|
Читайте также: |
Свойством жидкости передавать во все стороны производимое на нее давление объясняется явление, известное в физике под называнием «гидростатический парадокс»
В сосудах различной формы, но с одинаковой площадью дна и одинаковым уровнем жидкости в них, давление жидкости на дно будет одинаковым. Его можно рассчитать:
P = pS = g ρ h S
S – площадь дна
h – высота столба жидкости
Сила, с которой жидкость давит на дно сосуда не зависит от формы сосуда и равна весу вертикального столба, основанием которого является дно сосуда, а высотой – высота столба жидкости.
В 1618 г. Паскаль поразил своих современников, разорвав бочку всего кружкой воды, влитой в тонкую высокую трубку, вставленную в бочку.
БАРОМЕТРЫ И МАНОМЕТРЫ (уч.7кл.стр.105, 108)
Ртутный (или водяной) барометр
Барометр анероид
Манометр
Греч. барос – тяжесть, манос – редкий, метрео - измерять
Барометр – прибор для измерения атмосферного давления
Манометр – прибор для измерения давления (жидкости или газа)
Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший ртутный барометр.
На практике для измерения атмосферного давления применяют барометр-анероид (греч. безжидкостный) Такой барометр не содержит ртути или другой жидкости.
Главная часть (чувствительный элемент) анероида – металлическая коробочка с волнистой гофрированной поверхностью. Из нее выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышку оттягивают вверх пружиной.
При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину.
При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку.
К пружине с помощью передаточного механизма прикреплена стрелка-указатель, которая передвигается вправо и влево при изменении давления вдоль шкалы градуированной в единицах давления.
Изменение атмосферного давления связано с переменой погоды.
Для измерения давлений жидкостей и газов используют манометры.
Манометры бывают жидкостные и металлические.
Открытый жидкостной манометр.
Состоит из двухколенной стеклянной трубки, заполненной жидкостью. Жидкость устанавливается в обоих коленах на одном уровне, так как на в обоих коленах сосуда на нее действует одинаковое атмосферное давление.
Если менять давление на жидкость в одном из колен, то по изменению высоты столба жидкости в другом колене можно судить о величине этого давления.
Таким манометром можно измерять давление внутри жидкости. Чем глубже погружают коробочку в жидкость, тем больше становится разность высот столбов жидкости в коленах манометра, следовательно тем большее давление производит жидкость.
В промышленности обычно используются металлические манометры.
Чувствительным элементом металлического манометра является согнутая в дугу металлическая трубка, один конец которой запаян. Другой конец с помощью крана сообщается с сосудом, в котором измеряют давление.
При увеличении давления трубка разгибается. Движение закрытого конца трубки с помощью рычага и зубчатого колеса передается стрелке.
При уменьшении давления трубка благодаря своей упругости возвращается в прежнее положение.
Для уменьшения вибраций стрелки и передаточного механизма внутренность манометра заполняют вязкой прозрачной жидкостью (глицерином)
СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ(уч.7кл.стр.90)
В цилиндрическом сосуде сила давления на дно сосуда равна весу столба жидкости. Давление на дно сосуда:
pжид = = = ρgh,
откуда давление на глубине h:
p = pжид + pатм = ρgh + p0.
На стенки сосуда согласно закону Паскаля действует такое же давление.
Давление зависит только от плотности жидкости и высоты столба ( p = ρgh + p0 ), но не зависит от объема жидкости.
Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что
в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (в случае пренебрежимо малости капиллярных сил).
В случае неоднородной жидкости высота столба более плотной жидкости будет меньше высоты менее плотной.
При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью.
ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА (уч.7кл.стр.111-113)
Гидравлическая машина. Устройство. Выигрыш в силе.
Гидравлический пресс. Устройство. Принцип действия
На основе закона Паскаля работают гидравлические машины (греч. гидравликос – водяной). Это машины, действие которых основано на законах движения и равновесия жидкостей.
Основной частью гидравлической машины служат два сообщающихся сосуда (цилиндра), закрытых поршнями разных площадей.
Пространство под поршнями и цилиндры заполняют жидкостью (обычно минеральным маслом) Высота столбов жидкости в обоих цилиндрах одинаковы, пока на поршни не действуют силы.
Давление, производимое внешней силой на один поршень, передается по закону Паскаля на второй поршень:
p = = Þ F2 = F1
Отношение F2/F1 показывает выигрыш в силе.
Гидравлическая машина дает выигрыш в силе во столько раз, во сколько площадь ее большого поршня больше площади малого.
