Закон Паскаля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 1.7 Проверка справедливости закона Архимеда для газов.

 

Под колокол вакуумного насоса (Рис. 6) помещают равноплечие весы, на которые подвешены пустотелый стеклянный шар большого объема и гиря, уравновешивающая вес этого шара в воздухе. Если откачать из-под колокола воздух, то равновесие нарушится и коромысло весов, на котором подвешен шар, опустится вниз. Объясним это явление.

(Рисунок 6)

Как отмечалось, вес Р'ш шара в воздухе был уравновешен весом Р'г гири в воздухе, т. е. Р'ш= Р'г. Но если справедлив закон Архимеда, то и на шар, и на гирю в воздухе действуют выталкивающие силы. Поэтому вес шара в воздухе равен Р'ш= Рш-Fш, а вес гири в воздухе Р'г= Рг-Fг, где Рг и Рш - истинные веса гири и шара, т. е. их веса в пустоте, a Fг и Fш - архимедовы выталкивающие силы, действующие соответственно на гирю и шар. Fш=rвgVш и Fг=rвgVг, где rв - плотность воздуха, Vш - объем шара, Vг - объем гири. Так как Vш >>Vг, то выталкивающая сила Fш, действующая на шар, значительно больше выталкивающей силы Vг, действующей на гирю. Поэтому наблюдаемое в воздухе равновесие шара и гири не означает одинаковости их весов в пустоте. На самом деле истинный вес шара Pш больше истинного веса гири Pг. Это сразу обнаруживается, когда из-под колокола насоса откачивают воздух. Весы выходят из равновесия, шар опускается вниз. Таким образом, данный опыт наглядно показывает справедливость закона Архимеда и для газов.

На использовании действия архимедовой силы в газах основано воздухоплавание - полеты дирижаблей, аэростатов и т. п.

 

    

§ 1.8 Интересные факты.

 

Плотность оганизмов, живущих в воде почти не отличается от плотности воды, поэтому прочные скелеты им не нужны!

 

Рыбы регулируют глубину погружения, меняя среднюю плотность своего тела. Для этого им необходимо лишь изменить объем плавательного пузыря , сокращая или расслабляя мышцы. 

У берегов Египта, водится удивительная рыба фагак. Приближение опасности заставляет фагака быстро заглатывать воду. При этом в пищеводе рыбы происходит бурное разложение продуктов питания с выделением значительного количества газов. Газы заполняют не только действующую полость пищевода, но и имеющийся при ней слепой вырост. В результате тело фагака сильно раздувается, и, в соответствии с законом Архимеда, он быстро всплывает на поверхность водоема. Здесь он плавает, повиснув вверх брюхом, пока выделившиеся в его организме газы не улетучатся. После этого сила тяжести опускает его на дно водоема, где он укрывается среди придонных водорослей. 

Чилим (водяной орех) после цветения дает под водой тяжелые плоды. Эти плоды настолько тяжелы, что  вполне могут увлечь на дно все  растение. Однако в это время у  чилима, растущего в глубокой воде, на черешках листьев возникают вздутия, придающие ему необходимую подъемную  силу, и он не тонет.

 

 

 

 

ГЛАВА 2. Закон Блез Паскаля.

 

 

§ 2.1 Биография Блез Паскаля.

 

Блез Паскаль ( 1623 - 1662 )

(Рисунок 7)

Французский математик, физик, философ,писатель.

Родился в семье одного из лучших юристов города Клермон-Ферран. Отец, глубоко интересуясь математикой, привил любовь к этой науке своему сыну, который впоследствии стал одним из крупнейших математиков и физиков

Франции (Рис. 7)

Невероятные успехи Блеза до сих пор считают ярким проявлением таланта, граничащего с гениальностью. Первый свой трактат по математике он написал в возрасте 17 лет. Далее его открытия последовали одно за другим. Однако успех не вскружил ему голову и к 30-летнему возрасту он глубоко погрузился в религию и философию.

Блез стал последователем янсенизма —учения, противоречащего ортодоксальному католицизму и отрицавшего свободу воли, признававшего предопределение и требовавшего от своих адептов аскетизма и бескомпромиссного этического самосовершенствования. Иезуиты были врагами янсенистов, и в связи с этим ученый написал книгу «Письма к провинциалу» —шедевр сатирической прозы, который доказывает полную несостоятельность иезуитских доктрин.

Последние годы жизни Паскаль провел в монастыре Пор-Руаяль-д-Шан — интеллектуальном сердце столицы Франции.

