Фізика. 7 клас. Засєкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Розділ 4. Тиск твердих тіл, рідин та газів

• Хто такий Архімед і чому з його ім’ям пов’язано так багато легенд?

• Архімед (близько 287-212 до н. е.) — давньогрецький математик, фізик, інженер, винахідник та астроном. Він вважається одним з найвидатніших науковців античності, його винаходи вражали настільки, що люди увіковічили їх у легендах.

• Одного разу цар Гієрон наказав Архімеду перевірити, чи з чистого золота виготовлена царська корона. Густину золота на той час вже знали. Масу золота Архімед виміряв за допомогою терезів. А як виміряти об’єм корони?

• Архімед весь час роздумував над цим завданням. Якось він приймав ванну, і тут йому прийшла в голову блискуча ідея: занурюючи корону у воду, можна визначити її об’єм, вимірявши об’єм витісненої нею води. Архімед вискочив голий на вулицю з криком «Еврика!», тобто «Знайшов!».

• Згідно з легендою так був відкритий основний закон гідростатики: закон Архімеда.

Вивчаючи розділ «Тиск твердих тіл, рідин та газів», ви зможете пояснити закон Архімеда та закон Паскаля, з’ясуєте, чому одні тіла плавають, а інші — тонуть, чому людина провалюється в пухкому снігу, а одягнувши лижі може стояти не провалюючись. Довідаєтеся, хто і як вперше виміряв атмосферний тиск. Порівняєте, як передають тиск тверді тіла, рідини й гази. Розглянете пристрої й установки, дія яких ґрунтується на законі Паскаля.

§ 22. Тиск твердих тіл на поверхню
§ 23. Тиск рідин і газів. Закон Паскаля
§ 24. Гідростатичний тиск
§ 25. Атмосферний тиск
§ 26. Виштовхувальна сила в рідинах і газах. Закон Архімеда

§ 22. Тиск твердих тіл на поверхню

Ви дізнаєтесь

Що таке тиск і як його вимірюють

Пригадайте

Що таке сила
Від чого залежить результат дії сили

ТИСК. Результат дії сили на тіло залежить не лише від її модуля, напряму і точки прикладання, а й від того, до якої площі поверхні вона прикладена.

Наприклад, можна досить сильно тиснути пальцем на поверхню дерев’яної дошки, але вона при цьому помітно не деформується. Якщо з такою самою силою тиснути на металеву кнопку, то її гострий кінчик легко деформує дерев’яну поверхню, проколюючи її.

Або такий приклад. Усім вам доводилося грузнути в пухкому снігу. Іти по снігу важко, — при кожному кроці глибоко провалюєшся. Але, надівши лижі, можна йти по снігу, майже не провалюючись у нього (мал. 146).

Мал. 146. Приклади різного результату дії сили

На лижах або без лиж людина діє на сніг з тією самою силою, що дорівнює її вазі. Проте дія цієї сили в обох випадках не однакова, бо різна площа поверхні, на яку тисне людина на лижах і без них.

Наведені приклади доводять, що результат дії сили залежить і від того, яка сила діє на одиницю площі поверхні. До того ж у розглянутих прикладах сила, що прикладена до тіла, напрямлена перпендикулярно до площі поверхні, на яку вона діє. Вага людини була перпендикулярна до поверхні снігу; сила, яка діяла на кнопку, перпендикулярна до її поверхні.

Фізична величина, що характеризує дію сили, напрямленої перпендикулярно до поверхні, називається тиском.

ОДИНИЦІ ТИСКУ. За одиницю беруть такий тиск, який чинить сила 1 Н, що діє на поверхню площею 1 м² перпендикулярно до цієї поверхні.

Використовують також інші одиниці тиску — гектопаскаль (гПа) і кілопаскаль (кПа):

1 кПа = 1000 Па;

1 гПа = 100 Па;

1 Па = 0,001 кПа;

1 Па = 0,01 гПа.

ЗМІНА ТИСКУ. Тиск, якщо є потреба, можна змінювати. Якщо діє одна і та ж сила і змінювати площу, то зі збільшенням площі тиск зменшуватиметься. І навпаки, зі зменшенням площі тиск збільшується (мал. 147).

Мал. 147. Тиск залежить від площі поверхні

Якщо ж не змінювати площі, а змінювати силу, то зі збільшенням сили збільшується тиск, відповідно зі зменшенням сили — тиск зменшується (мал. 148).

