Блок 3. Тиск. Атмосферний тиск. Тиск в газах і рідинах. Закон Паскаля. Закон Архімеда. Закони сполучених посудин.
1. Тиск - це фізична величина дорівнює відношенню модуля сілиF, що діє перпендикулярно поверхні, до площадіSетой поверхні: p = F / S. Чим менше площа опори, тим більший тиск чинить тіло на поверхню. В системі СІ тиск вимірюється в паскалях (Па). Часто використовуються позасистемні одиниці: нормальна атмосфера (атм) і міліметр ртутного стовпа - мм Hg .. 1 Па = 1 Н / м 2 .1 атм = 101325 Па = 760 мм Hg. 1 атм = 101325 Па = 760 мм Hg.
2. Атмосфера - це газова оболонка навколо Землі. Атмосферний тиск - це тиск, який чинить атмосфера на поверхню Землі. Висота атмосфери - 3-5 тисяч км. Щільність атмосфери з висотою падає. Тиск атмосфери також залежить від висоти. На невеликих висотах кожні 12 м підйому зменшують атмосферний тиск на 1 мм рт.ст. На великих висотах ця закономірність порушується. Ця залежність лежить в основі роботи висотометра (альтиметра) для літальних апаратів. Атмосферний тиск вперше виміряв італійський учений Торрічеллі. Він же винайшов ртутний барометр для вимірювання атмосферного тиску. Зараз для вимірювання атмосферного тиску використовують барометр-анероїд.
3. Французький вчений Б. Паскаль в середині XVII століття встановив закон, названий законом Паскаля. Тиск в рідині або газі передається в усіх напрямках однаково. Це відбувається через хаотичного руху молекул газу і рідини. Тиск в рідинах і в газах вимірюють манометром.
4. З урахуванням сили тяжіння тиск рідини, або газу на дно або бічні стінки судини залежить від висоти стовпа рідини, або газу і не залежить від форми посудини. На одному рівні тиск у всіх точках однаково. Сила тиску на дно циліндричної посудини висоти h і площі підстави S дорівнює вазі стовпа рідини, або газу mg. де m = ρghS - маса рідини в посудині, ρ - щільність рідини. Отже p = mg / S.p = ρgh
5. Архимедова сила, що діє на занурене в рідину (або газ) тіло, дорівнює вазі рідини (або газу), витісненої телом.F = ρgV. Це твердження, зване законом Архімеда. справедливо для тіл будь-якої форми
Малюнок пояснює появу сили Архімеда. У рідину занурено тіло у вигляді прямокутного паралелепіпеда висотою h і площею підстави S. Через різницю тисків у рідині на різних рівнях виникає виштовхуюча або архимедова сила. Саме завдяки силі Архімеда, літають повітряні кулі, стратостата, дирижаблі .... По воді і в воді плавають різні тіла: риби, люди, кораблі ... Завдяки силі Архімеда відбувається теплообмін (конвекція), не промерзають водойми до дна ...
На тіло, занурене в рідину (газ) діють сила тяжіння і сила Архімеда і якщо ці сили рівні, то тіло плаває на одному рівні, якщо сила Архімеда більше, то тіло спливає, якщо менше, то тіло тоне. З цього випливає висновок. Якщо щільності тіла і рідини (газу) рівні, то тіло плаває на одному рівні, якщо щільність рідини (газу) більше, то тіло спливає, якщо менше, то тіло тоне. Звідси головна умова плавання тіл - щільність тіла повинна дорівнювати, або менше щільності рідини (газу). Ця умова лежить в основі роботи ареометра - приладу для вимірювання щільності рідини (цукрометри, спиртометри і т.д.). При зануренні в рідину або газ вага тіла зменшується на величину сили Архімеда.
6. Закони сполучених посудин:
У сполучених посудинах однорідна рідина встановлюється на одному рівні.
Ставлення висот рівнів різнорідних рідин назад відношенню їх щільності.
H1. H2 = ρ 2. ρ 1. Висота вимірюється від рівня розділу рідин АВ.
Сполучені посудини використовуються в таких приладах і пристроях, як чайник, шлюзи, манометри, гідравлічні преси ...
7. При русі рідин і газів по трубах швидкість і тиск залежать від площі перетину труби. Ця залежність встановлена законом Бернуллі: Чим більше площа перетину труби, тим менше швидкість течії. Тиск рідини і газу тим більше, чим більше площа перетину труби. Це узгоджується з законом збереження повної механічної енергії - зі збільшенням швидкості збільшується кінетична енергія, а потенційна енергія взаємодії рідини зі стінками труби зменшується, а значить зменшується тиск.