После смерти вышел в свет его труд «Мысли», который был издан близкими друзьями и почитателями. В «Мыслях» Паскаль развивает представление о трагичности и хрупкости человека, находящегося между двумя безднами — бесконечностью и ничтожеством (человек — «мыслящий тростник»).

§ 2.2 Паскаля закон и его опыт.

 

 

Закон гидростатики, согласно которому давление на поверхность жидкости, произведённое внешними силами, передаётся жидкостью одинаково во всех направлениях.

Следует обратить внимание на то, что  в законе Паскаля речь идет не о  давлениях в разных точках, а о возмущениях давления, поэтому закон справедлив и для жидкости в поле силы тяжести. В случае движущейся несжимаемой жидкости можно условно говорить о справедливости закона Паскаля, ибо добавление произвольной постоянной величины к давлению не меняет вида уравнения движения жидкости (уравнения Эйлера или, если учитывается действие вязкости, уравнения Навье — Стокса), однако в этом случае термин закон Паскаля как правило не применяется. Для сжимаемых жидкостей (газов) закон

Паскаля, вообще говоря, несправедлив.

 

(Рисунок  8)

В 1648 году то, что давление жидкости зависит от высоты ее столба, продемонстрировал Блез Паскаль.  
Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, трубку диаметром 1 см2, длиной 5 м и, поднявшись на балкон второго этажа дома, вылил в эту трубку кружку воды. Когда вода в ней поднялась до высоты ~ 4 метра, давление воды увеличилось настолько, что в крепкой дубовой бочке образовались щели, через которые потекла вода.

Трубка Паскаля (Рис. 8).

 

 

 

  § 2.3 Использование закона Паскаля людьми.

 

 

Закон Паскаля положен в основу устройства многих механизмов. Смотри рисунки запоминай !

1.Гидравлические прессы (Рис. 9)

(Рисунок  9)

Гидравлический мультипликатор предназначен для увеличения давления (р2 > р1, так как при одинаковой силе давления S1> S2 ). Мультипликаторы применяются в гидравлических прессах.

 

(Рисунок 10)

2. Гидравлические подъемники (Рис. 10).

 
Рисунок 10 - это упрощенная схема гидравлического подъемника, который устанавливается на самосвалах.

 

 

Назначение подвижного цилиндра - увеличение высоты подъема поршня. Для опускания груза открывают  кран.

(Рисунок  11)

3. Заправочные агрегаты (Рис. 11).

 
Заправочный агрегат для снабжения  тракторов горючим действует так: компрессор нагнетает воздух в герметически закрытый бак с горючим, которое по шлангу поступает в бак трактора.

 

 

4. Опрыскиватели (Рис. 12)

(Рисунок  12)

 
В опрыскивателях, используемых для  борьбы с сельскохозяйственными

вредителями, давление нагнетаемого в сосуд воздуха на раствор яда - 500 000 Н/м2. Жидкость распыляется при открытом кране.

 

5. Системы водоснабжения (Рис. 13).

(Рисунок  13)

 
Пневматическая система водоснабжения. Насос подает в бак воду, сжимающую  воздушную подушку, и отключается при достижении давления воздуха 400 000 Н/м2. Вода по трубам поднимается в помещения. При понижении давления воздуха вновь включается насос.

6. Водометы (Рис. 14).

(Рисунок 14)

 
 
Струя воды, выбрасываемая водометом  под давлением 1 000 000 000 Н/м2, пробивает отверстия в металлических болванках, дробит породу в шахтах. Гидропушками оснащена и современная противопожарная техника.

 

 

 

7. При прокладке трубопроводов (Рис. 15).  
 

(Рисунок 15)

Давление воздуха "раздувает" трубы, изготовленные в виде плоских  металлических стальных лент, сваренных по кромкам. Это значительно упрощает прокладку трубопроводов различного назначения.

 

8. В архитектуре (Рис. 16).

 

(Рисунок 16)

 
 
Огромный купол из синтетической  пленки поддерживается давлением, большим атмосферного 
лишь на 13,6 Н/м2.

 

 

9. Пневматические трубопроводы (Рис. 17).

 

(Рисунок 17)

Давление в 10 000 - 30 000 Н/м2 работает в пневмоконтейнерных трубопроводах. Скорость составов в них достигает 45км/час. Этот вид транспорта используется для перевозки сыпучих и других материалов.

Контейнер для перевозки бытовых  отходов.

§ 2.4 Закон Паскаля: формула и применение.

