Curs 6. Elemente de mecanica fluidelor.

Ch. 6, §28-31

Planul cursului

Presiune în lichid și gaz.

Ecuația de continuitate. ecuația lui Bernoulli.

Vâscozitate (frecare internă). Regimuri laminare și turbulente ale curgerii fluidelor.

Presiune în lichid și gaz.

Moleculele de gaz, mișcându-se haotic, sunt aproape sau deloc interconectate prin forțe de interacțiune, prin urmare se mișcă liber și, ca urmare a ciocnirilor, tind în toate direcțiile, umplând întregul volum care le este oferit, adică. Volumul unui gaz este determinat de volumul vasului pe care gazul îl ocupă.

Ca un gaz, un lichid ia forma vasului în care se află, dar distanța medie dintre molecule rămâne aproape constantă, astfel încât volumul lichidului rămâne practic neschimbat.

Deși proprietățile lichidelor și gazelor diferă în multe privințe, într-o serie de fenomene mecanice comportamentul lor este descris prin aceiași parametri și ecuații identice. Prin urmare, hidroaeromecanica - o ramură a mecanicii care studiază mișcarea lichidelor și gazelor, interacțiunea acestora cu solidele care curg în jurul lor - folosește o abordare unificată a studiului lichidelor și gazelor.

Principalele sarcini ale hidroaeromecanicii moderne:

aflarea formei optime a corpurilor care se deplasează în lichide sau gaze;

profilarea optimă a canalelor de curgere ale diferitelor mașini de gaz și lichide;

selectarea parametrilor optimi ai lichidelor și gazelor în sine;

studiul mișcării aerului atmosferic, a curenților marini și oceanici.

Contribuția oamenilor de știință autohtoni:

Dacă o placă subțire este plasată într-un fluid în repaus, atunci părțile fluidului situate pe părțile opuse ale acestuia acționează asupra plăcii cu forțe. , egale ca modul și direcționate spre amplasament S indiferent de orientarea lui, deoarece prezența forțelor tangențiale ar pune particulele de fluid în mișcare.

Presiunea fluidului- aceasta este o mărime fizică egală cu raportul dintre forța normală care acționează din partea lichidului pe o anumită zonă și această zonă.

1 Pa este egal cu presiunea creată de o forță de 1 N, distribuită uniform pe o suprafață normală acesteia cu o suprafață de 1m 2.

Presiunea la echilibru a lichidelor se supune legea lui Pascal: presiunea exercitată de forțele externe asupra unui lichid (sau gaz) este transmisă în toate direcțiile fără modificare.

presiune hidrostatica

- presiune hidrostatica

Conform formulei obţinute, forţa de presiune asupra straturilor inferioare ale lichidului va fi mai mare decât asupra celor superioare, prin urmare, asupra unui corp scufundat într-un lichid acţionează o forţă de plutire, determinată de legea lui Arhimede.

Legea lui Arhimede: un corp scufundat într-un lichid (sau gaz) este acționat de o forță de plutire îndreptată vertical în sus și egală cu greutatea lichidului deplasat de corp.

forta de ridicare numită diferența dintre forța de plutire și forța gravitațională.

.

Ecuația de continuitate. ecuația lui Bernoulli.

Ecuația de continuitate.

Fluid ideal- este un lichid abstract care nu are vâscozitate, conductivitate termică, capacitate de electrizare și magnetizare.

O astfel de aproximare este admisibilă pentru un lichid cu vâscozitate scăzută. Un flux de fluid se numește staționar dacă vectorul viteză în fiecare punct din spațiu rămâne constant.

Grafic, mișcarea fluidelor este reprezentată folosind linii de curgere.

L linii de curgere a lichidului- acestea sunt linii, în fiecare punct în care vectorul viteză al particulelor fluide este direcționat tangențial (Fig. 4).

Liniile de curent sunt trasate în așa fel încât numărul de linii trasate printr-o anumită unitate de suprafață,  cu debitul, să fie numeric egal cu sau proporțional cu viteza fluidului într-un loc dat.

Se numește partea de fluid delimitată de linii de curgere tub de curent.

pentru că viteza particulelor de lichid este îndreptată tangențial la pereții tubului de curgere, particulele de lichid nu părăsesc tubul de curgere, adică tub - ca structură rigidă. Tuburile de curent se pot îngusta sau extinde în funcție de viteza lichidului, deși masa lichidului care curge printr-o anumită secțiune,  la curgerea acesteia, va fi constantă într-o anumită perioadă de timp.

T .la. lichidul este incompresibil, S 1 și S 2 va trece pentru  t aceeași masă de lichid (Fig. 5).

Ecuația de continuitate a jetului sau teorema lui Euler.

Produsul vitezei de curgere a unui fluid incompresibil și aria secțiunii transversale a aceluiași tub de curent este constant.

T Teorema de continuitate este utilizată pe scară largă în calculele legate de alimentarea cu combustibil lichid la motoare prin conducte de secțiune variabilă. Dependența debitului de secțiunea canalului prin care curge lichidul sau gazul este utilizată în proiectarea duzei motorului rachetă. În locul în care duza se îngustează (Fig. 6), viteza produselor de ardere care ies din rachetă crește brusc, iar presiunea scade, din cauza căreia apare o forță suplimentară de împingere.

ecuația lui Bernoulli.

