Vorlesung 6. Elemente der Strömungsmechanik.

CH. 6, §28-31

Vorlesungsplan

Druck in Flüssigkeit und Gas.

Kontinuitätsgleichung. Bernoulli-Gleichung.

Viskosität (innere Reibung). Laminare und turbulente Fluidströmungsregime.

Druck in Flüssigkeit und Gas.

Gasmoleküle, die sich zufällig bewegen, sind fast oder gar nicht durch Wechselwirkungskräfte verbunden, daher bewegen sie sich frei und streben infolge von Stößen in alle Richtungen und füllen das gesamte ihnen zur Verfügung gestellte Volumen aus, d.h. Das Volumen eines Gases wird durch das Volumen des Gefäßes bestimmt, das das Gas einnimmt.

Wie ein Gas nimmt eine Flüssigkeit die Form des Gefäßes an, in dem sie sich befindet, aber der durchschnittliche Abstand zwischen den Molekülen bleibt nahezu konstant, sodass das Volumen der Flüssigkeit praktisch unverändert bleibt.

Obwohl sich die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen in vielerlei Hinsicht unterscheiden, wird ihr Verhalten bei einer Reihe mechanischer Phänomene durch dieselben Parameter und identische Gleichungen beschrieben. Daher verwendet die Hydroaeromechanik – ein Zweig der Mechanik, der die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen und ihre Wechselwirkung mit umströmenden Feststoffen untersucht – einen einheitlichen Ansatz zur Untersuchung von Flüssigkeiten und Gasen.

Die Hauptaufgaben der modernen Hydroaeromechanik:

Herausfinden der optimalen Form von Körpern, die sich in Flüssigkeiten oder Gasen bewegen;

optimale Profilierung von Strömungskanälen verschiedener Gas- und Flüssigkeitsmaschinen;

Auswahl der optimalen Parameter der Flüssigkeiten und Gase selbst;

Untersuchung der Bewegung der atmosphärischen Luft, des Meeres und der Meeresströmungen.

Beitrag einheimischer Wissenschaftler:

Bringt man eine dünne Platte in eine ruhende Flüssigkeit, so wirken die ihr gegenüber liegenden Teile der Flüssigkeit mit Kräften auf die Platte , gleich im Modul und auf die Stelle gerichtet S unabhängig von seiner Ausrichtung, weil das Vorhandensein von Tangentialkräften würde die Flüssigkeitsteilchen in Bewegung setzen.

Flüssigkeitsdruck- Dies ist eine physikalische Größe, die dem Verhältnis der Normalkraft entspricht, die von der Seite der Flüssigkeit auf eine bestimmte Fläche zu dieser Fläche wirkt.

1 Pa ist gleich dem Druck, der durch eine Kraft von 1 N erzeugt wird, die gleichmäßig über eine senkrecht dazu stehende Fläche mit einer Fläche von 1 m 2 verteilt ist.

Der Druck im Gleichgewicht von Flüssigkeiten gehorcht Pascalsches Gesetz: Druck, der durch äußere Kräfte auf eine Flüssigkeit (oder ein Gas) ausgeübt wird, wird in alle Richtungen unverändert übertragen.

hydrostatischer Druck

- hydrostatischer Druck

Gemäß der erhaltenen Formel ist die Druckkraft auf die unteren Flüssigkeitsschichten größer als auf die oberen, daher wirkt auf einen in eine Flüssigkeit eingetauchten Körper eine Auftriebskraft, die durch das Gesetz von Archimedes bestimmt wird.

Gesetz des Archimedes: Auf einen in eine Flüssigkeit (oder ein Gas) eingetauchten Körper wirkt eine senkrecht nach oben gerichtete Auftriebskraft, die dem Gewicht der vom Körper verdrängten Flüssigkeit entspricht.

Hubkraft wird die Differenz zwischen der Auftriebskraft und der Schwerkraft genannt.

.

Kontinuitätsgleichung. Bernoulli-Gleichung.

Kontinuitätsgleichung.

Ideale Flüssigkeit- Es ist eine abstrakte Flüssigkeit, die keine Viskosität, Wärmeleitfähigkeit und die Fähigkeit zur Elektrifizierung und Magnetisierung aufweist.

Eine solche Näherung ist für eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität zulässig. Eine Flüssigkeitsströmung heißt stationär, wenn der Geschwindigkeitsvektor an jedem Punkt im Raum konstant bleibt.

Grafisch wird die Bewegung von Flüssigkeiten mit Stromlinien dargestellt.

L Flüssigkeitsströmungslinien- Dies sind Linien, an deren jedem Punkt der Geschwindigkeitsvektor von Flüssigkeitsteilchen tangential gerichtet ist (Abb. 4).

Stromlinien werden so gezeichnet, dass die Anzahl der Linien, die durch eine bestimmte Flächeneinheit  zur Strömung gezogen werden, numerisch gleich oder proportional zu der Fluidgeschwindigkeit an einem bestimmten Ort ist.

Der durch Stromlinien begrenzte Teil der Flüssigkeit wird als bezeichnet aktuelle Röhre.

Da die Geschwindigkeit der Flüssigkeitspartikel tangential zu den Wänden des Durchflussrohrs gerichtet ist, die Flüssigkeitspartikel das Durchflussrohr nicht verlassen, d. h. Rohr - als starre Struktur. Strömungsrohre können sich je nach Geschwindigkeit der Flüssigkeit verengen oder erweitern, obwohl die Masse der Flüssigkeit, die durch einen bestimmten Abschnitt fließt,  zu ihrer Strömung, über einen bestimmten Zeitraum konstant ist.

T .zu. Flüssigkeit ist inkompressibel, S 1 und S 2 wird durchgehen  t die gleiche Flüssigkeitsmasse (Abb. 5).

Die Jet-Kontinuitätsgleichung oder der Satz von Euler.

Das Produkt aus der Strömungsgeschwindigkeit einer inkompressiblen Flüssigkeit und der Querschnittsfläche des gleichen Strömungsrohrs ist konstant.

