Фізика. 7 клас. Засєкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 23. Тиск рідин і газів. Закон Паскаля

Ви дізнаєтесь

  • Як виникає тиск у рідинах і газах

Пригадайте

  • Що таке тиск
  • Які особливості будови твердих тіл, рідин і газів

ТИСК ГАЗУ. Оскільки молекулярна будова газів відрізняється від будови твердих тіл, то і природа тиску газів відрізняється від природи тиску твердих тіл на опору.

Вам, можливо, доводилось опускати склянку догори дном у посудину з водою і спостерігати, що вода у склянку не заходить (мал. 154). Це пояснюється тим, що у склянці є повітря, яке тисне на воду. З’ясуємо природу тиску газів.

Мал. 154. Повітря у склянці тисне на воду

У газах молекули безладно рухаються. Під час свого руху вони стикаються одна з одною, а також із стінками посудини, у якій міститься газ (мал. 155).

Мал. 155. Модель руху молекул газу

Розміри молекул дуже малі, і сила удару також мала. Але число молекул газу в посудині дуже велике (в 1 см3 міститься приблизно 1019 молекул). Саме сумарною дією ударів молекул газу спричинюється тиск газу на стінки посудини (і на вміщене в газ тіло).

Для того щоб збільшити тиск газу, потрібно або збільшити кількість ударів молекул об стінки посудини, або збільшити силу ударів, або зробити і те й інше одночасно.

Щоб збільшити кількість молекул в посудині, треба добавити у посудину ще газу, тобто збільшити його масу. При цьому збільшиться тиск газу в посудині (мал. 156).

Мал. 156. При збільшенні маси газу його тиск збільшується

Якщо зменшити об’єм газу, не змінюючи його масу, то в кожному кубічному сантиметрі газу молекул стане більше, тобто густина газу збільшиться. При цьому зростає і кількість ударів молекул об стінки посудини, а отже, і тиск газу (мал. 157).

Мал. 157. При зменшенні об’єму заданої маси газу — тиск збільшується

Дослідженнями встановлено, що швидкість руху молекул під час нагрівання збільшується. Рухаючись швидше, молекули сильніше і частіше вдаряються об стінки посудини. Тиск газу відповідно зростає (мал. 158).

Мал. 158. Тиск газу в закритій посудині буде тим більший, чим вища температура газу, за умови, що маса газу не змінюється

ТИСК РІДИН. Унаслідок земного тяжіння рідини також мають вагу, тому кожен верхній шар рідини своєю вагою тисне на шари, що міститься нижче. Тиск у рідинах називають гідростатичним. Гідростатичний тиск рідин залежить від густини рідини й висоти стовпа рідини в посудині.

Візьмемо високу посудину, у стінках якої на різних висотах є отвори. Прикриємо отвори й заповнимо посудину вщерть водою. Коли відкриємо отвори, то побачимо, що з усіх отворів почне витікати вода (мал. 159). Однак падають ці струмені на різних відстанях від посудини. Той, що витікає біля дна, сягає найдальшої від посудини точки. Це пояснюється тим, що тиск води біля дна — найбільший.

Мал. 159. Чим більший стовп рідини, тим більший тиск

ПЕРЕДАЧА ТИСКУ ТВЕРДИМИ ТІЛАМИ, РІДИНАМИ ТА ГАЗАМИ. Проведемо такий дослід. Візьмемо дві посудини: в одну покладемо дерев’яний брусок, у другу насиплемо гороху та покладемо зверху гирі (мал. 160).

Мал. 160. Передача тиску твердим і сипким тілами

Гиря внаслідок дії сили тяжіння тиснутиме на дерев’яний брусок, який у свою чергу тиснутиме лише на дно посудини. Горох тиснутиме не тільки на дно, а й на стінки посудини в усіх точках дотику горошин.

У більшості твердих тіл атоми й молекули розташовані в певному порядку і утворюють міцні кристалічні ґрати. Довільно рухатись атоми й молекули твердого тіла не можуть — вони лише коливаються у вузлах кристалічних ґрат. Тому тиск, що створюється силою, передається у твердому тілі в напрямі дії сили.

Молекули газу вільно переміщуються в усьому просторі посудини, тому газ тисне на стінки в усіх напрямах однаково.

Окремі шари та дрібні частинки рідини, на відміну від твердих тіл, можуть переміщуватись одні відносно одних, але не так вільно, як молекули газу. Вони можуть змінювати своє положення, міняючись місцями із сусідніми молекулами. Отже, рідини, як і гази, тиснуть на всі стінки посудин у якій містяться.

Рухомість молекул рідин і газів є причиною того, що тиск ними передається не лише в напрямі дії сили, а й в усіх напрямах.

ЗАКОН ПАСКАЛЯ. Цю особливість дослідив французький фізик Блез Паскаль, який сформулював закон, названий на його честь законом Паскаля.