P Lăsați fluidul să se miște în câmpul gravitațional în așa fel încât într-un punct dat din spațiu mărimea și direcția vitezei fluidului să rămână constante. Un astfel de flux se numește staționar. Într-un fluid care curge staționar, pe lângă gravitație, acționează și forțele de presiune. Să evidențiem într-un flux staționar o porțiune a tubului de flux delimitată de secțiuni transversale S 1 și S 2 (fig.7)

În timpul t, acest volum se va deplasa de-a lungul tubului curent și a secțiunii transversale S 1 se va muta în poziția 1", urmând traseul , A S 2 - la poziția 2”, după ce a trecut poteca . Datorită continuității jetului, volumele alocate (și masele acestora) sunt aceleași:

,
.

Energia fiecărei particule fluide este compusă din energiile sale cinetice și potențiale din câmpul forțelor gravitaționale ale Pământului. Datorită staționării fluxului, trece o particulă  tîn oricare dintre punctele părții neumbrite a volumului considerat, are aceeași viteză și, prin urmare W la, care avea o particulă situată în același punct la momentul inițial de timp. Prin urmare, modificarea energiei întregului volum considerat poate fi calculată ca diferență între energiile volumelor umbrite. V 1 și V 2 .

Luați secțiunea transversală a tubului curent și a segmentelor
atât de mic încât tuturor punctelor fiecăruia dintre volumele umbrite li se poate atribui aceeași valoare de viteză, presiune și înălțime. Atunci câștigul de energie este:

Într-un fluid ideal, nu există frecare, deci  W ar trebui să fie egal cu munca efectuată asupra volumului alocat de forțele de presiune:

(“-” deoarece este îndreptat în direcția opusă mișcării )

,
,

,

Să o scurtăm cu Vși rearanjați membrii:

,

secțiuni S 1 și S 2 au fost alese arbitrar, deci se poate susține că în orice secțiune a tubului curent

(1)

Expresia (1) este ecuația lui Bernoulli. Într-un fluid staționar ideal care curge de-a lungul oricărei linii de curgere, condiția (1) este îndeplinită.

Pentru o raționalizare orizontală
,

Ecuația Bernoulli este destul de bine satisfăcută pentru fluide reale, în care frecarea internă nu este foarte mare.

Scăderea presiunii în punctele în care viteza de curgere este mai mare este baza pentru proiectarea unei pompe cu jet de apă.

Concluziile acestei ecuații sunt luate în considerare la calcularea proiectelor de pompe pentru sistemele de alimentare cu combustibil lichid la motoare.

Vâscozitate (frecare internă). Regimuri laminare și turbulente ale curgerii fluidelor.

Forța de frecare internă.

Viscozitate lichidele și gazele se numește proprietatea lor de a rezista mișcării unor straturi în raport cu altele.

Vâscozitatea se datorează apariției forțelor interne de frecare între straturi de lichide în mișcare și gaze de origine electromagnetică.

La Ecuația hidrodinamicii unui fluid vâscos a fost stabilită de Newton în 1687.

- modulul forţei de frecare internă

gradient de viteză arată cât de repede se schimbă viteza în timpul tranziției de la strat la strat în direcția z, perpendicular pe direcția de mișcare a straturilor.

- vâscozitate sau vâscozitate dinamică.

sens fizic -

Valoare  depinde de structura moleculară a substanței și de temperatură:

Pentru gaze cu temperatură în creștere  crește, pentru că viteza de mișcare a moleculelor crește și interacțiunea lor crește. Ca urmare, schimbul de molecule între straturile de gaz în mișcare crește, care transferă impuls de la strat la strat. Deci straturile lente se accelerează, iar straturile rapide încetinesc,  -creste.

În lichide, odată cu creșterea temperaturii, interacțiunea intermoleculară slăbește și distanța dintre molecule crește,  - scade.

- coeficientul de vâscozitate cinematică

.

Vâscozitatea lichidelor și gazelor se determină cu ajutorul vâscozimetrelor.

Vâscozitatea combustibilului determină viteza curgerii acestuia prin conductă, precum și cantitatea de transfer de căldură a lichidului sau gazului către pereții conductei, prin urmare  de combustibil și lichide de răcire este luată în considerare la proiectarea sistemelor de alimentare cu combustibil și a sistemelor de răcire a motorului.

Regimuri de curgere laminare și turbulente.

În funcție de viteza de curgere, fluxul unui lichid sau gaz poate fi laminar sau turbulent.

flux laminar(„lamina” latină - bandă) - un flux în care un lichid sau un gaz se mișcă în straturi paralele cu direcția curgerii, iar aceste straturi nu se amestecă între ele.

Fluxul laminar este staționar, se întâmplă fie la mare  , sau pentru mici .

turbulent Un flux se numește flux în care într-un lichid (sau gaz) se formează numeroase vârtejuri de diferite dimensiuni, în urma cărora presiunea, densitatea și viteza curgerii se modifică continuu.

