Embedded Files
Оскільки молекулярна будова газів відрізняється від будови твердих тіл, то і природа тиску газів відрізняється від природи тиску твердих тіл на опору.
Дрібні частинки рідини і газу можуть вільно переміщатися відносно один одного в усіх напрямках, тому тиск, що передається рідинами і газами, відрізняється від тиску, який передається твердими тілами.
Рух молекул твердої речовини
Рух молекул рідини
Рух молекул газу
Розміри молекул дуже малі, і сила удару також мала. Але число молекул газу в посудині дуже велике (в 1 см3 міститься приблизно 1019 молекул). Саме сумарною дією ударів молекул газу спричинюється тиск газу на стінки посудини (і на вміщене в газ тіло).
Для того щоб збільшити тиск газу, потрібно або збільшити кількість ударів молекул об стінки посудини, або збільшити силу ударів, або зробити і те й інше одночасно.
При збільшенні маси газу його тиск збільшується
При зменшенні об’єму заданої маси газу — тиск збільшується
Тиск газу в закритій посудині буде тим більший, чим вища температура газу, за умови, що маса газу не змінюється
Унаслідок земного тяжіння рідини також мають вагу, тому кожен верхній шар рідини своєю вагою тисне на шари, що міститься нижче. Тиск у рідинах називають гідростатичним. Гідростатичний тиск рідин залежить від густини рідини й висоти стовпа рідини в посудині.
Візьмемо високу посудину, у стінках якої на різних висотах є отвори. Прикриємо отвори й заповнимо посудину вщерть водою. Коли відкриємо отвори, то побачимо, що з усіх отворів почне витікати вода. Однак падають ці струмені на різних відстанях від посудини. Той, що витікає біля дна, сягає найдальшої від посудини точки. Це пояснюється тим, що тиск води біля дна — найбільший.
Чим більший стовп рідини, тим більший тиск
Приєднаємо до трубки з поршнем порожнисту кулю з безліччю маленьких отворів.
Наповнимо кулю водою і натиснемо на поршень. Тиск у трубці збільшиться, вода почне виливатися через всі отвори, при цьому напір води у всіх струмках буде однаковим.
Такий же результат можна отримати, якщо замість води використовувати дим.
Рідини і гази передають в усіх напрямках не тільки діючий на них тиск, а й той тиск, який існує всередині них завдяки вазі власних частинок. Верхні шари тиснуть на середні, а середні — на нижні, нижні — на дно.
Цю особливість дослідив французький фізик Блез Паскаль, який сформулював закон, названий на його честь законом Паскаля.
Тиск, який діє на рідину або газ, передається ними в усіх напрямах однаково.
Застосовуємо закон Паскаля
Властивість рідин і газів передавати тиск у всіх напрямках ми спостерігаємо в повсякденному житті, її широко використовують у техніці. Завдяки цій властивості ми можемо чути, адже повітря передає звук; працює наша серцево-судинна система, адже незважаючи на те, що кровоносні судини мають велику кількість вигинів, тиск, створюваний серцем, передається в усі частини тіла.
На законі Паскаля ґрунтуються дія системи гальмування багатьох транспортних засобів, дія домкратів, насосів та інших гідравлічних машин.
Дія поршневих рідинних насосів заснована на тому, що під дією атмосферного тиску вода у трубці піднімається за поршнем.
Насос складається з циліндра, всередині якого ходить вгору і вниз поршень, який щільно прилягає до стінок.
У нижній частині циліндра і в самому поршні встановлені клапани, що відкриваються тільки вгору.
При русі поршня вгору вода під дією атмосферного тиску входить у трубу, піднімає нижній клапан і рухається за поршнем.
При русі поршня вниз вода, що знаходиться під поршнем, тисне на нижній клапан, і він закривається.
Одночасно під тиском води відкривається клапан всередині поршня, і вода переходить у простір над поршнем. При подальшому русі поршня вгору разом з ним піднімається і знаходиться над ним вода, яка виливається в бочку. За поршнем піднімається нова порція води, яка при подальшому опусканні поршня виявиться над ним, і т. д.
Розглянемо принцип дії гідравлічних машин на прикладі гідравлічного преса, який застосовують для пресування фанери та картону, віджимання олії, виготовлення деталей машин і механізмів тощо.
Гідравлічний прес — це найпростіша гідравлічна машина, яку використовують для створення великих сил тиску.
Гідравлічний прес складається з двох сполучених між собою циліндрів різного діаметра, які заповнені робочою рідиною (частіше машинним мастилом) і закриті рухомими поршнями.
