U ovoj lekciji ćemo govoriti o takvoj stvari kao što je atmosferski tlak. Pobrinut ćemo se da zračne mase vrše određeni pritisak na nas, koji se zove atmosferski tlak. Ponovimo Pascalov zakon, nakon čega ćemo zaključiti kakav pritisak doživljavamo dok smo u najkomprimiranijem donjem sloju atmosfere.
Tema: Tlak krutih tvari, tekućina i plinova
Lekcija: Atmosferski tlak
Dakle, živimo na dnu oceana. Zračni ocean. Zračne mase obavijaju našu Zemlju poput velikog pokrivača, poput zračne lopte. Na grčkom, zrak je "atmos", lopta je "sfera". Stoga se zračna ljuska Zemlje naziva atmosfera (slika 1).
Riža. 1. Atmosfera – zračna ljuska Zemlje
Sada ćemo se pobrinuti da zračne mase mogu vršiti pritisak na nas, smještene na površini Zemlje. Taj se tlak naziva atmosferski tlak.
Sve molekule koje čine atmosferu privučene su Zemljom zbog gravitacije. Gornji slojevi atmosfere pritišću donje slojeve atmosfere i tako dalje. Posljedično, niži slojevi atmosfere doživljavaju najveći pritisak, oni su najkomprimiraniji. Tlak koji se vrši na sve slojeve atmosfere, prema Pascalovom zakonu, prenosi se nepromijenjen na bilo koju točku atmosferskog zraka. Tlak svih zračnih masa koje se nalaze iznad nas djeluje na tebe i mene, smještene na površini Zemlje (slika 2).
Riža. 2. Gornji slojevi atmosfere pritišću donje
Da biste provjerili postojanje atmosferskog tlaka, možete koristiti običnu špricu. Ispustite zrak iz cilindra i spustite priključak (kraj šprice) u zatamnjenu vodu. Pomaknimo klip prema gore. Vidjet ćemo da će se tekućina početi dizati iza klipa. Zašto se ovo događa?
Zašto se tekućina diže s klipom, unatoč činjenici da na nju utječe sila gravitacije prema dolje? To je zbog činjenice da atmosferski tlak djeluje na površinu tekućine u posudi iz koje punimo štrcaljku. Prema Pascalovom zakonu, prenosi se na bilo koju točku ove tekućine, uključujući tekućinu u priključku štrcaljke, prisiljavajući je da uđe u špricu (slika 3.).
Riža. 3. Voda u štrcaljki se diže prateći klip
Provest ćemo još jedan eksperiment koji potvrđuje postojanje atmosferskog tlaka. Uzmite cijev otvorenu na oba kraja. Spustimo ga na određenu dubinu u tekućinu, prstom zatvorimo gornji dio cijevi i izvadimo cijev iz tekućine. Vidjet ćemo da tekućina ne istječe iz cijevi, iako je donji kraj cijevi otvoren. Ali ako uklonite prst koji zatvara gornji otvor cijevi, tekućina će odmah iscuriti iz nje.
Uočeni fenomen se objašnjava na sljedeći način. Kada cijev spustimo u tekućinu, dio zraka napušta cijev kroz otvoreni gornji kraj, jer tekućina koja ulazi odozdo istiskuje taj zrak. Zatim prstom zatvorimo rupu i pokupimo cijev. Atmosferski tlak odozdo postaje veći od tlaka zraka unutar cijevi. Stoga atmosferski tlak ne dopušta tekućini da teče iz cijevi.
I za kraj, još jedno iskustvo. Uzmite cilindričnu posudu, ulijte u nju vodu, pokrijte je listom papira i okrenite. Voda se neće izlijevati iz posude (slika 4). Pokušajte sami objasniti zašto se to događa, unatoč činjenici da gravitacija djeluje na vodu u posudi.
Riža. 4. Voda ne teče iz naopačke čaše
Dakle, svatko od nas je pod pritiskom ogromne debljine zračnih masa smještenih iznad. Taj se tlak naziva atmosferskim. Stvara ga težina zraka, na koju utječe sila gravitacije Zemlje.
Bibliografija
- Peryshkin A. V. Fizika. 7 ćelija - 14. izd., stereotip. - M.: Drfa, 2010.
- Peryshkin A. V. Zbirka zadataka iz fizike, 7-9 ćelija: 5. izd., stereotip. - M: Izdavačka kuća Exam, 2010.
- Lukashik V. I., Ivanova E. V. Zbirka zadataka iz fizike za 7-9 razrede obrazovnih ustanova. - 17. izd. - M.: Prosvjeta, 2004.
- Jedinstvena zbirka digitalnih obrazovnih resursa ().
Domaća zadaća
- Lukashik V. I., Ivanova E. V. Zbirka zadataka iz fizike za 7-9 razrede br. 548-554.
- formiraju ideju o atmosferskom tlaku i obrascima njegove promjene
- naučiti kako izračunati atmosferski tlak s promjenom nadmorske visine
slajd 2
Ponavljanje prethodno naučenog
- Što je vlažnost zraka?
- O čemu ovisi?
- Kako nastaju magla i oblaci?
- Koje vrste oblaka poznajete?
- Po čemu se međusobno razlikuju?
- Kako nastaju oborine?
- Koje vrste padalina poznajete?
- Kako su padaline raspoređene po površini zemlje?
slajd 3
- Gdje je najvlažnije mjesto na Zemlji?
- Najsušniji?
- Kako se zovu linije koje povezuju točke na kartama
- ista količina oborina?
- iste temperature?Izoterme
- ista apsolutna visina? Izohipse ili horizontale
slajd 4
Ima li zrak težinu?
Koliko je težak zrak?
slajd 5
- Sila kojom stup atmosferskog zraka pritišće zemljinu površinu i sve na njoj naziva se atmosferski tlak.
- Za 1 sq. cm pritišće stup atmosferskog zraka silom od 1 kg 33 g.
- Godine 1643. talijanski znanstvenik Evangelista Torricelli prvi je izumio uređaj kojim je mjerio atmosferski tlak.
Slajd 7
Prosječni tlak na razini mora pri t 0°C je 760 mm Hg. - normalni atmosferski tlak.
Slajd 8
U XVII stoljeću Robert Hooke je predložio poboljšanje barometra
Korištenje živinog barometra je nezgodno i nesigurno, pa je izumljen aneroidni barometar.
Slajd 9
Zašto se razina žive u cijevi mijenja s visinom?
Slajd 10
slajd 11
slajd 12
Za 100 m uspona tlak pada za 10 mm Hg.
- Od visine od 2000 m do 150 m nadmorske visine - 10 mm Hg;
- 6000 m za 200 m uspona - 10 mmHg
- Na nadmorskoj visini od 10.000 m atmosferski tlak iznosi 217 mm Hg.
- Na visini od 20000 m 51 mm Hg.
Slajd 14
Točke na karti s istim atmosferskim tlakom povezuju linije - izobare
slajd 15
Cikloni i anticiklone
- Zemljina se površina različito zagrijava, stoga atmosferski tlak u različitim njezinim dijelovima nije isti.
- Ciklon - pokretno područje s niskim atmosferskim tlakom u središtu
- Anticiklona - pokretno područje s visokim atmosferskim tlakom u središtu
- Cikloni i anticiklone na kartama su označeni zatvorenim izobarama
slajd 16
Ovako ti vrtlozi izgledaju iz svemira
Slajd 17
Atmosferski tlak (rekordi)
- Najviši atmosferski tlak zabilježen je na Krasnojarskom teritoriju 1968. godine, 812,8 mm Hg.
- Najniža - na Filipinima 1979. - 6525 mm Hg.
- Moskva se nalazi na nadmorskoj visini od 145 m. Najviše visokotlačni dostigla 777,8 mm Hg. Najniži 708 mmHg
- Zašto ljudi ne mogu osjetiti atmosferski tlak?
- Palma 100 sq. cm. Na njega pritišće stup atmosferskog zraka od 100 kg.
Slajd 18
Indijanci Perua žive na nadmorskoj visini od 4000 m
Slajd 19
Riješit ćemo probleme
- Visina mjesto 2000 m na razini mora. Izračunajte atmosferski tlak na ovoj nadmorskoj visini.
- Na razini mora atmosferski tlak 760 mmHg
- Na svakih 100 m uspona tlak pada za 10 mmHg.
- 2000:100=20
- 20x10 mm Hg = 200
- 760mmHg-200mmHg=560mmHg
Slajd 20
- Pilot se popeo na visinu od 2 km. Koliki je atmosferski tlak zraka na ovoj visini, ako je na površini zemlje iznosio 750 mm Hg.
- 2000:100=20
- 20x10=200
- 750-200=550
- Kolika je visina planine ako je atmosferski tlak 765 mm Hg u podnožju i 720 mm Hg na vrhu?
- 765-720=45 mmHg
- Na 100 m - 10 mm Hg.
- Na x m -45 mm Hg.
- x= 100x45:10=450m
slajd 21
- Kolika je relativna visina planinskog vrha ako barometar pokazuje 740 mm u podnožju planine i 440 mm na vrhu?
- Razlika u tlaku je 300mm, dakle visina dizanja = 3000m
slajd 22
- U podnožju planine, atmosferski tlak je 765 mm Hg. Na kojoj će visini atmosferski tlak biti 705 mm Hg.
- U podnožju brda tlak je 760 mm Hg.
- Kolika je visina brda, ako je atmosferski tlak na vrhu 748 mm Hg. Je li to brdo ili planina?
