давление в жидкости и газе

advertisement
Закон Паскаля
Давление. Давление в жидкостях и газах.
Гидравлические машины.
Презентация Катуниной О.А.
Цели урока:
Образовательная: Ознакомить учащихся с новым физическим явлениемпередачей давления в жидкостях и газах, с описанием его законом Паскаля;
формировать у ребят умение осуществлять самоконтроль с помощью
конкретных вопросов.
Развивающая: Совершенствовать навыки самостоятельной работы,
активизировать мышление школьников, умение самостоятельно
формулировать выводы, развивать речь, развитие творческих способностей на
основе практической работы.
Воспитательная: Развитие чувства взаимопонимания и взаимопомощи в
процессе совместного выполнения экспериментального задания; развитие
навыка работы в паре, развивать мотивацию изучения физики, используя
разнообразные приемы деятельности, сообщая интересные сведения.
Формируемые умения: работать с приборами, наблюдать, анализировать и
сравнивать результаты опытов, делать выводы.
Предполагаемый результат: учащиеся должны знать как происходит
передача давления в жидкостях, газах, закон Паскаля.
Блез Паскаль (автор Филипп де Шампень)
Дата рождения:
19 июня 1623
Место рождения:
Клермон-Ферран, Овернь
Дата смерти:
19 августа 1662 (39 лет)
Место смерти:
Париж
Страна:
Королевство Франция
Научная сфера:
математика, философия,
литература, физика
Памятник Паскалю на
башне Сен-Жак в
Париже
“ Повторяйка”.
1. Из чего состоят все вещества?
2. Какие три агрегатных состояния вещества вы знаете?
3. Какие свойства жидкости вы знаете?
4. Какие свойства газов вы знаете?
5. Как движутся молекулы жидкости и газы?
“ Повторяйка”
1. Из чего состоят все вещества?
Все вещества состоят: из молекул и атомов.
2. Какие три агрегатных состояния вещества вы знаете?
Твердое, жидкое и газообразное. Плазменное.
3. Какие свойства жидкости вы знаете?
Жидкости меняют свою форму, сохраняют объем, плохо
сжимаемы.
4. Какие свойства газов вы знаете?
Газы не имеют собственной формы, объема, полностью
заполняют предоставленный им объем.
5. Как движутся молекулы жидкости и газы?
Молекулы газа движутся беспорядочно и хаотично. Молекулы жидкости
более связаны в горизонтальных слоях.
Результат действия силы зависит не только от ее модуля, направления и точки
приложения, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она
действует.
Подтверждается это утверждение с помощью различных опытов и явлений, которые
человек достаточно часто наблюдает в своей собственной жизни.
Например, человек, надев лыжи, может идти почти не проваливаясь в снег. Острые
концы у кнопок, гвоздей, иголок и др. позволяет легче их использовать (приколоть
кнопкой газету, вбить гвоздь...).
Из приведенных примеров несложно сделать вывод: чем больше площадь
поверхности, на которую действует сила, тем меньшее будет результат действующей
силы. Причем во всех рассмотренных случаях сила действовала перпендикулярно
поверхности.
Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к
площади этой поверхности, называется давлением.
Большая по значению сила, действующая на ту же площадь будет оказывать большее
давление
Давление обозначается буквой р.
Измеряется в паскалях.
За один паскаль принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н,
действующая на поверхность площадью 1 м2
Давление твердых тел
• Назовите основную единицу давления?
• Запишите формулу для определения давления,
которое твердое тело оказывает на опору.
• Как называется единица силы?
• Почему плуг делают острым?
• Зачем на колеса трактора надевают гусеницы?
• Почему ржавой иглой трудно шить?
• На реке тонкий лед. Как перейти через реку на
другой берег?
А теперь давайте рассмотрим следующий
опыт. Посмотрите на экран. На экране
изображен шарик , в котором содержится
газ.
Закон Паскаля для жидкостей и газов
Твердые тела передают производимое на
них извне давление по направлению
действия силы, вызывающей это давление.
Совсем иначе передают внешнее
давление жидкости и газы.
