Закон паскаля бутылка с водой

Закон Паскаля

О чем эта статья:

Давление

Идущий по рыхлому снегу человек будет в него постоянно проваливаться. А вот на лыжах он сможет передвигаться по тому же самому снегу спокойно. Казалось бы, ничего не меняется — человек воздействует на снег с одинаковой силой и на лыжах, и без них.

Дело в том, что «проваливание» в снег характеризуется не только силой — оно также зависит от площади, на которую эта сила воздействует. Площадь поверхности лыжи в 20 раз больше площади поверхности подошвы, поэтому человек, стоя на лыжах, действует на каждый квадратный сантиметр с силой в 20 раз меньшей, чем без них.

Или, например, если вы будете с одинаковой силой втыкать кнопки в пробковую доску, легче войдет та кнопка, у которой более заостренный конец, так как его площадь меньше.

Резюмируем: результат действия силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади поверхности, к которой эта сила приложена.

А теперь подтвердим этот вывод опытами, как настоящие физики.

Возьмем небольшую доску и вобьем гвозди в ее углы. Также возьмем емкость с песком и поставим конструкцию из доски и гвоздей в эту емкость. Сначала расположим конструкцию шляпками вниз и поставим на нее гирю. Конструкция не утонет в песке, а только чуть-чуть углубится в него.

Затем перевернем конструкцию так, чтобы шляпки гвоздей оказались сверху и также поставим на доску гирю. Теперь конструкция утонет в песке.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия силы.

Во всех примерах мы говорили о действии силы, перпендикулярной поверхности. Чтобы охарактеризовать это действие, используется величина давление.

Давление

p = F/S

p — давление [Па]

F — сила [Н]

S — площадь [м 2 ]

Как уменьшить или увеличить давление

Тяжелый гусеничный трактор производит давление на почву, равное 40–50 кПа. Мальчик массой 45 кг производит давление всего лишь в 3 раза меньше, чем такой трактор. Это связано с большой площадью гусениц трактора.

В зависимости от того, какое давление хотят получить, площадь опор уменьшают или увеличивают. Например, чтобы уменьшить давление здания на грунт, в процессе строительства увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей делают значительно шире легковых автомобилей. Чтобы убедиться в этом, обратите внимание на колеса какой-нибудь большой фуры. Самые широкие шины можно увидеть на автомобилях, предназначенных для передвижения в пустыне. Тот же лайфхак используется в шасси самолетов.

Обратную зависимость тоже применяют, например, при создании лезвий колющих и режущих инструментов. Острое лезвие имеет малую площадь, поэтому даже при небольшом нажатии создается большое давление.

Задачка раз

Книга лежит на столе. Масса книги равна 0,6 кг. Площадь ее соприкосновения со столом равна 0,08 м2. Определите давление книги на стол.

Решение

На стол будет давить сила, равная весу книги. Так как она покоится, ее вес будет равен силе тяжести. Следовательно:

p = mg/S = 0,6 × 10 / 0,08 = 75 Па

Ответ: давление книги на стол будет равно 75 Па.

Задачка два

Гусеничный трактор ДТ-75М массой 6 610 кг имеет опорную площадь обеих гусениц 1,4 м 2 . Определите давление этого трактора на почву.

Решение:

p = mg/S = 6 610 × 10 / 1,4 = 47 214 Па = 47,2 кПа

Ответ: давление трактора на почву составляет 47,2 кПа.

Задачка три

Человек массой 80 кг с сумкой весом 100 Н стоит неподвижно на полу. Сила давления подошв его ботинок на пол равномерно распределена по площади 600 см2. Какое давление человек оказывает на пол?

Решение

Масса человека: m = 80 кг.

Вес сумки, которую держит человек: P_c = 100 Н.

Площадь соприкосновения подошвы ботинок с полом: S = 600 см 2 .

600 см 2 = 600 / 10 000 м 2 = 0,06 м 2

Давление — это отношение силы к площади, на которую она действует. В данном случае на площадь действует сила, равная сумме силы тяжести человека и веса сумки:

Поэтому давление, оказываемое человеком с сумкой на пол, равно:

p = (mg + P_с) / S = (80 × 10 + 100) / 0,06 = 15 000 Па = 15 кПа

Ответ: давление человека с сумкой на пол равно 15 кПа.

