Підручник Фізика 7 клас - Сиротюк В.Д. - Генеза 2015 рік

Розділ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

§32. ТИСК РІДИН І ГАЗІВ. ЗАКОН ПАСКАЛЯ

Дослід 1. Візьмемо три циліндричні посудини: в одну покладемо дерев’яний брусок, у другу насиплемо вівсяних пластівців або піску, а в третю наллємо води (мал. 155).

Дерев’яний брусок унаслідок дії на нього сили тяжіння тиснутиме лише на дно посудини.

Вівсяні пластівці тиснутимуть не тільки на дно, а й на стінки посудини в усіх точках дотику пластинок. Кожна пластинка всередині стиснена з усіх боків сусідніми пластинками і внаслідок дії сил пружності сама буде тиснути в усі боки на пластинки. Що глибше лежить пластинка, тобто що більший шар пластинок тисне на неї зверху, то більшими будуть сили тиску.

Вода, налита в посудину, через велику рухливість молекул тиснутиме на дно та стінки посудини. Кожна частинка всередині 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 глибше буде розміщуватися частинка.

На малюнку 156, 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.

Це пояснюється тим, що поршень тисне на поверхню рідини в трубці. Частинки води передають тиск поршня іншим частинкам, що лежать глибше. Таким способом тиск поршня передається на всі частинки води в кулі. Унаслідок цього частина води виштовхується з кулі у вигляді струменів, що витікають з усіх отворів.

Мал 155

Мал. 156

Якщо кулю заповнити димом, то з усіх отворів кулі почнуть виходити струмені диму (мал. 156, б). Це підтверджує, що й гази передають тиск, який чиниться на них, в усі боки однаково.

Тиск, створюваний на нерухому рідину або газ зовнішніми силами, передається рідиною або газом однаково в усіх напрямах.

Це твердження називають законом Паскаля.

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.

Дослід 2. У скляну трубку, нижній отвір якої закритий тонкою гумовою плівкою, наллємо воду (мал. 157, а). Гумове дно трубки прогинається. Отже, на нього діє сила тиску води. Що більше наливаємо води, то більше прогинається плівка. Але щоразу після того, як гумове дно прогинається, вода в трубці перебуває в рівновазі, бо, крім сили тяжіння на воду, діє сила пружності гумової плівки.

Мал. 157

Мал. 158

Мал. 159

Опустимо трубку з гумовим дном, у яку налито воду, у ширшу посудину з водою. Бачимо, що в міру опускання трубки вниз гумова плівка поступово випрямляється (мал. 157, б). Повне випрямлення плівки показує, що тиск на неї згори і знизу однаковий. Отже, у рідині існує тиск, спрямований знизу вгору, і на цій глибині він дорівнює тиску згори вниз.

Якщо виконати дослід з трубкою, у якій гумова плівка закриває боковий отвір, як це показано на малюнку 158, а, б, то ми переконаємося, що бічний тиск рідини на гумову плівку також буде однаковим з обох боків.

Дослід 3. Трубку, дно якої може від’єднуватися, опускаємо в посудину з водою (мал. 159, а). Дно при цьому щільно притискається до краю трубки тиском води знизу вгору. Потім у трубку обережно наллємо води. Коли рівень води в ній збігається з рівнем води в посудині, дно від’єднується від трубки (мал. 159, б). У момент від’єднання на дно тисне зверху стовп рідини в трубці, а знизу - стовп води, що є в посудині. Ці тиски однакові за значенням, проте дно «від’єднується» від трубки під дією на нього сили тяжіння.

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 як розрахувати тиск рідини на дно й стінки посудини?

Повернемося до малюнка 157 у досліді 2. Визначимо тиск, який створює стовпчик рідини висотою h на дно циліндричної посудини. Ми вже знаємо, що тиск р дорівнює відношенню сили тиску F до площі поверхні S, на яку вона діє:

p = .

У нашому випадку сила тиску дорівнює вазі рідини Р:

Р = gm,

де m - маса рідини, яку можемо визначити через густину рідини р і об’єм рідини V:

m = pV.

Об’єм циліндричного стовпа рідини V дорівнює добутку площі дна посудини S і висоти рівня рідини над дном h: V = Sh.

З урахуванням цих співвідношень формула для тиску набуде остаточного вигляду:

p =  =  =  =  = gph

Бачимо, що гідростатичний тиск на будь-якій глибині всередині рідини залежить тільки від її густини р і висоти рівня h; він дорівнює добутку цих величин і сталої g:

Р = gph.

Гідростатичний тиск рідини не залежить ані від форми посудини, ані від маси рідини в посудині, ані від площі її дна. Згідно із законом Паскаля цей тиск на одному рівні рідини однаково діє і на дно, і на стінки посудини.

Це цікаво знати

У 1648 р. Блез Паскаль провів цікавий дослід. Він уставив у закриту дерев'яну очку, наповнену водою, вузьку трубку і, піднявшись на балкон другого поверху, влив у цю трубку кварту (≈ 0,9 дм3) води. Через малу товщину трубки вода в ній піднялася на значну висоту, і тиск в бочці збільшився настільки, що кріплення бочки не витримало, і вона лопнула.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Чим пояснити, що рідини і гази передають тиск в усіх напрямах однаково?

2. У чому полягає закон Паскаля?

3. Як на дослідах можна продемонструвати передавання тиску в рідинах і газах?

4. Який тиск називають гідростатичним?

5. Від чого залежить тиск на дно посудини?


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