- 765-705=60
- Razlika u tlaku 60mm, dakle na 600m
- Razlika u tlaku je 12 mm, što znači da je visina dizanja 120 m. To je brdo jer visina dizanja ne prelazi 200 m
Pogledajte sve slajdove
Čovjek na skijama, i bez njih.
Po labavom snijegu osoba hoda s velikim poteškoćama, duboko tone na svakom koraku. Ali, obuvši skije, može hodati, gotovo bez pada u nju. Zašto? Na skijama ili bez skija, osoba djeluje na snijeg istom silom jednakom vlastitoj težini. Međutim, učinak ove sile u oba slučaja je različit, jer je površina na koju osoba pritišće različita, sa i bez skija. Površina skije je skoro 20 puta veća od površine potplata. Dakle, stojeći na skijama, čovjek djeluje na svaki kvadratni centimetar površine snijega sa 20 puta manjom silom nego stojeći na snijegu bez skija.
Učenik, pričvrstivši gumbima novine na ploču, djeluje na svaki gumb jednakom snagom. Međutim, gumb s oštrijim krajem lakše je ući u stablo.
To znači da rezultat djelovanja sile ne ovisi samo o njenom modulu, smjeru i točki primjene, već i o površini površine na koju se primjenjuje (okomito na koju djeluje).
Ovaj zaključak potvrđuju fizikalni eksperimenti.
Iskustvo. Rezultat ove sile ovisi o tome koja sila djeluje na jedinicu površine površine.
Čavle se moraju zabiti u kutove male ploče. Prvo postavljamo čavle zabijene u dasku na pijesak s vrhovima prema gore i stavljamo uteg na dasku. U ovom slučaju, glave noktiju su samo malo utisnute u pijesak. Zatim okrenite ploču i stavite nokte na vrh. U ovom slučaju, područje potpore je manje, a pod djelovanjem iste sile, nokti zadiru duboko u pijesak.
Iskustvo. Druga ilustracija.
Rezultat djelovanja ove sile ovisi o tome koja sila djeluje na svaku jedinicu površine.
U razmatranim primjerima sile su djelovale okomito na površinu tijela. Težina osobe bila je okomita na površinu snijega; sila koja djeluje na gumb je okomita na površinu ploče.
Vrijednost jednaka omjeru sile koja djeluje okomito na površinu i površine ove površine naziva se tlakom.
Za određivanje tlaka potrebno je podijeliti silu koja djeluje okomito na površinu s površinom:
pritisak = sila / površina.
Označimo količine uključene u ovaj izraz: tlak - str, sila koja djeluje na površinu, - F i površina S.
Tada dobivamo formulu:
p = F/S
Jasno je da će veća sila koja djeluje na isto područje proizvesti veći pritisak.
Jedinica tlaka se uzima kao tlak koji proizvodi silu od 1 N koja djeluje na površinu od 1 m 2 okomito na ovu površinu.
Jedinica tlaka - njutna po kvadratnom metru(1 N/m 2). U čast francuskog znanstvenika Blaise Pascal zove se pascal Godišnje). Tako,
1 Pa = 1 N / m 2.
Također se koriste i druge jedinice za tlak: hektopaskal (hPa) i kilopascal (kPa).
1 kPa = 1000 Pa;
1 hPa = 100 Pa;
1 Pa = 0,001 kPa;
1 Pa = 0,01 hPa.
Zapišimo uvjet problema i riješimo ga.
S obzirom na to : m = 45 kg, S = 300 cm 2; p = ?
U jedinicama SI: S = 0,03 m 2
Odluka:
str = F/S,
F = P,
P = g m,
P= 9,8 N 45 kg ≈ 450 N,
str\u003d 450 / 0,03 N / m 2 \u003d 15000 Pa \u003d 15 kPa
"Odgovor": p = 15000 Pa = 15 kPa
Načini smanjenja i povećanja pritiska.
Teški traktor gusjenice stvara pritisak na tlo jednak 40-50 kPa, odnosno samo 2-3 puta veći od pritiska dječaka težine 45 kg. To je zato što je težina traktora raspoređena na veću površinu zbog pogona gusjenice. I to smo utvrdili što je veća površina oslonca, manji pritisak stvara ista sila na ovaj oslonac .
Ovisno o tome trebate li dobiti mali ili veliki pritisak, područje potpore se povećava ili smanjuje. Na primjer, kako bi tlo izdržalo pritisak zgrade koja se podiže, povećava se površina donjeg dijela temelja.
Gume kamioni a stajni trap zrakoplova je napravljen mnogo širi od onog kod osobnih automobila. Posebno široke gume izrađene su za automobile dizajnirane za putovanje u pustinjama.
Teški strojevi, poput traktora, tenka ili močvare, koji imaju veliku nosivost gusjenica, prolaze kroz močvarne terene kroz koje čovjek ne može proći.
S druge strane, s malom površinom, uz malu silu može se stvoriti veliki pritisak. Na primjer, pritiskom gumba u ploču djelujemo na nju sa silom od oko 50 N. Budući da je površina vrha gumba približno 1 mm 2, pritisak koji proizvodi jednak je:
p = 50 N / 0,000001 m 2 = 50 000 000 Pa = 50 000 kPa.
Za usporedbu, taj je pritisak 1000 puta veći od pritiska koji gusjeničarski traktor vrši na tlo. Može se naći još mnogo takvih primjera.
Oštrica alata za rezanje i bušenje (noževi, škare, rezači, pile, igle itd.) posebno se naoštravaju. Naoštreni rub oštre oštrice ima malu površinu, pa čak i mala sila stvara veliki pritisak, a s takvim je alatom lako raditi.
Uređaji za rezanje i bušenje također se nalaze u divljini: to su zubi, kandže, kljunovi, šiljci itd. - svi su izrađeni od tvrdog materijala, glatki i vrlo oštri.
Pritisak
Poznato je da se molekule plina kreću nasumično.
Već znamo da plinovi, za razliku od čvrstih tijela i tekućina, ispunjavaju cijelu posudu u kojoj se nalaze. Na primjer, čelični cilindar za skladištenje plinova, cijev za automobilsku gumu ili odbojku. U tom slučaju plin vrši pritisak na stijenke, dno i poklopac cilindra, komore ili bilo kojeg drugog tijela u kojem se nalazi. Tlak plina nastaje zbog drugih uzroka osim tlaka čvrsto tijelo na osloncu.
Poznato je da se molekule plina kreću nasumično. Tijekom svog kretanja sudaraju se jedni s drugima, kao i sa stijenkama posude u kojoj se nalazi plin. U plinu se nalazi mnogo molekula, pa je broj njihovih utjecaja vrlo velik. Na primjer, broj udaraca molekula zraka u prostoriji na površinu od 1 cm 2 u 1 s izražava se kao dvadesettroznamenkasti broj. Iako je udarna sila pojedine molekule mala, djelovanje svih molekula na stijenke posude je značajno – stvara tlak plina.
Tako, pritisak plina na stijenke posude (i na tijelo smješteno u plin) uzrokovan je udarima molekula plina .
Razmotrite sljedeće iskustvo. Stavite gumenu kuglicu ispod zvona zračne pumpe. Sadrži malu količinu zraka i nepravilnog je oblika. Zatim pumpom ispumpavamo zrak ispod zvona. Školjka lopte, oko koje se zrak sve više razrjeđuje, postupno nabubri i poprima oblik pravilne lopte.
Kako objasniti ovo iskustvo?
Za skladištenje i transport komprimiranog plina koriste se posebni izdržljivi čelični cilindri.
U našem eksperimentu, pokretne molekule plina neprekidno udaraju o zidove lopte iznutra i izvana. Kada se zrak ispumpava, broj molekula u zvonu oko školjke kuglice se smanjuje. Ali unutar lopte njihov se broj ne mijenja. Stoga broj udaraca molekula na vanjske stijenke ljuske postaje manji od broja udaraca na unutarnje stijenke. Balon se napuhava sve dok sila elastičnosti njegove gumene školjke ne postane jednaka sili tlaka plina. Školjka lopte poprima oblik lopte. Ovo pokazuje da plin jednako pritišće njegove stijenke u svim smjerovima. Drugim riječima, broj molekularnih udara po kvadratnom centimetru površine jednak je u svim smjerovima. Isti tlak u svim smjerovima karakterističan je za plin i posljedica je slučajnog kretanja ogromnog broja molekula.
Pokušajmo smanjiti volumen plina, ali tako da njegova masa ostane nepromijenjena. To znači da će u svakom kubičnom centimetru plina biti više molekula, gustoća plina će se povećati. Tada će se povećati broj udaraca molekula na stijenke, tj. povećati će se tlak plina. To se može potvrditi iskustvom.
Na slici a Prikazana je staklena cijev čiji je jedan kraj prekriven tankim gumenim filmom. U cijev je umetnut klip. Kada se klip ugura unutra, volumen zraka u cijevi se smanjuje, tj. plin se komprimira. Gumeni film izboči prema van, što znači da se povećao tlak zraka u cijevi.
Naprotiv, s povećanjem volumena iste mase plina, broj molekula u svakom kubičnom centimetru opada. To će smanjiti broj udaraca na stijenke posude - tlak plina će postati manji. Doista, kada se klip izvuče iz cijevi, volumen zraka se povećava, film se savija unutar posude. To ukazuje na smanjenje tlaka zraka u cijevi. Isti bi se fenomeni uočili kada bi umjesto zraka u cijevi bio neki drugi plin.