На малюнку показано вимірювання тиску в трубах за допомогою манометра. Чим більше висота в трубці, тим більше тиск.
Завдання.
Щільність бамбука дорівнює 400 кг / м 3. Який найбільший тягар може перевозити бамбуковий пліт по річці, якщо його площа 1 м 2. і товщина 1 м? Відповідь: 600 кг.
Підказка. Найбільший вантаж відповідає максимальному зануренню плоту. На основі умови плавання тіл сумарна сила тяжіння вантажу і плота буде дорівнює силі Архімеда при повному зануренні плоту.
При зважуванні вантажу в повітрі показання динамометра склали 3 Н. При опусканні вантажу в воду, показання динамометра зменшилися до 1,5 Н. Чому дорівнює виштовхує сила? Відповідь: 1,5 Н.
Підказка. Відповідь є в теоретичному описі сили Архімеда.
На терезах урівноважений посудину з водою. Чи порушиться рівновага терезів, якщо в воду опустити палець так, щоб він не торкався дна і стінок посудини. Підказка. Порушиться, т. К. Палець тисне на воду ...
Яка сила тиску гасу, що заповнює цистерну, на кран, що знаходиться на глибині 4 м. Площа крана 5 см 2. Атмосферний тиск не враховувати. Щільність гасу 800кг / м 3. Відповідь: 16 Н.
Підказка. Сила тиску дорівнює добутку тиску на площу.
Теплохід переходить з гирла річки в дуже солоне Каспійське море. Як зміниться архимедова сила, що діє на теплохід. Підказка. Не зміниться. Чому?
Човен, масою 120 кг пливе по річці. Чому дорівнює обсяг підводної частини човна? Відповідь: 0,12 м 3.
Підказка. Використовується умова плавання тел.
За допомогою важеля піднімають вантаж масою 20 кг, прикладаючи силу 80 Н. У скільки разів довше плече більше короткого? Відповідь: в 2,5 рази. Підказка. Використовується умова рівноваги важеля. (Блок 2).
Як змусити злетіти повітряна куля?
Чому сталевий дріт тоне, а корабель, корпус якого зроблений з стали не тоне?
У сполучені посудини налили однаковий обсяг води і соняшникової олії. Рівень якої рідини буде вище?
Стрижень об'ємом 0. 1 куб.м. опустили під воду на тросі.
Знайти. 1. Вага рейки в повітрі.
2. Виштовхуючу силу.
3. Вага рейки в воді.
4. Силу натягу троса.
5. Зобразіть сили, що діють на стержень в воді
Н ефтепровод знаходиться під водою на глибині 10 м.
Знайти: 1.Давленіе води на цій глибині.
2. Силу тиску води на засувку площею 0,002 кв.м.
13. Порівняйте: 1. Сили тиску цегли на стіл.
2. Тиск цегли на стіл.
14. Свинцевий куля масою 113 кг опустили в воду на ланцюзі.
Знайти: 1. Вага кулі в повітрі.
2. Обсяг кулі і силу Архімеда, що діє на нього в воді
3. Вага кулі в воді.
4. Силу натягу ланцюга.
5. Зобразіть сили, що діють на кулю в воді.
15. Пірнальник занурюється на глибину 20 м.
Знайти: 1. Тиск на цій глибині.
2. Силу тиску на водолаза, якщо площа його тіла 1,2 кв.м.
16. Порівняйте: 1. Силу Архімеда, що діє на 1 і 2 тіло.
2. Силу Архімеда, що діє на 2 і 3 тіла.
Блок 4. Будова речовини. Тепловий рух молекул. Броунівський рух. Дифузія. Внутрішня енергія. Температура. Теплове рівновагу. Способи зміни внутрішньої енергії. Закон збереження енергії. Теплові двигуни.
Фізика - наука про Природу. Природа складається з матерії. Матерія буває двох видів: поле і речовина. З речовини складаються фізичні тіла. Єдиної структурою речовини є молекула. Молекула - дрібна частка речовини, що зберігає властивості даної речовини. Молекули складаються з атомів. Атоми - найменша частинка хімічного елемента. Атомос в перекладі означає неподільність.
2. Всі тіла складаються з молекул; молекули постійно рухаються; молекули взаємодію один з одним.