T Der Kontinuitätssatz wird häufig in Berechnungen verwendet, die sich auf die Versorgung von Motoren mit flüssigem Kraftstoff durch Rohre mit variablem Querschnitt beziehen. Die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit vom Querschnitt des Kanals, durch den die Flüssigkeit oder das Gas strömt, wird bei der Konstruktion der Raketentriebwerksdüse verwendet. An der Stelle, an der sich die Düse verengt (Abb. 6), steigt die Geschwindigkeit der aus der Rakete strömenden Verbrennungsprodukte stark an und der Druck sinkt, wodurch eine zusätzliche Schubkraft entsteht.

Bernoulli-Gleichung.

P Die Flüssigkeit bewege sich im Gravitationsfeld so, dass an einem gegebenen Punkt im Raum Betrag und Richtung der Geschwindigkeit der Flüssigkeit konstant bleiben. Eine solche Strömung wird als stationär bezeichnet. In einem ruhenden Fluid wirken neben der Schwerkraft auch Druckkräfte. Nehmen wir in einer stationären Strömung einen durch die Querschnitte begrenzten Teil des Stromrohres heraus S 1 und S 2 (Abb.7)

Während der Zeit t bewegt sich dieses Volumen entlang des aktuellen Rohrs und des Querschnitts S 1 bewegt sich zu Position 1", dem Pfad folgend , a S 2 - zu Position 2", nachdem Sie den Pfad passiert haben . Aufgrund der Kontinuität des Strahls sind die zugewiesenen Volumina (und ihre Massen) gleich:

,
.

Die Energie jedes Flüssigkeitsteilchens setzt sich aus seiner kinetischen und potentiellen Energie im Feld der Gravitationskräfte der Erde zusammen. Aufgrund der Stationarität der Strömung tritt ein Partikel durch  t in jedem der Punkte des nicht schattierten Teils des betrachteten Volumens die gleiche Geschwindigkeit hat und daher W zu, bei dem sich zum Anfangszeitpunkt ein Teilchen an derselben Stelle befand. Daher kann die Energieänderung des gesamten betrachteten Volumens als Differenz zwischen den Energien der schattierten Volumen berechnet werden v 1 und v 2 .

Nehmen Sie den Querschnitt der aktuellen Röhre und der Segmente
so klein, dass allen Punkten jedes der schattierten Volumen der gleiche Wert für Geschwindigkeit, Druck und Höhe zugewiesen werden kann. Dann ist der Energiegewinn:

In einer idealen Flüssigkeit gibt es also keine Reibung  W sollte gleich der Arbeit sein, die durch Druckkräfte auf das zugewiesene Volumen verrichtet wird:

(„-“, weil es in die der Bewegung entgegengesetzte Richtung gerichtet ist )

,
,

,

Kürzen wir es um v und die Mitglieder neu anordnen:

,

Abschnitte S 1 und S 2 wurden willkürlich gewählt, so dass argumentiert werden kann, dass in jedem Abschnitt der aktuellen Röhre

(1)

Ausdruck (1) ist Bernoulli-Gleichung. In einem stationären idealen Fluid, das entlang einer beliebigen Stromlinie fließt, ist die Bedingung (1) erfüllt.

Für eine horizontale Stromlinie
,

Für reale Flüssigkeiten, bei denen die innere Reibung nicht sehr groß ist, ist die Bernoulli-Gleichung recht gut erfüllt.

Die Druckabnahme an Stellen größerer Strömungsgeschwindigkeit ist Grundlage für die Auslegung einer Wasserstrahlpumpe.

Die Schlussfolgerungen dieser Gleichung werden bei der Berechnung der Konstruktion von Pumpen für Systeme zur Versorgung von Motoren mit flüssigem Kraftstoff berücksichtigt.

Viskosität (innere Reibung). Laminare und turbulente Fluidströmungsregime.

Kraft der inneren Reibung.

Viskosität Flüssigkeiten und Gase wird ihre Eigenschaft genannt, der Bewegung einiger Schichten relativ zu anderen zu widerstehen.

Die Viskosität ist auf das Auftreten innerer Reibungskräfte zwischen Schichten sich bewegender Flüssigkeiten und Gase elektromagnetischen Ursprungs zurückzuführen.

Bei Die Gleichung der Hydrodynamik einer viskosen Flüssigkeit wurde 1687 von Newton aufgestellt.

- Modul der inneren Reibungskraft

Geschwindigkeitsgradient zeigt, wie schnell sich die Geschwindigkeit beim Übergang von Schicht zu Schicht in z-Richtung, senkrecht zur Bewegungsrichtung der Schichten, ändert.

- Viskosität oder dynamische Viskosität.

physikalische Bedeutung -

Wert  hängt von der molekularen Struktur des Stoffes und der Temperatur ab:

Für Gase mit steigender Temperatur  steigt, weil die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle nimmt zu und ihre Wechselwirkung nimmt zu. Dadurch erhöht sich der Austausch von Molekülen zwischen den sich bewegenden Gasschichten, die Impulse von Schicht zu Schicht übertragen. Also werden die langsamen Schichten beschleunigt und die schnellen Schichten verlangsamt,  -steigt.

In Flüssigkeiten wird mit zunehmender Temperatur die intermolekulare Wechselwirkung schwächer und der Abstand zwischen den Molekülen nimmt zu,  - sinkt.

- Koeffizient der kinematischen Viskosität

.

Die Viskosität von Flüssigkeiten und Gasen wird mit Viskosimetern bestimmt.

Die Viskosität des Kraftstoffs bestimmt daher die Geschwindigkeit seines Flusses durch die Rohrleitung sowie die Menge der Wärmeübertragung von Flüssigkeit oder Gas an die Wände der Rohrleitung  von Kraftstoff und Kühlmitteln wird bei der Auslegung von Kraftstoffversorgungssystemen und Motorkühlsystemen berücksichtigt.

Laminare und turbulente Strömungsregime.

Abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit kann die Strömung einer Flüssigkeit oder eines Gases laminar oder turbulent sein.

laminare Strömung(lat. „lamina“ – Streifen) – eine Strömung, bei der sich eine Flüssigkeit oder ein Gas in Schichten parallel zur Strömungsrichtung bewegt und diese Schichten sich nicht vermischen.