Tako, kada se volumen plina smanji, njegov tlak raste, a kada se volumen poveća, tlak se smanjuje, pod uvjetom da masa i temperatura plina ostanu nepromijenjene.
Kako se mijenja tlak plina kada se zagrije konstantnim volumenom? Poznato je da se brzina kretanja molekula plina povećava pri zagrijavanju. Krećući se brže, molekule će češće udarati o stijenke posude. Osim toga, svaki udar molekule na zid bit će jači. Kao rezultat toga, zidovi posude će doživjeti veći pritisak.
Stoga, tlak plina u zatvorena posudašto je temperatura plina viša, pod uvjetom da se masa plina i volumen ne mijenjaju.
Iz ovih pokusa može se zaključiti da pritisak plina je veći, što češće i jače molekule udaraju o stijenke posude .
Za skladištenje i transport plinova su visoko komprimirani. Istodobno, njihov tlak raste, plinovi moraju biti zatvoreni u posebne, vrlo izdržljive cilindre. Takvi cilindri, na primjer, sadrže komprimirani zrak u podmornicama, kisik koji se koristi u zavarivanju metala. Naravno, uvijek moramo imati na umu da se plinske boce ne mogu zagrijavati, pogotovo kada su napunjene plinom. Jer, kao što već razumijemo, može doći do eksplozije s vrlo neugodnim posljedicama.
Pascalov zakon.
Tlak se prenosi na svaku točku tekućine ili plina.
Pritisak klipa prenosi se na svaku točku tekućine koja ispunjava kuglicu.
Sada plin.
Za razliku od čvrstih tijela, pojedinačni slojevi i male čestice tekućine i plina mogu se slobodno kretati jedni u odnosu na druge u svim smjerovima. Dovoljno je npr. lagano puhati po površini vode u čaši da se voda pomakne. Mreškanje se pojavljuje na rijeci ili jezeru i kod najmanjeg povjetarca.
Mobilnost čestica plina i tekućine to objašnjava pritisak koji se stvara na njih prenosi se ne samo u smjeru sile, već u svakoj točki. Razmotrimo ovaj fenomen detaljnije.
na slici, a prikazana je posuda koja sadrži plin (ili tekućinu). Čestice su ravnomjerno raspoređene po posudi. Posuda je zatvorena klipom koji se može kretati gore-dolje.
Primjenom neke sile, učinimo da se klip pomakne malo prema unutra i komprimiramo plin (tekućinu) izravno ispod njega. Tada će se čestice (molekule) nalaziti na ovom mjestu gušće nego prije (slika, b). Zbog pokretljivosti plina čestice će se kretati u svim smjerovima. Zbog toga će njihov raspored ponovno postati ujednačen, ali gušći nego prije (slika c). Stoga će se pritisak plina posvuda povećati. To znači da se dodatni tlak prenosi na sve čestice plina ili tekućine. Dakle, ako se tlak na plin (tekućinu) u blizini samog klipa poveća za 1 Pa, tada u svim točkama iznutra tlak plina ili tekućine bit će veći nego prije za isti iznos. Pritisak na stijenke posude, na dno i na klip će se povećati za 1 Pa.
Tlak koji djeluje na tekućinu ili plin prenosi se na bilo koju točku jednako u svim smjerovima .
Ova izjava se zove Pascalov zakon.
Na temelju Pascalovog zakona lako je objasniti sljedeće pokuse.
Na slici je prikazana šuplja kugla s malim rupama na raznim mjestima. Na kuglu je pričvršćena cijev u koju je umetnut klip. Ako uvučete vodu u loptu i gurnete klip u cijev, tada će voda teći iz svih rupa na kugli. U ovom eksperimentu klip pritišće površinu vode u cijevi. Čestice vode ispod klipa, kondenzirajući, prenose svoj pritisak na druge slojeve koji leže dublje. Tako se pritisak klipa prenosi na svaku točku tekućine koja ispunjava loptu. Kao rezultat toga, dio vode se istiskuje iz lopte u obliku identičnih potoka koji teku iz svih rupa.
Ako je lopta ispunjena dimom, onda kada se klip gurne u cijev, identični mlazovi dima će početi izlaziti iz svih rupa u kugli. To potvrđuje da i plinovi prenose proizvedeni na njih tlak jednako u svim smjerovima.
Tlak u tekućini i plinu.
Pod težinom tekućine, gumeno dno u cijevi će propasti.
Na tekućine, kao i na sva tijela na Zemlji, djeluje sila gravitacije. Stoga svaki sloj tekućine uliven u posudu svojom težinom stvara pritisak koji se, prema Pascalovom zakonu, prenosi na sve strane. Stoga unutar tekućine postoji pritisak. To se može provjeriti iskustvom.
Ulijte vodu u staklenu cijev, čija je donja rupa zatvorena tankim gumenim filmom. Pod težinom tekućine, dno cijevi će se saviti.
Iskustvo pokazuje da što je veći stupac vode iznad gumenog filma, to više pada. No svaki put nakon što se gumeno dno spusti, voda u cijevi dolazi u ravnotežu (zaustavlja se), jer na vodu, osim gravitacije, djeluje i elastična sila rastegnutog gumenog filma.
Sile koje djeluju na gumeni film |
isti su s obje strane. |
Ilustracija.
Dno se odmiče od cilindra zbog pritiska na njega zbog gravitacije.
Cjevčicu s gumenim dnom, u koju se ulijeva voda, spustimo u drugu, širu posudu s vodom. Vidjet ćemo da se kako se cijev spušta, gumeni film postupno ispravlja. Potpuno ravnanje filma pokazuje da su sile koje na njega djeluju odozgo i odozdo jednake. Potpuno ravnanje filma događa se kada se razine vode u cijevi i posudi podudaraju.
Isti se pokus može izvesti s cijevi u kojoj gumeni film zatvara bočni otvor, kao što je prikazano na slici a. Uronite ovu cijev s vodom u drugu posudu s vodom, kao što je prikazano na slici, b. Primijetit ćemo da se film ponovno izravna čim se razine vode u cijevi i posudi izjednače. To znači da su sile koje djeluju na gumeni film jednake sa svih strana.
Uzmite posudu čije dno može otpasti. Stavimo ga u teglu vode. U tom slučaju, dno će biti čvrsto pritisnuto na rub posude i neće pasti. Pritišće ga sila pritiska vode, usmjerena odozdo prema gore.
Pažljivo ćemo uliti vodu u posudu i paziti na njeno dno. Čim se razina vode u posudi poklopi s razinom vode u tegli, ona će otpasti iz posude.
U trenutku odvajanja, stup tekućine u posudi pritišće dno, a pritisak se prenosi odozdo prema gore na dno stupca tekućine iste visine, ali se nalazi u posudi. Oba su ta tlaka ista, ali se dno odmiče od cilindra zbog djelovanja vlastite gravitacije na njega.
Gore su opisani pokusi s vodom, ali ako umjesto vode uzmemo bilo koju drugu tekućinu, rezultati pokusa će biti isti.
Dakle, eksperimenti to pokazuju unutar tekućine postoji tlak, a na istoj razini isti je u svim smjerovima. Tlak raste s dubinom.
Plinovi se po tome ne razlikuju od tekućina, jer imaju i težinu. Ali moramo zapamtiti da je gustoća plina stotine puta manja od gustoće tekućine. Težina plina u posudi je mala, te se u mnogim slučajevima može zanemariti njegov "težinski" tlak.
Proračun tlaka tekućine na dnu i stijenkama posude.
Proračun tlaka tekućine na dnu i stijenkama posude.
Razmislite kako možete izračunati tlak tekućine na dnu i stijenkama posude. Najprije riješimo problem za posudu koja ima oblik pravokutnog paralelepipeda.
Sila F, kojom tekućina ulivena u ovu posudu pritišće njeno dno, jednaka je težini P tekućina u posudi. Težina tekućine može se odrediti poznavanjem njezine mase. m. Masa se, kao što znate, može izračunati po formuli: m = ρ V. Volumen tekućine ulivene u posudu koju smo odabrali lako je izračunati. Ako je visina stupca tekućine u posudi označena slovom h, i površina dna posude S, onda V = S h.
Tekuća masa m = ρ V, ili m = ρ S h .
Težina ove tekućine P = g m, ili P = g ρ S h.
Budući da je težina stupca tekućine jednaka sili kojom tekućina pritišće dno posude, tada, podijelivši težinu P Na trg S, dobivamo tlak tekućine str:
p = P/S , ili p = g ρ S h/S,
Dobili smo formulu za izračun tlaka tekućine na dnu posude. Iz ove formule se vidi da tlak tekućine na dnu posude ovisi samo o gustoći i visini stupca tekućine.
Stoga je prema izvedenoj formuli moguće izračunati tlak tekućine koja se ulijeva u posudu bilo koji oblik(Strogo govoreći, naš proračun je prikladan samo za posude koje imaju oblik ravne prizme i cilindra. Na tečajevima fizike za institut dokazano je da formula vrijedi i za posudu proizvoljnog oblika). Osim toga, može se koristiti za izračunavanje tlaka na stijenkama posude. Tlak unutar tekućine, uključujući tlak odozdo prema gore, također se izračunava pomoću ove formule, budući da je tlak na istoj dubini isti u svim smjerovima.
Prilikom izračuna tlaka pomoću formule p = gph potrebna gustoća ρ izraženo u kilogramima po kubičnom metru (kg / m 3), i visini stupca tekućine h- u metrima (m), g\u003d 9,8 N / kg, tada će tlak biti izražen u pascalima (Pa).
