Тиск рідин і газів. Закон Паскаля

Пізнання реального світу ґрунтується на дослідах і завершується ними...

А.Ейнштейн

 

Мета  заняття: поглибити знання про тиск; з'ясувати, як створюють тиск рідини і гази; розкрити фізичний зміст закону Паскаля; встановити залежність між тиском, який чинить рідина на стінки і дно посудини, від  її густини і висоти стовпа рідини; вчитись розв’язувати задачі на тиск.

​

План заняття № 2:

1. Тиск газів

2. Тиск рідини

3. Закон Паскаля

 

1. Тиск газів

​

        Тиск газу на стінки посудини обумовлено ударами молекул і залежить від їх числа (густини газу) і швидкості руху (температури).

       Переконатися в цьому можна на такому досліді: будемо сипати на аркуш тонкого картону рівномірним потоком пісок. Ми побачимо, що аркуш картону при цьому деформується — точно так само, як якби на нього діяла постійна сила, хоча насправді деформація картону обумовлена окремими ударами піщин.

​

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. 

 

         Тиск газу в замкнутій посудині всюди однаковий. Пояснюють це хаотичністю руху молекул, що обумовлює однакову густину газу в повному обсязі й однакову в середньому загальну силу їхніх ударів на одиницю площі. Проілюструвати вищесказане можна за допомогою такого досліду: під ковпак повітряного насоса поміщають гумову кульку, частково заповнену повітрям, і відкачують насосом повітря з-під ковпака, у результаті чого кулька збільшується в об’ємі.

​

​

​

​

​

​

​

 

Рис. 2. 

​

• Чому роздувається кулька? (При відкачуванні повітря кількість молекул у дзвоні зменшується, а всередині зав’язаної кульки їхня кількість не змінюється. Під впливом ударів молекул об внутрішні стінки кулька роздувається.)

• Про що свідчить куляста форма? (Тиск усередині кульки однаковий в усіх напрямках.)

       

       Накачуючи або відкачуючи газ, що перебуває в посудині, ми збільшуємо масу газу або, навпаки, зменшуємо її. При цьому змінюється густина газу — збільшується або зменшується. Одночасно із густиною змінюється й тиск газу.

 

Дослід: Модель легенів.

Натискаючи на нижню кульку, зменшуємо об'єм, при цьому збільшується концентрація, а значить більшується тиск і верхня кулька здувається. Розтягуючи нижню кульку, навпаки, збільшуємо об'єм, зменшуємо концентрація газу, а значить зменшується тиск і верхня кулька роздувається.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3

​

            Однак змінити тиск газу можна й в інший спосіб — змінюючи температуру.

 Наллємо в казан трохи води, що при ввімкненні пальника повністю перетворюється на пару. На казані є манометр, за яким можна визначити, що при збільшенні температури тиск пари зростає.

 

​

​

​

​

​

​

​

​

​

Рис. 4

Дослід:  Пляшку в гарячу воду.

​

       На горлечко пляшки надівають гумову кульку. Пляшку обережно опускають у посудину з гарячою водою. Кулька роздувається.

​

​

​

​

​

​

​

​

Рис. 5

 

Із наведених міркувань можна зробити такий висновок для тиску газу постійної маси:

• при постійній температурі газу його тиск збільшується при зменшенні об’єму й зменшується при збільшенні об’єму;

• при постійному об’ємі газу його тиск збільшується при збільшенні температури й зменшується при зниженні температури.

​

 Отже, тиск газу на стінки посудини обумовлено ударами молекул і залежить від їх числа  і швидкості руху (температури).

 

​2. Тиск рідини.

​

           Розглянемо дослід зі скляною трубкою, один кінець якої затягнутий гумовою плівкою.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6

 

           Усі рідини на Землі зазнають дії сили тяжіння. Через це  вони мають вагу. Гумове дно прогнеться внаслідок дії ваги води. Доливши в посудину ще води, збільшимо її масу. Це призведе до збільшення ваги рідини, а, отже, до більшого прогинання гумового дна.