Die laminare Strömung ist stationär, sie tritt entweder im großen Stil auf  , oder für klein .

turbulent Als Strömung wird eine Strömung bezeichnet, bei der sich in einer Flüssigkeit (oder einem Gas) zahlreiche Wirbel unterschiedlicher Größe bilden, wodurch sich Druck, Dichte und Strömungsgeschwindigkeit kontinuierlich ändern.

Turbulente Strömung ist instationär und in der Praxis vorherrschend.

Flüssigkeiten und Gase übertragen den auf sie ausgeübten Druck in alle Richtungen. Dies wird durch das Gesetz von Pascal und die praktische Erfahrung angegeben.

Aber es gibt auch ein Eigengewicht, das sich auch auf den Druck auswirken sollte, der in Flüssigkeiten und Gasen herrscht. Gewicht eigener Teile oder Lagen. Die oberen Schichten der Flüssigkeit drücken auf die mittleren, die mittleren auf die unteren und die letzten auf die Unterseite. Das heißt, wir wir können über das Vorhandensein von Druck einer Flüssigkeitssäule sprechen, die auf dem Boden ruht.

Formel für Flüssigkeitssäulendruck

Die Formel zur Berechnung des Drucks einer Flüssigkeitssäule mit der Höhe h lautet wie folgt:

wobei ρ die Dichte der Flüssigkeit ist,
g - Beschleunigung im freien Fall,
h ist die Höhe der Flüssigkeitssäule.

Das ist die Formel für den sogenannten hydrostatischen Druck einer Flüssigkeit.

Druck der Flüssigkeits- und Gassäule

Der hydrostatische Druck, d. h. der Druck, der von einer ruhenden Flüssigkeit in jeder Tiefe ausgeübt wird, hängt nicht von der Form des Gefäßes ab, in dem sich die Flüssigkeit befindet. Die gleiche Wassermenge, die sich in verschiedenen Gefäßen befindet, übt unterschiedlichen Druck auf den Boden aus. Dadurch können Sie selbst mit einer kleinen Wassermenge einen enormen Druck erzeugen.

Dies wurde von Pascal im 17. Jahrhundert sehr überzeugend demonstriert. In ein geschlossenes Fass voller Wasser führte er einen sehr langen schmalen Schlauch ein. Als er in den zweiten Stock stieg, goss er nur einen Becher Wasser in dieses Rohr. Das Fass ist geplatzt. Das Wasser im Rohr stieg aufgrund seiner geringen Dicke auf eine sehr hohe Höhe und der Druck stieg auf solche Werte, dass das Fass es nicht aushalten konnte. Dasselbe gilt für Gase. Allerdings ist die Masse von Gasen meist viel geringer als die Masse von Flüssigkeiten, sodass der Druck in Gasen aufgrund ihres Eigengewichts in der Praxis oft vernachlässigt werden kann. Aber in einigen Fällen muss man damit rechnen. Bei manchen industriellen Prozessen ist beispielsweise der atmosphärische Druck, der auf alle Objekte auf der Erde drückt, von großer Bedeutung.

Dank des hydrostatischen Drucks des Wassers können Schiffe, die oft nicht Hunderte, sondern Tausende von Kilogramm wiegen, schwimmen und nicht sinken, da das Wasser auf sie drückt, als ob sie sie herausdrücken würden. Aber genau wegen des gleichen hydrostatischen Drucks sind unsere Ohren in großen Tiefen verstopft, und es ist unmöglich, ohne spezielle Hilfsmittel - einen Taucheranzug oder eine Bathyscaphe - in sehr große Tiefen abzutauchen. Nur wenige Meeres- und Ozeanbewohner haben sich an das Leben unter starkem Druck in großen Tiefen angepasst, aber aus dem gleichen Grund können sie nicht in den oberen Wasserschichten existieren und können sterben, wenn sie in eine geringe Tiefe fallen.

Organisation: Zweig des MBOU-Lyzeums mit. Dolgorukowo im Dorf Mühlstein

Abrechnung: mit. Mühlstein

Iterativ - eine verallgemeinernde Lektion zum Thema: "Druck von Flüssigkeiten und Gasen".

Strebe danach, die Wissenschaft immer tiefer zu verstehen,

Sehnsucht nach dem Wissen des Ewigen.

Nur die ersten Erkenntnisse

Licht wird dir leuchten.

Sie werden wissen: Dem Wissen sind keine Grenzen gesetzt.

Ferdowsi

Unterrichtsziele: Wiederholung und Überprüfung der Kenntnisse aus dem Studium des Drucks in Flüssigkeiten und Gasen sowie der Kenntnis der physikalischen Formeln, die zur Lösung von Problemen erforderlich sind;

Unterrichtsziele:

Lehrreich:

den Stoff zum Thema „Druck in Flüssigkeiten und Gasen“ zusammenfassen, die Grundbegriffe und Gesetzmäßigkeiten wiederholen und die Grundkenntnisse zu diesem Thema vertiefen.

Entwicklungsaufgabe:

Horizonterweiterung der Studierenden, über die Erscheinung und Nutzung des atmosphärischen Drucks in Natur und Alltag, seine Wirkung auf den menschlichen Körper, Diskussion von Fragestellungen und Problemlösungen, die die kreative Initiative der Studierenden erfordern.

erzieherische Aufgabe:

Erziehung zur Aufmerksamkeit der Studierenden, Teamfähigkeit, Bildung eines wissenschaftlichen Weltbildes. Fördern Sie die gegenseitige Unterstützung im Unterricht.

1. Botschaft des Unterrichtsthemas.

In der heutigen Lektion wiederholen wir, wie der Druck in Flüssigkeiten und Gasen bestimmt wird und welche Rolle diese physikalische Größe in unserem Leben spielt.

Um alle gestellten Fragen beantworten zu können, muss man wissen, wie Druck in Flüssigkeiten und Gasen entsteht.

Und 1 Student wird uns dabei helfen (FI)

Er wird uns sagen, wie die Atmosphäre unseres Planeten ist.

(Die Inschrift des Titels des Berichts erscheint auf dem Bildschirm: "Die Atmosphäre unseres Planeten.")

Lehrer. Wenn eine Person diesen Druck nicht verspürt, warum mussten die Menschen dann von seiner Existenz wissen? Und wer ist der erste

gemessen?

wir werden es mit Ihnen aus der nächsten Nachricht erfahren, die wir vorbereitet haben (2 Student.). und es heißt "Geschichte der Entdeckung des atmosphärischen Drucks".