Primjer. Odredite tlak ulja na dnu spremnika ako je visina stupca ulja 10 m, a njegova gustoća 800 kg/m 3 .
Zapišimo stanje problema i zapišimo ga.
S obzirom na to :
ρ \u003d 800 kg / m 3
Odluka :
p = 9,8 N/kg 800 kg/m 3 10 m ≈ 80 000 Pa ≈ 80 kPa.
Odgovor : p ≈ 80 kPa.
Komunikacijske posude.
Komunikacijske posude.
Na slici su prikazane dvije posude međusobno povezane gumenom cijevi. Takve posude se zovu komunicirajući. Kanta za zalijevanje, čajnik, lonac za kavu primjeri su komunikacijskih posuda. Iz iskustva znamo da voda ulivena, na primjer, u kantu za zalijevanje, uvijek stoji na istoj razini u izljevu i unutra.
Komunikacijske žile su nam zajedničke. Na primjer, to može biti čajnik, posuda za zalijevanje ili lonac za kavu. |
Površine homogene tekućine postavljene su na istoj razini u komunikacijskim posudama bilo kojeg oblika. |
Tekućine različite gustoće. |
S komunikacijskim posudama može se izvesti sljedeći jednostavan eksperiment. Na početku pokusa u sredini stegnemo gumenu cijev, te u jednu od cijevi ulijemo vodu. Zatim otvaramo stezaljku i voda trenutno teče u drugu cijev sve dok površine vode u obje cijevi nisu na istoj razini. Možete učvrstiti jednu od cijevi u tronožac, a drugu podići, spustiti ili nagnuti u različitim smjerovima. I u ovom slučaju, čim se tekućina smiri, njezine će se razine u obje cijevi izjednačiti.
U komunikacijskim posudama bilo kojeg oblika i presjeka, površine homogene tekućine postavljene su na istoj razini(pod uvjetom da je tlak zraka nad tekućinom isti) (slika 109).
To se može opravdati na sljedeći način. Tekućina miruje bez prelaska iz jedne posude u drugu. To znači da su pritisci u obje posude isti na bilo kojoj razini. Tekućina u obje posude je ista, odnosno ima istu gustoću. Stoga i njegove visine moraju biti iste. Kada podignemo jednu posudu ili joj dodamo tekućinu, tlak u njoj raste i tekućina prelazi u drugu posudu dok se pritisci ne izjednače.
Ako se tekućina jedne gustoće ulije u jednu od komunikacijskih posuda, a druge gustoće ulije u drugu, tada u ravnoteži razine tih tekućina neće biti iste. I ovo je razumljivo. Znamo da je tlak tekućine na dno posude izravno proporcionalan visini stupca i gustoći tekućine. I u ovom slučaju, gustoće tekućina bit će različite.
Uz jednake tlakove, visina stupca tekućine veće gustoće bit će manja od visine stupca tekućine manje gustoće (sl.).
Iskustvo. Kako odrediti masu zraka.
Težina zraka. Atmosferski tlak.
postojanje atmosferskog tlaka.
Atmosferski tlak veći je od tlaka razrijeđenog zraka u posudi.
Sila gravitacije djeluje na zrak, kao i na bilo koje tijelo na Zemlji, pa stoga zrak ima težinu. Težina zraka je lako izračunati, znajući njegovu masu.
Pokazat ćemo iskustvom kako izračunati masu zraka. Da biste to učinili, uzmite jaku staklenu kuglu s plutom i gumenu cijev sa stezaljkom. Pumpom iz njega ispumpavamo zrak, cijev stezamo stezaljkom i balansiramo na vagi. Zatim, otvarajući stezaljku na gumenoj cijevi, pustite zrak u nju. U tom slučaju će se poremetiti ravnoteža vage. Da biste ga obnovili, morat ćete staviti utege na drugu posudu s vagom, čija će masa biti jednaka masi zraka u volumenu lopte.
Eksperimentima je utvrđeno da pri temperaturi od 0 °C i normalnom atmosferskom tlaku masa zraka volumena 1 m 3 iznosi 1,29 kg. Težina ovog zraka je lako izračunati:
P = g m, P = 9,8 N/kg 1,29 kg ≈ 13 N.
Zračni omotač koji okružuje zemlju naziva se atmosfera (iz grčkog. atmosfera para, zrak i sfera- lopta).
Atmosfera se, kako pokazuju promatranja leta umjetnih Zemljinih satelita, proteže na visinu od nekoliko tisuća kilometara.
Zbog djelovanja gravitacije, gornji slojevi atmosfere, poput oceanske vode, sabijaju donje slojeve. Najviše je komprimiran zračni sloj koji se nalazi neposredno uz Zemlju i, prema Pascalovom zakonu, prenosi na njega proizvedeni tlak u svim smjerovima.
Kao rezultat Zemljina površina a tijela na njemu doživljavaju pritisak cijele debljine zraka ili, kako se obično kaže u takvim slučajevima, doživljavaju Atmosferski tlak .
Postojanje atmosferskog tlaka može se objasniti mnogim pojavama s kojima se susrećemo u životu. Razmotrimo neke od njih.
Na slici je prikazana staklena cijev, unutar koje se nalazi klip koji čvrsto prianja uz stijenke cijevi. Kraj cijevi je umočen u vodu. Ako podignete klip, tada će se voda podići iza njega.
Ovaj fenomen se koristi u pumpama za vodu i nekim drugim uređajima.
Na slici je prikazana cilindrična posuda. Zatvara se čepom u koji je umetnuta cijev s slavinom. Zrak se pumpom ispumpava iz posude. Zatim se kraj cijevi stavlja u vodu. Ako sada otvorite slavinu, tada će voda prskati u unutrašnjost posude u fontani. Voda ulazi u posudu jer je atmosferski tlak veći od tlaka razrijeđenog zraka u posudi.
Zašto postoji zračna ljuska Zemlje.
Kao i sva tijela, molekule plinova koji čine zračni omotač Zemlje privlače se Zemlji.
Ali zašto onda svi ne padaju na površinu Zemlje? Kako se čuva zračna ljuska Zemlje, njena atmosfera? Da bismo to razumjeli, moramo uzeti u obzir da su molekule plinova u neprekidnom i nasumičnom kretanju. Ali onda se postavlja drugo pitanje: zašto te molekule ne odlete u svjetski prostor, odnosno u svemir.
Kako bi potpuno napustila Zemlju, molekula, kao svemirski brod ili raketa, mora imati vrlo veliku brzinu (najmanje 11,2 km/s). Ovaj tzv druga brzina bijega. Brzina većine molekula u Zemljinoj zračnoj ovojnici mnogo je manja od ove kozmičke brzine. Stoga je većina njih vezana za Zemlju gravitacijom, samo zanemariv broj molekula leti izvan Zemlje u svemir.
Nasumično kretanje molekula i djelovanje gravitacije na njih rezultira činjenicom da molekule plina "plutaju" u svemiru u blizini Zemlje, tvoreći zračnu ljusku, odnosno nama poznatu atmosferu.
Mjerenja pokazuju da se gustoća zraka brzo smanjuje s visinom. Dakle, na visini od 5,5 km iznad Zemlje, gustoća zraka je 2 puta manja od njegove gustoće na površini Zemlje, na visini od 11 km - 4 puta manja, itd. Što je veća, to je zrak rjeđi. I konačno, u najvišim slojevima (stotine i tisuće kilometara iznad Zemlje) atmosfera se postupno pretvara u prostor bez zraka. Zračna ljuska Zemlje nema jasnu granicu.
Strogo govoreći, zbog djelovanja gravitacije, gustoća plina u bilo kojoj zatvorenoj posudi nije ista kroz cijeli volumen posude. Na dnu posude je gustoća plina veća nego u njezinim gornjim dijelovima, pa stoga tlak u posudi nije isti. Veći je na dnu posude nego na vrhu. Međutim, za plin koji se nalazi u posudi, ta razlika u gustoći i tlaku je toliko mala da se u mnogim slučajevima može potpuno zanemariti, samo je budite svjesni. Ali za atmosferu koja se proteže na nekoliko tisuća kilometara, razlika je značajna.
Mjerenje atmosferskog tlaka. Iskustvo Torricellija.
Nemoguće je izračunati atmosferski tlak pomoću formule za izračun tlaka stupca tekućine (§ 38). Za takav izračun morate znati visinu atmosfere i gustoću zraka. Ali atmosfera nema određenu granicu, a gustoća zraka na različitim visinama je različita. Međutim, atmosferski tlak može se izmjeriti pomoću eksperimenta koji je u 17. stoljeću predložio talijanski znanstvenik. Evangelista Torricelli Galilejev učenik.
Torricellijev pokus je sljedeći: staklena cijev duga oko 1 m, zatvorena na jednom kraju, napunjena je živom. Zatim se, čvrsto zatvarajući drugi kraj cijevi, okreće i spušta u čašu sa živom, gdje se ovaj kraj cijevi otvara ispod razine žive. Kao i u svakom pokusu s tekućinom, dio žive se ulije u šalicu, a dio ostaje u cijevi. Visina živinog stupca koji ostaje u cijevi je približno 760 mm. Iznad žive unutar cijevi nema zraka, postoji prostor bez zraka, tako da nikakav plin ne vrši pritisak odozgo na živin stup unutar ove cijevi i ne utječe na mjerenja.
