Определение на закона за свързващите се съдове. II

Това е физична скаларна величина, която се определя по формулата

Атмосферно налягане

Атмосферата е въздушната обвивка на Земята, която се държи от гравитационните сили. Атмосферата има тежест и оказва натиск върху всички тела на Земята. Атмосферното налягане е около 760 mmHg. или 1 атм., или 101325 Pa. Милиметър живачен стълб, атмосферата са различни несистемни единици за измерване на налягането. Атмосферното налягане намалява с 1 mmHg. когато се издига над Земята на всеки 11м.

Какво е налягане от 1 atm? Ръкостискането на силен мъж е 0,1 атм, ударът на боксьор е няколко атмосферни единици. Налягането на високия ток е 100 атмосфери. Ако поставите на дланта си тежест от 100 кг, ще получите неравномерно налягане от една атмосфера, ако се гмурнете 10 м под вода, ще получите равномерно налягане от 1 атмосфера. Равномерното налягане се понася лесно от човешкото тяло. Нормалното атмосферно налягане, което засяга всеки човек, се компенсира от вътрешното налягане, така че ние изобщо не го забелязваме, въпреки факта, че е доста значително.

Закон на Паскал

Налягането върху течност или газ се предава еднакво във всички посоки.

Налягане вътре в течност (газ) на същата дълбочинаеднакво във всички посоки (отляво надясно, надолу и нагоре!)

Хидростатично налягане

Това е налягането на стълб течност на дъното на съда. Каква сила създава натиск? Течността има тежест, която притиска дъното.

Налягане на течността на дъното

Налягането на дъното на съда не зависи от формата на съда, а зависи от площта на дъното му. В този случай силата на натиск върху дъното може да бъде по-голяма или по-малка от силата на тежестта на течността в съда. Това е "хидростатичен парадокс".

Хидростатичното налягане върху стената на съда се разпределя неравномерно: на повърхността на течността е нула (без да се взема предвид атмосферното налягане), вътре в течността се променя право пропорционално на дълбочината и достига стойност на нивото на дъното . Това променливо налягане може да бъде заменено със средно налягане

Съобщителни съдове

Това са съдове, които имат общ канал отдолу.

Установява се хомогенна течност в съединителните съдове на едно и също ниво, независимо от формата на съдовете, както се вижда на снимката.

Различни течности се инсталират в комуникиращи съдове съгласно формулата

Хидравлична преса

Хидравличната преса се състои от два свързани цилиндрични съда. В съдовете се движат бутала с площи S 1 и S 2 . Цилиндрите са пълни с техническо масло.

Обемът течност, изместен от малкото бутало, влиза в големия цилиндър.

Хидравличната преса дава печалба в сила толкова пъти, колкото площта на по-голямото бутало е по-голяма от площта на по-малкото. Хидравличната преса не дава никаква полза в работата.

На практика, поради наличието на триене:

Ако силата е насочена под ъгъл към нормалното (перпендикулярно), тогава налягането се определя по формулата

Газовете и течностите под налягане се използват широко в индустриалната технология. Например пневматичен ударен чук. Вратите на автобусите и метрото, спирачките на влаковете и камионите също се управляват с помощта на сгъстен въздух.

Има и механизми, които работят с помощта на компресирана течност. Те се наричат ​​хидравлични. Например устройство за хидравлична преса.

Числената стойност на атмосферното налягане е определена експериментално през 1643 г. от италианския учен Е. Торичели.

Стъклена тръба с дължина около метър, затворена в единия край, е пълна догоре с живак. След това, плътно затваряйки дупката с пръст, тръбата се обръща и се спуска в купа с живак, след което пръстът се отстранява. Живакът започва да се излива от тръбата, но не целият: остава „колона“ с височина 76 см, като се брои от нивото в купата. Трябва да се отбележи, че тази височина не зависи нито от дължината на тръбата, нито от дълбочината на нейното потапяне.

