение высоты подъема поршня. Для опускания груза открывают кран.
Цель урока:
- найти общее в движении частиц при передаче давления жидкостями и газами;
- сообщить учащимся закон Паскаля.
Тип и вид урока: изучение нового материала, урок-беседа.
Методы обучения: эвристический метод, объяснительно-репродуктивный, побуждающий, поисковый
Приборы и материалы: доска, гвоздь, молоток, трубка с поршнем, резиновый шарик, песок речной, стакан с подкрашенной жидкостью, шар Паскаля.
Ход урока:
I. Актуализация опорных знаний.
- Какое строение имеют твердые, жидкие и газообразные вещества?
- Как движутся молекулы в твердых, жидких и газообразных веществах?
- Назовите основные свойства твердых тел, жидких и газообразных веществ.
II. Изложение нового материала.
Все тела состоят из молекул и атомов. Мы рассмотрели три разных агрегатных состояния вещества и исходя из строения, они различны по свойствам. Сегодня нам предстоит познакомиться с влиянием давления на твердые, жидкие и газообразные вещества. Рассмотрим на примерах:
- Вбиваем гвоздь молотком в доску. Что наблюдаем? В каком направлении действует давление?
- Возьмем песок. Это твердое сыпучее вещество. Трубку с поршнем наполним песком. Один конец трубки при этом закрыт резиновой пленкой. Давим на поршень и наблюдаем.
- А теперь посмотрим, как ведет себя жидкость. Наполним трубку жидкостью. Давим на поршень, наблюдаем и сравниваем с результатами предыдущего опыта.
- Рассмотрим на примере газа. Надуем шар.
(Под давлением молотка гвоздь входит в доску. В направлении действия силы. Доска и гвоздь - это целостные твердые тела.)
(Песок давит на стенки пленки не только в направлении действия силы, но и в стороны.)
(Пленка принимает форму шара, частицы жидкости давят в разных направлениях одинаково.)
(Давление передается частицами воздуха во всех направлениях одинаково.)
Мы рассмотрели действие давления на твердые сыпучие, жидкие и газообразные вещества. Какое сходство вы заметили?
(Для жидкостей и газов давление действует в разных направлениях одинаково, а это является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул. Для твердых сыпучих веществ давление действует в направлении силы и в стороны.)
Объясним глубже процесс передачи давления жидкостями и газами.
Представьте, что трубка с поршнем наполнена воздухом (газом). Частицы в газе распределены по всему объему равномерно. Давим на поршень. Частицы, находящиеся под поршнем уплотняются. Благодаря своей подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям, вследствие чего их расположение опять станет равномерным, но более плотным. Поэтому давление газа всюду возрастает. Значит, давление передается всем частицам газа.
Проделаем опыт с шаром Паскаля. Возьмем полый шар, имеющий в различных местах узкие отверстия, и присоединим его к трубке с поршнем.
Если набрать воды в трубку и надавить на поршень, то вода польется из всех отверстий шара в виде струек. (Дети высказывают свои предположения.)
Сформулируем общий вывод.
Поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости заполняющей шар. В результате, часть воды выталкивается из шара в виде струек, вытекающих из всех отверстий.
Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую точку объема жидкости или газа. Это утверждение называют законом Паскаля.
Заполним таблицу.
Мы с вами наблюдали и установили, что:
- в твердом теле давление распространяется по направлению действия силы;
- давление песчинок распространяется в направлении действия силы и по всем направлениям;
- сделали предположение, что в жидкостях (газах) давление передается во всех направлениях одинаково;
- в целях доказательства наблюдали опыт с шаром Паскаля, наполненным водой;
- обобщив все сказанное, сделали вывод: что давление передается в жидкостях (газах) по всем направлениям одинаково.
III. Закрепление материала. Решение задач.
Упражнение 14(1,3), Л. №№ 480, 486-490
IV. Домашнее задание. § 36, упражнение. 14 (2,4), задание 7.
«Давление в жидкости и газе» - Напор воды. Сосуды с водой. Объясните действие фонтана. Определить давление воды. Сосуд плотно закрыт пробкой. Расчет давления в жидкости. Давление жидкости зависит от глубины. Брусок. Давление газа. Давление жидкости и газа. Давление жидкости. Керосин.
«Давление жидкости в сосуде» - График зависимости давления внутри жидкости от глубины. Определите давление нефти на дно цистерны. Рассчитаем давление жидкости на дно сосуда. Что показывает опыт. Определите высоту столба керосина. Что показывают нам данные опыты. Глубина отсчитывается от поверхности жидкости. Давление не зависит от площади дна сосуда и от формы сосуда.
«Передача давления жидкостями и газами» - Давление. Экспериментальное задание. Как читается закон Паскаля. Правила техники безопасности. Передача давления жидкостями и газами. Давление в воздушном шарике. Давление твердых тел. Закон Паскаля. Наблюдения. Давление наружного воздуха. Твердые тела. Шлифовальные машины. Молекулы. Молекулы жидкости.
«Давление жидкости» - Словарь. Шлюзы. Манометр – прибор для измерения давления газов или жидкостей. . Жидкости. P1= P2 = P3, т.К. H = const и S = const fд> P ж fд = pж fд < pж. Содержание. Давление. Сообщающиеся сосуды-сосуды, имеющие между собой канал, заполненный жидкостью. 1) Водомерное стекло. 2) Артезианский колодец. 3) Шлюзы.
«7 класс Давление жидкости» - Давление в жидкости. Совсем иначе передают внешнее давление жидкости и газы. Давление. Заключение. Гидравлический пресс. Вокруг нас много жидкостей. Закон Паскаля.
«Давление воды» - Как в математике называется такая зависимость между Х и У? Человек не сможет дышать. Две стеклянные трубки соединены резиновой трубкой. Как изменится давление воды на дно сосуда? Специальные средства для плавания под водой. Реши задачи! Почему в обычных земных условиях в жидкостях и газах всегда есть давление?
Всего в теме 6 презентаций