Torricelli, koji je predložio gore opisano iskustvo, također je dao svoje objašnjenje. Atmosfera pritišće površinu žive u šalici. Merkur je u ravnoteži. To znači da je tlak u cijevi aa 1 (vidi sliku) jednak je atmosferskom tlaku. Kad se atmosferski tlak promijeni, mijenja se i visina stupca žive u cijevi. Kako se tlak povećava, stup se produžuje. Kako tlak opada, stup žive se smanjuje u visinu.
Tlak u cijevi na razini aa1 stvara se težinom živinog stupca u cijevi, budući da iznad žive u gornjem dijelu cijevi nema zraka. Otuda slijedi da atmosferski tlak jednak je tlaku stupca žive u cijevi , tj.
str atm = str Merkur.
Što je veći atmosferski tlak, veći je stupac žive u Torricellijevom eksperimentu. Stoga se u praksi atmosferski tlak može mjeriti visinom živinog stupa (u milimetrima ili centimetrima). Ako je npr. atmosferski tlak 780 mm Hg. Umjetnost. (kažu "milimetri žive"), to znači da zrak proizvodi isti tlak kao što ga proizvodi okomiti stup žive 780 mm.
Stoga se u ovom slučaju za jedinicu atmosferskog tlaka uzima 1 milimetar žive (1 mm Hg). Nađimo odnos između ove jedinice i nama poznate jedinice - pascal(Godišnje).
Tlak živinog stupca ρ visine 1 mm je:
str = g ρ h, str\u003d 9,8 N / kg 13 600 kg / m 3 0,001 m ≈ 133,3 Pa.
Dakle, 1 mm Hg. Umjetnost. = 133,3 Pa.
Trenutno se atmosferski tlak obično mjeri u hektopaskalima (1 hPa = 100 Pa). Na primjer, vremenska izvješća mogu objaviti da je tlak 1013 hPa, što je isto kao 760 mmHg. Umjetnost.
Promatrajući svakodnevno visinu stupca žive u cijevi, Torricelli je otkrio da se ta visina mijenja, odnosno da atmosferski tlak nije konstantan, može se povećavati i smanjivati. Torricelli je također primijetio da je atmosferski tlak povezan s promjenama vremena.
Pričvrstite li okomitu skalu na živu cijev korištenu u Torricellijevom eksperimentu, dobit ćete najjednostavniji uređaj - živin barometar (iz grčkog. baros- težina, metreo- mjera). Koristi se za mjerenje atmosferskog tlaka.
Barometar - aneroid.
U praksi se za mjerenje atmosferskog tlaka koristi metalni barometar tzv aneroid (prevedeno s grčkog - aneroid). Barometar se tako zove jer ne sadrži živu.
Izgled aneroida prikazan je na slici. Njegov glavni dio je metalna kutija 1 s valovitom (rebrastom) površinom (vidi drugu sliku). Iz ove kutije se ispumpava zrak, a kako atmosferski tlak ne bi zdrobio kutiju, njen poklopac 2 se povlači oprugom. Kako se atmosferski tlak povećava, poklopac se savija prema dolje i zateže oprugu. Kada se tlak smanji, opruga ispravlja poklopac. Strelica-pokazivač 4 pričvršćen je na oprugu pomoću prijenosnog mehanizma 3, koji se pri promjeni tlaka pomiče udesno ili ulijevo. Ispod strelice je fiksirana skala, čije su podjele označene prema indikacijama živinog barometra. Dakle, broj 750, naspram kojeg stoji aneroidna strelica (vidi sliku), pokazuje da u ovaj trenutak u živinom barometru, visina živinog stupca je 750 mm.
Stoga je atmosferski tlak 750 mm Hg. Umjetnost. ili ≈ 1000 hPa.
Vrijednost atmosferskog tlaka vrlo je važna za predviđanje vremena za nadolazeće dane, budući da su promjene atmosferskog tlaka povezane s promjenama vremena. Barometar je neophodan instrument za meteorološka promatranja.
Atmosferski tlak na različitim visinama.
U tekućini tlak, kao što znamo, ovisi o gustoći tekućine i visini njezina stupca. Zbog niske stišljivosti, gustoća tekućine na različitim dubinama je gotovo ista. Stoga pri izračunavanju tlaka njegovu gustoću smatramo konstantnom i uzimamo u obzir samo promjenu visine.
S plinovima je situacija složenija. Plinovi su visoko kompresivi. I što je plin više komprimiran, veća je njegova gustoća i veći je tlak koji proizvodi. Uostalom, tlak plina nastaje udarom njegovih molekula na površinu tijela.
Slojevi zraka blizu površine Zemlje su komprimirani od strane svih slojeva zraka iznad njih. Ali što je viši sloj zraka s površine, to je slabiji komprimiran, to je manja njegova gustoća. Dakle, proizvodi manji pritisak. Ako se, primjerice, balon izdiže iznad površine Zemlje, tada tlak zraka na balon postaje manji. To se događa ne samo zato što se visina stupca zraka iznad njega smanjuje, već i zato što se smanjuje gustoća zraka. Na vrhu je manji nego na dnu. Stoga je ovisnost tlaka zraka o visini kompliciranija od one tekućine.
Promatranja pokazuju da je atmosferski tlak u područjima koja leže na razini mora u prosjeku 760 mm Hg. Umjetnost.
Atmosferski tlak jednak tlaku živinog stupca visine 760 mm pri temperaturi od 0 °C naziva se normalni atmosferski tlak..
normalan atmosferski tlak jednako 101 300 Pa = 1013 hPa.
Što je visina veća, to je niži tlak.
Kod malih porasta, u prosjeku, na svakih 12 m uspona, tlak se smanjuje za 1 mm Hg. Umjetnost. (ili 1,33 hPa).
Poznavajući ovisnost tlaka o nadmorskoj visini, moguće je odrediti visinu iznad razine mora promjenom očitanja barometra. Zovu se aneroidi koji imaju skalu na kojoj možete izravno izmjeriti visinu iznad razine mora visinomjeri . Koriste se u zrakoplovstvu i pri penjanju na planine.
Manometri.
Već znamo da se barometri koriste za mjerenje atmosferskog tlaka. Za mjerenje tlaka veći ili manji od atmosferskog tlaka, mjerači tlaka (iz grčkog. manos- rijedak, neprimjetan metreo- mjera). Manometri su tekućina i metal.
|
|
Prvo razmotrite uređaj i radnju otvoreni manometar za tekućinu. Sastoji se od staklene cijevi s dvije noge u koju se ulijeva neka tekućina. Tekućina je ugrađena u oba koljena na istoj razini, budući da na njezinu površinu u koljenima posude djeluje samo atmosferski tlak.
Da biste razumjeli kako takav mjerač tlaka radi, može se spojiti gumenom cijevi na okruglu ravnu kutiju, čija je jedna strana prekrivena gumenim filmom. Ako prstom pritisnete na film, tada će se razina tekućine u koljenu manometra spojenom u kutiji smanjiti, a u drugom koljenu će se povećati. Što to objašnjava?
Pritiskom na film povećava se tlak zraka u kutiji. Prema Pascalovom zakonu, ovo povećanje tlaka prenosi se na tekućinu u tom koljenu manometra, koji je pričvršćen na kutiju. Stoga će pritisak na tekućinu u ovom koljenu biti veći nego u drugom, gdje na tekućinu djeluje samo atmosferski tlak. Pod snagom ovog viška tlaka, tekućina će se početi kretati. U koljenu sa komprimiranim zrakom tekućina će pasti, u drugom će se podići. Tekućina će doći u ravnotežu (zaustaviti) kada se višak tlaka komprimiranog zraka uravnoteži s tlakom koji suvišni stup tekućine proizvodi u drugoj nozi manometra.
Što je jači pritisak na film, što je veći stupac viška tekućine, to je veći njegov tlak. Stoga, promjena tlaka može se suditi po visini ovog viška stupca.
Slika pokazuje kako takav mjerač tlaka može mjeriti tlak unutar tekućine. Što je cijev dublje uronjena u tekućinu, to je veća razlika u visinama stupova tekućine u koljenima manometra., dakle, dakle, i tekućina stvara veći pritisak.
Ako ugradite kutiju uređaja na neku dubinu unutar tekućine i okrenete je filmom prema gore, bočno i dolje, očitanja manometra se neće promijeniti. Tako i treba biti, jer na istoj razini unutar tekućine, tlak je isti u svim smjerovima.
Slika pokazuje metalni manometar . Glavni dio takvog manometra je metalna cijev savijena u cijev 1 , čiji je jedan kraj zatvoren. Drugi kraj cijevi s slavinom 4 komunicira sa posudom u kojoj se mjeri tlak. Kako pritisak raste, cijev se savija. Pomicanje njegovog zatvorenog kraja polugom 5 i zupčanici 3 dodao strijelcu 2 krećući se po ljestvici instrumenta. Kada se tlak smanji, cijev se zbog svoje elastičnosti vraća u prethodni položaj, a strelica se vraća na nultu podjelu ljestvice.
Klipna pumpa za tekućinu.
U pokusu koji smo ranije razmatrali (§ 40) ustanovljeno je da se voda u staklenoj cijevi pod djelovanjem atmosferskog tlaka diže iza klipa. Ova se akcija temelji klip pumpe.
Crpka je shematski prikazana na slici. Sastoji se od cilindra, unutar kojeg ide gore-dolje, čvrsto prianjajući uz stijenke posude, klip 1 . Ventili su ugrađeni u donjem dijelu cilindra iu samom klipu. 2 otvaranje samo prema gore. Kada se klip pomakne prema gore, voda pod djelovanjem atmosferskog tlaka ulazi u cijev, podiže donji ventil i kreće se iza klipa.
