Гидростатическое давление
На рис. 24.1 изображен современник Блеза Паскаля, стоящий на кожаной подушке, заполненной водой. с подушкой соединена открытая сверху трубка — ее исследователь держит в руках.
Почему доска, на которой стоит человек, не сжимает подушку полностью и не вытесняет через трубку всю воду наружу? ответить на этот и многие другие вопросы вы сможете, ознакомившись с данным параграфом.
Получаем формулу для расчета гидростатического давления
Вы уже знаете, что в результате притяжения к Земле и благодаря собственной текучести жидкость оказывает давление как на дно, так и на стенки сосуда, в котором содержится. Жидкость оказывает давление и на любое погруженное в нее тело.
Давление неподвижной жидкости называют гидростатическим давлением.
Определим гидростатическое давление на дно сосуда. Чтобы упростить расчеты, возьмем цилиндрический сосуд с площадью дна 5. Пусть в сосуд налита жидкость плотностью р, а высота столба жидкости в сосуде — h (рис. 24.2).
Чтобы вычислить давление, которое создает жидкость на дно сосуда, следует силу F, действующую на дно, разделить на площадь 5 дна:
В данном случае сила F, создающая давление на дно сосуда, — это вес Р жидкости. Поскольку жидкость в сосуде неподвижна, вес жидкости равен произведению массы т жидкости на ускорение свободного падения g:
Массу жидкости найдем через объем и плотность жидкости: т = ρV; объем налитой в сосуд жидкости — через высоту h столба жидкости и площадь 5 дна сосуда: V = Sh. Следовательно, массу жидкости можно найти по формуле:
Подставив последовательно выражения для F и т в формулу давления, получим:
Итак, имеем формулу для расчета гидростатического давления — давления, которое создает неподвижная жидкость:
Как видим, гидростатическое давление зависит только от плотности жидкости и высоты столба жидкости в сосуде.
Проводим исследования и делаем выводы
Зависимость гидростатического давления от высоты столба жидкости впервые продемонстрировал Блез Паскаль. Взяв бочку, до краев заполненную водой, исследователь герметично закрыл ее крышкой со вставленной длинной тонкой трубкой. Поднявшись на балкон второго этажа жилого дома, Паскаль вылил в трубку всего один стакан воды. Вода заполнила всю трубку и создала на стенки и дно бочки такое огромное давление, что в боковых стенках бочки появились щели (рис. 24.3).
Обратите внимание!Согласно закону Паскаля давление жидкости передается во всех направлениях, а значит, по формуле р = ρgh можно также определить давление, которое создает слой жидкости высотой h на любое тело, погруженное в эту жидкость на данную глубину, а также давление на стенки сосуда.
Из закона Паскаля и формулы гидростатического давления также следует, что давление внутри неподвижной однородной жидкости на одном уровне* одинаково.
Рассмотрите рис. 24.4. Казалось бы, давление воды на дне подводной пещеры меньше, чем на дне открытого моря. Однако, если бы это действительно было так, вследствие большего давления вода из моря хлынула бы в пещеру. Но этого не происходит.
Учимся решать задачи
Задача. На дне бассейна расположено круглое отверстие, закрытое пробкой радиусом 5 см. Какую силу нужно приложить к пробке, чтобы вынуть ее из отверстия, если высота воды в бассейне 2 м? Массой пробки и силой трения между пробкой и отверстием пренебречь.
Анализ физической проблемы.Вынуть пробку мешает сила давления воды в бассейне. Массу пробки и силу трения учитывать не нужно, поэтому сила, необходимая для того, чтобы вынуть пробку из отверстия, по значению должна быть не меньше, чем сил а гидростатического давления воды на пробку: F = Fдавл (см. рисунок).
Д[ % Подводим итоги
;. . В результате притяжения к Земле жидкости создают давление на дно и стенки сосудов, а также на любое погруженное в них тело. Давление р неподвижной жидкости называют гидростатическим давлением — оно зависит только от плотности р жидкости и высоты h столба жидкости. Гидростатическое давление вычисляют по формуле р = ρgh.
Давление внутри неподвижной однородной жидкости на одном уровне одинаково.
Контрольные вопросы
1. Что вызывает возникновение давления жидкости на дно сосуда?
2. По какой формуле вычисляют гидростатическое давление жидкости?
3. Как изменяется давление в жидкости в зависимости от высоты столба жидкости? от плотности жидкости? 4. Опишите опыт Б. Паскаля, с помощью которого он продемонстрировал зависимость гидростатического давления воды от высоты ее столба. 5. Почему давление внутри неподвижной однородной жидкости на одном уровне одинаково?
Упражнение № 24
1. Давление воды на дно сосуда в точке А равно 200 Па (рис. 1). Какое давление на дно создает вода в точке В? в точке С?
2. Некоторые любители фридайвинга могут погружаться на глубину 100 м. Определите, какое наибольшее гидростатическое давление действует на ныряльщиков во время такого погружения.
3. Изменится ли сила давления воды на дно стакана, если в стакан с водой опустить палец, не касаясь им дна? Если изменится, то как?
4. На какой глубине давление в машинном масле составляет 8 кПа?
5. В два сосуда налили до одного уровня одинаковую жидкость (рис. 2). Сравните давления и силы давлений на дно сосудов. Сформулируйте вывод.
6. Составьте задачу, обратную задаче, рассмотренной в § 24, и решите ее.
7. Наташа живет в трехэтажном доме на последнем этаже. Удастся ли ей принять душ, если насос, установленный на полу первого этажа, подает воду под давлением 80 кПа, высота одного этажа 2,8 м, а лейка душа расположена на высоте 2 м от пола?
8. Какова масса исследователя (см. рис. 24.1), если площадь соприкосновения подушки и доски, на которой он стоит, равна 800 см2, а вода в трубке установилась на высоте 1 м? Что надо сделать исследователю, чтобы, не наклоняя трубку, выдавить из нее почти всю воду?
9. Предположим, что в опыте Паскаля (см. рис. 24.3) высота воды в трубке составляет 4 м, а диаметр и высота бочки равны 0,8 м. Вычислите силу, которая давит на дно бочки. Определите массу тела, которое будет давить на дно бочки с такой же силой, если площадь соприкосновения тела и дна будет равна площади дна.
10. Воспользовавшись дополнительными источниками информации, выясните, на какую глубину погружаются аквалангисты и водолазы, опускаются батисферы, подводные лодки и батискафы. Определите гидростатическое давление на этих глубинах. Подготовьте сообщение.
Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий
Автор: admin от 24-01-2017, 07:55, Переглядів: 3366