Те, що тіла складаються з молекул - очевидний факт. Форма і будова молекул різних речовин визначені Великі молекули людина побачила за допомогою електронного мікроскопа. Молекули одного і того ж речовини абсолютно однакові.
Молекули постійно рухаються.
Доказом цього положення є дифузія - явище проникнення молекул однієї речовини в іншу. Дифузія відбувається і в газах, і в рідинах, і в твердих тілах. Зі збільшенням температури швидкість дифузії збільшується. Відкрите Броуном рух частинок фарби в розчині названо броунівським рухом і теж доводить рух молекул.
Молекули взаємодіють один з одним. Доказом цього положення є здатність тіл зберігати свою форму. Молекули притягуються один до одного при видаленні і відштовхуються при наближенні.
4. Швидкість руху молекул тим більше, чим вище температура тіла. Тому рух молекул, з яких складається тіло, називають тепловим. Температура визначає ступінь нагретости тіла. Температура головна характеристика тіл, що знаходяться в тепловій рівновазі. Теплове рівновагу встановлюється, коли між тілами немає теплообміну.
Температура - міра середньої кінетичної енергії молекул газу. Зі збільшенням температури зростає швидкість молекул і їх кінетична енергія, росте швидкість дифузії, збільшується швидкість броунівського руху. Температура вимірюється в градусах Цельсія. Прилад для вимірювання температури - термометр.
5. Внутрішня енергія тіла - кінетична енергія руху молекул і потенційна енергія їх взаємодії. Вона не залежить ні від механічного руху тіла, ні від його положення відносно інших тіл. Способи зміни внутрішньої енергії - здійснення роботи і теплопередача. Якщо тіло саме робить роботу, то його внутрішня енергія зменшується (пар в каструлі з киплячою рідиною, здійснює роботу, піднімаючи кришку). Якщо робота виконується над тілом, то його внутрішня енергія збільшується (потріть аркуш паперу об поверхню столу).
Теплообмін або теплопередача - передача енергії від одного тіла до іншого без здійснення роботи. Способи теплопередачі: 1. Теплопровідність - передача енергії за рахунок руху молекул. 2. Конвекція - передача енергії при русі шарів рідини або газу. 3. Випромінювання - передача енергії променями.
При теплопередачі внутрішня енергія тіла або збільшується, або зменшується, т. Е. Тіло отримує, або втрачає кількість теплоти. Кількість теплоти - енергія, що отримується тілом в результаті теплообміну. Теплота нагрівання (охолодження) знаходиться за формулою. Q = mc (t2-t1). де c - питома теплоємність тіла (кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 кг речовини на 1оС).
Джерелом енергії є паливо. Теплота згоряння палива Q = qm, де q-питома теплота згоряння палива - кількість теплоти, що виділяється при згорянні 1 кг палива, а m - маса палива.
6. Закон збереження і перетворення енергії: У всіх явищах, що відбуваються в Природі, енергія не виникає і не зникає. Вона тільки перетворюється з одного виду в інший, або передається від одного тіла до іншого. При цьому її значення зберігається.
7. Теплові двигуни. Розвиток технічного прогресу залежить від уміння використовувати величезні запаси внутрішньої енергії, що містяться в паливі, тобто використовувати внутрішню енергію для здійснення роботи в усіх видах транспорту, при роботі верстатів, при виконанні будівельних робіт і т.д. Пристрої, в яких внутрішня енергія палива перетворюється в механічну енергію, називаються тепловими двигунами. Це парові і газові турбіни, парова машина, двигун внутрішнього згоряння, реактивний двигун.
Двигун внутрішнього згоряння ще називають чотиритактним, тому що один його робочий цикл відбувається за чотири ходи поршня: впуск, стиснення, робочий хід, випуск. Основні частини двигуна: циліндр, поршень, впускний і випускний клапани. Рух поршня за допомогою шатуна і колінчастого вала передається колесам ..
Ставлення корисної роботи двигуна до енергії, виділеної при згорянні палива, називають коефіцієнтом корисної дії двигуна. ККД = А / Q1, ККД = (Q1-Q2) /Q1.А -Корисні робота, Q1-енергія, отримана від нагрівача (теплота згоряння палива), аQ2-кількість теплоти, віддане холодильника (викинуте в атмосферу).
Q = mc (t2 - t1) - теплота нагрівання та охолодження.
Q = qm - теплота згоряння палива
Закон Паскаля. Закон Архімеда. Закони сполучених посудин