Тиск і сила тиску. Одиниці тиску. Тиск рідин і газів.

План – конспект

уроку фізики у 8 класі

Тема. Тиск і сила тиску. Одиниці тиску. Тиск рідин і газів.

Мета уроку: навчальна - познайомити учнів з тиском як фізичною величиною;   з’ясувати залежність тиску від сили тиску й площі опори.

 розвивальна – розвивати пам’ять, логічне мислення, вміння проявляти знання в нестандартних ситуація, виявлення в учнів творчих здібностей;

виховна – виховувати акуратність, трудолюбивість, акуратність під час виконання робіт

Тип уроку: комбінований урок.

Вид уроку: вивчення нового матеріалу.

Демонстрація:  Залежність тиску твердого тіла на опору від сили й площі опори. Розрізування шматка пластиліну тонким дротом.

План уроку

1. Тиск, здійснюваний твердими тілами.

2. Способи збільшення й зменшення тиску

3. Спостерігаємо прояви тиску газу.

4. Досліджуємо тиск рідин

Хід уроку

І. Організаційна частина.

Заходжу в клас, вітаюся з учнями та перевіряю присутніх і їх готовність до уроку.

ІІ. Актуалізація опорних знань. Оголошення теми і мети уроку.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Тиск, здійснюваний твердими тілами

Яка приємна зимова прогулянка на лижах! Однак варто увійти в сніг без них, як ноги будуть глибоко провалюватися під час кожного кроку, іти буде важко, і задоволення буде зіпсовано.

На цьому рисунку вага лижника приблизно дорівнює вазі «пішохода». Тому сили, з якими хлопчики тиснуть на сніг, будемо вважати рівними. Але помітьте: вони діють не на одну точку, а «розподіляються» по деяких площах. У лижника — по площі торкання снігу й лиж, а в пішохода — снігу й підошов. Зрозуміло, що S_лиж > S_{подошов}. Тому й результат дії лижника на сніг проявляється меншою мірою. Розподіл сили по площі її прикладання характеризують спеціальною фізичною величиною — дробом . За умови, що сила діє перпендикулярно до поверхні, цей дріб називають тиском.

• Тиском p називають відношення перпендикулярної до поверхні сили тиску F, що діє на деяку площу S поверхні, до цієї площі:

З визначення тиску випливає, що змінити тиск можна двома способами: змінивши силу тиску або змінивши площу, на яку діє ця сила.

Одиницею тиску є 1 паскаль.

• 1 паскаль — це тиск, за якого на площу, що дорівнює 1 м², діє сила тиску, що дорівнює 1 Н.

2. Способи збільшення й зменшення тиску

У більшості випадків змінювати тиск, змінюючи силу тиску, незручно, тому змінюють площу поверхні, на яку діє сила. При збільшенні площі тиск зменшується, а при зменшенні — збільшується.

У техніці, будівництві, на транспорті дуже часто використовують різні способи, щоб зменшити або збільшити тиск. Наприклад, фундамент висотного будинку чинить тиск у 4·10⁵Па. Тому при зведенні будинку його фундамент роблять більше широким, ніж сам будинок, для зменшення тиску на ґрунт.

Шини вантажних автомобілів роблять набагато ширше, ніж у легкових автомобілів. Широкі гусениці дозволяють зменшити тиск трактора на ґрунт і роблять його більш прохідним на ґрунтовій дорозі.

З іншого боку, тиск можна збільшувати завдяки зменшенню площі поверхні. Це використовується в техніці при виготовленні інструментів (зубило, свердло, різець, ножиці й т. ін.).

Далі з учнями можна обговорити питання: у яких випадках тиск необхідно збільшувати і як це роблять? Коли тиск слід змен шувати і як у цьому випадку треба чинити?

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. Наведіть приклади, які показують, що дія сили залежить від площі опори, на яку діє ця сила.
2. Чому людина, що йде на лижах, не провалюється в сніг?
3. Наведіть відомі вам способи зменшення й збільшення тиску?

Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. Який тиск чинить ковзаняр масою 60 кг на лід, якщо ширина леза ковзана 4 мм, а довжина леза, що стикається з льодом, 30 см? (Відповідь. 500 кПа)

2. Сталевий куб створює тиск на стіл 7,8 кПа. Чому дорівнює масса куба?

Розв’язок. За визначенням, , а площа грані S = a². Тоді

Звідси довжина ребра куба . Маса куба обчислюєтьсяь за формулою m=ρV =ρa³, де a — довжина ребра куба. Таким чином,

Перевіряємо одиниці величин:

Обчислюємо масу:

2. Поміркуй і відповідай

1. Чому гострий ніж ріже краще, ніж тупий?

2. Навіщо в лопати верхній край, на який надавлюють ногою, зігнуто?

3. Чому підбори туфель дівчини чинять на землю набагато більший тиск, ніж ноги слона?

3. Спостерігаємо прояви тиску газу

На початку уроку учням необхідно нагадати, що тиск газу на стінки посудини обумовлено ударами молекул і залежить від їх числа (густини газу) і швидкості руху (температури).