Kada se klip pomakne prema dolje, voda ispod klipa pritisne donji ventil i on se zatvori. Istodobno se pod pritiskom vode otvara ventil unutar klipa, a voda teče u prostor iznad klipa. Sljedećim pomakom klipa prema gore, na mjestu se s njim diže i voda iznad njega, koja se izlijeva u izlaznu cijev. Istovremeno, iza klipa se diže novi dio vode, koji će, kad se klip naknadno spusti, biti iznad njega, a cijeli se postupak ponavlja iznova i iznova dok pumpa radi.
Hidraulična preša.
Pascalov zakon omogućuje vam da objasnite radnju hidraulički stroj (iz grčkog. hidraulika- voda). To su strojevi čije se djelovanje temelji na zakonima gibanja i ravnoteže tekućina.
Glavni dio hidrauličkog stroja su dva cilindra različitih promjera, opremljena klipovima i spojnom cijevi. Prostor ispod klipova i cijev ispunjeni su tekućinom (obično mineralnim uljem). Visine stupova tekućine u oba cilindra su iste sve dok na klipove ne djeluju sile.
Pretpostavimo sada da su sile F 1 i F 2 - sile koje djeluju na klipove, S 1 i S 2 - područja klipova. Pritisak ispod prvog (malog) klipa je str 1 = F 1 / S 1 , a ispod drugog (veliko) str 2 = F 2 / S 2. Prema Pascalovom zakonu tlak tekućine u mirovanju prenosi se jednako u svim smjerovima, t.j. str 1 = str 2 ili F 1 / S 1 = F 2 / S 2 , odakle:
F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .
Stoga, snaga F 2 toliko više snage F 1 , Koliko je puta veća površina velikog klipa od površine malog klipa?. Na primjer, ako je površina velikog klipa 500 cm 2, a malog 5 cm 2, a na mali klip djeluje sila od 100 N, tada će na klip djelovati 100 puta veća sila. veći klip, odnosno 10 000 N.
Tako je uz pomoć hidrauličkog stroja moguće uravnotežiti veliku silu s malom silom.
Stav F 1 / F 2 pokazuje povećanje snage. Na primjer, u gornjem primjeru, dobitak na snazi je 10 000 N / 100 N = 100.
Hidraulički stroj koji se koristi za prešanje (stiskanje) naziva se hidraulička preša .
Hidraulične preše se koriste tamo gdje je potrebna velika snaga. Na primjer, za cijeđenje ulja iz sjemena u uljarama, za prešanje šperploče, kartona, sijena. U željezari i čeličani hidraulične preše se koriste za izradu čeličnih osovina strojeva, željezničkih kotača i mnogih drugih proizvoda. Moderne hidraulične preše mogu razviti silu od nekoliko desetaka i stotina milijuna njutna.
Uređaj hidrauličke preše je shematski prikazan na slici. Tijelo koje treba pritisnuti 1 (A) postavlja se na platformu spojenu na veliki klip 2 (B). Mali klip 3 (D) stvara veliki pritisak na tekućinu. Taj se tlak prenosi na svaku točku tekućine koja puni cilindre. Stoga isti pritisak djeluje i na drugi, veliki klip. Ali budući da je površina 2. (velikog) klipa veća od površine malog, tada će sila koja djeluje na njega biti veća od sile koja djeluje na klip 3 (D). Pod ovom silom klip 2 (B) će se podići. Kada se klip 2 (B) podigne, tijelo (A) se naslanja na fiksnu gornju platformu i stisnuto je. Manometar 4 (M) mjeri tlak tekućine. Sigurnosni ventil 5 (P) se automatski otvara kada tlak tekućine prijeđe dopuštenu vrijednost.
Iz malog cilindra u veliku tekućinu pumpa se ponovljenim pokretima malog klipa 3 (D). To se radi na sljedeći način. Kada se mali klip (D) podigne, otvara se ventil 6 (K) i tekućina se usisava u prostor ispod klipa. Kada se mali klip spusti pod djelovanjem tlaka tekućine, ventil 6 (K) se zatvara, a ventil 7 (K") otvara i tekućina prelazi u veliku posudu.
Djelovanje vode i plina na tijelo uronjeno u njih.
Pod vodom lako možemo podići kamen koji se teško može podići u zrak. Ako potopite pluto pod vodu i pustite ga iz ruku, isplivat će. Kako se te pojave mogu objasniti?
Znamo (§ 38) da tekućina pritišće dno i stijenke posude. A ako se neko čvrsto tijelo stavi unutar tekućine, onda će i ono biti podvrgnuto pritisku, poput stijenki posude.
Razmotrimo sile koje djeluju sa strane tekućine na tijelo uronjeno u nju. Radi lakšeg rasuđivanja biramo tijelo koje ima oblik paralelepipeda s bazama paralelnim s površinom tekućine (sl.). Sile koje djeluju na bočne strane tijela jednake su u parovima i međusobno se uravnotežuju. Pod utjecajem tih sila tijelo je komprimirano. Ali sile koje djeluju na gornje i donje strane tijela nisu iste. Na gornje lice pritišće odozgo snažno F 1 stupac tekućine visok h jedan . Na razini donje strane, tlak proizvodi stupac tekućine s visinom h 2. Taj se tlak, kao što znamo (§ 37), prenosi unutar tekućine u svim smjerovima. Stoga, na donjem licu tijela odozdo prema gore sa silom F 2 visoko pritišće stupac tekućine h 2. Ali h još 2 h 1 , dakle modul sile F Još 2 modula napajanja F jedan . Stoga se tijelo silom istiskuje iz tekućine F vyt, jednak razlici sila F 2 - F 1 , tj.
|
|
Ali S·h = V, gdje je V volumen paralelepipeda, a ρ W ·V = m W masa tekućine u volumenu paralelepipeda. Stoga, F vyt \u003d g m dobro \u003d P dobro, tj. sila uzgona jednaka je težini tekućine u volumenu tijela koje je u nju uronjeno(Sila uzgona jednaka je težini tekućine istog volumena kao i volumen tijela uronjenog u nju). Postojanje sile koja tjera tijelo iz tekućine lako je eksperimentalno otkriti. Na slici a prikazuje tijelo obješeno na oprugu sa strelicom na kraju. Strelica označava napetost opruge na tronošcu. Kada se tijelo pusti u vodu, opruga se skuplja (sl. b). Istu kontrakciju opruge dobit ćete ako na tijelo djelujete odozdo prema gore s nekom silom, na primjer, pritisnete ga rukom (podignite). Dakle, iskustvo to potvrđuje sila koja djeluje na tijelo u tekućini potiskuje tijelo iz tekućine. Za plinove, kao što znamo, vrijedi i Pascalov zakon. Tako tijela u plinu podliježu sili koja ih potiskuje iz plina. Pod utjecajem te sile, baloni se dižu uvis. Eksperimentalno se može promatrati i postojanje sile koja gura tijelo iz plina. Staklenu kuglu ili veliku tikvicu zatvorenu plutom objesimo na skraćenu posudu za vagu. Vaga je uravnotežena. Zatim se pod tikvicu (ili kuglu) stavi široka posuda tako da okružuje cijelu tikvicu. Posuda je napunjena ugljičnim dioksidom čija je gustoća veća od gustoće zraka (dakle, ugljični dioksid tone i ispunjava posudu, istiskujući zrak iz nje). U tom slučaju je poremećena ravnoteža vage. Šalica s visećom tikvicom diže se gore (sl.). Tikvica uronjena u ugljični dioksid doživljava veću silu uzgona od one koja na nju djeluje u zraku. Sila koja gura tijelo iz tekućine ili plina usmjerena je suprotno sili gravitacije koja se primjenjuje na ovo tijelo. Stoga, prolkosmos). To objašnjava zašto u vodi ponekad lako podižemo tijela koja teško možemo zadržati u zraku. Mala kanta i cilindrično tijelo obješeni su na oprugu (sl., a). Strelica na tronošcu označava produžetak opruge. Pokazuje težinu tijela u zraku. Nakon podizanja tijela, ispod njega se postavlja odvodna posuda, napunjena tekućinom do razine odvodne cijevi. Nakon toga tijelo je potpuno uronjeno u tekućinu (sl., b). Pri čemu dio tekućine, čiji je volumen jednak volumenu tijela, izlije se iz posude za točenje u čašu. Opruga se skuplja i pokazivač opruge se podiže kako bi ukazao na smanjenje težine tijela u tekućini. U tom slučaju, osim sile gravitacije, na tijelo djeluje još jedna sila koja ga gura iz tekućine. Ako se tekućina iz stakla ulije u gornju kantu (tj. onu koju je tijelo istisnulo), pokazivač opruge će se vratiti u početni položaj (slika, c).