Fluxul turbulent este instabil și predomină în practică.

Lichidele și gazele transmit presiunea aplicată acestora în toate direcțiile. Acest lucru este afirmat de legea lui Pascal și de experiența practică.

Dar există și o greutate proprie, care ar trebui să afecteze și presiunea care există în lichide și gaze. Greutatea pieselor sau a straturilor proprii. Straturile superioare ale lichidului presează pe cele din mijloc, cele din mijloc pe cele inferioare, iar ultimele pe cele de jos. Adică noi putem vorbi despre existența presiunii unei coloane de lichid în repaus pe fund.

Formula de presiune a coloanei de lichid

Formula pentru calcularea presiunii unei coloane de lichid cu înălțimea h este următoarea:

unde ρ este densitatea lichidului,
g - accelerația în cădere liberă,
h este înălțimea coloanei de lichid.

Aceasta este formula pentru așa-numita presiune hidrostatică a unui fluid.

Presiunea coloanei de lichid și gaz

Presiunea hidrostatică, adică presiunea exercitată de un fluid în repaus, la orice adâncime nu depinde de forma vasului în care se află fluidul. Aceeași cantitate de apă, aflându-se în vase diferite, va exercita o presiune diferită pe fund. Datorită acestui lucru, puteți crea o presiune uriașă chiar și cu o cantitate mică de apă.

Acest lucru a fost demonstrat foarte convingător de Pascal în secolul al XVII-lea. Într-un butoi închis, plin cu apă, a introdus un tub îngust foarte lung. Urcând la etajul doi, a turnat în această țeavă doar o cană cu apă. Butoiul a izbucnit. Apa din tub, datorită grosimii sale mici, s-a ridicat la o înălțime foarte mare, iar presiunea a crescut la astfel de valori încât butoiul nu a suportat-o. Același lucru este valabil și pentru gaze. Cu toate acestea, masa gazelor este de obicei mult mai mică decât masa lichidelor, astfel încât presiunea din gaze din cauza propriei greutăți poate fi adesea ignorată în practică. Dar, în unele cazuri, este necesar să se țină seama de el. De exemplu, presiunea atmosferică, care apasă asupra tuturor obiectelor de pe Pământ, este de mare importanță în unele procese industriale.

Datorită presiunii hidrostatice a apei, navele care adesea cântăresc nu sute, ci mii de kilograme, pot pluti și nu se scufundă, deoarece apa le apăsă, parcă le-ar împinge afară. Dar tocmai din cauza aceleiași presiuni hidrostatice urechile noastre sunt blocate la adâncimi mari și este imposibil să coborâm la adâncimi foarte mari fără dispozitive speciale - un costum de scafandru sau un batiscaf. Doar câțiva locuitori marini și oceanici s-au adaptat să trăiască în condiții de presiune puternică la adâncimi mari, dar din același motiv nu pot exista în straturile superioare ale apei și pot muri dacă cad la o adâncime mică.

Organizare: filiala liceului MBOU cu. Dolgorukovo în sat Piatră de moară

Decontare: cu. Piatră de moară

Iterativ - o lecție de generalizare pe tema: „Presiunea lichidelor și a gazelor”.

Străduiește-te să înțelegi știința din ce în ce mai profund,

Dor de cunoașterea eternului.

Doar primele cunoștințe

lumina va străluci asupra ta.

Veți ști: nu există limită pentru cunoaștere.

Ferdowsi

Obiectivele lecției: să repete și să testeze cunoștințele dobândite din studiul presiunii în lichide și gaze, precum și cunoașterea formulelor fizice necesare rezolvării problemelor;

Obiectivele lecției:

Educational:

rezumați materialul pe tema „Presiunea în lichide și gaze”, repetați conceptele și legile de bază și consolidați abilitățile de bază pe această temă.

Sarcina de dezvoltare:

extinderea orizontului elevilor, despre manifestarea și utilizarea presiunii atmosferice în natură și viața de zi cu zi, efectul acesteia asupra corpului uman, discutarea problemelor și rezolvarea problemelor care necesită inițiativa creativă a elevilor.

sarcina educațională:

educarea atenției elevilor, capacitatea de a lucra în echipă, formarea unei viziuni științifice asupra lumii. Încurajează sprijinul reciproc în clasă.

1. Mesaj al subiectului lecției.

În lecția de astăzi, vom repeta modul în care se determină presiunea în lichide și gaze și ce rol joacă această cantitate fizică în viața noastră.

Pentru a răspunde la toate întrebările puse, este necesar să știm cum apare presiunea în lichide și gaze.

Și 1 student ne va ajuta cu asta (FI)

El ne va spune cum este atmosfera planetei noastre.

(Pe ecran apare inscripția titlului raportului: „Atmosfera planetei noastre”).

Profesor. Dacă o persoană nu simte această presiune, de ce oamenii trebuie să știe despre existența ei. Și cine este primul

măsurat?

vom afla cu tine din următorul mesaj pe care l-am pregătit (2 elevi.). și se numește „Istoria descoperirii presiunii atmosferice”.

