Закон Паскаля
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 1728.
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 1728.
Закон Паскаля о давлении был открыт в XVII веке французским ученым Блезом Паскалем, в честь которого и получил свое название. Формулировка этого закона, его значение и применение в повседневной жизни подробно рассматривается в этой статье.
Суть закона Паскаля
Закон Паскаля – давление, которое оказывается на жидкость или газ, передается в каждую точку жидкости или газа без изменений. То есть, передача давления во всех направлениях происходит одинаково.
Данный закон действителен только для жидкостей и газов. Дело в том, что молекулы жидких и газообразных веществ под давлением ведут себя совсем не так, как молекулы твердых тел. Их движение отличается друг от друга. Если молекулы жидкости и газа движутся относительно свободно, то молекулы твердых тел такой свободой не обладают. Они лишь слегка колеблются, немного отклоняясь от исходного положения. И благодаря относительно свободному передвижению молекулы газа и жидкости оказывают давление во всех направлениях.
Формула и основная величина закона Паскаля
Основной величиной в законе Паскаля является давление. Оно измеряется в Паскалях (Па). Давление (P) – отношение силы (F), которая действует на поверхность перпендикулярно, к ее площади (S). Следовательно: P=F/S.
Формулу закона Паскаля можно прочитать следующим образом: Паскаль равен силе в 1Н, которая действует на поверхность площадью 1 кв. метр – 1Па=1Н/кв.м
Особенности давления газа и жидкости
Находясь в закрытом сосуде, мельчайшие частицы жидкостей и газов – молекулы, ударяются о стенки сосуда. Так как эти частицы подвижны, то из места с более высоким давлением они способны передвигаться в место с низким давлением, т.е. в течение короткого времени оно становиться равномерным по всей поверхности занимаемого сосуда.
Для лучшего понимания закона можно провести опыт. Возьмем воздушный шарик и наполним его водой. Потом тонкой иголкой проделаем несколько отверстий. Результат не заставит себя ждать. Из дырочек начнет вытекать вода, а если шарик сжать (т.е. оказать давление), то напор каждой струи увеличиться в насколько раз, независимо оттого, в какой именно точке было оказано давление.
Этот же эксперимент можно провести с шаром Паскаля. Это круглый шар с имеющимися отверстиями с присоединенным к нему поршнем.
Определение давления жидкости на дно сосуда происходит по формуле:
p=P/S=gpSh/s
или
p=gρh
Где:
- g – ускорение свободного падения,
- ρ – плотность жидкости (кг/куб.м)
- h – глубина (высота столба жидкости)
- p – давление в паскалях.
Под водой давление зависит только от глубины и плотности жидкости. То есть в море или океане плотность будет больше при большем погружении.
Применение закона на практике
Многие законы физики, в том числе и закон Паскаля, применяются на практике. Например, обычный водопровод не мог бы функционировать, если бы в нем не действовал данный закон. Ведь молекулы воды в трубе движутся хаотично и относительно свободно, а значит и давление, оказываемое на стенки водопровода везде одинаковое. Работа гидравлического пресса также основана на законах движения и равновесия жидкостей. Пресс представляет собой два соединенных между собой цилиндра с поршнями. Пространство под поршнями заполняют маслом. Если на меньший поршень площадью S2, действует сила F2, то на больший поршень площадью S1, действует сила F1.
Также можно провести эксперимент с сырым и вареным яйцом. Если острым предметом, например, длинным гвоздем, проткнуть сначала одно, а потом другое, то результат будет разным. Крутое яйцо гвоздь пройдет насквозь, а сырое разлетится вдребезги, так как для сырого яйца будет действовать закон Паскаля, а для крутого нет.
Закон Паскаля гласит, что давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково, то есть: F1/S1=F2/S2, откуда F2/F1=S2/S1.
Сила F2 во столько же раз больше силы F1, во сколько раз площадь большего поршня больше площади малого.
Что мы узнали?
Основной величиной закона Паскаля, который изучают в 7 классе, является давление, которое измеряется в Паскалях. В отличие от твердых тел газообразные и жидкие вещества давят на стенки сосуда, в котором они находятся одинаково. Причиной этому молекулы, которые движутся свободно и хаотично в разных направлениях.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
-
Валентина Зинич
9/10
-
Боташ Бахытжанова
10/10
-
алена рехтина
10/10
-
Никита Жарлыкин
10/10
-
Станислав Шалаев
10/10
-
Мариан Хоук
10/10
-
Анатолий Мирчук
10/10
-
Тимур Маллалиев
7/10
-
Константин Костин
8/10
-
Мадина Магомедова
7/10
Оценка доклада
4.6
Средняя оценка: 4.6
Всего получено оценок: 1728.
