Lektion: Pascals Gesetz

Nach dem Studium dieser Lektion wissen Sie, wie Flüssigkeiten den auf sie ausgeübten Druck übertragen.

Thema: Druck von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen

Lektion: Pascals Gesetz

1. Erinnern Sie sich, wie sich die Moleküle der Materie bewegen

Bevor wir direkt mit dem Studium des Pascalschen Gasdruckgesetzes fortfahren, erinnern wir uns, wie sich die Moleküle von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen bewegen (Abb. 1).

Reis. 1. Molekülstruktur fester, flüssiger und gasförmiger Körper

Die Moleküle von Feststoffen oszillieren um ihre Gleichgewichtspositionen, während die Moleküle von Flüssigkeiten und Gasen relativ frei beweglich sind. Sie können sich relativ zueinander bewegen. Es ist dieses Merkmal in der Bewegung von Flüssigkeits- und Gasmolekülen, das es ermöglicht, den auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübten Druck nicht nur in Richtung der Kraft, sondern in alle Richtungen zu übertragen. Lassen Sie uns diesen Prozess Schritt für Schritt genauer analysieren.

2. Druckübertragung durch Gase und Flüssigkeiten

Stellen Sie sich einen Zylinder vor, der ein Gas (z. B. Luft) enthält und durch einen beweglichen Kolben verschlossen ist. Dies kann beispielsweise eine medizinische Spritze sein, deren Spitze mit einem einseitig verschlossenen Schlauch verschlossen wurde, damit keine Luft aus der Spritze entweichen konnte (Abb. 2).

Reis. 2. Demonstration der Luftkompressibilität

Wenn Sie mit etwas Kraft auf den Spritzenkolben einwirken, bewegt er sich nach unten. Folglich nimmt das in der Spritze enthaltene Gasvolumen ab. Andererseits erhöhen wir durch Erhöhen der auf den Kolben ausgeübten Kraft den auf das Gas ausgeübten Druck. Was passiert in diesem Fall mit dem Gasdruck in anderen Teilen der Spritze, die nicht an den Kolben angrenzen?

Reis. 3. Verteilung von Gasmolekülen unter dem sich bewegenden Kolben

Die Gasmoleküle im Zylinder bewegen sich zufällig, sind aber im Durchschnitt gleichmäßig über sein Volumen verteilt (Abb. 3a). Der Druck des Gases auf die Wände, den Boden des Zylinders und auf den Kolben entsteht durch die Stöße der Moleküle.

Bewegen Sie den Kolben nach unten (Abb. 3b). Im ersten Moment verringert sich der Abstand zwischen den Gasmolekülen in unmittelbarer Nähe des Kolbens, die dem Kolben benachbarten Molekülschichten nähern sich einander an. Die Anzahl der Treffer von Molekülen auf dem Kolben wird zunehmen, dh der Druck des Gases auf dem Kolben wird zunehmen. In den verbleibenden Teilen des Zylinders ändert sich der durchschnittliche Abstand zwischen den Molekülen nicht, da es einige Zeit dauert, bis sich die Moleküle bewegen.

Nach sehr kurzer Zeit werden die Gasmoleküle durch Stöße untereinander und mit den Gefäßwänden umverteilt, so dass der mittlere Abstand zwischen ihnen wieder in allen Teilen des Gefäßes gleich wird. Da sich jedoch die Gesamtzahl der Moleküle in dem verschlossenen Zylinder nicht geändert hat, ist das Volumen des Zylinders nun kleiner geworden der durchschnittliche Abstand zwischen Molekülen wird nun kleiner sein als bevor der Kolben bewegt wurde (Abb. 3c). Mit anderen Worten, die Dichte der Gasmoleküle wird zunehmen. Und dies wiederum führt zu einer Zunahme der Anzahl von Molekülstößen an den Gefäßwänden. in allen Schiffsteilen, und nicht nur in der Nähe des Kolbens. Dementsprechend wird der durch den Kolben auf das Gas ausgeübte Druck auf alle Punkte des Gases übertragen.

Eine Analyse des Verhaltens von Flüssigkeitsmolekülen zeigt, dass sich Flüssigkeiten genauso verhalten.

3. Pascalsches Gesetz

Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck wird unverändert auf jeden Punkt in der Flüssigkeit oder dem Gas übertragen.