Profesor. Din mesaj am aflat că este posibil să se determine presiunea atmosferică pentru o lungă perioadă de timp.

Dar ce determină presiunea în lichide și gaze și știi despre asta, voi afla după ce vei răspunde la întrebările testului.(Dispart testul pe carduri și răspunsurile pe ecran.)

Uch. Ei bine, de ce depinde presiunea, știi, și prin ce formulă este determinată? (copiii scriu formula). Și acum, folosind formula de determinare a presiunii, vom rezolva problema.(Elevul rezolvă pe tablă)

Sarcina 1.

Ce presiune exercită uleiul de motor din el pe fundul recipientului dacă înălțimea stratului său este de 50 cm? (densitate 900kg/m3).

Dat: Soluție

h =50cm 0,5m p=ρgh

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

R -?

Dar cum se schimbă presiunea din atmosferă?

Înainte de a răspunde la această întrebare, să ascultăm poezia „Aibolit”.

Așa se spune în celebrul poem de K. Chukovsky.(Pe ecran apar rânduri ale poemului și o imagine.) Elevul citește poezia.

Și munții îi stau în cale

Și începe să se târască în sus pe munți.

Și munții sunt din ce în ce mai sus, iar munții devin mai abrupți

Și munții trec chiar sub norii

Oh, dacă nu ajung acolo

Dacă mă pierd pe drum

Ce se va întâmpla cu ei, bolnavii, animalele mele din pădure?

Uch.Ce l-a împiedicat pe doctor să depășească munții? (Băieții răspund că presiunea atmosferică se modifică odată cu înălțimea).

Să rezolvăm problema (490L)

La poalele muntelui, barometrul arată 98642 Pa, iar în vârful său 90317 Pa. Determinați înălțimea muntelui.

Dat: Soluție

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

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

h-? Raspuns: 750m.

Acum rezolvă singur problema numărul 488.

Ce concluzie poți trage din problemele rezolvate. (Din sarcini rezultă că, cu cât ne ridicăm mai sus deasupra suprafeței Pământului, cu atât presiunea este mai mică și cu cât mai jos deasupra suprafeței pământului, cu atât mai sus.)

Și acum din mesajul „Rolul presiunii atmosferice în viața oamenilor și a animalelor”. vom afla cum o persoană folosește presiunea atmosferică în viața sa.

Dacă ați ascultat cu atenție mesajul, vă va ajuta să răspundeți la următoarele întrebări. Anunț „Licitație pentru vânzarea de cinci”. (Întrebările apar pe ecran și apoi răspunsurile corecte.)

1. Dacă atașați ferm o frunză de arțar pe buze și trageți rapid aer, atunci frunza se rupe cu o crăpătură. De ce? (Când inspiri, pieptul se dilată și se creează un vid în cavitatea bucală. În exterior, o forță mare de presiune atmosferică acționează asupra foii.)

2. Dacă deschideți un robinet într-un butoi umplut cu apă și un capac bine închis. Care nu mai are, chiar și mici găuri și crăpături, atunci apa se va opri în curând să curgă de la robinet. De ce?

3. De ce nu se toarnă apă dintr-un pahar parțial umplut cu apă dacă este acoperit etanș cu hârtie și răsturnat?

(răspuns: după ce paharul este răsturnat, se formează un spațiu rarefiat între fund și apă, astfel încât apa este reținută în pahar de forța presiunii atmosferice din exterior.)

4. De ce se ridică apa când este trasă printr-un pai?

(Când apa este atrasă, pieptul se extinde și se creează un vid în cavitatea bucală, în timp ce presiunea atmosferică acționează la suprafața apei. Diferența de presiune face ca apa să se ridice de-a lungul paiului.)

5. Poate un astronaut să tragă cerneală într-un stilou alternativ în timp ce se află într-o navă în stare de imponderabilitate?

(Da, se poate, dacă nava menține presiunea atmosferică normală.)

Profesor. După cum se poate observa din aceste întrebări, putem explica multe fenomene fizice cunoscând existența presiunii atmosferice.

Dar, știind și despre schimbarea presiunii, putem prezice schimbarea vremii.

Elevul nr. 4 ne va spune despre acest lucru în mesajul său „Predicția vremii”.

Profesor. Dar încă din cele mai vechi timpuri, oamenii au observat că comportamentul unor animale este asociat cu schimbările vremii. Și erau multe semne legate de vreme. Să le amintim acum. (elevii apelează pe rând aceste semne).

Profesor. Oamenii de știință, învățând mecanismele naturii vii, caută să le recreeze sub forma unor instrumente care notează cu acuratețe cele mai mici modificări ale mediului. Pe baza acestor observații s-au creat ghicitori legate de fenomene și dispozitive fizice.Acum să luăm o pauză și să ghicim câteva ghicitori.