 

  

Если мы положим на стол тяжелую  стопку книг, то мы увеличим давление не только на стол, но и соответственно, на пол под столом. Стены, потолок, окна и двери этого давления на себе не почувствуют. Даже если мы сложим на стол всю одежду из шкафов, еду из холодильника, телевизор, гантели и вдобавок взгромоздимся с ногами сами, стены и потолок не ощутят никаких изменений. Разве что их может задеть щепкой от разлетевшегося под весом всего этого добра стола, но изменения в давлении на них будут равны нулю. С газами и жидкостями дело обстоит иначе. Если в закрытом сосуде мы изменим давление на наполняющую сосуд жидкость или газ, то изменение в давлении ощутят на себе абсолютно все стенки этого сосуда.

Закон Паскаля описывается формулой давления:

p=F/S,

где  p – это давление, 
F – приложенная сила, 
S – площадь сосуда.

Из формулы мы видим, что при  увеличении силы воздействия при  той же площади сосуда давление на его стенки будет увеличиваться. Измеряется давление в ньютонах на метр квадратный или в паскалях (Па), в честь ученого, открывшего закон Паскаля. Его применение лежит в основе многих устройств и довольно распространено в производстве. Это, в частности, гидравлические прессы, пневматические тормоза и инструменты и многое другое.

Но обычно используется так:

  

 

Немного поговорим о Законе Паскаля:

На каждую частицу жидкости, находящейся в поле тяготения  Земли, действует сила тяжести. Под  действием этой силы каждый слой жидкости давит на расположенные под ним слои. В результате давление внутри жидкости на разных уровнях не будет одинаковым. Следовательно, в жидкостях существует давление, обусловленное ее весом.

Из этого можно сделать вывод: Чем глубже мы будем погружаться под воду, тем сильнее будет действовать на нас давление воды

Давление, обусловленное весом жидкости, называют гидростатическим давлением.

Графически зависимость давления от глубины погружения в жидкость представлена на рисунке 18.

Рисунок 18

На основе закона Паскаля работают различные гидравлические устройства: тормозные системы, прессы, насосы, помпы и др. Закон Паскаля неприменим в случае движущейся жидкости (газа), а также в случае, когда жидкость (газ) находится в гравитационном поле; так, известно, что атмосферное и гидростатическое давление уменьшается с высотой.

 

 

 

 

§ 2.5 Единица давления.

 

Единицей давления называют такое  давление, при котором на единицу  площади действует сила, равная единице. В СИ единицей давления служит давление, при котором на один квадратный метр приходится сила, равная одному ньютону. Эта единица названа в честь Б. Паскаля паскалем (Па): 
 
Широко применяется внесистемная единица давления, называемая атмосферой. Она равна давлению, оказываемому столбом ртути высоты 760 мм (или водяным столбом высоты 10,332 м)*): 
1 атм=760 мм рт. ст. = 101 325 Па.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Изучив законы Архимеда и  Паскаля, мы выяснили насколько необходимо нам их знать, в каких областях они применяются и как были открыты.

По воде плавают суда, корабли, паромы. Человека, умеющего плавать, вода тоже поддерживает на плаву. Значит, вода производит на погруженное в  нее тело выталкивающие действие. Закон Архимеда гласит, что на погруженное в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости (или газа).Сила, действующая вертикально вверх на погруженное в жидкость или газ тело, называется архимедовой.

Закон Паскаля , согласно которому давление на поверхность жидкости, произведённое внешними силами, передаётся жидкостью одинаково во всех направлениях. Закон Паскаля положен в основу устройства многих механизмов:

В данной работе мы рассмотрели актуальность законов, познакомились с научными положениями,  выводами  и рекомендациями,  их значение для теории и практики, практическую значимость и использование законов в современном обществе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемая литература :

1. Голованова Я. "Этюды об ученых"
2. Иванов А. И., Минькова Р. Д. Физика. 7 класс

3. Кривченко И. В. Физика. 7 класс

4. Перышкин А.В., Физика, 7 класс, 2006.
5. Сёмке А.И. Физика. Занимательные материалы к урокам. 7 класс, - М.: НЦ ЭНАС, 2001 г.
6. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф.. Физика. 7 класс
7.   http://frutmrut.ru/zakon-paskalya/
8.   http://www.edu.yar.ru/projects/socnav/prep/phis001/liq/liquid23.html
9.   http://www.nado5.ru/e-book/zakon-paskalya
10.   http://shpargalka.kz/fizika/arhimedova-sila
11.   http://class-fizika.narod.ru/7_archim.htm
12.   http://class-fizika.narod.ru/
13.    http://physica-vsem.narod.ru/
14.    http://physics03.narod.ru/
15.    http://elkin52.narod.ru/