Определение закона Паскаля

Итак, мы подошли к формулировке закона Паскаля, и звучит она так:

Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях.

Обратите внимание — закон работает только с жидкостями и газами. Дело в том, что молекулы жидких и газообразных веществ под давлением ведут себя совсем не так, как молекулы твердых тел. Если молекулы жидкости и газа движутся почти свободно, то молекулы твердых тел так не умеют. Они могут лишь колебаться, немного отклоняясь от исходного положения. Именно благодаря свободному передвижению молекулы газа и жидкости оказывают давление во всех направлениях.

Рассмотрим опыт с шаром Паскаля, чтобы стало понятнее.

Присоединим к трубе с поршнем полый шар со множеством небольших отверстий. Зальем в шар воду и будем давить на поршень. Давление в трубе вырастет и вода будет выливаться через отверстия, причем напор всех струй будет одинаковым. Такой же результат получится, если вместо воды в шарике будет газ.

Давление жидкости

Из закона Паскаля следует, что раз давление передается одинаково во всех направлениях, то верхние слои жидкости давят на средние, средние — на нижние, нижние — на дно сосуда.

Давление внутри жидкости на одном и том же уровне одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Это утверждение проверяется с помощью манометра — прибора для измерения давления. Чем глубже мы измеряем давление, тем больше показания.

Давление столба жидкости

p = ρgh

ρ — плотность [кг/м 3 ]

h — высота столба жидкости [м]

g — ускорение свободного падения [м/с 2 ]

На Земле g = 9,8 м/с 2

Формула давления столба жидкости часто требуется в задачах.

Задачка раз

На горизонтальном столе стоят два цилиндрических сосуда — узкий и широкий (см. рисунок). В узкий сосуд налита вода, в широкий — керосин. Уровень жидкости в сосудах одинаковый. Сравните давления p жидкостей в точках A, B, C, D и выберите правильную пару утверждений.

Решение

Давление столба жидкости прямо пропорционально ее плотности и высоте столба. Плотность воды больше плотности керосина, следовательно, давление в точке A больше давления в точке C. Давления в точках B и D равны.

Правильный ответ указан под номером 4.

Задачка два

В сосуд с водой плотностью ρ = 998 кг/м 3 опущена вертикальная стеклянная пробирка, целиком заполненная водой (см. рисунок). Высота h₁ равна 0,3 м. Найдите давление, оказываемое водой на дно сосуда в точке А. Ускорение свободного падения примите равным 10 м/с 2 .

Решение

Поскольку вода не вытекает из пробирки, давление столба высотой h₂ на жидкость в сосуде высотой h₁ уравновешено давлением, которое оказывает вода в сосуде на столб воды в пробирке. Сосуд открытый, поэтому на него действует внешнее давление, которое и передается столбу воды. В результате столб воды в пробирке не оказывает дополнительного давления на точку А, поэтому давление, оказываемое водой на дно сосуда в точке А, равно p = ρgh1. Тогда:

p = ρgh₁ = 998 × 10 × 0,3 = 2 994 Па

Источник

Проектно-исследовательская работа «Использование пластиковых бутылок в простых опытах по физике»

В данной работе рассмотрены способы применения пластиковых бутылок для проведения простых опытов по физике.

Скачать:

Вложение	Размер
proektno-issledovatelskaya_rabota.docx	42.06 КБ

Предварительный просмотр:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

УНО АДМИНИСТРАЦИИ КАМБАРСКОГО РАЙОНА

Х РАЙОННАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ УЧАЩИХСЯ

«МИР. ПРИРОДА. ЧЕЛОВЕК»

НАУЧНО — ТЕХНИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ

«ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ»

« ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАСТИКОВЫХ БУТЫЛОК В ОПЫТАХ ПО ФИЗИКЕ»

Выполнил: ученик 7 класса

МОУ Борковская основная

Руководитель: Короткова Елена Александровна

МОУ Борковская основная

Введение

«О сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг….»

Эпитетом к своей работе я не зря взял строчки великого русского поэта А.С. Пушкина, потому что изучение большинства наук невозможно без постановки опытов.