1. Există o invizibilitate;

Nu cere o casă

Și înainte ca oamenii să fugă

Grăbește-te (aer)

2. O farfurie atârnă de perete,

Săgeată care merge pe farfurie

Această săgeată înainte

Cunoaștem vremea (barometru)

3. Trece prin nas la piept

Și reversul ține drumul

El este invizibil și totuși

Fără el, nu putem trăi ca un modem. (aer)

4. Ne ridicăm pe munte

Ne este greu să respirăm

Care sunt dispozitivele

Pentru a măsura presiunea (barometru).

Profesor. Presiunea care apare în lichide și gaze joacă un rol important în viața noastră. Prin urmare, pentru a explica fenomenele fizice asociate presiunii, trebuie să știm să o determinăm și cu ce instrumente să o măsurăm.

Cred că ale noastre vă vor ajuta să răspundeți la multe întrebări legate de presiunea atmosferică.

Teme pentru acasă.

Reflecţie.

Copii, desenați sub formă de imagine ce stare de spirit ați creat la o lecție de fizică. Ți-a plăcut lecția?

Dacă da, atunci desenează o față zâmbitoare. Dacă nu, atunci trist.

Literatură:

1. Cititor de geografie fizică.
2. T.P. Gerasimov „Geografie” clasa a VI-a. Proc. pentru studii de învăţământ general. stabilimente. M.: Dropia
3. Marea enciclopedie a naturii „Apa și aerul”
4. A.V. Vladimirov „Povești despre presiunea atmosferică”
5. S. E Polyansky „dezvoltări în fizică”
6. Lukashik V. I. Culegere de probleme de fizică: Manual pentru elevii din clasele 7-8. medie şcoală
7. Peryshkin A. V. Fizică. Clasa a VII-a: Manual. pentru studii de învăţământ general. stabilimente. M.: Dropia, 2015
8. Resurse de internet.

Apendice.

Test-sondaj

1. Cum este formulată legea lui Pascal?

A) rezultatul acțiunii unei forțe depinde nu numai de modulul acesteia, ci și de aria suprafeței perpendiculare pe care acționează.

B) presiunea gazului pe pereții vasului este aceeași în toate direcțiile.

C) când volumul unui gaz scade, presiunea acestuia crește, iar când volumul crește, acesta scade.

D) Presiunea produsă asupra unui lichid sau gaz se transmite fără modificare în fiecare punct al lichidului sau gazului.

2. Care dintre următoarele unități este luată ca unitate de presiune?

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

3. ce presiune exercită asupra solului un rezervor de 40 de tone, dacă omida are 2 m 2.

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

4. când un glonț lovește sticla, în el rămâne o gaură mică, iar când lovește un acvariu cu apă, sticla se sparge. De ce?

A) viteza glonțului scade în apă

B) Creșterea presiunii apei sparge sticla în toate direcțiile.

C) glonțul își schimbă traiectoria în apă.

D) din cauza decelerării bruște a glonțului în apă.

5. Care este înălțimea coloanei de kerosen din vas dacă presiunea pe fundul vasului este de 1600Pa? Densitatea kerosenului este de 800 kg/m 3 .

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

Răspunsuri: 1d 2c 3b 4b 5a

Presiune în lichid și gaz.

Gazul apasă pe pereții vasului în care este închis. Dacă un balon ușor umflat este plasat sub un clopot de sticlă și aerul este pompat de sub acesta, balonul se va umfla. Ce s-a întâmplat? În afară, aproape că nu există presiune a aerului, presiunea aerului din balon a făcut ca acesta să se extindă. Concluzie : gazul exercită presiune.

Să demonstrăm existența presiunii în interiorul lichidului.

Se toarnă apă într-o eprubetă, al cărei fund este acoperit cu o peliculă de cauciuc. Filmul este îndoit. De ce? Se îndoaie sub greutatea coloanei de lichid. Prin urmare, acest experiment confirmă existența presiunii în interiorul lichidului. Filmul nu se mai îndoiește. De ce? Deoarece forța elastică a peliculei de cauciuc este echilibrată de forța gravitațională care acționează asupra apei. Dacă creștem coloana de lichid, ce se va întâmpla? Cu cât coloana de lichid este mai mare, cu atât filmul se lasă mai mult.

Concluzie : există presiune în interiorul lichidului.

Cum se explică presiunea unui gaz pe baza teoriei mișcării moleculare?

Presiunea gazului și a lichidului pe pereții vaselor este cauzată de impactul moleculelor de gaz sau lichid.

Ce determină presiunea în lichid și gaz?

dependent de presiune din tipul de lichid sau gaz; din temperatura lor . Când sunt încălzite, moleculele se mișcă mai repede și lovesc mai puternic peretele vasului.

Ce altceva determină presiunea din interiorul lor?

De ce nu se pot scufunda în fund cercetătorii oceanului și adâncurilor mării fără un aparat special: batiscafe, batisfere?

Arată un pahar cu apă. Forța gravitației acționează asupra fluidului. Fiecare strat cu greutatea sa creează presiune asupra altor straturi.

Pentru a răspunde la întrebarea: de ce altceva depinde presiunea într-un lichid sau gaz, vom determina empiric.