Lehrer. Aus der Meldung erfuhren wir, dass es lange Zeit möglich war, den atmosphärischen Druck zu bestimmen.

Aber was den Druck in Flüssigkeiten und Gasen bestimmt, und weißt du darüber, das erfahre ich, nachdem du die Testfragen beantwortet hast (Ich verteile den Test auf Kärtchen und die Antworten auf dem Bildschirm.)

Uch. Nun, wovon hängt der Druck ab, wissen Sie, und nach welcher Formel wird er bestimmt? (Kinder schreiben die Formel). Und jetzt lösen wir das Problem mit der Formel zur Bestimmung des Drucks. (Der Schüler löst an der Tafel)

Aufgabe 1.

Welchen Druck übt das darin enthaltene Motoröl auf den Boden des Kanisters aus, wenn die Schichthöhe 50 cm beträgt? (Dichte 900kg/m3).

Gegeben: Lösung

h = 50 cm 0,5 m p = ρgh

ρ=900kg/m3 r=900kg/m3 *10n/kg*0,5m=4500Pa

R -?

Aber wie verändert sich der Druck in der Atmosphäre?

Bevor wir diese Frage beantworten, hören wir uns das Gedicht "Aibolit" an.

So heißt es in dem berühmten Gedicht von K. Tschukowski (Zeilen des Gedichts und ein Bild erscheinen auf dem Bildschirm.) Der Schüler liest das Gedicht vor.

Und die Berge stehen ihm im Weg

Und er beginnt, die Berge hinaufzukriechen.

Und die Berge werden höher, und die Berge werden steiler

Und die Berge gehen unter die Wolken

Oh, wenn ich nicht hinkomme

Wenn ich mich unterwegs verirre

Was wird aus ihnen, den Kranken, meinen Waldtieren?

Uch.Was hat den Arzt daran gehindert, die Berge zu überwinden? (Die Jungs antworten, dass sich der Luftdruck mit der Höhe ändert).

Lassen Sie uns das Problem lösen (490L)

Am Fuß des Berges zeigt das Barometer 98642 Pa und an der Spitze 90317 Pa. Bestimmen Sie die Höhe des Berges.

Gegeben: Lösung

p 1 \u003d 98642 Pa h \u003d ▲ h (r 1 - p 2) / 133

p 2 \u003d 90317 Pa h \u003d 12 m * (98642 Pa -90317 Pa) / 133 \u003d 750 m

h-? Antwort: 750m.

Lösen Sie nun selbstständig Problem Nummer 488.

Welche Schlussfolgerung können Sie aus den gelösten Problemen ziehen? (Aus den Aufgaben folgt, je höher wir über die Erdoberfläche steigen, desto weniger Druck, und je tiefer wir über der Erdoberfläche, desto höher.)

Und jetzt aus der Nachricht "Die Rolle des atmosphärischen Drucks im Leben von Menschen und Tieren". Wir werden lernen, wie ein Mensch den atmosphärischen Druck in seinem Leben nutzt.

Wenn Sie der Botschaft aufmerksam zugehört haben, hilft sie Ihnen bei der Beantwortung der folgenden Fragen. Ich kündige "Auktion für den Verkauf von Fünfern" an. (Auf dem Bildschirm erscheinen Fragen und dann die richtigen Antworten.)

1. Wenn Sie ein Ahornblatt fest an Ihren Lippen befestigen und schnell Luft einziehen, dann bricht das Blatt mit einem Knacken. Wieso den? (Beim Einatmen dehnt sich die Brust aus und in der Mundhöhle entsteht ein Vakuum. Draußen wirkt eine große atmosphärische Druckkraft auf das Blatt.)

2. Wenn Sie einen Wasserhahn in einem mit Wasser gefüllten Fass und fest verschlossenem Deckel öffnen. Was keine mehr hat, auch keine kleinen Löcher und Risse, dann fließt bald kein Wasser mehr aus dem Wasserhahn. Wieso den?

3. Warum fließt kein Wasser aus einem teilweise mit Wasser gefüllten Glas, wenn es fest mit Papier bedeckt und auf den Kopf gestellt wird?

(Antwort: Nachdem das Glas umgedreht wurde, bildet sich zwischen dem Boden und dem Wasser ein verdünnter Raum, sodass das Wasser durch den atmosphärischen Druck von außen im Glas zurückgehalten wird.)

4. Warum steigt Wasser auf, wenn es durch einen Strohhalm gezogen wird?

(Beim Einsaugen von Wasser dehnt sich die Brust aus und es entsteht ein Unterdruck in der Mundhöhle, während atmosphärischer Druck auf die Wasseroberfläche wirkt. Durch den Druckunterschied steigt das Wasser entlang des Trinkhalms auf.)

5. Kann ein Astronaut auf einem Schiff in Schwerelosigkeit Tinte in einen sich hin- und herbewegenden Füllfederhalter ziehen?

(Ja, das kann es, wenn das Schiff den normalen atmosphärischen Druck aufrechterhält.)

Lehrer. Wie aus diesen Fragen ersichtlich ist, können wir viele physikalische Phänomene erklären, wenn wir die Existenz des atmosphärischen Drucks kennen.

Aber auch wenn wir die Druckänderung kennen, können wir die Wetteränderung vorhersagen.

Schüler Nr. 4 wird uns in seiner Botschaft „Wettervorhersage“ davon erzählen.

Lehrer. Aber seit der Antike haben die Menschen bemerkt, dass das Verhalten einiger Tiere mit Wetteränderungen verbunden ist. Und es gab viele Anzeichen für das Wetter. Erinnern wir uns jetzt an sie. (Die Schüler rufen abwechselnd diese Zeichen).

Lehrer. Wissenschaftler lernen die Mechanismen der lebenden Natur kennen und versuchen, sie in Form von Instrumenten nachzubilden, die die kleinsten Veränderungen in der Umwelt genau aufzeichnen. Auf der Grundlage dieser Beobachtungen wurden Rätsel zu physikalischen Phänomenen und Geräten erstellt.Lassen Sie uns jetzt eine Pause machen und ein paar Rätsel erraten.