Diese Aussage wird Pascalsches Gesetz genannt.

Die Gültigkeit des Pascalschen Gesetzes kann mit einem Apparat namens Pascals Ball demonstriert werden. Es ist eine Kugel mit kleinen Löchern, die sich über die gesamte Oberfläche befinden. Die Kugel ist mit einem durch einen beweglichen Kolben verschlossenen Zylinder verbunden. Das Gerät ist mit Wasser oder Rauch gefüllt. Wenn auf den Kolben eine Kraft ausgeübt wird, strömt Flüssigkeit oder rauchige Luft aus allen Löchern der Kugel und nicht nur aus denen, die dem Kolben gegenüberliegen (Abb. 4).

Reis. 4. Pascals Kugel

4. Anwendungen des Pascalschen Gesetzes

Die durch das Pascalsche Gesetz beschriebene Eigenschaft von Flüssigkeiten und Gasen ist in der Technik und in unserem Alltag weit verbreitet. Wenn beispielsweise das Gesetz von Pascal nicht erfüllt wäre, wäre es unmöglich, ein Wasserversorgungssystem, Öl- und Gaspipelines zu schaffen. Denn Wasser- und Gasleitungen haben auf dem Weg zum Verbraucher viele Biegungen, aber dennoch wird der Druck, der von Pumpen entsteht, die Wasser, Öl oder Gas fördern, unverändert von der Pumpe zum Zielort übertragen. Auch Zugbremssysteme bei Eisenbahnen oder Türöffnungssysteme bei elektrischen Zügen und U-Bahnen funktionieren dank des Pascalschen Gesetzes.

Versuchen Sie sich vorzustellen, was passieren würde, wenn Sand statt Flüssigkeit oder Gas in den Rohren wäre!.. Schließlich gehorcht es nicht dem Pascalschen Gesetz.

Referenzliste

1. A. V. Peryshkin, Physik. 7 Zellen - 14. Aufl., Stereotyp. – M.: Trappe, 2010.

2. Peryshkin A. V. Sammlung physikalischer Probleme, 7–9 Zellen: 5. Aufl., Stereotyp. - M: Verlag "Exam", 2010.

3. Lukashik V. I., Ivanova E. V. Sammlung physikalischer Probleme für die Klassen 7–9 von Bildungseinrichtungen. – 17. Aufl. - M.: Bildung, 2004.

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Erstellungsdatum der Seite: 16.02.2016

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Das ist es Pascalsches Gesetz.

Nach diesem Gesetz breitet sich der Druck in Flüssigkeiten und Gasen in alle möglichen Richtungen aus. Daher üben Flüssigkeiten und Gase Druck in alle Richtungen aus: nach links, rechts und sogar nach oben! Dies wird durch Experimente bestätigt. Betrachten wir einige von ihnen.

Nehmen Sie ein Glasröhrchen und eine Lichtscheibe an einem Faden (Abb. "a"). Wenn wir am Faden ziehen, erhalten wir ein Gefäß mit fallendem Boden (Abb. "b"). Tauchen Sie dieses Gefäß in ein großes Glas Wasser. Überraschenderweise fällt jetzt der Boden nicht ab, auch wenn nicht am Faden gezogen wird (Abb. "c").

F. Warum passiert das Ihrer Meinung nach?

A. Dies geschieht, weil die oberen Wasserschichten im Glas Druck auf die darunter liegenden Schichten ausüben, einschließlich der Wasserschicht unter der Scheibe. Durch diese Schicht wird nach dem Pascalschen Gesetz Druck übertragen und wirkt von unten nach oben auf die Scheibe. Die Kraft dieses Drucks stützt die Scheibe und drückt sie gegen die Kanten des Glasrohrs.

Setzen wir das Experiment fort. Gießen Sie so viel getöntes Wasser in das Röhrchen, dass sein Niveau niedriger ist als das Wasser im Glas (Abb. "d"). Wir werden sehen, dass die Scheibe nicht herunterfällt.

F. Warum fällt die Disc nicht ab?

A. Das liegt daran, dass von unten mehr Druck auf die Scheibe ausgeübt wird als von oben. Erhöhen Sie die Höhe der farbigen Wasserschicht. Die Scheibe fällt ab (Abb. "e"). Das bedeutet, dass der Druck auf die Scheibe von oben, erzeugt durch das gefärbte Wasser, den Druck von unten, erzeugt durch das Wasser im Glas, überstieg.