Na temelju ovog iskustva može se zaključiti da sila koja gura tijelo potpuno uronjeno u tekućinu jednaka je težini tekućine u volumenu tog tijela . Do istog zaključka došli smo u § 48. Kada bi se sličan pokus napravio s tijelom uronjenim u neki plin, to bi pokazalo sila koja potiskuje tijelo iz plina također je jednaka težini plina uzetog u volumenu tijela . Zove se sila koja tjera tijelo iz tekućine ili plina Arhimedova sila, u čast znanstvenika Arhimed koji je prvi ukazao na njegovo postojanje i izračunao njegov značaj. Dakle, iskustvo je potvrdilo da je Arhimedova (ili uzgonska) sila jednaka težini tekućine u volumenu tijela, t.j. F A = P f = g m dobro. Masu tekućine m f , istisnute tijelom, možemo izraziti kroz njezinu gustoću ρ w i volumen tijela V t uronjenog u tekućinu (budući da je V l - volumen tekućine istisnutog tijelom jednak V t - volumen tijela uronjenog u tekućinu), tj. m W = ρ W V t. Tada dobivamo: F A= g ρ f · V t Prema tome, Arhimedova sila ovisi o gustoći tekućine u koju je tijelo uronjeno, te o volumenu tog tijela. Ali to ne ovisi, na primjer, o gustoći tvari tijela uronjenog u tekućinu, budući da ta količina nije uključena u rezultirajuću formulu. Odredimo sada težinu tijela uronjenog u tekućinu (ili plin). Budući da su dvije sile koje djeluju na tijelo u ovom slučaju usmjerene u suprotnim smjerovima (gravitacija je dolje, a Arhimedova sila je gore), tada će težina tijela u tekućini P 1 biti manja od težine tijela u vakuumu P = g m na Arhimedovu silu F A = g m w (gdje m w masa tekućine ili plina istisnute tijelom). Tako, ako je tijelo uronjeno u tekućinu ili plin, tada gubi na svojoj težini onoliko koliko teži tekućina ili plin koji je istisnut njime. Primjer. Odrediti silu uzgona koja djeluje na kamen volumena 1,6 m 3 u morskoj vodi. Zapišimo uvjet problema i riješimo ga. Kada plutajuće tijelo dosegne površinu tekućine, tada će se njegovim daljnjim kretanjem prema gore Arhimedova sila smanjiti. Zašto? Ali zato što će se volumen dijela tijela uronjenog u tekućinu smanjiti, a Arhimedova sila jednaka je težini tekućine u volumenu dijela tijela uronjenog u nju. Kada Arhimedova sila postane jednaka sili gravitacije, tijelo će stati i plutati na površini tekućine, djelomično uronjeno u nju. Rezultirajući zaključak lako je eksperimentalno provjeriti. Ulijte vodu u odvodnu posudu do razine odvodne cijevi. Nakon toga uronimo plutajuće tijelo u posudu, prethodno izvagavši ga u zraku. Spustivši se u vodu, tijelo istiskuje volumen vode jednak volumenu dijela tijela koji je u nju uronjen. Izvagavši ovu vodu, nalazimo da je njezina težina (Arhimedova sila) jednaka sili gravitacije koja djeluje na plutajuće tijelo, odnosno težini ovog tijela u zraku. Nakon što ste izvršili iste pokuse s bilo kojim drugim tijelima koja plutaju u različitim tekućinama - u vodi, alkoholu, otopini soli, možete se uvjeriti da ako tijelo pliva u tekućini, tada je težina tekućine koju istisne jednaka težini tog tijela u zraku. Lako je to dokazati ako je gustoća čvrste čvrste tvari veća od gustoće tekućine, tada tijelo tone u takvoj tekućini. U ovoj tekućini pliva tijelo manje gustoće. Komad željeza, na primjer, tone u vodi, ali pluta u živi. Tijelo, pak, čija je gustoća jednaka gustoći tekućine, ostaje u ravnoteži unutar tekućine. Led pluta na površini vode jer je njegova gustoća manja od gustoće vode. Što je gustoća tijela manja u odnosu na gustoću tekućine, manji dio tijela je uronjen u tekućinu . Uz jednake gustoće tijela i tekućine, tijelo pluta unutar tekućine na bilo kojoj dubini. Dvije tekućine koje se ne miješaju, na primjer voda i kerozin, nalaze se u posudi u skladu sa svojom gustoćom: u donjem dijelu posude - gušća voda (ρ = 1000 kg/m 3), na vrhu - lakši kerozin (ρ = 800 kg/m 3) . Prosječna gustoća živih organizama koji žive vodeni okoliš, malo se razlikuje od gustoće vode, pa je njihova težina gotovo potpuno uravnotežena Arhimedovom silom. Zahvaljujući tome, vodene životinje ne trebaju tako jake i masivne kosture kao kopnene. Iz istog razloga, debla vodenih biljaka su elastična. Plivački mjehur ribe lako mijenja svoj volumen. Kad se riba uz pomoć mišića spusti na veliku dubinu, a pritisak vode na nju poraste, mjehurić se skupi, volumen ribljeg tijela se smanjuje, a ona se ne gura prema gore, već pliva u dubini. Tako riba može u određenim granicama regulirati dubinu svog ronjenja. Kitovi reguliraju svoju dubinu ronjenja sužavanjem i širenjem kapaciteta pluća. Jedrenjaci.Brodovi koji plutaju rijekama, jezerima, morima i oceanima građeni su od različitih materijala različite gustoće. Trup brodova obično je izrađen od čeličnih limova. Svi unutarnji zatvarači koji brodovima daju čvrstoću također su izrađeni od metala. Za gradnju brodova koriste se različiti materijali koji u usporedbi s vodom imaju i veću i manju gustoću. Kako brodovi plutaju, ukrcaju se i nose velike terete? Pokus s plutajućim tijelom (§ 50) pokazao je da tijelo svojim podvodnim dijelom istiskuje toliko vode da je ta voda po težini jednaka težini tijela u zraku. To vrijedi i za svaki brod. Težina vode koju istisne podvodni dio broda jednaka je težini broda s teretom u zraku ili sili gravitacije koja djeluje na brod s teretom. Dubina do koje je brod uronjen u vodu naziva se Nacrt . Najdublji dopušteni gaz označen je na trupu broda crvenom linijom tzv vodena linija (iz nizozemskog. voda- voda). Težina vode koju je brod istisnuo kada je potopljen u vodenu liniju, jednaka sili gravitacije koja djeluje na brod s teretom, naziva se pomakom broda. Trenutno se grade brodovi deplasmana od 5 000 000 kN (5 10 6 kN) i više za prijevoz nafte, odnosno mase od 500 000 tona (5 10 5 t) i više zajedno s teretom. Ako od deplasmana oduzmemo težinu samog broda, dobivamo nosivost ovog broda. Nosivost pokazuje težinu tereta koji nosi plovilo. Brodogradnja je postojala u starom Egiptu, u Feniciji (vjeruje se da su Feničani bili jedni od najboljih brodograditelja), staroj Kini. U Rusiji je brodogradnja nastala na prijelazu iz 17. u 18. stoljeće. Uglavnom su se gradili ratni brodovi, ali u Rusiji su izgrađeni prvi ledolomac, brodovi s motorom s unutarnjim izgaranjem i nuklearni ledolomac Arktika. Aeronautika.