(U elevii sunt împărțiți în 4 grupe, verificând experimental următoarele răspunsuri la întrebări:

1. Presiunea unui lichid la același nivel de jos în sus și de sus în jos este aceeași?

2. Există presiune pe peretele lateral al vasului?

3. Presiunea unui lichid depinde de densitatea acestuia?

4. Presiunea unui lichid depinde de înălțimea coloanei de lichid?

Grupa 1 de sarcini

Presiunea unui lichid la același nivel de jos în sus și de sus în jos este aceeași?

Se toarnă apa colorată în eprubetă. De ce este îndoit filmul?

Înmuiați eprubeta într-un recipient cu apă.

Urmăriți comportamentul foliei de cauciuc.

Când s-a îndreptat filmul?

Faceți o concluzie: există presiune în interiorul lichidului, presiunea lichidului este aceeași la același nivel de sus în jos și de jos în sus? Scrie pe hartie.

Grupa a 2-a de activitate

Există presiune pe peretele lateral al vasului și este aceeași la același nivel?

Umpleți sticla cu apă.

Deschideți găurile în același timp.

Urmăriți cum curge apa din găuri.

Faceți o concluzie: există presiune pe peretele lateral, este la fel la același nivel?

Grupa a treia de sarcini

Presiunea unui lichid depinde de înălțimea coloanei (adâncimea)?

Umpleți sticla cu apă.

Deschideți toate găurile din sticlă în același timp.

Urmăriți picurăturile apei care curge.

De ce se scurge apa?

Faceți o concluzie: presiunea din lichid depinde de adâncime?

Grupa a 4-a de sarcini

Presiunea depinde de densitatea unui lichid?

Se toarnă apă într-o eprubetă și ulei de floarea soarelui în cealaltă, în cantități egale.

Filmele se flexează la fel?

Trageți o concluzie: de ce se lasă filmele; Presiunea unui lichid depinde de densitatea acestuia?

Turnați apă și ulei în pahare.

Densitatea apei pure este de 1000 kg/m 3 . Ulei de floarea soarelui - 930 kg / m 3.

Constatări.

1 . Există presiune în interiorul lichidului.
2 . La același nivel, este același în toate direcțiile.
3 . Cu cât densitatea unui lichid este mai mare, cu atât presiunea acestuia este mai mare.

4 . Presiunea crește odată cu adâncimea.

5 . Presiunea crește odată cu creșterea temperaturii.

Vom confirma concluziile dumneavoastră cu mai multe experimente.

Experiența 1.

Experiența 2. Dacă fluidul este în repaus și în echilibru, presiunea va fi aceeași în toate punctele din fluid? În interiorul lichidului, presiunea nu trebuie să fie aceeași la diferite niveluri. În partea de sus - cel mai mic, în mijloc - media, în partea de jos - cel mai mare.

Presiunea unui lichid depinde numai de densitatea și înălțimea coloanei de lichid.

Presiunea într-un lichid se calculează prin formula:

p = gph ,

Undeg= 9,8 N/kg (m/s 2)- accelerarea gravitației;ρ- densitatea lichidului;h- înălțimea coloanei de lichid (adâncimea de imersie).

Asa de, pentru a afla presiunea, trebuie să înmulți densitatea lichidului cu accelerația datorată gravitației și înălțimea coloanei de lichid.

În gaze, densitatea este de multe ori mai mică decât densitatea lichidelor. Prin urmare, greutatea gazelor din vas este mică și presiunea greutății sale poate fi ignorată. Dar dacă vorbim despre mase și volume mari de gaze, de exemplu, în atmosferă, atunci dependența presiunii de înălțime devine vizibilă.

legea lui Pascal.

Aplicând o oarecare forță, vom forța pistonul să intre puțin în vas și să comprimam gazul imediat sub el. Ce se va întâmpla cu particulele de gaz?

Particulele se depun sub piston mai strâns decât înainte .
Ce crezi că se va întâmpla în continuare? Datorită mobilității particulelor de gaz se vor deplasa în toate direcțiile. Ca urmare, aranjamentul lor va deveni din nou uniform, dar mai dens decât înainte. Prin urmare, presiunea gazului va crește peste tot și crește numărul de impacturi asupra pereților vasului. Pe măsură ce se extinde, se va micșora.

S-a transferat presiune suplimentară tuturor particulelor de gaz. Dacă presiunea gazului în apropierea pistonului în sine crește cu 1 Pa, atunci în toate punctele din interiorul gazului va crește cu aceeași cantitate.

Experiment: o bilă goală cu găuri înguste, atașată la un tub cu un piston. Umpleți bila cu apă și împingeți pistonul în tub. La ce te uiti? LA Apa va curge uniform din toate găurile.

Dacă apăsați pe un gaz sau un lichid, atunci o creștere a presiunii se va „simți” în fiecare punct al lichidului sau al gazului, adică. presiunea produsă asupra gazului este transmisă în orice punct în mod egal în toate direcţiile.Această afirmaţie se numeşte legea lui Pascal.

legea lui Pascal: lichidele şi gazele transmit presiunea exercitată asupra lor în mod egal în toate direcţiile.