Das Pascalsche Gesetz hat eine interessante Konsequenz: Unabhängig von Form und Größe des Gefäßes ist der Druck in der Flüssigkeit bei gleicher Tiefe gleich.

Beweisen wir diese Aussage.

Lassen Sie das betrachtete "Gefäß" eine Meeresbucht mit einer Unterwasserhöhle sein. Schauen Sie sich die Zeichnung an. Es scheint, dass der Wasserdruck in der Höhle geringer ist als der Druck im offenen Meer. Wenn dies jedoch der Fall wäre, würde unter der Wirkung eines größeren Drucks Wasser aus dem Meer in die Höhle strömen und der Wasserspiegel im Meer würde beginnen zu sinken. Unglaublich, oder?

Da also das Wasser am Eingang der Höhle (und auch im Meer) in Ruhe bleibt, ist der Druck des Wassers in der Höhle gleich dem Druck des Wassers im offenen Meer.

F. Befolgen Festkörper das Gesetz von Pascal?

A. Nein, weil in Festkörpern ist die Beweglichkeit der Moleküle begrenzt.

Das ist richtig, wenn wir einen schweren Gegenstand auf den Tisch legen, dann erzeugt das Gewicht dieses Gegenstands nur Druck auf die Fläche unter diesem Gegenstand, d.h. nur in Kraftrichtung.

F. Was sind die wichtigsten Schlussfolgerungen, die Sie ziehen können?

A. Flüssigkeits- und Gasmoleküle sind sehr mobil.

Aufgrund der Beweglichkeit der Flüssigkeits- und Gasmoleküle übertragen sie den auf sie ausgeübten Druck an alle Stellen, ohne dessen Wert zu verändern.

Starre Körper gehorchen nicht dem Pascalschen Gesetz.

Druckübertragung durch Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe. Das Pascalsche Gesetz und seine Anwendung in hydraulischen Maschinen

Feste Körper übertragen den auf sie ausgeübten Druck in Richtung der Kraft. Um den Druck zu bestimmen (p) Kraft brauchen (F) senkrecht zur Oberfläche wirkend, dividiert durch den Flächeninhalt ()- Der Druck wird in Pascal gemessen: 1 Pa = 1 N/m 2 . Der auf die Flüssigkeit und das Gas ausgeübte Druck wird nicht nur in Richtung der Kraft übertragen, sondern auf jeden Punkt der Flüssigkeit oder des Gases. Dies liegt an der Mobilität von Gas- und Flüssigkeitspartikeln. Pascalsches Gesetz. Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck wird unverändert auf jeden Punkt der Flüssigkeit oder des Gases übertragen. Das Gesetz wird durch Experimente mit Pascals Kugel und den Betrieb hydraulischer Maschinen bestätigt. Lassen Sie uns auf den Betrieb dieser Maschine eingehen (siehe Abb.). F1 und F2- auf die Kolben einwirkende Kräfte, S1 und S2- Bereich der Kolben. Druck unter dem kleinen Kolben. unter dem großen Kolben. Nach dem Gesetz von Pascal p 1 \u003d p 2, d.h. d.h. der Druck an allen Punkten einer ruhenden Flüssigkeit ist gleich, bzw. woher. Die Maschine gewinnt so oft an Kraft, wie die Fläche des großen Kolbens größer ist als die Fläche des kleinen. Dies zeigt sich beim Betrieb einer hydraulischen Presse, die zur Herstellung von Stahlmaschinenwellen, Eisenbahnrädern oder zum Pressen von Öl in Ölmühlen und in hydraulischen Hebern verwendet wird.

