§ 30. Гідростатичний тиск

Гідростатичний — від грецьких слів hydor — вода, statos — той, що стоїть.

1. Гідростатичний тиск. Тиск рідин, який зумовлений дією на рідину сили тяжіння і залежить від глибини під поверхнею рідини, називають гідростатичним. Як можна розрахувати гідростатичний тиск рідини на дно посудини? Візьмемо посудину у формі прямокутного паралелепіпеда, наповнену рідиною (рис. 156).

Сила F, з якою рідина тисне на дно посудини, чисельно дорівнює вазі Р рідини. В свою чергу, вагу рідини можна обчислити, знаючи силу тяжіння, що на неї діє:

F = Р = m • g.

Маса рідини дорівнює добутку її об’єму V на густину р:

m = p • V.

Об’єм рідини в посудині визначається за формулою:

V = S • h,

де S — площа дна посудини, h — висота стовпа рідини в посудині. Отже,

F = P = pgSh.

Гідростатичний тиск р визначимо, поділивши силу тиску F на площу S:

Як бачимо, тиск рідини на дно посудини залежить від її густини та висоти стовпа рідини і не залежить від форми посудини, в якій знаходиться рідина.

Рис. 156. До розрахунку гідростатичного тиску рідини на дно посудини

Рис. 157. Прояви великих тисків на значних глибинах: а) у вухах людини виникають неприємні відчуття; б) корпуси підводних апаратів можуть зазнавати деформацій

Можна навести багато прикладів, які свідчать про існування великих тисків на значних глибинах. Зокрема, дайвер, який занурюється під воду, відчуває біль у вухах, яка виникає внаслідок тиску води на барабанну перетинку (рис. 157, а). Корпуси підводних човнів виготовляють з більш міцного сплаву, ніж корпуси надводних суден, з урахуванням величезних тисків на глибині (рис. 157, б).

2. Розрахунок тиску рідини на стінки посудини. Приклад. У стінці бака для води на висоті 1,5 м від дна зроблено віконце розміром 20 х 30 см. Визначте тиск води на дно бака, якщо висота стовпа води становить 4 м. З якою силою вода тисне на віконце?

Домашнє експериментальне завдання

У бічній поверхні пластмасової пляшки на різній висоті зробіть три невеликі отвори. Закоркуйте ці отвори пластиліном і наповніть посудину водою. Відкрийте отвори і простежте за струменями води, що витікає (рис. 158). Зробіть рисунок свого досліду. Поясніть, чому вода витікає з отворів? Що можна сказати про тиск води на рівні кожного з отворів? Зобразіть графічно сили тиску в отворах. Етапи та результати експерименту запишіть у робочий зошит.

Рис. 158. Пластикова посудина з отворами у бічній поверхні

Подумайте і дайте відповідь

1. Який тиск називають гідростатичним?
2. Від чого залежить гідростатичний тиск?
3. За якою формулою обчислюють гідростатичний тиск?
4. Наведіть приклади проявів гідростатичного тиску.

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 30.

1. У чотири посудини (рис. 159), що мають різну форму, але однакову площу дна, налито одну й ту саму рідину. Що можна сказати про тиск рідини на дно кожної з посудин?

Рис. 159. Посудини мають різну форму, але однакову площу дна

2. Видатний учений Б. Паскаль у 1648 р. провів такий дослід. У міцну, наповнену водою і закриту з усіх боків бочку, він уставив довгу вузьку трубку (рис. 160) і, піднявшись на балкон другого поверху будинку, вилив у цю трубку кухоль води. На превеликий подив сучасників ученого, клепки бочки розійшлися і вода з бочки почала виливатися. Поясніть це явище.