Атмосферното налягане балансира хидростатичното налягане на живачния стълб. Според закона на Паскал атмосферното налягане се издига нагоре върху живачния стълб. И стълбът от живак притиска с тежестта си. Меркурий спира да пада, когато тези налягания са еднакви. Чрез изчисляване на хидростатичното налягане на живака на известна надморска височина, ние определихме атмосферното налягане.

Тръбата на Торичели с линийка е най-простата барометър– уред за измерване на атмосферно налягане

Използват се и за измерване на атмосферното налягане. анероиден барометър.

Тъй като атмосферното налягане намалява с разстоянието от повърхността на Земята, анероидната скала може да се градуира в метри. В този случай се нарича висотомер.

Нека правоъгълен метален прът с площ на основата S и височина h лежи на дъното на съд, в който е налята вода до височина H, H>h. Как да определите силата на натиск на блок върху дъното на съд?

Има два възможни случая! Оставете блока да прилепне свободно към дъното на съда, тогава силата на налягането на течността действа върху блока отдолу. Тази сила е по-голяма от силата на налягането на течността отгоре, така че възниква силата на Архимед. Силата на Архимед е резултат от разликата в силата на хидростатичното налягане върху долната страна на блока и горната страна, в зависимост от височината на блока и площта на основата.

Използваме 2-ри закон на Нютон:

Нека разгледаме втория възможен случай. Оставете блока да приляга толкова плътно към дъното, че под него да не изтича течност.Няма налягане на течността отдолу, следователно силата на Архимед е нула. Отгоре силата на натиск на течността и атмосферата действа върху блока.

Използваме втория закон на Нютон за този случай:

p 0 - атмосферно налягане,
p е хидростатичното налягане на стълб течност с височина H-h.

В този урок ще се запознаете с поведението на течности в свързани съдове, тоест два или повече съда, свързани един с друг на дъното, така че течността да може да тече свободно от един съд в друг.

Тема: Налягане на твърди тела, течности и газове

Урок: Съобщаващи се съдове

Обект на нашето изследване може да бъде чайник от кухненската ни маса, лейка, с която поливаме цветя, или по-сложни устройства като артезиански кладенец, водомерна чаша в парен котел или дори водоснабдителна система. Всичко това са устройства, които работят на принципа на комуникиращите съдове (фиг. 1).

Ориз. 1. Примери за свързващи се съдове: чайник, градинска лейка, водомерно стъкло на парен котел

Най-простите комуникиращи съдове са две тръби, свързани с гумен маркуч. Ако налеете течност в една от тези тръби, можете да видите, че нивото на течността и в двете тръби (или, както се казва, и в двете коленетекомуникиращи съдове) ще бъдат установени на една и съща височина. С какво може да се свърже?

В предишния урок разбрахме, че налягането на течността върху дъното и стените на съд зависи от плътността на течността и височината на нейния стълб. Тъй като лявото и дясното колене съдържат една и съща течност и височината на колоната течност в лявото и дясното колене също е една и съща, налягането на течността в двете колена е еднакво. Следователно течността е в равновесие.

Ако промените местоположението на лактите в комуникиращите съдове, като повдигнете или спуснете един от тях или дори наклоните, тогава течността ще тече от единия лакът към другия, докато нивото й в двата лакътя отново се установи на същата височина (фиг. 2).

Ориз. 2. Нивата на хомогенна течност в комуникиращите съдове се настройват на еднаква височина

По този начин, нивата на хомогенната течност в комуникиращите съдове са настроени на една и съща височина .

Това твърдение се нарича Закон за свързващите се съдове.

Този закон е верен не само за два, но и за произволен брой съобщаващи се съдове, независимо от това каква форма имат и как са разположени в пространството (фиг. 3). Единственото, което е необходимо, е всички съдове да съдържат една и съща (хомогенна) течност.

Ориз. 3. Нивата на хомогенна течност се установяват на една и съща височина в комуникиращи съдове с произволна форма

Какво се случва, ако течността, изпълваща лактите на комуникиращите съдове, не е хомогенна? Например, нека в лявото коляно се налее слънчогледово масло, а в дясното коляно - оцветена вода. Тези течности не се смесват една с друга.

