§ 28. Тиск у рідинах і газах. Закон Паскаля

Рідини з певними силами діють на тверді тіла, які з ними стикаються — це сили тиску рідини

1. Виникнення сил тиску у рідинах і газах та їх напрям. Спробуйте закрити пальцем отвір водопровідного крану — ви відчуєте силу, яка діє на палець. При зануренні навіть на невелику глибину, ваші вуха зазнають неприємних відчуттів. Ці приклади свідчать про те, що у рідинах діють сили тиску.

Як виникають сили тиску у рідинах? Стиснемо рідину, закривши посудину з рідиною поршнем, а зверху поклавши вантаж (рис. 144). При цьому кожний об’єм, виділений всередині рідини, буде стиснутий з усіх боків сусідніми об’ємами і через пружність з такою самою силою діятиме на них. Отже, при стисканні рідини всередині неї виникають сили пружності — це і є сили тиску.

Сили тиску рідини завжди спрямовані перпендикулярно до поверхонь твердих тіл, з якими рідина стикається.

2. Розподіл тиску всередині рідин і газів. Тиск всередині рідини залежить від того, наскільки сильно вона стиснута. З’ясуємо тепер, як розподіляється тиск всередині рідини. Рідина може бути стиснута силою тяжіння (власною вагою) або зовнішніми силами, що діють на її поверхню (поверхневі сили). Наприклад, тиск на морських глибинах (та в будь-яких водоймищах) зумовлений вагою води та силою тиску з боку атмосфери. При цьому тиск у водоймищах розподілений нерівномірно: глибинні шари води стиснуті набагато сильніше. Якщо ж розглядати посудину невеликого об’єму, то тиск, створений вагою води у такій посудині, буде незначним, а тому розподіл тиску можна вважати майже рівномірним. У газів розподіл тиску має такий самий характер.

Сили тиску в рідині тим більші, чим більшою є сила, що стискає рідину

Рис. 144. Поршень з вантажем опускається і стискає рідину, внаслідок чого в рідині виникають сили тиску

Блез Паскаль (1623 — 1662)

3. Закон Паскаля. Подіємо на деяку поверхню, яка обмежує рідину (або газ), поверхневими силами. Для цього будемо всувати поршень у посудину, створюючи у рідині (або газі) тиск (рис. 144). Дослід показує, що в умовах дії лише поверхневих сил тиск в усіх точках всередині рідини (або газу) однаковий.

У цьому полягає суть закону Паскаля: тиск, який створюється поверхневими силами, передається без змін у кожну точку рідини або газу.

Це можна пояснити таким чином. Молекули води (або газу) внаслідок рухливості під поршнем ущільнюються і передають тиск поршня сусіднім молекулам, які в свою чергу тиснуть на інші молекули. Таким чином, тиск поршня передається в кожну точку рідини (або газу).

Розглянемо приклади.

Приклад 1. Якщо порожнисту кулю з приєднаним до неї поршнем наповнити водою і натиснути на поршень, вода виливатиметься з отворів кулі в усі боки (рис. 145, а). Дійсно, згідно закону Паскаля тиск від поршня передаватиметься в кожну точку рідини, яка заповнює кулю, внаслідок чого вода виштовхується з кулі в усі боки.

Приклад 2. Аналогічний ефект спостерігатиметься, якщо кулю наповнити димом (рис. 145, б).

Приклад 3. На законі Паскаля заснована й дія водяного пістолета (рис. 145, в).

Рис. 145. Приклади прояву закону Паскаля: а) при натисканні на поршень вода виливається з кулі в усі боки; б) при натисканні на поршень дим виходить з кулі в усі боки; в) при натисканні на кнопку спуску водяного пістолета тиск води передається на отвір, з якого виходить струмінь

Домашнє експериментальне завдання

Запропонуйте конструкцію приладу з пластмасового флакона, за допомогою якого можна проілюструвати закон Паскаля. Виготуйте такий прилад і перевірте його дію. Етапи і результати експерименту запишіть у робочий зошит.

Подумайте і дайте відповідь

1. Як виникають сили тиску у рідинах і газах? Який їх напрям?
2. Який розподіл тиску всередині рідин і газів?
3. Сформулюйте закон Паскаля.
6. Чи зашкоджує підводний вибух істотам, що живуть у воді?
5*. Чому мильна бульбашка має сферичну форму?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 28.

1. В одній посудині міститься твердий брусок , який не прилягає до стінок посудини, в другій шріт, в третій — вода (рис. 146). Зобразіть графічно, як передаватиметься тиск цими тілами.
2. Візьміть камеру від волейбольного м'яча, приєднайте до неї гумову трубку. Вдуваючи ротом через трубку повітря в камеру, можна підняти досить важку гирю або, наприклад, людину (рис. 147). Поясніть це явище. Спробуйте зробити такий дослід.
3. Посудина щільно закрита корком, в який уставлено дві трубки так, як показано на рисунку 148. Якщо подути у трубку 1, вода через трубку 2 виливатиметься з посудини. Поясніть це. Чи буде виливатися вода з трубки 1, якщо подути у трубку 2?