Переконатися в цьому можна на такому досліді: будемо сипати на аркуш тонкого картону рівномірним потоком пісок. Ми побачимо, що аркуш картону при цьому деформується — точно так само, як якби на нього діяла постійна сила, хоча насправді деформація картону обумовлена окремими ударами піщин.

Тиск газу в замкнутій посудині всюди однаковий. Пояснюють це хаотичністю руху молекул, що обумовлює однакову густину газу в повному обсязі й однакову в середньому загальну силу їхніх ударів на одиницю площі. Проілюструвати вищесказане можна за допомогою такого досліду: під ковпак повітряного насоса поміщають гумову кульку, частково заповнену повітрям, і відкачують насосом повітря з-під ковпака, у результаті чого кулька збільшується в об’ємі.

Накачуючи або відкачуючи газ, що перебуває в посудині, ми збільшуємо масу газу або, навпаки, зменшуємо її. При цьому змінюється густина газу — збільшується або зменшується. Одночасно із густиною змінюється й тиск газу.

Однак змінити тиск газу можна й в інший спосіб — змінюючи температуру. Наллємо в казан трохи води, що при ввімкненні пальника повністю перетворюється на пару. На казані є манометр, за яким можна визначити, що при збільшенні температури тиск пари зростає.

Із наведених міркувань можна зробити такий висновок для тиску газу постійної маси:

• при постійній температурі газу його тиск збільшується при зменшенні об’єму й зменшується при збільшенні об’єму; при постійному об’ємі газу його тиск збільшується при збільшенні температури й зменшується при зниженні температури.

4. Досліджуємо тиск рідин

Рідина завжди набуває форми посудини, у якій перебуває, зберігаючи свій об’єм. Візьмемо посудину, у дні й стінках якої є однакові отвори, закриті гумовими плівками, і наллємо в цю посудину воду.

Ми побачимо, що всі плівки вигнулися назовні.

Виходить, налита в посудину рідина тисне не тільки на дно посудини, але й на її стінки.

Рідина перебуває під дією сили ваги, й на нижні шари діє вага верхніх її шарів. Чим глибше розміщений шар рідини, тим більшим виявляється тиск, зумовлений дією ваги вище розташованих шарів рідини. Найбільший тиск буде біля дна посудини.

Таким чином, сили тиску в рідинах — це сили пружності, що виникають у результаті деформації шарів, які розташовані нижче, шарами, що перебувають над ними.

• Тиск, здійснюваний рідиною, що перебуває в стані спокою, називають гідростатичним.

Тиск рідини на дно посудини , де P — вага рідини, S — площа дна посудини.

Вага рідини , де m — маса рідини, що виражається через її густину ρ й об’єм V формулою . Об’єм рідини можна виразити через площу дна S й висоту стовпа рідини h формулою . Звідси випливає, що

.

Таким чином,

• гідростатичний тиск на будь-якій глибині усередині рідини залежить тільки від густини рідини, прискорення вільного падіння й глибини, на якій визначається тиск.

.

Формула стосується тільки тиску, створюваного самою рідиною, і не враховує тиски атмосфери на поверхню рідини.

За цією формулою можна розрахувати тиск рідини, налитої в посудину будь-якої форми.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

1. Які спостереження вказують на те, що газ тисне на стінки посудини, у якій він міститься?
2. Чому гази створюють тиск?
3. Як залежить тиск газу від його об’єму й температури?
4. Яка причина виникнення тиску рідини на дно й стінки посудини?
5. Від яких величин й як залежить тиск рідини на дно посудини?

Закріплення вивченого матеріалу

1. Навчаємося розв’язувати задачі

1. На якій глибині створюваний водою тиск дорівнює атмосферному? Для розрахунків прийміть атмосферний тиск рівним 105 Па.

Розв’язок. З формули одержуємо

Таким чином, десятиметровий шар води створює приблизно такий самий тиск, як оточуючий Землю шар повітря, що має десятки кілометрів у товщину.

2. Акваріум, що має форму куба, повністю заповнений водою. У скільки разів відрізняється сила тиску води на дно акваріума й на бічну стінку?

Розв’язок. Скористаємося формулою гідростатичного тиску рідини й визначенням сили тиску . Тиск на бічну стінку акваріума зростає пропорційно збільшенню глибини. Звідси випливає, що середній тиск дорівнює середньому арифметичному між мінімальним () і максимальним (, де a — довжина ребра куба) значеннями.

Середній тиск на бічну стінку дорівнює:

Тиск на дно: .

Обчислюємо значення сили тиску:

, .

З урахуванням того, що , остаточно одержуємо:

.

2. Поміркуй і відповідай

1. Опишіть простий спосіб видалення вм’ятини на кульці для настільного тенісу.

2. Чому не можна допускати нагрівання газових балонів?

3. Занурте палець у склянку з водою, не торкаючись дна. Чи зміниться при цьому сила тиску на дно склянки?

V. Домашнє завдання. § 17-18, ст. 91-96, впр 17(1-3)