1. Es gibt eine Unsichtbarkeit;

Fragt nicht nach einem Haus

Und bevor die Leute rennen

Beeilen Sie sich (Luft)

2. An der Wand hängt ein Teller,

Pfeil, der auf die Platte geht

Dieser Vorwärtspfeil

Wir kennen das Wetter (Barometer)

3. Geht durch die Nase zur Brust

Und das Gegenteil gilt

Er ist unsichtbar und doch

Ohne sie können wir als Modem nicht leben. (Luft)

4. Wir steigen den Berg hinauf

Es fällt uns schwer zu atmen

Was sind die Geräte

Druck messen (Barometer).

Lehrer. Der in Flüssigkeiten und Gasen entstehende Druck spielt in unserem Leben eine große Rolle. Um die mit dem Druck verbundenen physikalischen Phänomene zu erklären, müssen wir also wissen, wie man ihn bestimmt und mit welchen Instrumenten man ihn misst.

Ich denke, dass unsere Ihnen helfen werden, viele Fragen zum Luftdruck zu beantworten.

Hausaufgaben.

Betrachtung.

Kinder, malt in Form eines Bildes, welche Stimmung ihr in einer Physikstunde erzeugt habt. Hat dir der Unterricht gefallen?

Wenn ja, dann zeichne ein lächelndes Gesicht. Wenn nicht, dann traurig.

Literatur:

1. Lesebuch zur Physischen Geographie.
2. TP Gerasimov "Geographie" 6. Klasse. Proz. für allgemeinbildende Studiengänge. Betriebe. M.: Trappe
3. Großes Naturlexikon "Wasser und Luft"
4. EIN V. Vladimirov "Geschichten über den atmosphärischen Druck"
5. S. E Polyansky "Entwicklungen in der Physik"
6. Lukashik V. I. Sammlung von Problemen in der Physik: Lehrbuch für Schüler der Klassen 7-8. durchschn. Schule
7. Peryshkin A. V. Physik. 7. Klasse: Lehrbuch. für allgemeinbildende Studiengänge. Betriebe. M.: Trappe, 2015
8. Internet-Ressourcen.

Anwendung.

Testumfrage

1. Wie ist das Gesetz von Pascal formuliert?

A) Das Ergebnis der Wirkung einer Kraft hängt nicht nur von ihrem Modul ab, sondern auch von der Fläche der Oberfläche, auf die sie senkrecht wirkt.

B) Der Druck des Gases an den Gefäßwänden ist in allen Richtungen gleich.

C) Wenn das Volumen eines Gases abnimmt, steigt sein Druck, und wenn das Volumen zunimmt, nimmt er ab.

D) Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas erzeugte Druck überträgt sich unverändert auf jeden Punkt der Flüssigkeit oder des Gases.

2. Welche der folgenden Einheiten wird als Druckeinheit genommen?

A) Newton b) Watt c) Pascal d) Kilogramm.

3. Welchen Druck übt ein 40 Tonnen schwerer Tank auf den Boden aus, wenn die Raupenpfanne 2 m 2 groß ist?

A) 10 kPa b) 20 kPa c) 1000 Pa d) 2000 Pa.

4. Wenn eine Kugel das Glas trifft, bleibt ein kleines Loch darin, und wenn sie ein Aquarium mit Wasser trifft, zersplittert das Glas. Wieso den?

A) Die Geschossgeschwindigkeit nimmt im Wasser ab

B) Die Erhöhung des Wasserdrucks bricht das Glas in alle Richtungen.

C) Die Kugel ändert ihre Flugbahn im Wasser.

D) aufgrund der starken Verzögerung der Kugel im Wasser.

5. Wie hoch ist die Kerosinsäule im Behälter, wenn der Druck am Behälterboden 1600 Pa beträgt? Die Dichte von Kerosin beträgt 800 kg/m 3 .

a) 2m b) 20cm c) 20m d) 2cm

Antworten: 1d 2c 3b 4b 5a

Druck in Flüssigkeit und Gas.

Das Gas drückt auf die Wände des Gefäßes, in dem es eingeschlossen ist. Wenn man einen leicht aufgeblasenen Ballon unter eine Glasglocke legt und die Luft darunter herauspumpt, wird der Ballon aufgeblasen. Was ist passiert? Draußen herrscht fast kein Luftdruck, der Luftdruck im Ballon hat ihn zum Ausdehnen gebracht. Fazit : Gas übt Druck aus.

Beweisen wir die Existenz von Druck in der Flüssigkeit.

Gießen Sie Wasser in ein Reagenzglas, dessen Boden mit einer Gummifolie bedeckt ist. Die Folie ist geknickt. Wieso den? Es biegt sich unter dem Gewicht der Flüssigkeitssäule. Daher bestätigt dieses Experiment das Vorhandensein von Druck innerhalb der Flüssigkeit. Die Folie hört auf, sich zu biegen. Wieso den? Denn die elastische Kraft der Gummifolie wird durch die auf das Wasser wirkende Schwerkraft ausgeglichen. Was passiert, wenn wir die Flüssigkeitssäule erhöhen? Je höher die Flüssigkeitssäule, desto mehr hängt die Folie durch.

Fazit : In der Flüssigkeit herrscht Druck.

Wie erklärt sich der Druck eines Gases auf der Grundlage der Theorie der Molekularbewegung?

Der Druck von Gasen und Flüssigkeiten auf Behälterwände wird durch Stöße von Gas- oder Flüssigkeitsmolekülen verursacht.

Was bestimmt den Druck in Flüssigkeiten und Gasen?

druckabhängig von der Art der Flüssigkeit oder des Gases; von ihrer Temperatur . Beim Erhitzen bewegen sich die Moleküle schneller und treffen stärker auf die Gefäßwand.

Was bestimmt sonst noch den Druck in ihnen?

Warum können Forscher des Ozeans und der Meerestiefen nicht ohne spezielle Apparate auf den Grund sinken: Bathyscaphes, Bathyspheres?

Zeigt ein Glas Wasser. Auf die Flüssigkeit wirkt die Schwerkraft. Jede Schicht erzeugt mit ihrem Gewicht Druck auf andere Schichten.

