Підручник Фізика 7 клас - Пістун П. Ф. - Навчальна книга - Богдан 2015 рік

Розділ ІІІ ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

§ 34. Тиск рідин і газів. Закон Паскаля

✓ Чи створюють тиск рідини і гази?

1. З попереднього параграфа ви дізналися, що тверді тіла створюють тиск на опору. У зв’язку з цим виникає запитання: чи чинять тиск рідини і гази? Кожен з вас надував дитячі повітряні кульки. Чому повітряна кулька роздувається? Дати відповідь на це запитання нам допоможе молекулярно-кінетична теорія будови речовин.

Молекули повітря безперервно хаотично рухаються і при цьому зіштовхуються між собою і зі стінками кульки. Ці удари і призводять до виникнення тиску газу на поверхню кульки або на стінки будь-якої посудини, в якій знаходиться газ. Удар однієї молекули слабкий, але всередині кульки перебуває величезна кількість молекул, тому їхній сумарний тиск на поверхню кульки відчутний.

Чим вища температура газу, тим з більшими швидкостями рухаються молекули і тим частіше й сильніше вони ударяються об стінки посудини. Отже, тиск газу на стінки посудини збільшується з підвищенням температури.

Якщо стиснути газ у посудині, тобто зменшити його об’єм, не змінюючи масу і температуру газу, то кількість молекул в одиниці об’єму збільшиться, збільшиться також і густина газу. Кількість ударів об стінку посудини за цих умов також збільшиться і, отже, збільшиться тиск газу. При збільшенні об’єму газу за тієї самої маси зменшаться його густина і кількість ударів молекул об стінки посудини. Тиск газу зменшиться.

Таким чином, тиск газу тим більший, чим вища його температура і менший об’єм за незмінної маси. Або коротше: тиск газу за сталої температури тим більший, чим більша його густина і навпаки.

Розглянемо тепер, як гази і рідини передають створений на них тиск. Проробимо дослід з кулею Паскаля. Вона являє собою порожнисту скляну або металеву кулю, яка має у різних місцях однакові вузькі отвори з приєднаною до неї трубкою з поршнем (рис. 98). Заповнимо прилад підфарбованою водою, а потім натиснемо на поршень. З усіх отворів кулі поллються однакові цівки води. Це свідчить про те, що тиск, який ми створюємо на поверхню води в трубці, передається водою в усіх напрямах однаково. Такий самий ефект можна спостерігати, якщо кулю заповнити димом. Дим також передаватиме створений на нього тиск в усіх напрямах однаково.

Передача тиску рідинами і газами в усіх напрямах пояснюється рухливістю їхніх молекул. Рухливість молекул проявляється в тому, що шари і частинки рідин та газів можуть вільно переміщатися один відносно іншого у різних напрямах.

Завдяки рухливості молекул тиск, який створює поршень на прилеглий до нього шар рідини або газу, передається наступним шарам. Молекули газу і рідини рухаються хаотично, тому їхня дія розподіляється рівномірно по всьому об’єму кулі.

Рис. 98

Рис. 99

3. Проробимо ще один дослід. Пропустимо через корок, яким закрита колба, три скляні трубки з однаковим діаметром, але різної форми (рис. 99). Отвори усіх трьох трубок знаходяться на однаковій глибині, а рівень води у них такий самий, як і в колбі. Через четверту трубку за допомогою насоса будемо накачувати в колбу повітря. Побачимо, що в усіх трьох трубках вода підніметься і встановиться на однаковому рівні. Це відбуваються тому, що внаслідок нагнітання повітря його тиск в колбі збільшиться. Цей надлишковий тиск повітря передається поверхневому шару води, який передає цей тиск наступним шарам, що лежать глибше. Таким чином, створений нами надлишковий тиск передається за рахунок хаотичного руху молекул повітря і води в усіх напрямах.

Оскільки рівні води в трубках однакові, то можна стверджувати, що тиск передається рідинами і газами в усіх напрямах однаково.

4. Узагальнюючи результати описаних вище експериментів, можна зробити висновок: зовнішній тиск, створений на рідину або газ, передається ними без зміни у кожну точку рідини або газу.

Останнє твердження називають законом Паскаля. Закон названий на честь французького фізика і математика Блеза Паскаля (1623-1662), який установив його, вивчаючи властивості рідин і газів.

Блез Паскаль

5. Закон Паскаля знаходить досить широке застосування в техніці, наприклад, у гідравлічних машинах.

Основною частиною гідравлічної машини є два сполучені між собою циліндри з різними діаметрами, в яких можуть переміщатися поршні, які щільно прилягають до поверхні циліндрів. Циліндри заповнені рідким маслом.

При роботі гідравлічної машини (рис. 100) на менший поршень діють з деякою невеликою силою створюючи на рідину тиск р = P = , де S1 — площа меншого поршня. За законом Паскаля, цей тиск без зміни передається у будь-яку точку рідини, в тому числі і під більший поршень. На нього з боку рідини діятиме сила тиску F2 = pS2, де S2 — площа більшого поршня.

Рис. 100

Підставивши значення тиску в останню формулу, одержимо:

F2 = S2.

Звідси легко отримати:

=

Оскільки S2 > S1 то F2 > F1 Тобто, за допомогою гідравлічної машини отримується виграш у силі у стільки разів, у скільки разів площа більшого поршня перевищує площу меншого поршня.

Це означає, що за допомогою порівняно невеликої сили що прикладається до меншого поршня, можна зрівноважити значно більшу силу, яка прикладена до більшого поршня. Гідравлічна машина знайшла широке використання у різних гідропідйомниках і екскаваторах, за допомогою яких можна піднімати дуже важкі тіла.

Гідравлічні преси, що діють за цим самим принципом, використовуються для виготовлення різних виробів з пластмас і металів методом штампування, для пресування пористих матеріалів (наприклад, сіна, соломи), для добування олії з насіння.

Аналогічно працює гідравлічний домкрат, гідравлічне гальмо автомобіля тощо.

Запитання для самоперевірки

1. Чим зумовлений тиск рідин і газів на стінки посудини, в якій вони знаходяться?

2. Як довести, що гази і рідини створюють тиск на стінки посудини?

3. Як залежить тиск газу від його густини за сталої температури?

4. Як експериментально довести, що рідини і гази передають тиск в усіх напрямах однаково?

5. Сформулюйте закон Паскаля.

Завдання 24

1. Чи виконується закон Паскаля в стані невагомості?

2. Чи справджується закон Паскаля для твердих тіл? Чому?

3. Придумайте дослід, який дозволяє проілюструвати закон Паскаля, і виконайте його.

4. 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.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити