Тиск рідин та газів

1. Тиск газів

Молекули газу перебувають у неперервному і хаотичному русі. Сили взаємодії між ними надзвичайно малі. У процесі хаотичного руху молекули заповнюють весь об’єм гумової кульки так, що густина газу в різних точках залишається сталою. Частина молекул стикається із стінками гумової кульки, змінюючи напрям свого руху. Велика кількість таких ударів створює значну силу тиску. Отже, тиск газів зумовлений ударами молекул газу.  

                                                                     

2. Чи однаковий тиск створюють молекули на різні стінки?

Тиск газу в замкнутій посудині всюди однаковий. Пояснюють це хаотичністю руху молекул, що обумовлює однакову густину газу в повному обсязі й однакову в середньому загальну силу їхніх ударів на одиницю площі. Проілюструвати вищесказане можна за допомогою такого досліду: під ковпак повітряного насоса поміщають гумову кульку, частково заповнену повітрям, і відкачують насосом повітря з-під ковпака, у результаті чого кулька збільшується в об’ємі.

 

·                 Чому роздувається кулька? (При відкачуванні повітря кількість молекул у дзвоні зменшується, а всередині зав’язаної кульки їхня кількість не змінюється. Під впливом ударів молекул об внутрішні стінки кулька роздувається.)

·                 Про що свідчить куляста форма? (Тиск усередині кульки однаковий в усіх напрямках.)

3. Від чого залежить тиск газу?

Тиск газу на стінки посудини обумовлено ударами молекул і залежить від їх числа  і швидкості руху (температури).

Переконатися в цьому можна на такому досліді.

Дослід: Удари піщинок

 

Дослід: Модель легенів.

 Як пояснити спостережуване явище? (При зменшенні об’єму збільшується концентрація частинок (тобто їхня кількість в одиниці об’єму), а отже, і частота їх зіткнень зі стінками посудини.)

Однак змінити тиск газу можна й в інший спосіб — змінюючи температуру.

Дослід:  Пляшка в гарячій воді.

 

На горлечко пляшки надівають гумову кульку. Пляшку обережно опускають у посудину з гарячою водою. Кулька роздувається. Із наведених міркувань можна зробити такий висновок для тиску газу постійної маси:

·       при постійній температурі газу його тиск збільшується при зменшенні об’єму й зменшується при збільшенні об’єму; при постійному об’ємі газу його тиск збільшується при збільшенні температури й зменшується при зниженні температури.

4. Тиск рідини.

          Дослід зі скляною трубкою, один кінець якої затягнутий гумовою плівкою. Усі рідини на Землі зазнають дії сили тяжіння. Через це  вони мають вагу. Гумове дно прогнеться внаслідок дії ваги води. Доливши в посудину ще води, збільшимо її масу. Це призведе до збільшення ваги рідини, а, отже, до більшого прогинання гумового дна.

Рідина, так  само як і газ, може передавати тиск.

5.Від чого залежить тиск рідини?

Тиск рідини залежить від густини та висоти стовпа рідини.

6. Гідростатичний парадокс

7. Закон Паскаля

За вказівкою Блеза Паскаля, міцну дубову бочку по вінця наповнили водою і наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір в кришці заклали кінець вертикальної скляної трубки такої довжини, що кінець її виявився на рівні другого поверху.

Вийшовши на балкон, Паскаль почав наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити і десятка склянок, як раптом, на подив обступили бочку роззяв, бочка з тріском лопнула. Її розірвала незрозуміла сила. Паскаль розмірковував так: сила, яка розірвала бочку, зовсім не залежить від кількості води в трубці. Вся справа в висоті, до якої трубка була заповнена.

Так проявляється дивовижна властивість води - передавати тиск, створюваний на її поверхні (в бочці) по всьому об'єму, кожній точці стінки або дна бочки.

«Кулю Паскаля» заповнюють білим порошком (крейдою або зубним порошком). Поршень всовують у циліндр, збільшуючи тиск газу в ньому.

Струмені повітря разом із частинками порошку виходять через отвори в кулі в усіх напрямках. Дослід повторюють, заповнюючи кулю і циліндр водою, спостерігаючи при цьому струмені, що б’ють із усіх отворів.

Тиск, що діє на рідину або газ, передається однаково у всіх напрямках.

 

7. Розрахунок тиску рідини на дно і стінки посудини.

Розрахуємо тиск, який чинить рідина на дно посудини.

За означенням тиску:  .

Силою тиску в даному випадку є вага рідини: F=P=gm

Розраховуємо масу рідини в посудині: m=ρV=ρSh,

де h-висота рівня рідини над дном, S-площа дна посудини,

 ρ-густина рідини.

Таким чином,      p =  ρg h

           

Отже, тиск рідини не залежить ні від маси рідини в посудині, ні від площі дна.

                                  

Висновок:   тиск  рідини, як наслідок  дії тяжіння залежить від її густини і висоти стовпа рідини, і відповідно до закону Паскаля передається  цей тиск в усіх  напрямах однаково.

Зміну  тиску з глибиною добре відчувають люди, які працюють, пірнаючи в глибини водойм. Якщо в легкому скафандрі водолаз може працювати на глибині до 100м, то для дослідження глибини океанів, яка сягає кількох кілометрів, виготовляють особливо міцні товстостінні апарати – батисфери і батискафи.

Найбільша глибина, якої досягає людина в батискафі, становить близько 11км.

      

 Медичні прилади, в яких використовується тиск газу та рідини: шприц, тонометр, інгалятор, створення апаратів «штучна нирка», «штучне серце».