Гидравлическую машину, служащую для прессования или сдавливания, называют гидравлическим прессом.
Прессуемое тело кладут на платформу, соединенную с большим поршнем.
При помощи малого поршня создается давление в жидкости. Это давление без изменения (по закону Паскаля) передается в каждую точку жидкости, заполняющей цилиндры.
Так как площадь большого поршня больше площади малого, то сила, действующая на него будет больше силы, действующей на малый поршень. Под действием этой силы большой поршень будет подниматься, прессуя тело о верхнюю неподвижную платформу.
Для измерения давления жидкости в прессе служит манометр.
Предохранительный клапан автоматически открывается, когда давление превышает допустимое значение, и предохраняет пресс от повреждений.
Из малого цилиндра в большой жидкость перекачивается повторными движениями малого поршня.
При подъеме малого поршня открывается невозвратный клапан и масло из резервуара засасывается в пространство под поршнем.
При опускании малого поршня невозвратный клапана в резервуар закрывается давлением масла, а невозвратный клапан в большой цилиндр открывается. Масло поступает в большой цилиндр, повышая давление в нем.
АРХИМЕДОВА СИЛА ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (уч.7кл.стр.114-125)
Действие жидкости и газа на погруженное в них тело
Архимедова сила
Плавание тел (см.ниже)
Плавание судов тяжелее воды (см.ниже)
Воздушный шар
Жидкость давит на сосуд, если внутрь ее поместить тело, то оно так же будет подвергаться давлению. Рассмотрим силы, действующие на тело, погруженное в жидкость. Для удобства рассмотрим параллелепипед.
Силы, действующие на боковые грани тела, попарно уравновешивают друг друга, они только сжимают тело.
Силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела, не одинаковы.
На верхнюю грань давит столб жидкости h1, а на нижнюю h2. Давление столба жидкости h2 передается внутрь жидкости во все стороны. Следовательно на нижнюю грань тела давит сила, определяемая h2.
Тело выталкивается из жидкости с силой:
(учитывая, что для параллелепипеда S1 = S2 = S, hS = V, ρжVж = mж)
Fвыт = F2 – F1 = p2S2 – p1S1 = ρжgh2S2 – ρжgh1S1 = ρжg(h2- h1)S = ρжgVж = gmж = Pж
Выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме погруженного в нее тела.
Существование выталкивающей силы легко обнаружить на опыте, взвешивая тело в воздухе и в воде.
К газам, как и к жидкостям применим закон Паскаля.
На тело, находящееся в газе, действует сила, равная весу газа в объеме тела, выталкивающая его из газа
Такой силой объясняется полет воздушных шаров.
Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу.
Зависимость давления в жидкости и газе от глубины приводит к возникновению выталкивающей силы, действующей на любое тело, погруженное в жидкость или газ.
Эту силу называют Архимедовой силой, в честь древнегреческого ученого Архимеда, который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение.
В сочинении Архимеда «О плавающих телах» седьмое предложение (теорема) сформулировано так:
«Тела, которые тяжелее жидкости, будучи опущены в нее, погружаются все глубже, пока не достигают дна, и, пребывая в жидкости, теряют в своем весе столько, сколько весит жидкость, взятая в объеме тел.»
Закон Архимеда:
На тело погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа вытесненного телом.
Архимедова сила равна весу жидкости в объеме тела (Vж = Vт – объем жидкости, вытесненной телом):
FA = Pж = g mж = g ρжVж = g ρжVт
Архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объема тела. Но не зависит от плотности вещества тела.
Определим вес тела, погруженного в жидкость или газ.
P1 = P – FA = gm – gmж = g (m – mж)
Если тело погружено в жидкость или газ, то оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость или газ.
Архимедова сила направлена противоположно силе тяжести, поэтому при взвешивании в жидкости вес тела меньше, чем в воздухе.
На тело, находящееся в жидкости, действует сила тяжести и архимедова сила. Если сила тяжести по модулю больше – тело тонет, меньше – всплывает, равны – может находиться в равновесии на любой глубине.
Эти отношения сил равны отношениям плотностей тела и жидкости (газа).
На воде держатся громадные речные и морские суда, изготовленные из стали, плотность которой почти в 8 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что из стали делают лишь сравнительно тонкий корпус судна, а большая часть его объёма занята воздухом. Среднее значение плотности судна при этом оказывается значительно меньше плотности воды, поэтому оно не только не тонет, но и может перевозить большое количество грузов.
Дата добавления: 2015-11-14; просмотров: 325 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Опыт Торричелли | | | Воздушный шар |