Тиск, який діє на рідину або газ, передається ними в усіх напрямах однаково.

Переконаємось у цьому на дослідах. На малюнку 161, а зображено порожнисту кулю, що має в різних місцях отвори. До кулі приєднано трубку, в яку вставлено поршень. Якщо набрати води в кулю і всунути в трубку поршень, то вода поллється з усіх отворів кулі. У цьому досліді поршень тисне на поверхню води в трубці. Частинки води під поршнем, ущільнюючись, передають його тиск іншим шарам, що лежать глибше. Таким чином, тиск поршня передається в кожну точку рідини, яка заповнює кулю. Унаслідок цього частина води виштовхується з усіх отворів кулі у вигляді струменів.

Мал. 161. Рідини і гази передають тиск в усіх напрямах однаково

Якщо кулю заповнити димом і всовувати поршень у трубку, то з усіх отворів кулі почнуть виходити клубні диму (мал. 161, б). Це підтверджує, що гази передають тиск, який чиниться на них, в усі напрями однаково.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Тиск газу зумовлений сумарною дією ударів молекул газу на стінки посудини (і на вміщене в газ тіло).

Тиск газу залежить від густини газу й температури.

Тиск в рідинах називають гідростатичним.

Тиск, який діє на рідину або газ, передається ними в усіх напрямах однаково — закон Паскаля.

ЦІКАВІ ФАКТИ

Блез Паскаль (1623-1662) — французький математик, фізик, релігійний філософ і письменник.

У 1641 р. Блез Паскаль сконструював першу машину, яка могла сумувати числа.

Він, один із основоположників гідростатики, встановив її основний закон, на якому заснована дія гідравлічних пресів та інших гідростатичних машин.

Дослід Паскаля

За вказівкою Паскаля, міцну дубову бочку по самі вінця наповнили водою й наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір в кришці вставили кінець вертикальної тонкої трубки такої довжини, що її кінець виявився на рівні другого поверху.

Вийшовши на балкон, Паскаль почав наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити і десятка склянок, як раптом, до подиву роззяв, що обступили бочку, бочка з тріском лопнула (мал. 162). Її розірвала незрозуміла сила. Паскаль пояснив це так: сила, що розірвала бочку, зовсім не залежить від кількості води в трубці. Уся справа у висоті, до якої трубка була заповнена.

Мал. 162. Дослід Паскаля

Цим дослідом підтверджується ще одна дивовижна властивість води — передавати тиск, що створюється на її поверхні (у бочці), по всьому об’єму, кожній точці стінки або дна бочки.

ФІЗИКА НАВКОЛО НАС

На основі закону Паскаля заснована дія гідравлічних та пневмонічних механізмів.

Стиснуте повітря, наприклад, застосовують у роботі заклепувальних машин і відбійних молотків (мал. 163, а). Є піскоструминні апарати, які дають потужний струмінь повітря, змішаного з піском. Часто можна спостерігати, як фарбують стіни за допомогою спеціальних апаратів, де фарбу розпилює стиснуте повітря. Стиснутим повітрям відчиняють двері вагонів поїздів, метро і тролейбусів.

Мал. 163. Пневмонічні та гідравлічні механізми

Не менш поширені й гідравлічні механізми: гідравлічні гальма, преси, підйомники тощо. Гальмівна гідравлічна система є частиною будь-якого транспортного засобу. Сьогодні дискові гідравлічні гальма використовують навіть на кросових велосипедах (мал. 163, б).

Мал. 164. Гідравлічний прес

Сучасні конструкції пресів дуже різноманітні, залежно від їх призначення. На малюнку 164, б показано один із типів гідравлічного преса.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Дайте відповідь на запитання

  • 1. Як пояснюють тиск газу на основі вчення про рух молекул?
  • 2. Від чого залежить тиск газу?
  • 3. Чим зумовлений тиск рідини?
  • 4. Яка властивість спільна для рідин і газів?
  • 5. Сформулюйте закон Паскаля.

Поясніть

1. У пластикову пляшку з водою вставлено скляну трубку (мал. 165). Що буде відбуватися, якщо натиснути на пляшку?

Мал. 165. Що буде, якщо натиснути на пляшку?

2. Під ковпак повітряного насоса кладуть зав’язану гумову кульку. Вона містить невелику кількість повітря (мал. 166, а) і має неправильну форму. Потім насосом викачують повітря з-під ковпака (мал. 166, б). Поясніть, чому гумова кулька роздувається і набуває форми кулі.

Мал. 166. Чому роздувається куля?

МОЇ ФІЗИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Прилад для демонстрації закону Паскаля ви можете виготовити самостійно (див. мал. 167)

Мал. 167. Саморобний прилад для демонстрації закону Паскаля



Підтримати сайт і наші Збройні Сили можна за посиланням на Buy Me a Coffee.