Мал. 148. Тиск залежить від значення діючої сили

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

ФІЗИКА НАВКОЛО НАС

Тиск 1 Па дуже малий. Такий тиск чинить тіло масою 1 г на поверхню площею 100 см², наприклад, аркуш паперу на долоню.

У природі та техніці зустрічаються досить великі значення тиску:

Характерні значення тиску на поверхню деяких об’єктів

Об’єкт	Тиск, Па
Колеса вагона — на колію	3 • 10⁹
Жало бджоли	5 • 10⁷
Ковзаняр — на лід	1 • 10⁶
Автомобіль — на дорогу	5 • 10⁵
Гусениці трактора — на ґрунт	5 • 10⁴
Людина — під час ходьби	2,5 • 10⁴

Зверніть увагу на два останні значення тиску. Важкий гусеничний трактор, маса якого десятки тисяч кілограмів, чинить на ґрунт тиск, який у 2 рази більший, ніж тиск людини при ходьбі! Пояснюється це тим, що вага трактора розподіляється по великій площі його гусениць. Колеса снігоходів, всюдиходів та інших транспортних засобів для пересування по пісках, снігу, пустелі, болотах (мал. 149) роблять якомога ширшими.

Мал. 149. Для зменшення тиску колеса транспортних засобів роблять ширшими

Жало бджоли (мал. 150) здійснює на поверхню шкіри такий самий тиск, як і вантаж масою десятки тон на 1 см². Щоб отримати такий надвисокий тиск для промислових цілей (наприклад, для отримання штучних алмазів), ученим доводиться розробляти дуже складні установки.

Мал. 150. Жало бджоли

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Дайте відповідь на запитання

1. Наведіть приклади, які підтверджують, що дія сили залежить від площі поверхні, на яку діє сила.
2. Що називають тиском? Як визначають тиск? Які одиниці тиску?
3. Як можна змінювати тиск?

Поясніть

1. Як зміниться тиск і сила тиску людини на підлогу, якщо вона підніме одну ногу?
2. Чому на м’якому ліжку лежати набагато приємніше, ніж на твердій підлозі?

ПРИКЛАД РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ФІЗИЧНОЇ ЗАДАЧІ

Задача. На скільки зміниться тиск людини масою 65 кг на підлогу, якщо вона займе лежаче положення? Площа підошви взуття 0,07 м², площа людини в лежачому стані 0,7 м².

Аналізуючи розв’язок задачі, бачимо, що стоячи людина чинить тиск у 10 разів більший, ніж лежачи. Це враховують рятівники, яким доводиться витягувати людей, що провалилися під кригу (мал. 151).

Мал. 151. Рятувати потерпілого на льоду треба лежачи

Вправа 16

1. Порівняйте тиск р і силу тиску F на стіл трьох цеглин, розміщених так, як показано на малюнку 152.

Мал. 152. У якому випадку тиск більший?

2. Ейфелева вежа в Парижі має площу основи 450 м². Визначте тиск вежі на Землю, якщо її маса 9000 т.

3. Який тиск чинить лижник масою 70 кг на сніг, якщо довжина кожної лижі 1,75 м, ширина 8 см?

4. В алюмінієву каструлю масою 400 г налили 3,2 л води. Визначте тиск, який чинить каструля з водою на стіл, якщо діаметр дна каструлі 30 см.

5. Лід витримує тиск 45 кПа. Чи пройде по цьому льоду трактор масою 5,6 т, площа гусениць якого 1,4 м²?

6. На столі стоїть суцільний куб з алюмінію. Яка маса куба, якщо на стіл він створює тиск 2,7 кПа?

7. Чи можете ви цвяхом створити тиск 10⁵кПа? Яку силу при цьому слід прикласти, якщо площа вістря цвяха 0,1 мм²?

МОЇ ФІЗИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Маленьке курчатко при народженні легко розколює шкарлупу яйця. А чи так само легко розколоти яйце зовні? А чи відомо вам, яке навантаження може витримати яйце?

Візьміть чотири яйця однакового розміру, 2 лотки з-під яєць, картон, пластикові пляшки з водою. Поставте по два яйця в крайні отвори лотків, розташувавши їх симетрично одне відносно одного.

Покладіть на яйця картон. Поставте на картон важкі предмети, наприклад, пластикові пляшки, наповнені водою, або стос книжок (мал. 153).