Această lege a fost descoperită în secolul al XVII-lea de către fizicianul și matematicianul francez Blaise Pascal (1623-1662), care a descoperit și investigat o serie de proprietăți importante ale lichidelor și gazelor. Experimentele au confirmat existența presiunii atmosferice, descoperită de omul de știință italian Torricelli.

Efectul legii lui Pascal în viață:

= în formă sferică de bule de săpun (presiunea aerului din interiorul bulei este transmisă în toate direcțiile fără modificare);

Dus, adapatoare;

Când un fotbalist lovește mingea;

Într-o anvelopă de mașină (atunci când este umflată, o creștere a presiunii este vizibilă în întreaga anvelopă);

Într-un balon cu aer cald...

Deci, am luat în considerare transferul de presiune de către lichide și gaze. Presiunea exercitată asupra unui lichid sau gaz este transmisă în orice punct în mod egal în toate direcțiile.

De ce sunt conținute gaze comprimate în cilindri speciali?

Gazele comprimate exercită o presiune enormă asupra pereților vasului, astfel încât acestea trebuie să fie închise în cilindri speciali de oțel puternic.

Deci, spre deosebire de solide, straturile individuale și particulele mici de lichid și gaz se pot mișca liber unul față de celălalt în toate direcțiile.

Legea lui Pascal este utilizată pe scară largă în tehnologie:

= sistem de încălzire: datorită presiunii, apa se încălzește uniform ;

Mașini și unelte pneumatice,

Ciocanul picior,

Mașini de sablare (pentru curățarea și vopsirea pereților),

frana pneumatica,

Un cric, o presă hidraulică deschid ușile vagoanelor de metrou și troleibuz cu aer comprimat.

Pe această temă

„Presiune în lichid și gaz”

Elevul 7 Clasa „B”.

Liceul nr 1

Lejnina Petra

Presiunea este o mărime egală cu raportul dintre forța care acționează perpendicular pe suprafață pe aria acestei suprafețe, numită presiune. Unitatea de masura a presiunii este presiunea produsa de o forta de 1N care actioneaza pe o suprafata de 1m 2 perpendiculara pe aceasta suprafata. Prin urmare, pentru a determina presiunea, este necesar să se împartă forța care acționează perpendicular pe suprafață la aria suprafeței: Se știe că moleculele de gaz se mișcă aleatoriu. În timpul mișcării lor, se ciocnesc între ele, precum și cu pereții vasului în care se află gazul. Există multe molecule în gaz și, prin urmare, numărul impacturilor lor este foarte mare. De exemplu, numărul de lovituri de molecule de aer într-o cameră pe o suprafață de 1 cm 2 în 1 sec. exprimat ca un număr de douăzeci și trei de cifre. Deși forța de impact a unei molecule individuale este mică, acțiunea tuturor moleculelor asupra pereților vasului este semnificativă și creează presiunea gazului.

Deci, presiunea gazului pe pereții vasului (și asupra corpului plasat în gaz) este cauzată de impactul moleculelor de gaz. Se știe că moleculele de gaz se mișcă aleatoriu. În timpul mișcării lor, se ciocnesc între ele, precum și cu pereții vasului în care se află gazul. Există multe molecule în gaz și, prin urmare, numărul impacturilor lor este foarte mare. De exemplu, numărul de lovituri de molecule de aer dintr-o cameră pe o suprafață de 1 cm 2 în 1 s este exprimat ca un număr de douăzeci și trei de cifre. Deși forța de impact a unei molecule individuale este mică, acțiunea tuturor moleculelor asupra pereților vasului este semnificativă și creează presiunea gazului. Deci, presiunea gazului pe pereții vasului (și asupra corpului plasat în gaz) este cauzată de impactul moleculelor de gaz.

Când volumul unui gaz scade, presiunea acestuia crește, iar când volumul crește, presiunea scade, cu condiția ca masa și temperatura gazului să rămână neschimbate.

Presiunea produsă asupra unui lichid sau gaz se transmite fără modificare în fiecare punct al volumului lichidului sau gazului (legea lui Pascal).

Pe baza legii lui Pascal, este ușor de explicat următoarea experiență.

Figura prezintă o sferă goală cu găuri înguste în diferite locuri. De bilă este atașat un tub, în ​​care este introdus un piston. Dacă trageți apă în minge și împingeți pistonul în tub, atunci apa va curge din toate găurile din minge. În acest experiment, pistonul apasă pe suprafața apei din tub. Particulele de apă de sub piston, condensându-se, își transferă presiunea către alte straturi aflate mai adânc. Astfel, presiunea pistonului este transmisă în fiecare punct al lichidului care umple bila. Ca rezultat, o parte din apă este împinsă din minge sub formă de fluxuri care curg din toate găurile.

Dacă mingea este umplută cu fum, atunci când pistonul este împins în tub, vor începe să iasă fire de fum din toate găurile din minge. Acest lucru confirmă (că gazele transmit în mod egal presiunea produsă asupra lor în toate direcțiile.)