В этом учебном году я начал изучать физику и узнал о множестве удивительных явлений природы. Мне захотелось сделать самодельные приборы и провести самостоятельно опыты. Постановка опытов очень увлекательное занятие. Все проведенные опыты очень просты и проводятся с соблюдением техники безопасности, что важно для тех, кто проводит эксперименты в домашних условиях, особенно впервые. В своей работе я описываю предварительную подготовку и стадии выполнения работы. Это позволяет в дальнейшем аккуратно обращаться с предметами и правильно организовывать эксперимент. Помимо изучаемых явлений природы, в этих опытах можно параллельно познакомиться с законами физики (например, законом Паскаля) и приобрести технические навыки (работа с шилом, с отвёрткой). Это всегда пригодится мужчине. В процессе работы мне п ришлось проявить творческую мысль и смекалку.

Я решил использовать пластиковые бутылки. Удобные и практичные, в умелых руках могут превратиться во множество полезных предметов: воронку, совок, футляр, умывальник, кормушку для птиц и др. Пластиковая бутылка — эффективное средство для проведения ряда простых и наглядных физических опытов. Простота механической и термической обработки бутылок из пластика позволяет делать из них нужные предметы быстро и без специальных инструментов, а их доступность, многообразие форм, расцветок и размеров, дают простор для экспериментального творчества. Пластиковая бутылка также безопасна в использовании.

Цель: сделать приборы, установки по физике для демонстрации некоторых физических явлений своими руками, объяснить принцип действия каждого прибора и продемонстрировать их работу.

1. Изучить научную и популярную литературу;
2. Провести анализ известных опытов по физике и выделить из них те, где можно использовать пластиковую бутылку.
3. Изготовить установки для проведения опытов.
4. Составить систему доступных и простых опытов с использованием пластиковой бутылки.

Практическая значимость работы

Значимость моей работы состоит в том, что в последнее время, когда материально-техническая база в школах значительно ослабла, опыты с применением пластиковых бутылок помогают формировать некоторые понятия при изучении физики.

В моей работе представлены опыты для демонстрации на уроках физики в 7 классе. Разработанные опыты можно показывать как на уроке при изучении явлений, так и в качестве домашних заданий учащимся.

Предложенные установки являются универсальными, одна установка может быть использована для показа нескольких опытов.

Теоретическая часть

Вокруг нашего земного шара находится атмосфера. Атмосфера – это смесь различных газов, в основном азота и кислорода. Атмосфера давит на поверхность Земли. Но влияние давления атмосферы нельзя увидеть глазами. Мы его можем только почувствовать при изменении состояния нашего здоровья. А как не просто человеку понять и изучить то, что нельзя увидеть.

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Подвижность частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости и газа.

Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся без изменения в каждую точку объёма жидкости или газа. Это утверждение называют законом Паскаля. Закон Паскаля справедлив для жидкостей и газов.

За единицу давления в СИ принято давление, которое производит сила 1Н на перпендикулярную к ней поверхность площадью 1м 2 . Эта единица называется паскалем (Па).

Наименование единицы давления дано в честь французского учёного Блёза Паскаля.

В физике Паскаль занимался изучением барометрического давления и вопросами гидростатики.

Давление существует и в жидкости. Давление внутри жидкости зависит от её плотности, от высоты столба жидкости. На одном и том же уровне давление одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Важный вклад в изучение темы «Давление» внес Торричелли. Он поставил опыт с трубкой, наполненный ртутью. Таким образом доказал существование атмосферного давления. Нормальное атмосферное давление равно 768 мм.рт.ст. Продемонстрировать атмосферное давление можно опытным путем, изготовив оборудование из пластиковых бутылок.

Практическая часть

Опыт 1. Закон Паскаля

Цель: продемонстрировать закон Паскаля.

Оборудование: пластиковая бутылка, шило.

1. пластиковая бутылка
2. кювета

Ход проведения опыта:

1. Возьмите пластиковую бутылку емкостью 1,5-2 л.
2. Сделайте отверстия шилом от дна сосуда на расстоянии 10-15 см в разных местах.
3. Бутылку заполните водой.
4. Надавите руками на верхнюю часть бутылки.
5. Наблюдайте явление.