А какая ваша оценка?
Мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям, поэтому давление, передаваемое жидкостями и газами, отличается от давления, которое передаётся твёрдыми телами.
Рис. (1). Движение молекул твёрдого вещества
Рис. (2). Движение молекул жидкости
Рис. (3). Движение молекул газа
Жидкости и газы передают оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково.
Это утверждение называют законом Паскаля.
Закон Паскаля был открыт французским учёным Б. Паскалем в (1653) г., этот закон подтверждается различными опытами.
Рис. (4). Блез Паскаль
Для демонстрации равномерного давления жидкости во всему объёму соберём установку из цилиндрического поршня, который заканчивается шаром с отверстиями. Наберём в поршень воды и начнём вдвигать поршень. Давление в трубке увеличится, вода начнёт выливаться через все отверстия, при этом напор во всех струйках воды будет одинаковым.
Такой же результат можно получить, если вместо воды использовать газ.
Рис. (5). Шар Паскаля
На Земле существует атмосферное давление. Оно добавляет воздействие к тому давлению, которые мы производим. Например, на поршень давим не только мы, но и воздух. Молекулы жидкости и газа могут свободно передвигаться, поэтому передают давление во все стороны. Верхние слои давят на средние, а средние — на нижние, нижние — на дно.
Внутри жидкости существует давление. На одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям.
С глубиной давление увеличивается.
Это утверждение можно проверить при помощи эксперимента, используя манометр.
Рис. (6). Манометр
Следует помнить, что плотность газа в сотни раз меньше плотности жидкости.
Количество молекул газа в сосуде очень мало, поэтому давление и вес газа не влияют на результат эксперимента.
Источники:
Рис. 5. Шар Паскаля. © ЯКласс.
Для описания давления используют различные единицы измерения. Формулы, записанные в учебниках физики, используют систему измерений СИ. Чтобы с помощью этих формул получить правильный ответ, давление нужно переводить в Паскали.
Примечание: Давление можно измерять в физических атмосферах (атм.), миллиметрах ртутного столба (мм. рт. ст.), метрах водяного столба (м. вод. ст.), Паскалях. Встречаются, так же, другие единицы измерения, например, техническая атмосфера (ат. или техн. ат).
[ large boxed{ 1 left(text{техн. ат} right) approx 750 left(text{мм. рт. ст.}right) }]
Как связаны различные единицы давления
Между единицами измерения давления есть связь, ее можно выразить так:
[ large boxed{ begin{matrix} 1 left(text{атм} right) = 760 left(text{мм. рт. ст.}right) \ 1 left(text{атм} right) = 10,332 left(text{м. вод. ст.}right) \ 1 left(text{атм} right) = 101325 left(text{Па}right) end{matrix} } ]
Левые части выражений равны. Приравнивая их правые части, можно получить соотношения между различными единицами измерения.
Примечание: При решении некоторых задач для перевода физических атмосфер в Паскали, удобно вместо точного значения использовать приближенное:
[ large boxed{ 1 left(text{атм} right) approx 10^{5} left(text{Па}right) }]
Сколько паскалей содержится в 1 мм. рт. ст.
Составим соотношение:
[ large 760 left(text{мм. рт. ст.}right) = 101325 left(text{Па}right) ]
Разделим обе части выражения на число 760, получим:
[ large boxed{ 1 left(text{мм. рт. ст.}right) = 133,32 left(text{Па}right) }]
Сколько паскалей содержится в 1 м. вод. ст.
Выпишем правые части, содержащие метры водяного столба и Паскали:
[ large 10,332 left(text{м. вод. ст.}right) = 101325 left(text{Па}right) ]
Теперь обе части выражения разделим на число 10,332 и получим:
[ large boxed{ 1 left(text{м. вод. ст.}right) = 9806,91 left(text{Па}right) }]
Сколько миллиметров ртутного столба содержится в 1 м. вод. ст.