Um die Frage zu beantworten: Wovon hängt der Druck in einer Flüssigkeit oder einem Gas noch ab, werden wir empirisch ermitteln.

(u Die Schüler werden in 4 Gruppen eingeteilt und überprüfen experimentell die folgenden Antworten auf die Fragen):

1. Ist der Druck einer Flüssigkeit auf gleichem Niveau von unten nach oben und von oben nach unten gleich?

2. Liegt Druck an der Seitenwand des Behälters an?

3. Hängt der Druck einer Flüssigkeit von ihrer Dichte ab?

4. Hängt der Druck einer Flüssigkeit von der Höhe der Flüssigkeitssäule ab?

Aufgabe 1. Gruppe

Ist der Druck einer Flüssigkeit auf gleichem Niveau von unten nach oben und von oben nach unten gleich?

Gießen Sie das gefärbte Wasser in das Reagenzglas. Warum ist die Folie geknickt?

Tauchen Sie das Reagenzglas in einen Behälter mit Wasser.

Beobachten Sie das Verhalten des Gummifilms.

Wann hat sich der Film begradigt?

Ziehen Sie eine Schlussfolgerung: Gibt es Druck in der Flüssigkeit, ist der Druck der Flüssigkeit auf dem gleichen Niveau von oben nach unten und von unten nach oben gleich? Schreib es auf.

Aufgabe 2. Gruppe

Besteht Druck an der Seitenwand des Behälters und ist er auf gleicher Höhe gleich?

Füllen Sie die Flasche mit Wasser.

Öffnen Sie gleichzeitig die Löcher.

Beobachten Sie, wie Wasser aus den Löchern fließt.

Ziehen Sie eine Schlussfolgerung: Gibt es Druck auf die Seitenwand, ist er auf gleicher Höhe gleich?

Aufgabe 3. Gruppe

Hängt der Druck einer Flüssigkeit von der Höhe der Säule (Tiefe) ab?

Füllen Sie die Flasche mit Wasser.

Öffnen Sie alle Löcher in der Flasche gleichzeitig.

Folgen Sie den Rinnsalen des fließenden Wassers.

Warum tritt Wasser aus?

Ziehen Sie eine Schlussfolgerung: Hängt der Druck in der Flüssigkeit von der Tiefe ab?

Aufgabe 4. Gruppe

Hängt der Druck von der Dichte einer Flüssigkeit ab?

Gießen Sie zu gleichen Teilen Wasser in ein Reagenzglas und Sonnenblumenöl in das andere.

Biegen Folien auf die gleiche Weise?

Ziehen Sie eine Schlussfolgerung: Warum hängen Filme durch? Hängt der Druck einer Flüssigkeit von ihrer Dichte ab?

Gießen Sie Wasser und Öl in Gläser.

Die Dichte von reinem Wasser beträgt 1000 kg/m 3 . Sonnenblumenöl - 930 kg / m 3.

Schlussfolgerungen.

1 . In der Flüssigkeit herrscht Druck.
2 . Auf der gleichen Ebene ist es in alle Richtungen gleich.
3 . Je größer die Dichte einer Flüssigkeit ist, desto größer ist ihr Druck.

4 . Der Druck nimmt mit der Tiefe zu.

5 . Der Druck steigt mit steigender Temperatur.

Wir werden Ihre Schlussfolgerungen mit mehreren weiteren Experimenten bestätigen.

Erfahrung 1.

Erfahrung 2. Wenn die Flüssigkeit ruht und sich im Gleichgewicht befindet, ist der Druck dann an allen Stellen innerhalb der Flüssigkeit gleich? Innerhalb der Flüssigkeit sollte der Druck auf verschiedenen Ebenen nicht gleich sein. Oben - der kleinste, in der Mitte - der Durchschnitt, unten - der größte.

Der Druck einer Flüssigkeit hängt nur von der Dichte und Höhe der Flüssigkeitssäule ab.

Der Druck in einer Flüssigkeit wird nach folgender Formel berechnet:

p = gph ,

wog= 9,8 N/kg (m/s2)- Erdbeschleunigung;ρ- Flüssigkeitsdichte;h- Höhe der Flüssigkeitssäule (Eintauchtiefe).

So, Um den Druck zu ermitteln, muss die Dichte der Flüssigkeit mit dem Wert der Erdbeschleunigung und der Höhe der Flüssigkeitssäule multipliziert werden.

In Gasen ist die Dichte um ein Vielfaches kleiner als die Dichte von Flüssigkeiten. Daher ist das Gewicht der Gase im Gefäß gering und ihr Gewichtsdruck kann vernachlässigt werden. Aber wenn wir über große Massen und Volumina von Gasen sprechen, zum Beispiel in der Atmosphäre, dann macht sich die Abhängigkeit des Drucks von der Höhe bemerkbar.

Pascalsches Gesetz.

Mit etwas Kraft zwingen wir den Kolben, ein wenig in das Gefäß einzudringen und das Gas direkt darunter zu komprimieren. Was passiert mit den Gaspartikeln?

Partikel setzen sich fester als zuvor unter dem Kolben ab .
Was glaubst du wird als nächstes passieren? Aufgrund der Beweglichkeit des Gases bewegen sich die Teilchen in alle Richtungen. Dadurch wird ihre Anordnung wieder gleichmäßiger, aber dichter als zuvor. Daher steigt der Druck des Gases überall und die Anzahl der Stöße auf die Wände des Behälters nimmt zu. Wenn es sich ausdehnt, wird es schrumpfen.

Zusätzlicher Druck wurde auf alle Partikel des Gases übertragen. Wenn der Gasdruck in der Nähe des Kolbens selbst um 1 Pa ansteigt, steigt er an allen Stellen im Gas um den gleichen Betrag an.

Experiment: eine hohle Kugel mit engen Löchern, die mit einem Kolben an einem Rohr befestigt ist. Füllen Sie die Kugel mit Wasser und schieben Sie den Kolben in das Rohr. Was guckst du? BEI Das Wasser fließt gleichmäßig aus allen Löchern.