Atmosphärendruck. Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks. Die Lufthülle der Erde und ihre Rolle im menschlichen Leben

Atmosphäre- die Lufthülle um die Erde, die sich bis zu einer Höhe von mehreren tausend Kilometern erstreckt. Durch die Wirkung der Schwerkraft wird die der Erde benachbarte Luftschicht am stärksten komprimiert und überträgt den auf ihr erzeugten Druck in alle Richtungen. Dadurch erfahren die Erdoberfläche und die darauf befindlichen Körper atmosphärischen Druck. Erstmal gemessen Atmosphärendruck Der italienische Physiker Torricelli mit einem einseitig verschlossenen und mit Quecksilber gefüllten Glasröhrchen (s. Abb.). Der Druck im Rohr auf dem Niveau äh erstellt durch die Schwerkraft einer Quecksilbersäulenhöhe h = 760 mm, gleichzeitig wirkt atmosphärischer Druck auf die Oberfläche des Quecksilbers im Becher. Diese Drücke gleichen sich gegenseitig aus. Da nach dem Absenken der Quecksilbersäule im oberen Teil der Röhre luftleerer Raum verblieb, können Sie durch Messen der Höhe der Säule den Zahlenwert des Atmosphärendrucks mit der Formel bestimmen: p == 9,8 N / kg × 13.600 kg / m 3 × 0,76 m \u003d 101.300 Pa \u003d 1013 GPa. Instrumente zur Messung des Atmosphärendrucks sind Quecksilberbarometer und barometraneroid. Das Funktionsprinzip des letzteren basiert darauf, eine hohle Wellblechbox zusammenzudrücken und ihre Verformung über ein Hebelsystem auf einen Pfeilzeiger zu übertragen. Das Aneroidbarometer hat zwei Skalen: Die innere ist in mm Hg graduiert. Kunst. (1 mm Hg. Art.-Nr. = 133,3 Pa), extern - in Kilopascal. Die Kenntnis des atmosphärischen Drucks ist sehr wichtig, um das Wetter für die kommenden Tage vorherzusagen. Troposphäre(untere Schicht der Atmosphäre) ist durch Diffusion ein homogenes Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf. Dieses Gasgemisch unterstützt das normale Funktionieren allen Lebens auf der Erde. Schädliche Emissionen in die Atmosphäre belasten die Umwelt. Zum Beispiel der Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl, Unfälle auf Atom-U-Booten, atmosphärische Emissionen von Industrieunternehmen usw.

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12. Atmosphärischer Druck. Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks. Die Lufthülle der Erde und ihre Rolle im menschlichen Leben

Atmosphäre- die Lufthülle um die Erde, die sich bis zu einer Höhe von mehreren tausend Kilometern erstreckt. Durch die Wirkung der Schwerkraft wird die der Erde benachbarte Luftschicht am stärksten komprimiert und überträgt den auf ihr erzeugten Druck in alle Richtungen. Dadurch erfahren die Erdoberfläche und die darauf befindlichen Körper atmosphärischen Druck. Erstmal gemessen Atmosphärendruck Der italienische Physiker Torricelli mit einem einseitig verschlossenen und mit Quecksilber gefüllten Glasröhrchen (s. Abb.). Der Druck im Rohr auf dem Niveau äh erstellt durch die Schwerkraft einer Quecksilbersäulenhöhe h = 760 mm, gleichzeitig wirkt atmosphärischer Druck auf die Oberfläche des Quecksilbers im Becher. Diese Drücke gleichen sich gegenseitig aus. Da nach dem Absenken der Quecksilbersäule im oberen Teil der Röhre luftleerer Raum verbleibt, können Sie durch Messen der Höhe der Säule den Zahlenwert des Atmosphärendrucks nach folgender Formel ermitteln: p == 9,8 N / kg H 13.600 kg / m 3 H 0,76 m \u003d 101.300 Pa \u003d 1013 GPa. Instrumente zur Messung des atmosphärischen Drucks sind Quecksilberbarometer und barometraneroid. Das Funktionsprinzip des letzteren basiert darauf, eine hohle Wellblechbox zusammenzudrücken und ihre Verformung über ein Hebelsystem auf einen Pfeilzeiger zu übertragen. Das Aneroidbarometer hat zwei Skalen: Die innere ist in mm Hg graduiert. Kunst. (1 mm Hg. Art.-Nr. = 133,3 Pa), extern - in Kilopascal. Die Kenntnis des atmosphärischen Drucks ist sehr wichtig, um das Wetter für die kommenden Tage vorherzusagen. Troposphäre(untere Schicht der Atmosphäre) ist durch Diffusion ein homogenes Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf. Dieses Gasgemisch unterstützt das normale Funktionieren allen Lebens auf der Erde. Schädliche Emissionen in die Atmosphäre belasten die Umwelt. Zum Beispiel der Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl, Unfälle auf Atom-U-Booten, atmosphärische Emissionen von Industrieunternehmen usw.