Тема 07 · Физика · подтема 4 из 5

Сообщающиеся сосуды

Давление жидкостей и газов. 100 заданий.

0
Решено
0
Правильно
0%
Точность

Простыми словами

Если нажать на надутый шарик пальцем, он раздувается во все стороны, а не только там, куда нажали. Жидкость и газ передают давление во все стороны. А чем глубже нырнуть, тем сильнее давит вода на уши — её сверху больше.

Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся в любую точку жидкости или газа без изменения по всем направлениям.

Причина — молекулы жидкости и газа подвижны и «передают толчок» соседям во все стороны.

Давление столба жидкости

гидростатическое давление

где — плотность жидкости, кг/м³; ; — глубина (высота столба над точкой), м; — давление, Па.

Давление зависит только от плотности и глубины и не зависит от формы сосуда и площади дна. На одной глубине давление во все стороны одинаково.

  1. Морская вода, : .
  2. Глубина: , вода: .

отсчитывают от свободной поверхности жидкости вниз до точки, а не от дна вверх. Сантиметры переводите в метры.

Полное давление на глубине

На поверхность жидкости давит ещё и атмосфера. По закону Паскаля это давление передаётся вглубь целиком.

полное давление

где — атмосферное давление (нормальное ).

Керосин, : ; .

Гидравлический пресс

F₁F₂ S₁S₂ давление p одинаково www.reknow.ru
Малая сила на малом поршне даёт большую силу на большом

Давление под поршнями одинаково: , откуда

выигрыш в силе = отношение площадей

, , : . Площади можно не переводить в м² — важно только их отношение.

Сообщающиеся сосуды

Сообщающиеся сосуды соединены между собой ниже уровня жидкости (чайник и носик, лейка, шлюзы, водопровод).

В сообщающихся сосудах поверхность однородной жидкости устанавливается на одном уровне независимо от формы сосудов.

Если жидкости разные и не смешиваются, высоты столбов над границей раздела обратно пропорциональны плотностям:

равновесие разных жидкостей

Бензин () высотой 24 см уравновешен керосином (). Найдите высоту столба керосина.

  1. .
  2. — столб более плотной жидкости ниже.

Тяжёлой жидкости нужно меньше высоты: ртуть «уравновешивает» воду столбом в 13,6 раза короче.

Закон Паскаля: объяснения и техника

  • Закон сформулировал Блез Паскаль; он верен для жидкостей и газов: их частицы подвижны и передают давление во все стороны. Твёрдое тело передаёт давление только в направлении силы — его частицы не могут свободно перемещаться.
  • Газ давит на стенки, потому что молекулы ударяются о них, двигаясь во всех направлениях, — поэтому шарик, мыльный пузырь, камера мяча принимают форму шара, а шина одинаково упруга. Если газ сжать или нагреть в закрытом сосуде, давление увеличится.
  • Опыт с «шаром Паскаля»: вода (и дым) выходит из всех отверстий одинаково. Паста из тюбика выходит через отверстие, хотя давят сбоку; бутылка, полная воды, может лопнуть от удара по пробке; подводный взрыв опасен для рыб далеко — давление передаётся почти без ослабления. Добавили на поршень 100 Па — давление в любой точке выросло на 100 Па.
  • Гидростатическое давление — давление, создаваемое весом самой жидкости; жидкость давит и на дно, и на стенки, на одной глубине — одинаково; с глубиной давление растёт (каждые 10 м воды — примерно на 100 кПа, то есть на одну атмосферу) из-за веса верхних слоёв. Поэтому плотины и стенки водонапорных баков внизу толще, струя у дна бьёт дальше, глубоководные аппараты и жёсткие скафандры делают прочными со всех сторон.
  • Гидравлический пресс (и подъёмник, домкрат) основан на законе Паскаля: давления под поршнями одинаковы, выигрыш в силе равен отношению площадей ( — выигрыш в 50 раз). Выигрыша в работе нет: во сколько раз выигрываем в силе, во столько проигрываем в пути — при малый поршень опустился на 15 см, большой поднялся на 3 см. Жидкость — обычно минеральное масло; воздух не годится: он сильно сжимается. Гидравлический тормоз: тормозная жидкость передаёт давление от педали ко всем колёсам одновременно. Пневматические машины (отбойный молоток, двери автобусов) работают на сжатом воздухе.

Сообщающиеся сосуды: применение и задачи

  • Сообщающиеся сосуды — соединённые ниже уровня жидкости. Уровень однородной жидкости одинаков независимо от формы и сечения, потому что давления столбов на одном уровне должны быть равны; долили воду в одно колено — уровни снова выровнялись; наклонённый кофейник — уровни в нём и носике на одной высоте.
  • Примеры: чайник и носик, лейка (носик на уровне верха, иначе выше носика воду не налить), водомерное стекло парового котла, гидроуровень строителей (вода в шланге на концах на одной высоте), шлюз (уровни в камерах выравниваются — судно переходит между участками с разным уровнем), фонтан (вода подводится из резервуара, расположенного выше), водопровод с водонапорной башней (вода не поднимется на этаж выше уровня воды в башне).
  • Разные жидкости: столб менее плотной выше (вода и керосин — выше керосин). Задача: в колено с водой долили керосин высотой 23 см. Под границей давления равны: , см; уровень керосина выше уровня воды на см.
Серия: 0