Drückt man auf ein Gas oder eine Flüssigkeit, so ist an jeder Stelle der Flüssigkeit oder des Gases ein Druckanstieg „fühlbar“, d.h. der auf das Gas ausgeübte Druck wird an jedem Punkt gleichmäßig in alle Richtungen übertragen.Diese Aussage wird Pascalsches Gesetz genannt.

Pascalsches Gesetz: Flüssigkeiten und Gase übertragen den auf sie ausgeübten Druck gleichmäßig in alle Richtungen.

Dieses Gesetz wurde im 17. Jahrhundert von dem französischen Physiker und Mathematiker Blaise Pascal (1623-1662) entdeckt, der eine Reihe wichtiger Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen entdeckte und untersuchte. Experimente bestätigten die Existenz des atmosphärischen Drucks, der vom italienischen Wissenschaftler Torricelli entdeckt wurde.

Die Wirkung von Pascals Gesetz im Leben:

= in einer kugelförmigen Form von Seifenblasen (der Luftdruck innerhalb der Blase wird unverändert in alle Richtungen übertragen);

Dusche, Gießkanne;

Wenn ein Fußballspieler den Ball schlägt;

In einem Autoreifen (beim Aufpumpen ist ein Druckanstieg im gesamten Reifen spürbar);

In einem Heißluftballon...

Wir haben also die Druckübertragung durch Flüssigkeiten und Gase betrachtet. Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck wird an jedem Punkt gleichmäßig in alle Richtungen übertragen.

Warum befinden sich komprimierte Gase in speziellen Flaschen?

Komprimierte Gase üben einen enormen Druck auf die Behälterwände aus, daher müssen sie in starken Spezialflaschen aus Stahl eingeschlossen werden.

Im Gegensatz zu Festkörpern können sich einzelne Schichten und kleine Partikel von Flüssigkeiten und Gasen also frei in alle Richtungen relativ zueinander bewegen.

Das Gesetz von Pascal ist in der Technik weit verbreitet:

= Heizsystem: Dank des Drucks erwärmt sich das Wasser gleichmäßig ;

Pneumatische Maschinen und Werkzeuge,

Presslufthammer,

Sandstrahler (zum Reinigen und Streichen von Wänden),

pneumatische Bremse,

Ein Wagenheber, eine hydraulische Presse, öffnet mit Druckluft die Türen von U-Bahn- und Trolleybus-Wagen.

Zu diesem Thema

„Druck in Flüssigkeit und Gas“

Schüler 7 "B" Klasse

Gymnasium Nr. 1

Leschnina Petra

Der Druck ist eine Größe, die dem Verhältnis der senkrecht zur Oberfläche wirkenden Kraft zur Fläche dieser Oberfläche entspricht, die als Druck bezeichnet wird. Die Einheit des Drucks ist der Druck, der durch eine Kraft von 1 N erzeugt wird, die auf eine Fläche von 1 m 2 senkrecht zu dieser Fläche wirkt. Um den Druck zu bestimmen, muss man also die senkrecht zur Oberfläche wirkende Kraft durch die Fläche dividieren: Gasmoleküle bewegen sich bekanntlich willkürlich. Bei ihrer Bewegung kollidieren sie miteinander sowie mit den Wänden des Gefäßes, in dem sich das Gas befindet. Es gibt viele Moleküle im Gas, und daher ist die Anzahl ihrer Einschläge sehr groß. Zum Beispiel die Anzahl der Treffer von Luftmolekülen in einem Raum auf einer Fläche von 1 cm 2 in 1 Sekunde. ausgedrückt als dreiundzwanzigstellige Zahl. Obwohl die Aufprallkraft eines einzelnen Moleküls gering ist, ist die Wirkung aller Moleküle auf die Gefäßwände erheblich und erzeugt einen Gasdruck.

Der Druck des Gases auf die Wände des Gefäßes (und auf den in das Gas eingebrachten Körper) wird also durch Stöße der Gasmoleküle verursacht. Es ist bekannt, dass sich Gasmoleküle zufällig bewegen. Bei ihrer Bewegung kollidieren sie miteinander sowie mit den Wänden des Gefäßes, in dem sich das Gas befindet. Es gibt viele Moleküle im Gas, und daher ist die Anzahl ihrer Einschläge sehr groß. Beispielsweise wird die Anzahl der Schläge von Luftmolekülen in einem Raum auf eine Fläche von 1 cm 2 in 1 s als dreiundzwanzigstellige Zahl ausgedrückt. Obwohl die Aufprallkraft eines einzelnen Moleküls gering ist, ist die Wirkung aller Moleküle auf die Gefäßwände erheblich und erzeugt einen Gasdruck. Der Druck des Gases auf die Wände des Gefäßes (und auf den in das Gas eingebrachten Körper) wird also durch Stöße der Gasmoleküle verursacht.

Wenn das Volumen eines Gases abnimmt, steigt sein Druck, und wenn das Volumen zunimmt, nimmt der Druck ab, vorausgesetzt, dass Masse und Temperatur des Gases unverändert bleiben.

Der auf eine Flüssigkeit oder ein Gas ausgeübte Druck überträgt sich unverändert auf jeden Punkt im Volumen der Flüssigkeit oder des Gases (Pascalsches Gesetz).

Auf der Grundlage des Pascalschen Gesetzes lässt sich die folgende Erfahrung leicht erklären.

Die Abbildung zeigt eine Hohlkugel mit schmalen Löchern an verschiedenen Stellen. An der Kugel ist ein Rohr befestigt, in das ein Kolben eingesetzt wird. Wenn Sie Wasser in die Kugel ziehen und den Kolben in das Rohr drücken, fließt Wasser aus allen Löchern in der Kugel. Bei diesem Versuch drückt der Kolben auf die Wasseroberfläche im Rohr. Die Wasserpartikel unter dem Kolben kondensieren und übertragen seinen Druck auf andere tiefer liegende Schichten. Somit wird der Druck des Kolbens auf jeden Punkt der Flüssigkeitsfüllung der Kugel übertragen. Dadurch wird ein Teil des Wassers in Form von Strömen, die aus allen Löchern fließen, aus dem Ball gedrückt.

Wenn die Kugel mit Rauch gefüllt ist, treten beim Einschieben des Kolbens in das Rohr Rauchschwaden aus allen Löchern in der Kugel aus. Dies bestätigt (dass auch Gase den auf sie ausgeübten Druck in alle Richtungen gleichermaßen weitergeben.)