Составим запись:
[ large 10,332 left(text{м. вод. ст.}right) = 760 left(text{мм. рт. ст.}right) ]
После этого, обе части разделим на число 10,332:
[ large boxed{ 1 left(text{м. вод. ст.}right) = 73,558 left(text{мм. рт. ст.}right) }]
Пересчитываем давление на примере
Однородное тело (рис. 1) массой 25 кг опирается на горизонтальную площадь 0,2 кв. м. Выразить давление этого тела в Паскалях, физических атмосферах, миллиметрах ртутного и метрах водяного столба.
Рис. 1. Однородное массивное тело опирается на горизонтальную поверхность, площадь опоры известна
Решение:
1). Рассчитаем вес тела — силу, с которой тело действует на опору. Эта сила направлена перпендикулярно опоре.
[ large m cdot g = 25 cdot 10 left(H right) ]
( g ) – ускорение свободного падения, примем его приближенно равным 10 м. деленным на секунду в квадрате.
Вес тела
[ large mg = 250 left(H right) ]
2). Теперь рассчитаем давление твердого тела в Паскалях.
[ large P = frac{m cdot g}{S} = frac{250}{0,2} left(text{Па}right) ]
[ large P = 1250 left(text{Па}right) ]
Переведем полученное число Паскалей в миллиметры ртутного столба.
Для этого составим выражение связи выбранных единиц измерения:
[ large 101325 left(text{Па}right) = 760 left(text{мм. рт. ст.}right) ]
Разделим обе части его на число 101325, получим:
[ large boxed{ 1 left(text{Па}right) = 7,5 cdot 10^{-3} left(text{мм. рт. ст.}right) }]
Умножим обе части выражения на количество Паскалей:
[ large 1250 left(text{Па}right) = 1250 cdot 7,5 cdot 10^{-3} left(text{мм. рт. ст.}right) ]
[ large P = 9,38 left(text{мм. рт. ст.}right) ]
3). Теперь Паскали переведем в метры водяного столба.
Свяжем выбранные единицы измерения:
[ large 101325 left(text{Па}right) = 10,332 left(text{м. вод. ст.}right) ]
Чтобы получить слева 1 Паскаль, обе части выражения разделим на число 101325:
[ large boxed{ 1 left(text{Па}right) = 1,02 cdot 10^{-4} left(text{м. вод. ст.}right) }]
Затем обе части выражения умножим на количество Паскалей:
[ large 1250 left(text{Па}right) = 1250 cdot 1,02 cdot 10^{-4} left(text{м. вод. ст.}right) ]
[ large P = 0,13 left(text{м. вод. ст.}right) ]
4). Переведем Паскали в физические атмосферы, связав выбранные единицы измерения:
[ large 101325 left(text{Па}right) = 1 left(text{атм} right) ]
Обе части разделим на 101325:
[ large boxed{ 1 left(text{Па}right) = 9,87 cdot 10^{-6} left(text{атм} right) }]
Умножим левую и правую части выражения на 1250 Паскалей:
[ large 1250 left(text{Па}right) = 1250 cdot 9,87 cdot 10^{-6} left(text{атм} right) ]
[ large P = 12,34 cdot 10^{-3} left(text{атм} right) ]
Ответ:
[ large begin{matrix} 1250 left(text{Па}right) \ 12,34 cdot 10^{-3} left(text{атм} right) \ 0,13 left(text{м. вод. ст.}right) \ 9,38 left(text{мм. рт. ст.}right) end{matrix} ]
Выводы
Давление легко переводить из одних единиц измерения в другие, используя связь между выбранными единицами измерения.
Как перевести давление в Паскали
Давление – физическая величина, которая показывает какая сила действует на ту или иную поверхность. Тела, вещества которых находятся в различных агрегатных состояниях (твердые, жидкие и газообразные), оказывают давление совершенно разными способами. Например, если в банку положить кусок сыра, то он будет давить только на дно банки, а налитое туда же молоко, действует с силой на дно и стенки сосуда. В интернациональной системе измерения давление измеряют в паскалях. Но есть и другие единицы измерения: миллиметры ртутного столба, ньютоны, деленные на килограммы, килопаскали, гектопаскали и т.п. Связь между этими величинами устанавливается математически.