Оказва се, че нивото на слънчогледовото масло ще бъде разположено на по-висока височина от нивото на водата (фиг. 4). Това се дължи на факта, че плътността на слънчогледовото масло е по-малка от плътността на водата. Нека си припомним формулата за налягането на течността на дъното на съд

От тази формула става ясно, че колкото по-ниска е плътността на течността ρ , толкова по-голяма трябва да бъде височината на неговата колона чза създаване на същия натиск.

Ориз. 4. Нивото на течността с по-малка плътност се установява в съобщаващи се съдове на по-голяма надморска височина

По този начин, в комуникиращите съдове нивото на течността с по-ниска плътност се установява на по-висока височина.

Така че хомогенна течност в колената на комуникиращите съдове ще бъде инсталирана на една и съща височина, независимо от формата и напречното сечение на колената.

В случай на хетерогенна течност, плътността на течността, разположена в лактите, има значение. Колкото по-голяма е плътността на течността, толкова по-малка е височината на течния стълб.

Библиография

1. Перишкин А.В. Физика. 7 клас - 14-то изд., стереотип. - М .: Дропла, 2010.
2. Перишкин А. В. Сборник задачи по физика, 7-9 клас: 5 изд., стереотип. - М: Издателство "Изпит", 2010 г.
3. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задачи по физика за 7-9 клас на образователните институции. - 17-то изд. - М.: Образование, 2004.

1. Единна колекция от цифрови образователни ресурси ().

Домашна работа

1. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задачи по физика за 7-9 клас № 536-538, 540, 541.

Знаете ли, че чайник, кана за кафе и лейка са не само кухненски или градински прибори, но и ясен ежедневен пример за свързващи се съдове.

Ако си спомняте темата „съобщителни съдове” от курса по физика за седми клас, тогава осъзнайте, че отделните части на горните контейнери имат връзка, пълна (или лесно напълнена) с вода. А именно такива съдове, които имат свързващи ги общи части, пълни с течност, се наричат ​​съединителни. И ако се вгледате внимателно, ще видите, че нивото на водата в чучура на чайника или лейката винаги е на същото ниво като нивото на водата в основното отделение. И ако наклоните чайника в различни посоки, можете да видите как, след като се успокои, нивата на водата стават еднакви както в самия чайник, така и в чучура. Това е именно принципът на съобщените съдове.И именно той ни помага да налеем нужното количество вода в малка струя през чучура на чайник или лейка. При кофата например наливането на тънка струя би било много по-трудно.

Закон за комуникиращите съдове във физиката

И така, законът за свързващите се съдове гласи:

„В комуникиращите съдове повърхностите на хомогенна течност са разположени на едно и също ниво“

Освен това формата и размерът на напречното сечение на съдовете няма значение. Това ясно се вижда в примера на същия чайник с чучур. Този закон се обяснява доста просто.Течността е в покой, което означава, че налягането в двата съда на едно и също ниво ще бъде еднакво. Плътността на течността също е една и съща, тъй като течността е една и съща, което означава, че височините на нивата на течността ще бъдат еднакви. Ако добавим течност в единия съд или просто променим нивото му, налягането в него ще се промени и течността ще тече в другия съд, докато силата на налягането се изравни. Ако налеем различни течности с различна плътност в съдове, например вода и масло, тогава нивата ще се различават. Освен това височината на течност с по-висока плътност ще бъде по-малка от височината на колона с по-ниска плътност.

Примери и приложения на комуникиращи съдове

Законът за свързващите се съдове намери широко приложение в човешкия живот. Освен споменатите вече лейки и чайници, водата идва в домовете ни именно благодарение на този закон. Как да получим чиста вода от земята? Изпомпваме го с помпа. Но не можете да свържете помпа към всеки кран и всеки апартамент. Затова те измислиха следната схема - водата се изпомпва във водна кула, която по същество представлява огромен резервоар на голяма надморска височина. И оттам, по закона на скачените съдове, водата под налягане се влива в къщите ни и тече от крановете им, щом се отворят. Законът за свързващите се съдове намира приложение и при изграждането на шлюзове на реки и канали, при изграждането на някои фонтани и т.н.