Рассмотрим следующий эксперимент. В сосуде, закрытом пробкой, находится вода. В
пробку вставлены три одинаковые по диаметру трубки, нижние отверстия которых
находятся в воде на одинаковой глубине, но направлены в разные стороны (вниз, вбок
и вверх), а также не достающая до воды трубка, к которой подсоединен резиновый
баллон от пульверизатора. Закачивая с его помощью воздух в сосуд, мы увеличиваем
давление, оказываемое воздухом на поверхность воды в сосуде. Замечаем, что при
этом во всех трех трубках вода поднимается до одной и той же высоты.
Следовательно, неподвижная жидкость, находящаяся в замкнутом сосуде, передает
производимое на нее внешнее давление по всем направлениям одинаково (т.е. без
изменения).
Наблюдения показывают, что так же передают внешнее давление и газы, находящиеся
в закрытом сосуде. Описанная закономерность была впервые обнаружена
французским ученым Паскалем и получила название закона Паскаля.
А теперь давайте рассмотрим следующий опыт.
Посмотрите на экран. На экране изображен сосуд, в
котором содержится газ. Частицы газа равномерно
распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем,
который может перемещаться вверх и вниз. Прилагая
некоторую силу, заставим поршень немного войти в
сосуд и сжать газ, находящийся непосредственно под
ним. Что произойдет с частицами газа?
Что произойдет с частицами газа?
(Частицы распложаться под поршнем более плотно, чем
прежде).
Как вы думаете, что произойдет дальше?
(Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться
по всем направлениям. Вследствие этого их расположение
опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше.
Поэтому давление газа всюду возрастет)
Как это можно объяснить?
( Давление передается всем частицам)
Так какой можно сделать вывод?
(Давление, производимое на газ, передается в любую точку
одинаково по всем направлениям)
У вас на столе стоит стакан с водой и с трубочкой.
Слегка подуйте в трубочку. Что вы наблюдаете? Как это
можно объяснить?
( Пузырьки на воде. Давление передается всем частицам
воды)
А скажите давление, передалось в каждую точку воды?
(Да)
Так значит, какой можно сделать вывод?
( Давление, производимое на воду, передается в любую точку
одинаково по всем направлениям)
Частицы распложаться под поршнем более
плотно, чем прежде.
Благодаря подвижности частицы газа будут
перемещаться по всем направлениям.
Вследствие этого их расположение опять станет
равномерным, но более плотным, чем раньше.
Поэтому давление газа всюду возрастет.
Давление передается всем частицам.
Давление, производимое на газ, передается в
любую точку одинаково по всем направлениям
Возьмите шприц и наполните его водой. Нажмите над тарелкой на поршень
шприца. Что вы наблюдаете? Как это можно объяснить?
Вода полилась из всех отверстий шприца. Давление передается по всем
направлениям одинаково.
Учитель: Давайте сделаем вывод по проделанным опытам.
Учащиеся: Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую
точку одинаково по всем направлениям.
Впервые данное утверждение опытным путем получил ученый-физик БЛЕЗ
ПАСКАЛЬ. Он открыл и исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов. И
данное утверждение получило название ЗАКОН ПАСКАЛЯ. Паскалем был
изобретен прибор, который получил название ШАР ПАСКАЛЯ. Давайте
проведем опыт с помощью шара Паскаля. В шар нальем подкрашенной воды и
нажмем на поршень. Что произошло? (Вода полилась из всех отверстий.)
Паскалем был изобретен прибор, который получил название ШАР
ПАСКАЛЯ. Давайте проведем опыт с помощью шара Паскаля. В шар
нальем подкрашенной воды и нажмем на поршень. Что произошло?
(Вода полилась из всех отверстий.)
ДАВЛЕНИЕ В ЖИДКОСТИ И ГАЗЕ
Внутри жидкости в любой ее точке
существует давление, обусловленное весом верхних слоев
жидкости на нижние. Если рассматривать жидкость в состоянии
покоя, т.е. не двигающуюся, то это давление можно
назвать "весовым " или гидростатическим давлением.
На одном и том же уровне оно одинаково по всем
направлениям / и вверх в том числе /.
С глубиной давление увеличивается.
Когда вы в резиновых сапогах заходите в воду, то чувствуете,
как резина плотно прилегает к ногам. А ведь глубина совсем
небольшая!
Гидростатическое давление
На каждую молекулу жидкости, находящейся в поле
тяготения Земли, действует сила тяжести. Под действием
этих сил каждый слой жидкости давит на расположенные
под ним слои. По закону Паскаля это давление передается
жидкостью по всем направлениям одинаково.