Инструкция
Единица измерения давления паскаль названа в честь французского ученого Блеза Паскаля. Обозначается она так: Па. При решении задач и на практике применимы величины, имеющие кратные или дольные десятичные приставки. Например, килопаскали, гектопаскали, миллипаскали, мегапаскали и т.п. Для перевода таких величин в паскали, необходимо знать математическое значение приставки. Все имеющиеся приставки можно найти в любом физическом справочнике. Пример1. 1 кПа=1000Па (один килопаскаль равен одной тысячи паскалей). 1 гПа=100Па (один гектопаскаль равен ста паскалям). 1мПа= 0,001Па (один миллипаскаль равен ноль целых, одной тысячной доле паскаля).
Давление твердых тел принято измерять в паскалях. Но чему физически равен один паскаль? Исходя из определения давления, вычисляется формула для его расчета и выводится единица измерения. Давление равно отношению силы, перпендикулярно действующей на опору к площади поверхности этой опоры. p=F/S, где p – давление, измеряемое в паскалях, F – сила, измеряемая в ньютонах, S – площадь поверхности, измеряемая в квадратных метрах. Получается, 1 Па=1Н/(м) в квадрате. Пример 2. 56 Н/(м) в квадрате =56 Па.
Давление воздушной оболочки Земли принято называть атмосферным давлением и измерять его не в паскалях, а миллиметрах ртутного столба (далее, мм рт. ст.). В 1643 году итальянский ученый Торричелли предложил опыт по измерению атмосферного давления, в котором использовалась стеклянная трубка с ртутью (отсюда «ртутный столб»). Им же было измерено, что нормальное давление атмосферы равно 760 мм рт. ст., что численно равно 101325 паскалей. Тогда, 1 мм рт.ст. ~ 133,3 Па. Для того, чтобы перевести миллиметры ртутного столба в паскали, нужно умножить данное значение на 133,3. Пример 3. 780 мм рт. ст. = 780*133,3 = 103974 Па ~ 104кПа.
Источники:
- Физика. 7 класс. А.В. Перышкин. “Дрофа”, Москва, 2002 год
- атмосферное давление в паскалях
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Опубликовано:
25 марта 2021, 10:55
На урок физики надо выучить закон Паскаля? Формула проста, но важно понять суть и смысл закона. В этом помогут примеры, которые демонстрируют его действие и которые можно повторить дома. Запомнить закон сможете, если поймете его практическую значимость.
Закон Паскаля: суть, формула
Точные науки, литература и философия — все это входило в широкий круг интересов ученого по фамилии Паскаль. Физика также привлекала его с юных лет: мальчик проводило много экспериментов, а впоследствии сформулировал и доказал ряд важных законов.
Названный позже в честь него закон Паскаль изложил в труде под названием «Трактат о равновесии жидкостей». Написан он был в 1653 году, а опубликован спустя десять лет. Прежде чем перейти к его сути, опишем простой опыт, который демонстрирует действие закона:
- Наливают воду в полиэтиленовый пакет и плотно завязывают его.
- Опускают пакет в таз и надавливают на него.
- При этом пакет прорывается, вода из него вытекает.
Важно отметить, что разрыв происходит не в том месте, где было оказано давление. То есть давим на одну часть, а давление передается на весь пакет. При избыточном давлении происходит разрыв.
Закон Паскаля гласит: давление, которому подвергаются жидкие или газообразные вещества, достигает каждой их точки. Во всем их объеме оно будет передано одним и тем же образом.
Объяснить закон Паскаля для жидкостей и газов можно тем, что поведение молекул под воздействием внешнего давления отличается от молекул твердых веществ. Способности к движению у них разные. Для первых наблюдается относительно свободное движение, а вот в твердом теле молекулы достаточно ограничены.
Для последних доступны только небольшие колебания с минимальным отклонением от исходных положений. В то же время свободно двигающиеся частички передают давление и распространяют его равномерно.
Как математически выразить закон Паскаля? Формула записывается так: P = F/S. В ней используются такие величины:
- Давление (Р). Единица измерения — паскаль (Па).
- Сила (F), которая оказывает действие на поверхность и измеряется в ньютонах (Н).
- Площадь поверхности (S), которую измеряют в квадратных метрах.
Формула Паскаля читается так: один паскаль — это сила в 1Н, которая приложена к площади в 1 кв. метр (1Па = 1Н/м²).
Если жидкость или газ поместить в закрытый сосуд, то молекулы будут постоянно перемещаться и ударяться об его стенки. При наличии мест с разным давлением, они будут двигаться из мест высокого давления в места с низким. За счет этого процесса показатель давления достаточно быстро выравнивается и становится одинаковым по всей площади.
