Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля
«Мир един, хотя и многообразен»
В прошлой теме говорилось о давлении газа. Было установлено, что давление газа возникает в результате ударов молекул газа о стенки сосуда. При постоянной массе и температуре давление газа уменьшается, если увеличивается объём. И наоборот, давление газа увеличивается, если уменьшается объём. При неизменной массе и постоянном объёме, давление газа можно увеличить, если нагреть его. И, наоборот, при понижении температуры, давление газа уменьшается.
Давление газа передается по всем направлениям. То же самое можно сказать и о жидкостях. Дело в том, что в жидкостях и газах слои молекул могут свободно перемещаться. Как же передается давление? Рассмотрим сосуд с подвижным поршнем.
Газ стремится заполнить весь объём сосуда, и молекулы газа распределены равномерно по всему объёму. Когда мы заставляем поршень войти в сосуд, слои молекул, находящиеся непосредственно под поршнем сблизятся друг с другом. В этом месте частицы будут расположены более плотно. Однако, вследствие беспорядочного движения молекул, очень скоро они снова распределятся по сосуду равномерно. Давление будет больше прежнего, т.к. уменьшился объём. Таким образом, давление передалось всем частицам газа (или жидкости). То есть, при увеличении давления возле поршня на один паскаль, давление очень быстро увеличивается внутри самого газа также на один паскаль. Из-за этого на один паскаль увеличится давление на стенки сосуда на его дно и на сам поршень.
Впервые это заметил и доказал опытным путем ученый Блез Паскаль, который сформулировал следующий закон: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Теперь можно объяснить следующие опыты. Возьмём бутылку с водой и сделаем несколько маленьких отверстий с помощью иголки.
Если теперь сжать бутылку, то вода польется изо всех отверстий. Этот результат можно наблюдать, если в бутылке будет не вода, а воздух: при нажатии на бутылку, воздух также пойдет изо всех отверстий.
Справедливость закона Паскаля, подтверждается на повседневном опыте. Каждый день люди чистят зубы и для этого, выдавливают зубную пасту из тюбика (зубную пасту можно расценивать как жидкость с высокой плотностью). При нажатии на тюбик, в каком угодно месте, давление, которое было создано, все равно передается по всем направлениям, в результате чего, часть пасты выходит из тюбика.
Закон паскаля широко используется людьми. В автобусах или троллейбусах с помощью пневматических установок закрываются и открываются двери. Работа этих установок основана на законе Паскаля. Именно на основе закона Паскаля работают водомёты и опрыскиватели.
В шлангах вода находится под давлением. Как только человек открывает кран, оттуда выбрасывается струя воды. В некоторых водометах вода находится под огромным давлением – около 1 ГПа (гигапаскаля). Выбрасываемая струя воды может раздробить горные породы или даже пробить отверстие в металле.
На законе Паскаля основана работа такой установки, как гидравлический пресс.
Он состоит из двух сообщающихся цилиндров с поршнями разного диаметра. Цилиндры заполняются водой (или другой подходящей жидкостью). К поршню с меньшей площадью прикладывается некоторое усилие. В результате, под поршнем возникает давление, которое тут же передается по всем направлениям без изменений. Таким образом, под вторым поршнем создается такое же давление, как и под первым поршнем. Поскольку площадь второго поршня больше, этот поршень сможет развить большее усилие.
Упражнения:
Задача 1. Известно, что если выстрелить в вареное яйцо из мелкокалиберной винтовки, то пуля пробьёт отверстие в яйце. Если же выстрелить в сырое яйцо, то оно разлетится. Как вы думаете, почему так происходит?
Решение:
Вареное яйцо является твердым телом, и в нем давление передается по направлению силы. А вот в жидкостях давление передается по всем направлениям. Поскольку сила, с которой пуля ударила в яйцо, очень велика, в яйце создалось огромное давление, которое его разорвало изнутри.
Основные выводы:
– Закон Паскаля: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.
Пройдите тест
Домашнее задание
Стр. 109 — 110 читать. упр. №16 письменно фото в WhatsApp!