Следовательно, в жидкостях существует давление,
обусловленное силой тяжести.
Наблюдения показывают, что жидкость, находящаяся в
сосуде в состоянии покоя, давит на дно и стенки сосуда и на
любое тело, погруженное в эту жидкость. Давление,
оказываемое покоящейся жидкостью на любую
соприкасающуюся с ней поверхность, называют
гидростатическим.
Расчетная формула
для определения давления жидкости в любой ее
точке, а также на дно и стенки сосуда:
Гидростатическими весы Паскаля
В подставке П, сквозь которую
проходит кольцевой патрубок К,
можно поочередно герметично
закреплять сосуды С любой
формы, не имеющие дна.
Подвижным дном этих сосудов
служит подвешенная на коромысле
равноплечих весов плоская круглая
площадка Д, расположенная
вблизи нижнего отверстия
патрубка К. Эта площадка
прижимается к торцу патрубка
силой, вызываемой тем, что на
чашку весов, подвешенную на
другом их коромысле, ставится
гиря Г. К подставке П прикреплена
линейка Л, по которой определяют
высоту h жидкости в сосуде,
закрепленном на подставке.
Формула гидростатического давления
Гидростатическое давление можно определить с помощью
прибора, называемого гидростатическими весами Паскаля.
Опыт производят так.
На под-ставке укрепляют сосуд, имеющий форму прямого
кругового цилиндра. В него наливают воду до тех пор, пока вес
этой воды не станет равным весу гири, поставленной на правую
чашку весов, т.е. Рж=Рг. (Поддержание этого количества воды
автоматически обеспечивается самим прибором, так как если
вес воды в сосуде превысит вес гири, дно приоткроется и
излишек воды вытечет.)
В цилиндрическом сосуде вес жидкости Pж=rжghS, где ж=rж плотность жидкости, g - ускорение свободного падения, h высота столба жидкости, S - площадь основания цилиндра,
поэтому на дно сосуда жидкость оказывает давление
р=Pж/S=rжgh.
Сообщающиеся сосуды
Сообщающимися называют сосуды,
имеющие между собой канал, заполненный
жидкостью. Наблюдения показывают, что в
сообщающихся сосудах любой формы
однородная жидкость всегда
устанавливается на одном уровне.
Иначе ведут себя разнородные жидкости
даже в одинаковых по форме и размерам
Мысленно выделим внутри трубки, соединяющей сообщающиеся сосуды и
заполненнной ртутью, площадку площади S, перпендикулярную горизонтальной
поверхности. Так как жидкости покоятся, давление на эту площадку слева и справа
одинаково, т.e. p1=p2. Согласно формуле (5.2), гидростатическое давление p1=r1gh1 и
p2=r2gh2. Приравняв эти выражения, получаем r1h1 = r2h2, откуда
h1/h2=r2/r1. (5.4)
Следовательно, разнородные жидкости в состоянии покоя устанавливаются в
сообщающихся сосудах таким образом, что высоты их столбов оказываются обратно
пропорциональными плотностям этих жидкостей.
Если r1=r2, то из формулы (5.4) следует, что h1=h2, т.е. однородные жидкости
устанавливаются в сообщающихся сосудах на одинаковом уровне.
Возьмем два цилиндрических сообщающихся сосуда одинакового диаметра
(рис., на их дно нальем слой ртути (заштрихован), а поверх него в цилиндры
нальем жидкости с разными плотностями, например r2<r1 (слой ртути нужен
для того, чтобы жидкости не смешивались). Мы увидим, что если эти
жидкости находятся в состоянии покоя, их уровни h1 и h2 различны (h2>h1).
Мысленно выделим внутри трубки, соединяющей сообщающиеся сосуды и
заполненной ртутью, площадку площади S, перпендикулярную горизонтальной
поверхности. Так как жидкости покоятся, давление на эту площадку слева и
справа одинаково, т. e. p1=p2. Согласно формуле , гидростатическое давление
p1=r1gh1 и p2=r2gh2. Приравняв эти выражения, получаем r1h1 = r2h2, откуда
h1/h2=r2/r1.
Следовательно, разнородные жидкости в состоянии покоя устанавливаются в
сообщающихся сосудах таким образом, что высоты их столбов оказываются
обратно пропорциональными плотностям этих жидкостей.