Результат : наблюдаем вытекание воды из отверстий в виде одинаковых струек.

Анализ : сила действует на поверхность воды, находящейся в бутылке. Это давление передается нижним слоям воды, которое распределяется в каждую точку жидкости.

Опыт 2. Зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости.

Цель : показать зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости.

Оборудование : пластиковая бутылка с проделанными в ней отверстиями на разной высоте, кювета, скотч.

1 – пластиковая бутылка с отверстиями;

1. В пластиковой бутылке на различной высоте делаем несколько отверстий (d≈ 5 мм).
2. Отверстия заклеиваем скотчем.
3. Бутылку заполняем водой.
4. Открываем отверстия.
5. Наблюдаем за струйками воды.

Результат : вода из отверстия, расположенного ниже вытекает дальше.

Анализ: давление жидкости на дно и стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости (чем больше высота, тем больше давление жидкости p= gh).

Опыт 3. Модель фонтана.

Цель : показать простейшую модель фонтана.

Оборудование : пластиковая бутылка, стержень от гелиевой ручки, кювета.

1 – пластиковая бутылка с водой;

3 2 – кювета;

3 – стержень от гелиевой ручки

Г- образной формы.

1. Подержим над огнем стержень и загнем его буквой Г.
2. В бутылке, ближе к основанию, сделаем отверстие под стержень.
3. Вставим и закрепим стержень так, как показано на рисунке.
4. Нальем в бутылку воды и поставим ее в кювету.
5. Пронаблюдаем за струей воды.

Результат: наблюдаем образование фонтана воды.

Анализ: на воду в стержне действует давление столба жидкости, находящегося в бутылке. Чем больше воды в бутылке, тем больше будет фонтан, так как давление зависит от высоты столба жидкости.

Опыт 4. Сообщающиеся сосуды.

Цель: показать расположение поверхности однородной жидкости в сообщающихся сосудах на одном уровне.

Оборудование: нижние части от пластиковых бутылок разных сечений, резиновые трубки.

1

1. — две или три пластиковые бутылки;
2. — резиновая трубка.

1. Отрежем нижние части пластиковых бутылок, высотой 15-20 см.
2. Соединим части между собой резиновыми трубками.
3. Нальем в один из получившихся сосудов воду.
4. Пронаблюдаем за поведением поверхности воды в сосудах.

Результат : уровни воды в сосудах оказались на одном уровне.

Анализ: в сообщающихся сосудах любой формы поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне (при условии, что давление воздуха над жидкостью одинаково).

Опыт 5. Прибор, иллюстрирующий действие клапана в насосе или умывальнике.

Цель : изготовить прибор, демонстрирующий действие клапана в насосе.

Оборудование: пластиковая бутылка объемом 1,5 л, шарик на стержне

1. Отрезать дно у пластиковой бутылки, перевернув ее горлышком вниз.
2. Изнутри в отверстие вставить шарик на стержне.
3. Закрепить установку на штативе.
4. Налить в бутылку немного воды.
5. Нажать на стержень, поднимая его вверх.

Результат: получим прибор, демонстрирующий действие клапана в насосе или умывальнике.

Вывод

В результате работы я:

• провёл опыты, доказывающие существование атмосферного давления;
• создал самодельные приборы, демонстрирующие зависимость давления жидкости от высоты столба жидкости, закона Паскаля.

Мне понравилось изучать давление, делать самодельные приборы, проводить опыты. Но в мире много интересного, что можно ещё узнать, поэтому в дальнейшем:

— я буду продолжать изучение этой интересной науки;

— я надеюсь, что мои одноклассники заинтересуются этой проблемой, а я постараюсь помочь им;

— в дальнейшем я буду проводить новые эксперименты.

Заключение

Наблюдать за опытом проводимым учителем, интересно. Проводить его самому интереснее вдвойне.

А проводить опыт с прибором, сделанным и сконструированным своими руками, вызывает очень большой интерес у всего класса. В таких опытах легко установить взаимосвязь и сделать вывод как работает данная установка.

Проводить данные опыты не сложно и интересно. Они безопасны, просты и полезны. Новые исследования впереди!

Источник