Crtež koji opisuje loptu braće Montgolfier 1783.: „Pogled i točne dimenzije balona Zemlja– Koji je bio prvi. 1786. godine Ljudi su od davnina sanjali da mogu letjeti iznad oblaka, plivati u zračnom oceanu dok plove morem. Za aeronautiku Isprva su se koristili baloni koji su se punili ili zagrijanim zrakom, ili vodikom ili helijem. Da bi se balon podigao u zrak potrebno je da Arhimedova sila (uzgon) F A, djelovanje na loptu, bilo je više od gravitacije F teška, t.j. F A > F teška Kako se lopta diže, Arhimedova sila koja djeluje na nju opada ( F A = gρV), budući da je gustoća gornjeg sloja atmosfere manja od gustoće Zemljine površine. Za podizanje više, s lopte se ispušta poseban balast (uteg) i to olakšava loptu. Na kraju lopta dosegne svoju maksimalnu visinu podizanja. Za spuštanje kuglice dio plina se ispušta iz ljuske pomoću posebnog ventila. U horizontalnom smjeru balon se kreće samo pod utjecajem vjetra pa se tako i zove balon (iz grčkog zrak- zrak, stato- stajati). Ne tako davno, ogromni baloni korišteni su za proučavanje gornjih slojeva atmosfere, stratosfere - stratostati . Prije nego što su naučili graditi velike zrakoplove za prijevoz putnika i tereta zračnim putem, koristili su se kontrolirani baloni - zračni brodovi. Imaju izduženi oblik, ispod tijela je ovješena gondola s motorom koji pokreće propeler. Balon se ne samo diže sam od sebe, već može podići i neki teret: kabinu, ljude, instrumente. Stoga, da bismo saznali kakav teret može podići balon, potrebno ga je odrediti. sila dizanja. Neka se, primjerice, u zrak lansira balon volumena 40 m 3 napunjen helijem. Masa helija koji ispunjava ljusku lopte bit će jednaka: To znači da ova lopta može podići teret težine 520 N - 71 N = 449 N. To je njezina sila dizanja. Balon istog volumena, ali napunjen vodikom, može podići teret od 479 N. To znači da je njegova sila dizanja veća od sile dizanja balona ispunjenog helijem. Ipak, helij se koristi češće, jer ne gori i stoga je sigurniji. Vodik je zapaljivi plin. Mnogo je lakše podići i spustiti balon napunjen vrućim zrakom. Za to se ispod rupe koja se nalazi u donjem dijelu kugle nalazi plamenik. Pomoću plinskog plamenika možete kontrolirati temperaturu zraka unutar lopte, što znači njezinu gustoću i uzgonu. Da bi se lopta podigla više, dovoljno je jače zagrijati zrak u njoj, povećavajući plamen plamenika. Kada se plamen plamenika smanji, temperatura zraka u kugli se smanjuje, a lopta se spušta. Moguće je odabrati takvu temperaturu lopte pri kojoj će težina lopte i kabine biti jednaka sili uzgona. Tada će lopta visjeti u zraku i iz nje će biti lako zapažati. Kako se znanost razvijala, došlo je i do značajnih promjena u aeronautičkoj tehnologiji. Postalo je moguće koristiti nove školjke za balone, koje su postale izdržljive, otporne na mraz i lagane. Postignuća u području radiotehnike, elektronike, automatizacije omogućila su projektiranje balona bez posade. Ovi baloni služe za proučavanje strujanja zraka, za geografska i biomedicinska istraživanja u nižim slojevima atmosfere. Ciljevi lekcije: Obrazovni: promicati asimilaciju pojmova: atmosfera, težina zraka, atmosferski tlak; formiranje vještina aktivnosti pretraživanja i sposobnost teorijskog potkrijepljivanja pojava koje se javljaju uz sudjelovanje atmosferskog tlaka. Razvijanje: razvijanje vještina i sposobnosti učenika za samostalan rad; širenje vidika, razvoj interesa za eksperimentalnu fiziku. Obrazovni: poticanje pažljivog, dobronamjernog stava prema odgovorima kolega iz razreda; osobnu odgovornost za obavljanje kolektivnog rada. Vrsta sata: sat učenja novog gradiva Nastavne metode: razgovorna, objašnjavajuće-ilustrativna, informacijsko-kompjuterska, samostalni rad. Oprema:
Tijekom nastave1. Postavljanje ciljeva i motivacija.slajd 1Učiteljica: Pozdrav prijatelji! Jako mi je drago što vas vidim i vjerujem da će nam lekcija biti sjajna i raspoloženje biti prekrasno. I nisam baš dobro raspoložen. Pripremajući se za lekciju, isprala sam staklenku Vruća voda i odmah zatvorio poklopac. Sada ga je nemoguće ukloniti. Pokušajte objasniti što je uzrokovalo ovaj fenomen. (Učenici daju svoja nagađanja) Učitelj: Objašnjavanjem ovog fenomena otkrivamo tajnu nevjerojatnog i važnog fizičkog fenomena, što je tema našeg sata. Pokušajte pogoditi koji? slajd 2 Tema lekcije: Zemljina atmosfera. Atmosferski tlak. (učenici zapisuju temu u bilježnicu) Svrha lekcije: Razmotriti strukturu Zemljine atmosfere, provjeriti postojanje atmosferskog tlaka i naučiti kako koristiti stečeno znanje za objašnjenje fizičkih pojava. 2. Ažuriranje znanjaUčitelj: Koje su nam fizičke veličine danas potrebne da bismo postigli svoj cilj? slajd 3
Činjenica da je Zemlja prekrivena zračnom ljuskom tzv atmosfera, učili ste na satu geografije, prisjetimo se što znate o atmosferi s kolegija geografije? Učitelj: Koja svojstva plinova razlikuju od čvrstih tijela i tekućina? Učenici: Plinovi nemaju svoj oblik i stalan volumen. Imaju oblik posude i potpuno ispunjavaju volumen koji im je osiguran. Učitelj: Zašto plin ima takva svojstva? Učenici: Zato što su molekule plina u neprekidnom i nasumičnom gibanju. Učitelj: Ali onda se postavlja pitanje: zašto molekule plinova kojih nema ni u jednoj posudi, krećući se neprekidno i nasumično, ne odlete u svjetski prostor? Što ih drži blizu površine Zemlje? Koja snaga? A zašto se atmosfera ne "taloži" na površini Zemlje? Predlažem da pogledate video i provjerite svoje zaključke Prilog 2 slajd 5 3. Učenje novog gradiva.Učitelj: Saznali smo da zrak, kao i svako tijelo na Zemlji, podliježe gravitaciji, te stoga zrak ima težinu. Dečki, ispružite ruke naprijed s dlanovima prema gore. Što osjećaš? Je li vam teško? Ali zrak pritišće vaše dlanove, a masa tog zraka jednaka je masi kamiona KAMAZ natovarenog ciglama. To je oko 10 tona! Zašto ne osjećamo ovu težinu? slajd 6 Kako dokazati da zrak ima težinu? Može li se izmjeriti masa zraka? Kako to učiniti? Učenici: Potrebno je izvagati loptu. (Ako vam oprema omogućuje provođenje pravog eksperimenta, inače možete koristiti DER) Učitelj: Napravimo virtualni eksperiment. Prilog 3(Interaktivna animacija koja prikazuje iskustvo određivanja težine zraka pomoću vage) Uzmimo staklenu kuglu i ispumpajmo iz nje zrak, a zatim je odvagnemo na vagi. Kolika je masa lopte? Slajd 7 Učitelj: A sada otvorimo slavinu i pustimo zrak u balon. Što se dogodilo? Učenici: Vaga nije u ravnoteži jer zrak ima masu. Učitelj: Uravnotežimo vagu dodavanjem utega. Kolika je sada masa lopte? Što je sa zračnom masom? Učitelj: Što možemo zaključiti. Učenici: Zrak ima težinu. Učitelj: Gdje je najveći dio zraka? Studenti. U donjem sloju. Učitelj: Gornji slojevi zraka sabijaju donje slojeve, t.j. vršiti pritisak na njih. Učitelj: Kako se prenosi pritisak koji gornji sloj vrši na donji sloj zraka? Učenici: Prema Pascalovom zakonu isto je u svim smjerovima. Učitelj: Dakle, svaki sloj atmosfere je pod pritiskom svih gornjih slojeva, pa su stoga i površina zemlje i tijela na njoj pod pritiskom cijele debljine zraka, ili, kako se obično kaže, doživljava atmosferski tlak, a prema Pascalovom zakonu taj se pritisak prenosi jednako u svim smjerovima Atmosferski tlak je pritisak koji Zemljina atmosfera vrši na sve objekte na njoj. Slajd 8 (Učenici zapisuju podatke u bilježnicu.) Učitelj: Teoretski smo dokazali postojanje atmosferskog tlaka, a sada ćemo vidjeti u praksi. Čašu s vodom zatvorite papirom, okrenite čašu. Papir drži vodu u čaši. Učitelj: Gravitacija djeluje na vodu u čaši. Zašto list zadržava vodu? Ispada da voda malo savija papir, tlak zraka iznad vode je manji od atmosferskog tlaka, koji papir pritišće staklo. ( Učenici daju odgovor) Tjelesna i zdravstvena kultura: Učitelj: Jeste li umorni? Radimo vježbe disanja. Pravilno disanje doprinosi poboljšanju misaonog procesa. Digni se. Stavite ruke na dijafragmu i duboko udahnite i izdahnite 3-4 puta. Učitelj: Jeste li razmišljali o tome kako dišemo? Kada udišete, dijafragma povećava volumen pluća. Tlak zraka u plućima postaje manji od atmosferskog tlaka. atmosferski zrak ulazi u pluća. Kada izdišete, dijafragma komprimira pluća, volumen pluća se smanjuje. Stoga tlak zraka u plućima postaje veći od atmosferskog tlaka. Izlazi zrak. 4. Primarna fiksacija novog materijala.Učitelj: Pronađite primjere u 40. paragrafu koji imaju slično objašnjenje principa rada Učenici: Objasniti djelovanje šprice, pipete. Dokazano u eksperimentima. 5. Konsolidacija novog gradiva.Učitelj: I tako zrak pritišće naše ispružene ruke silom jednakom težini natovarenog KAMAZ-a. Zašto izdržavamo takav pritisak? Učitelj: Na kojem se zakonu temelji shvaćanje da nam nije teško držati cijeli stup zraka u dlanovima? Učenici: O Pascalovom zakonu. Tlak zraka djeluje na naše dlanove i odozgo i odozdo jednako. Stoga ovu težinu ne primjećujemo. Slajd 10 Učitelj: Analizirajte crteže i odgovorite, u kojem slučaju je umjetnik u pravu? slajd 11 6. Rad u grupama.Provedite pokuse s materijalom i objasnite rezultate eksperimenta . Dodatak 4 slajd 12-15 7. Zaključak.slajd 16 Zašto se poklopac nije mogao skinuti sa staklenke? Predložite načine za otvaranje. Učitelj: Recite mi, molim vas, što smo učili na današnjem satu? Što je atmosfera? Zašto atmosfera pritišće naš planet? Kako se može detektirati atmosferski tlak? Kako se može koristiti atmosferski tlak? Koliko je atmosfera važna za zemlju? Učiteljica: Bravo! 8. Domaća zadaća.Slajd 17 – § 40, 41, odgovori na pitanja; - zadatak broj 10 str 98 (3) prema udžbeniku A.V. Peryshkin “Fizika-7” (Moskva: Drofa, 2004). pripremiti 1 zabavni eksperiment o korištenju atmosferskog tlaka. Zabavni eksperimenti mogu se naći u knjigama Zabavna fizika Perelmana i drugih. § 42. Težina zraka. Atmosferski tlak - 7. razred fizike (Periškin) Kratki opis: Zrak ne primjećujemo, jer svi živimo u njemu. Teško je to zamisliti, ali zrak ima težinu na isti način kao i sva tijela na Zemlji. To je tako jer na njega djeluje gravitacija. Zrak se čak može i izvagati na vagi stavljajući ga u staklenu kuglu. Odlomak četrdeset i drugi opisuje kako se to radi. Ne primjećujemo težinu zraka, priroda ga je tako uredila.
|