Если r1=r2, то из формулы следует, что h1=h2, т.е. однородные жидкости
устанавливаются в сообщающихся сосудах на одинаковом уровне.
Артезианский колодец
Гидравлический пресс — это простейшая гидравлическая машина ,
предназначенная для создания больших сжимающих усилий . Ранее назывался
«пресс Брама» так как изобретён и запатентован Джозефом Брама в 1795 году.
Гидравлический пресс состоит из двух сообщающихся
гидравлических цилиндров (с поршнями) разного
диаметра. Цилиндр заполняется гидравлической
жидкостью, водой, маслом или другой подходящей
жидкостью. По законам французского философа и
гениального учёного Паскаля, давление (то есть сила,
действующая на единицу площади) в любом месте
жидкости (или газа), находящейся в покое, одинаково
по всем направлениям и одинаково передается по
всему объёму.Закон Паскаля — самый главный закон
гидростатики. Все заводы гидравлических прессов при
их производстве основываются на законе
гидростатики. По сути гидравлический пресс можно
сравнить с эффектом рычага, где в качестве
передающего усилие объекта используется жидкость, а
усилие зависит от величины отношения площадей
рабочих поверхностей.
Принцип действия гидравлического пресса
Гидравлический пресс представляет собой два сообщающихся сосуда
цилиндрической формы и разного диаметра, в которых имеются поршни,
площади которых S1 и S2 различны (S2 >> S1). Цилиндры заполнены жидким
маслом (обычно трансформаторным) . Схематически устройство
гидравлического пресса изображено на рис. (на этом рисунке не показаны
резервуар с запасом масла и система клапанов).
Без нагрузки поршни находятся на одном уровне. На поршень
S1 действуют силой F1, а между поршнем S2 и верхней опорой
закладывают тело, которое нужно прессовать.
Сила F1, действуя на поршень S1, создает в жидкости дополнительное
давление р=F1/S1. По закону Паскаля это давление передается
жидкостью по всем направлениям без изменения. Следовательно, на
поршень S2действует сила давления
F2=pS2=F1S2/S1.
Из этого равенства следует, что
F2/F1=S2/S1. (5.5)
Следовательно, силы, действующие на поршни гидравлического
пресса, пропорциональны площадям этих поршней. Поэтому с
помощью гидравлического пресса можно получить выигрыш в силе
тем больший, чем S2 больше S1.
Гидравлический пресс- это машина для
обработки материалов давлением,
приводимая в действие жидкостью,
находящейся под высоким давлением.
Впервые Г. п. были применены в конце
18 — начале 19 вв. для пакетирования
сена, выдавливания виноградного сока,
отжима масла и т.п. С середины 19 в. Г.
п. широко используется в
металлообработке для ковки слитков,
листовой штамповки, гибки и правки,
объёмной штамповки, выдавливания
труб и профилей, пакетирования и
брикетирования отходов, прессования
порошковых материалов, покрытия
кабелей металлической оболочкой и др.
Г. п. нашли распространение также в
производстве пластмассовых и
резиновых изделий,
древесностружечных плит, фанеры,
текстолита и др. Они применяются при
синтезе новых материалов (например,
искусственных алмазов).
Пресс гидравлический одностоечный
ПБ6334 (усилие 250т)
Технология изготовления дисков
автомобильных колес
Пресс для винограда
штамповочный пресс
Гидравлический пресс для книг, буклетов,
журналов
ЭТО ИНТЕРЕСНО !
Почему водолазу при
погружении на глубину
необходимо подавать воздух в
скафандр под давлением, равным
давлению воды на глубине, на
которой он находится?
На глубинах более 1,5 м разность
между давлением воды,
сжимающим грудную клетку, и
давлением воздуха внутри нее
возрастает настолько, что у
человека уже не хватает сил
увеличивать объем грудной
клетки при вдохе и наполнять
свежим воздухом легкие.
Поэтому при погружении более
чем на 1,5м можно дышать
только таким воздухом, который
сжат до давления, равного
давлению воды на этой глубине.
Погружение на глубину
Искатели жемчуга - 30 м
рекордное погружение человека без специального оснащения
- 105 м
погружение с аквалангом - 143 м
в мягком скафандре - 180 м
в жестком скафандре - 250 м
в батискафе - 10 919 м.
