Фізика. Повторне видання. 7 клас. Засєкіна
§ 17. Дізнаємося про гідростатичний тиск
• А чи відомо тобі, що склянкою води можна розламати дерев'яну бочку?
ДОСЛІДЖУЙ
1. Виконай досліди або поясни зображене на малюнку 17.1, а і б
Мал. 17.1
2. Розглянь малюнок 17.2. Усі три посудини містять воду, яку налито до однакової висоти. Як ти вважаєш, чи однаковий тиск покажуть прилади, встановлені внизу посудин? Не бійся помилитися. Цікаво перевірити свій прогноз?
Мал. 17.2
ДІЗНАВАЙСЯ
Як визначити гідростатичний тиск? Унаслідок притягання до Землі та завдяки власній плинності рідина створює тиск як на дно, так і на стінки посудини, у якій вона міститься, та на будь-яке занурене в неї тіло.
Тиск нерухомої рідини називають гідростатичним тиском (hydrostatic pressure).
З формули р = ρgh видно, що тиск рідини на дно посудини залежить тільки від густини й висоти стовпа рідини. Тому зрозуміло, чому в досліді 17.1 вода з більшим напором виливалася з нижніх отворів у пляшці.
Тобто якщо я буду у воді, то на ноги вода тиснутиме більше? А як тоді закон Паскаля? Тиск же має передаватися в усі боки однаково.
Так, тиск рідини на різних рівнях різний, але на одному і тому самому рівні він діє однаково в усі боки, з глибиною тиск збільшується (мал. 17.3, б). За формулою р = ρgh можна визначити тиск усередині рідини, зокрема тиск знизу вгору та на стінки посудини будь-якої форми.
Мал. 17.3
Що таке гідростатичний парадокс? У завданні 2 (с. 156) тобі пропонувалося висловити думку, чи однаковим буде тиск на дно посудин. У всіх посудинах вода налита до однакового рівня, отже, і створений тиск на дно кожної посудини буде однаковим.
Мал. 17.4
Збільшити гідростатичний тиск можна, піднявши рівень рідини. Цим свого часу скористався Блез Паскаль. За його вказівкою міцну дубову бочку по самі вінця наповнили водою й наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір у кришці вставили один кінець вертикальної трубки такої довжини, що інший кінець її виявився на рівні другого поверху. Вийшовши на балкон, Паскаль почав наповнювати трубку водою (мал. 17.5). Не встиг він вилити і другого кухля, як раптом, на подив роззяв, які обступили бочку, вона з тріском лопнула. 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. Цим дослідом підтверджується і властивість води передавати тиск по всьому об’єму, кожній точці стінки або дна.
Мал. 17.5
Який гідростатичний тиск у водоймах? Глибина океанів досягає кількох кілометрів. Тому на дні океану величезний тиск. Так, наприклад, на глибині 10 км (а є й більші глибини) тиск становить близько 100 000 000 Па. Незважаючи на це, внаслідок малої стисливості води густина її на дні океанів не набагато більша, ніж біля поверхні.
• Як показують спеціальні дослідження, на великих океанських глибинах живуть риби й деякі інші живі істоти (мал. 17.6). Організм цих риб пристосований до існування в умовах великого тиску й темряви. Їхні тіла здатні витримувати тиск у мільйони паскалів. Зрозуміло, що такий самий тиск існує і всередині самих риб.
Мал. 17.6
Поясни, чому таких істот ми не зустрічаємо в поверхневих водах океану.
Людина після спеціального тренування може без особливих запобіжних засобів занурюватися на глибину до 80 м. Тиск води на таких глибинах — близько 800 кПа. На більших глибинах, якщо не вжити спеціальних засобів, грудна клітка людини може не витримати тиску води. Тому в таких випадках застосовують спеціальні водолазні костюми (мал. 17.7, а).
Для дослідження моря на значних глибинах використовують батисфери і батискафи. Батисферу опускають у море на стальному тросі зі спеціального корабля (мал. 17.7, б). Батискаф не поєднаний із кораблем тросом. Він має власний двигун і здатний пересуватися на великій глибині в будь-якому напрямку (мал. 17.7, в).
Мал. 17.7
ДУМАЙ
1. Чому виникає тиск рідин?
2. Які величини треба знати, щоб обчислити гідростатичний тиск рідини на стінки посудини?
3. Однакового чи різного тиску зазнають два водолази, які перебувають на дні моря (мал. 17.8)?
4. Як довести, що тиск усередині нерухомої однорідної рідини на одному рівні є однаковим?
5. Чи змінюється тиск води на дно ванни, коли людина у ванні сідає або встає? Якщо змінюється, то чому?
Мал. 17.8
УЧИСЯ РОЗВ’ЯЗУВАТИ ФІЗИЧНІ ЗАДАЧІ
ЗАДАЧА
Визнач тиск, що діє на нижню й верхню грань кубика, який міститься у воді (мал. 17.9). Довжина ребра кубика 5 см, глибина занурення верхньої грані — 10 см.
ДІЙ
РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ
1. Зі скляного циліндра воду переливають у посудину, площа дна якої у 2 рази менша й має форму, зображену на малюнку 17.10. Яким буде тиск на дно цієї посудини порівняно з попереднім випадком?
Мал. 17.10
2. Порівняй тиски та сили тисків на дно посудин, у які налили до одного рівня однакову рідину (мал. 17.11).
Мал. 17.11
3. Українська плавчиня Катерина Садурська встановила світовий рекорд із глибоководного пірнання. Занурилася харків’янка із затримкою дихання на глибину 76 м без ластів, маски та інших допоміжних засобів. Визнач, який найбільший гідростатичний тиск діяв на пірнальницю.
4. У липні 2021 року в Дубаї відкрився новий атракціон для охочих до активних видів відпочинку — басейн для дайвінгу Deep Dive Dubai. Його глибина становить 60 метрів. Визнач тиск на дні цього басейну та на глибині 15 м від дна басейну.
5. На якій глибині тиску воді становить 8 кПа? На якій глибині такий самий тиск буде в нафті?
6. Куб, довжина ребра якого 10 см, занурюють у воду так, що його верхня грань знаходиться на глибині 15 см. Визнач силу тиску води на нижню й бічну грані.
7. Бак, основа якого 100 см х 60 см, а висота — 40 см, повністю заповнений водою. Визнач силу тиску води на дно бака.
8. Акваріум, що має висоту 32 см, довжину 50 см і ширину 20 см, заповнено водою, рівень якої нижче від краю на 2 см. Визнач тиск води на дно акваріума та вагу води. З якою силою вода тисне на стінку шириною 20 см?
9. У циліндричну посудину налили рівну за масою кількість води і ртуті. Загальна висота стовпа рідини в посудині — 140 см. Визнач тиск на дно посудини.
10. Прямокутна посудина місткістю 2 л заповнена наполовину водою та наполовину гасом. Дно посудини квадратної форми зі стороною 10 см. Який тиск рідин на дно посудини? Яка вага рідин у посудині?
11. Яку силу слід прикласти, щоб відкрити аварійний люк підводного човна на глибині 150 м? Площа люка — 4000 см2.
12. Визнач силу, яка тисне на дно бочки в досліді Паскаля, якщо висота води в трубці становить 4 м, а діаметр і висота бочки дорівнюють 0,8 м. Визнач масу тіла, яке тиснутиме на дно бочки саме з такою силою, якщо площа дотику тіла і дна дорівнюватиме площі дна.
ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ
1. З яким обладнанням ти можеш повторити дослід Б. Паскаля (мал. 17.5, с. 158)? Опиши свої дії. За можливості виконай дослід.
