Урок "Тиск рідин і газів. Рівновага рідин і газів. Закон Паскаля"

Лекція «Тиск рідин і газів. Рівновага рідин і газів. Закон Паскаля»

Юний друже!

 З лекції  « Тиск рідин і газів. Рівновага рідин і газів. Закон Паскаля» Ти дізнаєшся про тиск рідин і газів та його властивості

Будь уважним/уважною!

Після засвоєння змісту теми Ти:

• зможеш пояснити тиск рідин і газів з погляду молекулярно-кінетичної теорії будови речовини;
• ознайомишся із законом передачі тиску рідинами і газами;

• розвинеш  уміння спостерігати  фізичні явища, інтелектуальні та творчі здібності, мислення, увагу, пам’ять, робити висновки, аналізувати.

 

 

План лекції.

 

1. Тиск рідин
2. Тиск газів
3. Передавання тиску рідинами і газами. Закон Паскаля

 

З-поміж непізнаного наші

знання займають не більше місця,

ніж ми самі в усій природі

                                                                                            Блез Паскаль

1. Тиск рідин

Юний друже, Ти уже знаєш, що тверді тіла чинять тиск: наприклад, трактор чинить тиск на поверхню землі, бо сам зазнає дії сили тяжіння. На рідини й гази , як і на всі тіла на Землі, діє сила тяжіння, отже рідини й гази теж чинять тиск.

Давай з’ясуємо, чи можемо ми тиск рідин і газів обчислювати так само як і тиск твердих тіл?

Для цього візьмемо три стакани: в один поставимо деревяний брусок, в другий насипемо піску, а в третій наллємо води.

                                        

                          Обговорення результатів досліду:

     дерев'яний брусок внаслідок дії на нього сили тяжіння тиснутиме лише на дно посудини;

     пісок тиснутиме не тільки на дно, а й на стінки посудини в усіх точках дотику піщанок; кожна піщанка в середині стиснена з усіх боків сусідніми піщанками і в наслідок дії сил пружності сама буде тиснути в усі боки на піщинки. Ці сили тиску будуть тим більші, чим глибше лежить піщинка, тобто чим більший шар піску тисне на неї зверху;

     вода  налита в посудину, через велику рухливість молекул тиснутиме на дно і стінки посудини: кожна частина в середині води буде стиснута з усіх боків сусідніми частинками і внаслідок пружності буде з такою самою силою тиснути на сусідні частинки. Ці сили будуть тим більші, чим глибша буде знаходитись частинка. Отже, кожен шар рідини, налитої в посудину, своєю вагою створює тиск,  всередині рідини існує тиск.

Ці висновки Ти можеш підтвердити таким дослідом: візьми посудину, дно якої може відпадати. Опусти  її в банку з водою. Дно при цьому опиниться щільно притиснутим до краю посудини і не відпаде. Як думаєш, чому?

Його притискає сила тиску води, спрямована знизу вгору.
Тепер обережно наливай  воду в посудину і стеж  за її дном. Як тільки рівень води в посудині співпаде з рівнем води в банці, воно відпаде від посудини.

Чому? Виявляється, у  момент відриву на дно тисне зверху вниз стовп рідини в посудині, а знизу вгору на дно чиниться тиск такого ж по висоті стовпа рідини, що знаходиться в банці. Обидва ці тиски однакові, дно ж відпадає від циліндра, внаслідок дії на нього сили тяжіння.

 

 

 

          Підтверджує тиск рідини і наступний  дослід: у скляну трубку, нижній отвір якої закритий тонкою гумовою плівкою, наллємо воду. Під дією ваги рідини дно трубки прогнеться. Опустимо трубку тепер в іншу, більш широку посудину з водою. По мірі опускання трубки гумова плівка поступово випрямляється. По мірі опускання трубки гумова плівка поступово випрямляється.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тиск газів

Юний друже, Ти переконався в існуванні тиску рідини. А чи чинить тиск газ? Звичайно, так! І переконає тебе в цьому наступний дослід: під купол повітряного насоса помістимо гумову кульку. Вона містить невелику кількість повітря і має неправильну форму. Потім насосом відкачаємо повітря з-під купола. Оболонка кульки, навколо якої повітря стає все більш розрідженим, поступово роздувається і приймає форму кулі (мал.б).

 

 

Як гадаєш, чому кулька роздувається?

Молекули газу безперервно ударяються об стінки кульки всередині і зовні. При відкачуванні повітря число молекул під куполом навколо оболонки кульки зменшується. Але всередині кульки їх число не змінюється. Тому число ударів молекул об зовнішні стінки оболонки стає менше, ніж число ударів об внутрішні стінки. Кулька роздувається до тих пір, поки тиск зовні і зсередини на стінки кульки не зрівняється. Оболонка кульки приймає форму кулі. Це показує, що газ, як і рідина,  тисне на її стінки в усіх напрямках однаково.