Să coborâm un tub cu fund de cauciuc, în care se toarnă apă, într-un alt vas, mai larg, cu apă. Vom vedea că pe măsură ce tubul este coborât, pelicula de cauciuc se îndreaptă treptat. Îndreptarea completă a filmului arată că forțele care acționează asupra acestuia de sus și de jos sunt egale. Îndreptarea completă a peliculei are loc atunci când nivelurile apei din tub și din vas coincid.

Deci, experiența arată că există presiune în interiorul lichidului și la același nivel este aceeași în toate direcțiile. Presiunea crește odată cu adâncimea. Gazele nu diferă de lichide în acest sens.

Formula pentru calcularea presiunii unui lichid pe fundul unui vas. Din această formulă se poate observa că presiunea lichidului pe fundul vasului depinde doar de densitatea și înălțimea coloanei de lichid.

Manometru cu diafragmă. Cum se măsoară presiunea unui lichid pe suprafața unui solid? Cum se măsoară, de exemplu, presiunea apei pe fundul unui pahar? Desigur, fundul sticlei se deformează sub acțiunea forțelor de presiune și, cunoscând cantitatea de deformare, am putea determina magnitudinea forței care a provocat-o și calcula presiunea; dar această deformare este atât de mică încât este practic imposibil să o modifici inconsecvent. Deoarece este convenabil să se judece după deformarea unui corp dat presiunea exercitată asupra acestuia de un lichid numai atunci când deformațiile sunt suficient de mari, pentru determinarea practică a presiunii unui lichid se folosesc instrumente speciale - manometre, în care deformaţiile au o valoare relativ mare, uşor de măsurat.

Cel mai simplu manometru cu membrană este dispus după cum urmează. Placa elastica subtire M - membrana - inchide ermetic o cutie goala K. Pe membrană este atașat un indicator P, care se rotește în jurul axei O. Când dispozitivul este scufundat într-un lichid, membrana se îndoaie sub acțiunea forțelor de presiune, iar deformarea sa este transmisă într-o formă mărită indicatorului care se deplasează de-a lungul scalei. . Fiecare poziție a indicatorului corespunde unei anumite deflexiuni a membranei și, în consecință, unei anumite forțe de presiune asupra membranei. Cunoscând zona membranei, este posibil să treceți de la forțele de presiune la presiunile în sine. Puteți măsura direct presiunea dacă precalibrați manometrul, adică determinați ce presiune corespunde unei anumite poziții a indicatorului pe scară. Pentru a face acest lucru, trebuie să supuneți manometrul la acțiunea presiunilor, a căror valoare este cunoscută și, observând poziția indicatorului, puneți numerele corespunzătoare pe scara dispozitivului.

Învelișul de aer care înconjoară Pământul se numește atmosferă (din cuvintele grecești: atmosferă-abur, aer și sferă-bilă).

Atmosfera, așa cum arată observațiile zborului sateliților artificiali de pe Pământ, se extinde până la o înălțime de câteva mii de kilometri. Trăim în fundul unui imens

aer ocean. Suprafața Pământului este fundul acestui ocean.

Datorită acțiunii gravitației, straturile superioare ale aerului, precum apa oceanului, comprimă straturile inferioare. Stratul de aer adiacent direct Pământului este cel mai comprimat și, conform legii lui Pascal, transferă presiunea produsă asupra acestuia în toate direcțiile.

Drept urmare, suprafața pământului și corpurile situate pe el suferă presiunea întregii grosimi a aerului sau, așa cum se spune de obicei, suferă presiunea atmosferică.

În practică, pentru măsurarea presiunii atmosferice, se folosește un barometru de metal, numit aneroid (tradus din greacă – fără lichid. Barometrul se numește astfel deoarece nu conține mercur).

Aspectul aneroidului este prezentat în figură. Partea sa principală este o cutie de metal 1 cu o suprafață ondulată (onduită). Din această cutie este pompat aer și, pentru ca presiunea atmosferică să nu zdrobească cutia, capacul acesteia este tras în sus de arcul 2. Pe măsură ce presiunea atmosferică crește, capacul se îndoaie în jos și tensionează arcul. Când presiunea scade, arcul îndreaptă capacul. Un indicator de săgeată 4 este atașat de arc prin intermediul unui mecanism de transmisie 3, care se deplasează spre dreapta sau spre stânga când presiunea se schimbă. Sub săgeată este fixată o scară, ale cărei diviziuni sunt marcate conform indicațiilor unui barometru cu mercur. Deci, numărul 750, față de care se află acul aneroid, arată că la un moment dat în barometrul cu mercur înălțimea coloanei de mercur este de 750 mm.

Prin urmare, presiunea atmosferică este de 750 mm Hg. art., sau » 1000 hPa.

Cunoașterea presiunii atmosferice este foarte importantă pentru prezicerea vremii pentru zilele următoare, deoarece modificările presiunii atmosferice sunt asociate cu schimbările vremii. Un barometru este un instrument necesar pentru observațiile meteorologice.

Lista literaturii folosite:

1. Manuale de fizică pentru clasele 7-9.

2. Manual elementar de fizică (volumul 1-2).

3. Manual de fizică pentru școlari.

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