Гідравлічний прес дає змогу отримати виграш у силі: діючи на малий поршень із площею S1 меншою силою F1, маємо змогу стискати (пресувати) тіло, розташоване над поршнем із площею S2, більшою силою F2
Сила, що діє з боку рідини на великий поршень, є більшою від сили, що діє на малий поршень, у стільки разів, у скільки разів площа великого поршня більша від площі малого.
Сила тиску рідини на дно посудини F дорівнює вазі рідини P. Вага рідини дорівнює добутку її маси m на прискорення вільного падіння g:
F = P = mg.
Масу рідини m знайдемо, помноживши її густину р на об’єм V:
m = pV,
де V = Sh.
Тоді
F = mg = pVg = pShg.
Поділивши вагу рідини (силу, з якою вона діє на дно посудини) на площу дна, одержимо вираз для тиску рідини на дно посудини р:
За цією формулою можна розрахувати тиск рідини на дно посудини будь-якої форми. Окрім цього, за нею можна розрахувати і тиск усередині рідини на глибині h, і на стінки посудини, оскільки тиск рідини на одному рівні однаковий по усіх напрямах.
Тиск рідини на дно і на стінки посудини дорівнює добутку густини рідини, прискорення вільного падіння і висоти стовпа рідини.
Перевір себе
Перевір себе
Дайте відповідь на запитання
1. Як можна довести на досліді, що гази створюють тиск на стінки посудини, в якій містяться?
2. У чому полягає причина існування тиску в газах?
3. Чому тиск газів зростає зі зростанням їхньої густини?
4. Як змінюється тиск газів у разі збільшення або зменшення їхньої температури? Відповідь поясніть.
5. Чому рідина створює тиск не тільки на дно посудини, але й на її бічні стінки?
6. Сформулюйте закон Паскаля.
7. Доведіть, що властивість рідин і газів передавати тиск у всіх напрямках має неабияке значення в нашому житті.
8. Що таке гідравлічний прес і де його застосовують?
Поясніть
1. У пластикову пляшку з водою вставлено скляну трубку. Що буде відбуватися, якщо натиснути на пляшку?
2. Під ковпак повітряного насоса кладуть зав’язану гумову кульку. Вона містить невелику кількість повітря (мал. а) і має неправильну форму. Потім насосом викачують повітря з-під ковпака (мал. б). Поясніть, чому гумова кулька роздувається і набуває форми кулі.
Приклади розв’язування задач
Задача 1. Визначте тиск, що діє на нижню і верхню поверхні кубика, який міститься у воді. Довжина ребра кубика 5 см, а глибина занурення верхньої грані — 10 см.
Задача 2. У праве коліно сполучених посудин налито олію, а в ліве — воду. Висота стовпа олії дорівнює 10 см. Яка висота стовпа води, виміряна від межі поділу олії і води? Густина олії 900 кг/м3.
Задачі
1. У циліндрі під поршнем площею 80 см2 міститься вода. Вантаж якої маси потрібно покласти на поршень, щоб тиск води на дно циліндра зріс на 2 кПа?
2. Площа малого поршня гідравлічної машини 15 см2, великого — 3 дм2. Визначте максимальну масу вантажу, який можна підняти за допомогою цієї машини, приклавши до малого поршня силу 200 Н.
3. Який тиск у камері колеса велосипеда, якщо під час накачування у неї повітря ручним насосом на його поршень із площею 4 см2 діє сила 40 Н? Поршень рухається рівномірно.
4. Під дією сили 300 Н малий поршень гідравлічної машини опустився на 4 см, а великий піднявся на 1 см. Визначте силу, що діяла на великий поршень.
5. Куб, довжина ребра якого 10 см, занурюють у воду так, що його верхня грань знаходиться на глибині 15 см. Визначте силу тиску води на нижню і бічну грані.
6. Бак, площа основи якого 100x60 см2, а висота 40 см, повністю заповнений водою. Визначте силу тиску води на дно бака.
7. Акваріум, що має висоту 32 см, довжину 50 см і ширину 20 см заповнено водою, рівень якої нижче від краю на 2 см. Визначте тиск води на дно акваріума та вагу води. З якою силою вода тисне на стінку шириною 20 см?
8. Яку силу слід прикласти ,щоб відкрити аварійний люк підводного човна на глибині 150 м? Площа люка — 4000 см2.
Page updated
Google Sites
Report abuse