Причина тиску газу  - в безладному, хаотичному  русі  його молекул! Вони стикаються одна з одною, зі стінками посудини, в якій перебувають. Удари молекул газу зазнають і тіла, що знаходяться в ньому. Ці зіткнення й створюють  тиск.  Зіткнення  однієї  молекули  слабеньке,  але  оскільки  в  газі молекул дуже багато, то і число зіткнень величезне.  Наприклад, число зіткнень молекул повітря на 1см²  за 1с вираховується  двадцяти значним числом.

 

                           

 

Таким чином :  тиск газу на стінки посудини створюється ударами молекул газу.                      

 

 

Куляста форма оболонки доводить, що газ тисне на її стінки по всім

напрямках однаково.

 

 

 

 

 

 

Якщо об’єм газу зменшити, так щоб маса його залишилася незмінною, то в кожному кубічному сантиметрі газу молекул стане більше, густина газу збільшиться. Тоді число ударів молекул об стінки посудини зростає і зростає тиск газу.

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для зберігання і транспортування газів їх сильно стискають, тиск зростає, тому їх розміщують в міцні сталеві балони . 

 

3. Передавання тиску рідинами і газами. Закон Паскаля.   

      Окремі шари і дрібні частинки рідини та газу можуть вільно переміщуватися одні відносно інших в усіх напрямках. 

      Рухливістю  частинок газу та рідини пояснюється те, що тиск, який чиниться на них, передається не лише в напрямі дії сили, а й у кожну точку рідини або газу.

    Тиск, який діє на рідину або газ, передається ними в усіх напрямах однаково.  Це твердження називають законом Паскаля.

 

   Покажемо це: на мал.а зображено кулю, яку називають кулею  Паскаля. Вона  має в різних місцях поверхні вузькі отвори. До неї приєднано трубку-циліндр, у яку вставлено поршень. Якщо набрати води в кулю й натиснути на поршень, то побачимо, що струмені води крізь отвори б’ють у всі боки з однаковою силою. Якщо кулю заповнити димом, то з усіх отворів кулі почнуть виходити струмені диму (мал. б). Це підтверджує, що й гази передають тиск, який чиниться на них, в усі боки однаково.

 Властивістю рідини передавати в усі сторони здійснюваний на неї тиск

пояснюється явище, відоме у фізиці під назвою «гідростатичний парадокс ».

 Візьмемо три посудини різної форми, але з однаковою площею дна, і наллємо в них води до однакового рівня.

 

                 

Тиск на дно цих посудин однаковий (це показує однакова деформація гумового дна кожної з посудин і відповідні покази стрілок). Результати досліду можна пояснити, користуючись законом Паскаля:

    Сила, з якою рідина тисне на дно посудини, не залежить від форми посудин, якщо посудини  мають однакову площу дна й однакову висоту стовпа рідини.

Відповідно до закону Паскаля, тиск усередині рідини на тому само­му рівні однаковий в усіх напрямах. Тиск збільшується з глибиною.

Тиск рідин, зумовлений силою тяжіння, називають гідростатич­ним.

А чи знаєш Ти, Юний друже, що на законі Паскаля ґрунтується дія шприца: тиск пальця лікаря на пор­шень шприца передається без змін рідині, що міститься в ньому, і ліки виходять через голку шприца.

 

І трішки  історії.

Блез Паскаль (1623-1662) - французький математик, фізик і філософ, фізичні дослідження стосуються в основному гідростатики. Йому належить відкриття закону передачі тиску рідиною, він розробив принцип дії гідравлічної машини, застосував ртутний барометр для передбачення погоди, створив лічильну машину.
                          

За вказівкою Паскаля міцну дубову бочку до країв наповнили водою й наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір у кришці вставили кінець вертикальної скляної трубки такої довжини, що кінець її опинився на рівні другого поверху. Вийшовши на балкон, Паскаль взявся наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити й десятка склянок, як раптом, на диво усіх, хто обступив бочку, бочка із тріском лопнула. Її розірвала незрозуміла сила. Паскаль переконується: так, сила, що розірвала бочку, зовсім не залежить від кількості води в трубці. Вся справа у висоті, до якої трубка була заповнена.

У цьому досліді проявляється дивна властивість води — передавати тиск, що здійснюється на її поверхні (у бочці) по всьому об’єму, кожній точці стінки або дна бочки.

Так Паскаль приходить до відкриття закону, що одержав його ім’я.

 

Бажаю успіху!