Lassen Sie uns ein Rohr mit Gummiboden, in das Wasser gegossen wird, in ein anderes, breiteres Gefäß mit Wasser absenken. Wir werden sehen, dass sich der Gummifilm beim Absenken des Schlauchs allmählich glättet. Eine vollständige Begradigung der Folie zeigt, dass die von oben und unten auf sie einwirkenden Kräfte gleich sind. Eine vollständige Begradigung des Films tritt auf, wenn die Wasserstände in Rohr und Behälter übereinstimmen.

Die Erfahrung zeigt also, dass in der Flüssigkeit ein Druck herrscht und dieser auf gleicher Höhe in alle Richtungen gleich ist. Der Druck nimmt mit der Tiefe zu. Gase unterscheiden sich diesbezüglich nicht von Flüssigkeiten.

Formel zur Berechnung des Drucks einer Flüssigkeit am Boden eines Gefäßes. Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass der Druck der Flüssigkeit am Gefäßboden nur von der Dichte und Höhe der Flüssigkeitssäule abhängt.

Membranmanometer. Wie misst man den Druck einer Flüssigkeit auf der Oberfläche eines Festkörpers? Wie misst man zum Beispiel den Wasserdruck am Boden eines Glases? Natürlich verformt sich der Boden des Glases unter der Einwirkung von Druckkräften, und wenn wir das Ausmaß der Verformung kennen, könnten wir die Größe der Kraft bestimmen, die sie verursacht hat, und den Druck berechnen; aber diese Verformung ist so gering, dass es praktisch unmöglich ist, sie widersprüchlich zu verändern. Da es zweckmäßig ist, den von einer Flüssigkeit auf ihn ausgeübten Druck nur dann anhand der Verformung eines bestimmten Körpers zu beurteilen, wenn die Verformungen groß genug sind, werden zur praktischen Bestimmung des Drucks einer Flüssigkeit spezielle Instrumente verwendet - Manometer, bei denen die Verformungen haben einen relativ großen, leicht messbaren Wert.

Das einfachste Membranmanometer ist wie folgt aufgebaut. Dünne elastische Platte M - Membran - schließt eine leere Schachtel hermetisch ab K. An der Membran ist ein Zeiger P befestigt, der sich um die Achse O dreht. Beim Eintauchen des Geräts in eine Flüssigkeit biegt sich die Membran unter der Einwirkung von Druckkräften, und ihre Auslenkung wird vergrößert auf den sich entlang der Skala bewegenden Zeiger übertragen . Jeder Zeigerstellung entspricht eine bestimmte Membranauslenkung und damit eine bestimmte Druckkraft auf die Membran. Wenn man die Fläche der Membran kennt, kann man von den Druckkräften zu den Drücken selbst übergehen. Sie können den Druck direkt messen, wenn Sie das Manometer vorkalibrieren, dh bestimmen, welcher Druck einer bestimmten Position des Zeigers auf der Skala entspricht. Dazu müssen Sie das Manometer der Einwirkung von Drücken aussetzen, deren Wert bekannt ist, und unter Berücksichtigung der Position des Zeigers die entsprechenden Zahlen auf der Skala des Geräts eintragen.

Die die Erde umgebende Lufthülle wird Atmosphäre genannt (von den griechischen Wörtern: atmos-Dampf, Luft und Kugel-Kugel).

Die Atmosphäre erstreckt sich, wie Beobachtungen des Fluges künstlicher Erdsatelliten zeigen, bis in eine Höhe von mehreren tausend Kilometern. Wir leben am Fuße eines riesigen

Luft Ozean. Die Erdoberfläche ist der Grund dieses Ozeans.

Aufgrund der Schwerkraft komprimieren die oberen Luftschichten wie Meerwasser die unteren Schichten. Die unmittelbar an die Erde angrenzende Luftschicht wird am stärksten komprimiert und überträgt den auf sie ausgeübten Druck nach dem Pascalschen Gesetz in alle Richtungen.

Dadurch erfahren die Erdoberfläche und die darauf befindlichen Körper den Druck der gesamten Luftdicke oder, wie man gewöhnlich sagt, den atmosphärischen Druck.

In der Praxis wird zur Messung des atmosphärischen Drucks ein Metallbarometer verwendet, das als Aneroid bezeichnet wird (übersetzt aus dem Griechischen - ohne Flüssigkeit. Das Barometer wird so genannt, weil es kein Quecksilber enthält).

Das Aussehen des Aneroids ist in der Abbildung dargestellt. Sein Hauptteil ist ein Metallkasten 1 mit einer gewellten (gewellten) Oberfläche. Aus dieser Box wird Luft gepumpt, und damit der atmosphärische Druck die Box nicht zerdrückt, wird ihr Deckel durch die Feder 2 nach oben gezogen. Wenn der atmosphärische Druck zunimmt, biegt sich der Deckel nach unten und spannt die Feder. Wenn der Druck nachlässt, richtet die Feder den Deckel auf. An der Feder ist mittels eines Übertragungsmechanismus 3 ein Pfeilzeiger 4 befestigt, der sich bei Druckänderung nach rechts oder links bewegt. Unter dem Pfeil ist eine Skala befestigt, deren Teilung nach den Angaben eines Quecksilberbarometers markiert ist. Die Zahl 750, auf der die Aneroidnadel steht, zeigt also, dass im Quecksilberbarometer zu diesem Zeitpunkt die Höhe der Quecksilbersäule 750 mm beträgt.

Daher beträgt der atmosphärische Druck 750 mm Hg. Art., bzw » 1000hPa.

Die Kenntnis des Luftdrucks ist sehr wichtig, um das Wetter für die kommenden Tage vorherzusagen, da Änderungen des Luftdrucks mit Änderungen des Wetters verbunden sind. Ein Barometer ist ein notwendiges Instrument für meteorologische Beobachtungen.

Liste der verwendeten Literatur:

1. Physik-Lehrbücher für die Klassen 7-9.

2. Elementares Lehrbuch der Physik (Band 1-2).

3. Handbuch der Physik für Schüler.

4. Internet (www.big-il.com)