Отже, рідина, так  само як і газ, може передавати тиск.

        Рідина завжди набуває форми посудини, у якій перебуває, зберігаючи свій об’єм. Візьмемо посудину, у дні й стінках якої є однакові отвори, закриті гумовими плівками, і наллємо в цю посудину воду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7

 

Ми побачимо, що всі плівки вигнулися назовні. Виходить, налита в посудину рідина тисне не тільки на дно посудини, але й на її стінки. Рідина перебуває під дією сили ваги, й на нижні шари діє вага верхніх її шарів. Чим глибше розміщений шар рідини, тим більшим виявляється тиск, зумовлений дією ваги вище розташованих шарів рідини. Найбільший тиск буде біля дна посудини.

       Якщо в скляну трубку долити рідину, то плівка прогинається більше. Значить тиск рідини залежить від висоти стовпа рідини. Чим більше стопчик рідини, тим тиск більше.

          Якщо  замінити воду на рідину більшої густини, то плівка прогинається більше, значить тиск рідини залежить від густини рідини.

 

​

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8

​

3. Закон Паскаля

 

             Як для рідин, так і для газів характерна спільна властивість: вони передають тиск в усіх напрямах однаково. Цю особливість дослідив французький фізик Блез Паскаль, який сформулював закон, названий на його честь.

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

               

            За вказівкою Блеза Паскаля, міцну дубову бочку по вінця наповнили водою і наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір в кришці заклали кінець вертикальної скляної трубки такої довжини, що кінець її виявився на рівні другого поверху. Вийшовши на балкон, Паскаль почав наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити і десятка склянок, як раптом, на подив обступили бочку роззяв, бочка з тріском лопнула. Її розірвала незрозуміла сила. Паскаль розмірковував так: сила, яка розірвала бочку, зовсім не залежить від кількості води в трубці. Вся справа в висоті, до якої трубка була заповнена.

              Так проявляється дивовижна властивість води - передавати тиск, створюваний на її поверхні (в бочці) по всьому об'єму, кожній точці стінки або дна бочки.

Дослід Паскаля

 

​

 

 

 

 

 

 

Рис. 9

 

«Кулю Паскаля» заповнюють білим порошком (крейдою або зубним порошком). Поршень всовують у циліндр, збільшуючи тиск газу в ньому. Струмені повітря разом із частинками порошку виходять через отвори в кулі в усіх напрямках. Дослід повторюють, заповнюючи кулю і циліндр водою, спостерігаючи при цьому струмені, що б’ють із усіх отворів.

 

Питання:

1. Як пояснити виникнення тиску в газах?

2. Як довести, що тиск газу на всі стінки посудини однаковий?

3. Як змінюється тиск газу при зміненні температури? Чому?

4. Як змінюється тиск газу при зміненні його об'єму? Чому?

5. На основі МКТ поясніть, як передається тиск у рідинах і газах?

6.Сформулюйте закон Паскаля.

7. Де в природі й техниці цей закон знаходить своє практичне застосування?

 

Використана література:

1. Задніпрянець І.І. Сучасні технології у викладанні фізики. – К.: Шк.світ, 2011.

2. Сиротюк В. Фізика. Підручник для 8 класу. – К.: Зодіак-ЕКО, 2008.

3. Савченко В.Ф. Коршак Є.В. Ляшенко О.І. Уроки фізики у 7-8 класах.    –К.: Ірпінь, Терун, 2003.

4. Карасюк К. газ. Фізика «Шкільний світ» № 7 (199), березень 2004.

5. Іванова Ж.В. Фізика 8 клас. Розробки уроків.- Х.: «Веста», 2009.

6. Божинова Ф.Я. Ненашев І.Ю. Кірюхін М.М. Фізика. Підручник для 8 класу. – Х.: Ранок-НТ, 2008.

7. Генденштейн Л.Е. Фізика. Підручник для 8 класу. – Х.: Гімназія, 2008.

​

​