Всеки знае какво трябва да се направи с чайника, така че водата да тече от чучура му - просто го наклонете. Но въпросът дали е възможно да се премести кораб през планина в морето или друг воден басейн, ще ни предизвика съмнение. За да отговорите на този въпрос, първо трябва да знаете какво представляват комуникиращите съдове.

Закон за свързващите се съдове

Съобщителните съдове са съдове, които взаимодействат помежду си и имат общо дъно.

Ориз. 1. Съобщителни съдове

Законът за свързващите се съдове гласи, че в такива съдове, независимо каква форма имат, повърхностите на хомогенните течности в покой са на едно и също ниво, тоест налягането, упражнявано върху стените на всяко хоризонтално ниво, е еднакво.

Ако течностите в съда са различни, то нивото е по-високо в съда, в който течността е с по-ниска плътност. Тоест, ако в един съд се налее течност с една плътност, а в друг - друга, то при равновесие нивата им няма да са еднакви. Следователно от тук можем да изведем формулата:

ρ 1 /ρ 2 =h 2 /h 1

• ρ – плътност на течността;
• ч– височина на стълба.

Също така важна за комуникиращите съдове е формулата:

p=gρ h

• ж- ускорение на гравитацията;
• ρ – плътност на течността (kg/куб.м);
• ч– дълбочина (височина на колоната течност).

Тази формула определя налягането на течността на дъното на съда.

Древните римляни не са знаели определението за общуващи се съдове, така че техните акведукти - водопроводи - са заемали огромна площ над повърхността на земята и са били построени с равномерен наклон надолу.

Свойства на съединителните съдове

В комуникиращите съдове нивото на течността е същото. Това се случва, защото течността създава еднакво налягане върху стените на съда. Възможно е да се постигнат различни нива на хомогенна течност в комуникиращите съдове, като се използва преграда между тях.

Преградата ще блокира комуникацията между съдовете и след това можете да добавите течност към един от тях, така че нивото да се промени. В тази ситуация възниква налягане - налягане, произведено от теглото на течен стълб с височина, равна на разликата в нивата. И ако премахнете преградата, тогава именно това налягане ще накара течността да тече в съда, където нивото й е по-ниско, докато нивата станат същите.

В живота често можете да намерите естествен натиск. И има доста такива примери. Например водата в планинските реки го има, когато пада от високо. Язовирът също е пример за естествен натиск. Колкото по-високо е, толкова по-голямо е налягането на водата, повдигана от язовира.

Прилагане на закона за съобщаващите се съдове

Принципът на действие на съобщаващите се съдове се използва при изграждането на фонтани, водопроводи и шлюзове. Чайникът и неговият чучур също са свързани съдове, тъй като водата, излята в чайника, изпълва чучура и останалата част до същата височина. Използването на свойствата на такива плавателни съдове може дори да помогне за насочването на кораб през планина. И за това ви трябва само портал. Шлюзът е асансьор за кораби. Ако водното тяло е блокирано от язовир, тогава нивото на водата в резервоара е по-високо, отколкото в реката надолу по течението. И за да стигне до това ниво, корабът трябва да влезе в шлюз, който е ограден от две водоустойчиви порти. Когато шлюзът се напълни напълно с вода, корабът напуска шлюза и продължава по пътя си (нивото на водата в шлюза и резервоара се изравнява по закона за свързващите се съдове).

Ориз. 2. Шлюз

Какво научихме?

От тази тема по физика за 7 клас можете ясно да разберете кои съдове се наричат ​​комуникиращи. Те могат да се нарекат само тези съдове, които имат общо дъно, където течността може свободно да тече от един съд в друг. Също така комуникиращите съдове играят огромна роля в нашето ежедневие, като го улесняват и ни помагат да излезем от трудни ситуации. Принципите на комуникиращи съдове са в основата на различни чайници, тенджери за кафе и чаши за измерване на вода на парни котли.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.2. Общо получени оценки: 496.