Таков правильный закон Паскаля, который этот выдающийся ученый сформулировал еще в XVII веке.
Закон Паскаля: применение на практике, значение
Мы выяснили, что давление в жидкостях и газа способно распространяться во все стороны, даже вверх. Об этом нам говорит закон Паскаля.
Примеры, подтверждающие закон Паскаля
Примеры также хорошо это демонстрируют:
- Через трубку из прозрачного стекла протягивают нить, на конце которой закрепляют легкий диск.
- Если нить натянуть, то диск должен плотно прикасаться к трубке, а если ее отпустить, то он отпадет.
- Погружают полученное устройство в стакан, наполненный водой.
- Теперь, даже если нить отпустить, диск не будет отпадать от дна трубки.
Почему так происходит? Все дело в том, что верхний слой воды давит на слои, расположенные ниже, а также на воду ниже диска. Это давление передается на диск снизу. Именно благодаря этой силе и поддерживается диск, прижимаясь к краю трубки.
Этот опыт можно продолжить:
- Заполняют трубку цветной водой так, чтобы ее уровень был ниже, чем в стакане.
- В этом случае диск останется на месте.
- Это связано с тем, что давление воды снизу превышает давление сверху.
- Далее добавляют воды в полость трубки.
- Как только ее уровень станет больше, чем уровень воды в стакане, диск отпадет от дна трубки. Это произойдет, потому что вода сверху теперь будет давить на него сильнее, чем снизу.
В данном опыте вес диска не учитывается, но он не влияет на его объяснение.
Подтверждают данный закон и с помощью эксперимента с сырыми и вареными яйцами. Если взять острый предмет (например, длинный гвоздь) и проткнуть яйца по очереди, то результаты будут разными. Крутые яйца он прокалывает, а сырые разлетаются на мелкие кусочки. На последние закон распространяется, а на вареные — нет.
Применение на практике
Он работает там, где мы и не догадываемся:
- Обычный водопровод. В нем происходит постоянное движение молекул воды, которые перемещаются и оказывают одинаковое давление на стены труб.
- Работа гидравлического пресса. Движение и равновесие жидкостей — это основа основ для этого устройства. Пресс состоит из соединенных друг с другом цилиндра и поршней, пространство под которым заполняется маслом. Когда на поршень с меньшей площадью действует определенная сила, то к большему поршню должна прилагаться сила, которая соответствует его площади, чтобы давление было равным.
Работу гидравлического пресса физики описывают таким уравнением: F1/S1 = F2/S2. Отсюда можно вывести соотношение: F2/F1 = S2/S1. То есть сила F2 будет настолько превышать силу F1, во сколько раз площадь большого поршня превышает площадь малого.
Также данный закон говорит о том, что в давление жидкостей внутри сосудов с любой формой и размерами на равной глубине одинаковое. Это можно доказать на таком примере:
- Рассмотрим в качестве «сосуда» бухту, в которой расположена подводная пещера.
- Кажется возможным, что давление в ней не такое высокое, как вокруг.
- Если бы это было так, то вода из моря (из области бóльшего давления) должна была бы перемещаться в пещеру. Ее уровень в море при этом бы понижался.
- Благодаря тому, что вода во всем этом пространстве находится в покое, а ее молекулы перемещаются, показатель давления во всех частях оказывается одинаковым, никаких изменений уровня моря не происходит.
По закону Паскаля работают экскаваторы с гидравлическими цилиндрами, которые приводят в движение его стрелу и ковши. Кроме воды, на практике во многих приборах применяется сжатый воздух. Например:
- С помощью отбойных молотков вскрывается асфальт, рыхлится мерзлый грунт, дробятся горные породы.
- Ковка и обработка металлов происходит с применением пневматических молотов и пневматических прессов.
- Грузовые автомобили и железнодорожный транспорт оборудуют пневматическими тормозами.
- В вагонах метро сжатый воздух открывает и закрывает двери.
Закон Паскаля не только нашел широкое применение, но и не был пересмотрен и не потерял актуальности. С момента его открытия прошло практически четыре столетия, а мы и сегодня пользуемся открытием талантливого ученого по имени Блез Паскаль.
Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1904498-zakon-paskalya-prostymi-slovami-sut-i-znachimost/