Распространено мнение,
что суда, затонувшие в
океане, не достигают
морского дна, а висят
неподвижно на некоторой
глубине. В романе Ж. Верна
рассказывается о кораблях
догнивающих, свободно
вися в воде. Так ли это?
... был проделан такой опыт. Три
стеклянных трубки различных
размеров , с обоих концов
запаянные, были завернуты в холст
и помещены в медный цилиндр с
отверстиями для свободного
пропуска воды. Цилиндр был
опущен на глубину 5 км. Когда его
извлекли, оказалось , что холст
наполнен снегообразной массой,
это было раздробленное стекло.
А если на такую глубину
опустить куски дерева, то после
поднятия они начинают тонуть в
воде, как кирпичи, так их
сдавливает.
Вода, как и все жидкости мало поддается сжатию. Поэтому с
глубиной плотность воды изменяется незначительно. В самом
глубоком месте плотность воды увеличивается лишь на 5
процентов. А чтобы в ней плавало железо необходимо
уплотнить ее в 8 раз! Не может быть ни малейшего сомнения,
что затонувшие суда покоятся на дне океана!
ВСЕ БЕЖИМ РЕШАТЬ ЗАДАЧИ !
А МОЖЕТ БЫТЬ, БЕЖИМ РЕШАТЬ
ВСЕ ЗАДАЧИ?
• Пищу для космонавтов изготовляют в полужидком виде и помещают в тюбики с
эластичными стенками. При легком надавливании на тюбик космонавт извлекает
из него содержимое. Какой закон проявляется при этом?
• Почему железнодорожные шпалы кладут на сыпучий балласт (песок, гравий,
щебень), а не прямо на твердый грунт железнодорожного полотна?
• Как добиться, чтобы вода вытекала
по трубке из сосуда, изображенного на рис.9?
• В нефтяной промышленности для подъема нефти на поверхность земли
применяется сжатый воздух, который нагнетается компрессорами в пространство над поверхностью нефтеносного слоя. Какой закон проявляется при этом?
•
Иногда ребята надувают камеру футбольного мяча ртом, каждый раз посылая в
нее порцию воздуха. Почему через некоторое время мальчик уже не может
вдувать воздух?
• Почему пустой бумажный мешок, надутый воздухом, с треском разрывается,
если ударить им о руку или обо что-то твердое?
№ 1. Зависит ли давление жидкости на дно
сосуда от площади дна?
Не зависит
Тем больше, чем больше площадь
Тем меньше, чем меньше площадь
Тем больше, чем меньше площадь
Нет правильного ответа
№ 2. В сосуды, изображённые на рисунке,
налиты различные жидкости. В каком сосуде
давление на дно наибольшее
1
2
3
Во всех сосудах давление одинаковое
Ни один из ответов мне не подходит
№ 3. Чему равно давление в цистерне,
наполненной нефтью, на глубине 2,5
м? Плотность нефти 800 кг/м3.
2 Па
19,6 кПа
680 Па
2 кПа
Нет правильного ответа
№ 4. Площади поперечных сечений
гидравлического пресса относятся как
1:100. Какую силу давления на
большой поршень можно получить,
если действовать на малый поршень
силой 200 Н?
2 кН
100 кН
200 кН
20 кН
10 кН
№ 5. В сообщающихся сосудах находятся
ртуть и керосин, высота столба которого 25
см. Какой высоты должен быть уровень
воды в левом колене, чтобы уровни ртути
были одинаковыми? Плотность керосина
800 кг/м3. 10 см
25 см
30 см
35 см
Правильного ответа не приведено.
Рассмотри рисунок.
Что обозначают вектора сил? Подумай!
Мальчик давит на малый поршень сосуда с водой.
Удержит ли другой мальчик большой поршень, если
ребята действуют на поршень с одинаковой силой?
Примеры решения задач.
№1 Площадь меньшего поршня гидравлического пресса 10 см2 . На него
действует сила 200 Н. Площадь большего поршня 200 см2. Какая сила
действует на больший поршень?
Ответ: F2=4 кН.
№2 Малый поршень гидравлического пресса под действием силы 500 Н
опустился на 15 см. При этом большой поршень поднялся на 5 см. Какая сила
действует на большой поршень?
Ответ: F2=1,5 кН.
До встречи через неделю
умники и умницы!
Пока!
Скачать