Конспект лекций по физике для довузовской подготовки москва -2014
жүктеу/скачать 1,26 Mb. Pdf көрінісі
|
Конспект лекций по физике
- Бұл бет үшін навигация:
- Давление
- 4.4.2. Закон Паскаля
- 4.4.3. Закон Архимеда
| Давление
– это скалярная величи - на , равная отношению модуля силы нор - мального давления к площади поверхно - сти , на которую действует эта сила : p = S F S F n cos , (4.9) где F n и F – нормальная и касательная составляющие силы F ( рис . 4.8). У покоящихся жидкостей F = 0, и сила давления всегда перпендикулярна к поверхности . В газах давле - ние возникает в результате толчков , которые испытывает реальная поверхность со стороны молекул , однако , как мы увидим в дальней - F N m g F тр Рис . 4.7 F S n F F n Рис . 4.8 Конспект лекций 52 шем , при таких ударах на поверхность действуют силы , направлен - ные только перпендикулярно к ней . Единицей давления в СИ является паскаль ( Па ), где 1 Па =1 Н м 2 . Иногда встречаются внесистемные единицы давления : 1 атм =760 мм рт . ст .=1,013 10 5 Па ( атм – физическая атмосфера , мм рт . ст . – миллиметр ртутного столба ). 4.4.2. Закон Паскаля В 1663 году французский ученый Б . Паскаль установил сле - дующий закон : давление на поверхности жидкости , произведенное внешними силами , передается жидкостью одинаково по всем на - правлениям . Закон выполняется и для газа и получил название закона Паскаля . Пример . Определим давление в точке А жидкости , налитой в цилиндриче - ский сосуд и сообщающейся с атмосферой , рис . 4.9. Это давление будет определяться суммой атмосферного давления р 0 и давле - ния столба жидкости над уровнем БВ , про - ходящим через точку А , которое равно р 1 = S ghS S mg = gh, (4.10) где S – площадь основания сосуда , – плотность жидкости , h – глу - бина погружения рассматриваемой точки А от поверхности . Давление р 1 получило название гидростатического , общее давление в т . А рас - считывается по формуле р = р 0 + gh , (4.11) при этом по закону Паскаля давление на стенку сосуда в точках Б и В ( рис . 4.9), находящихся на одном горизонтальном уровне с точкой А , одинаково и не зависит от формы сосуда . Закон Паскаля лежит в основе работы гидравлического пресса ( домкрата ), который используется для получения больших сжимающих сил при малых перемещениях с целью прессования отдельных материа - h Рис . 4.9 Б А В В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 53 лов , подъема тяжелых тел и т . д . Краткая схема устройства гидравличе - ского пресса показана на рис . 4.10. Он состоит из двух цилиндров разно - го диаметра с поршнями , которые через заполненный маслом объем мо - гут взаимодействовать между собой . Тело , которое надо сжать , поме - щают над большим поршнем в зазоре между его верхней поверхностью и неподвижной плоскостью жестко закрепленной опоры . Давление под малым поршнем площадью S 1 равно F 1 /S 1 и пе - редается на нижнюю поверхность большого поршня , в результате 1 2 1 2 2 2 1 1 S S F F или S F S F (4.12) имеем выигрыш в силе , равный отношению площадей S 2 к S 1 . В силу равенства совершенных работ во столько же раз перемещение боль - шого поршня меньше перемещения малого поршня . Если рассмотреть в общем случае сообщающиеся сосуды , в которых столбы жидкостей взаимно уравновешивают друг друга , то можно показать ( практические занятия ), что однородная жидкость устанавливается в сообщающихся сосудах на одном и том же уровне , в случае разнородных жидкостей высоты уравновешенных столбов в сообщающихся сосудах , обратно пропорциональны плотностям жид - костей ( закон сообщающихся сосудов * ). * Подумайте и дайте объяснение устройства лейки для полива почвы , приве - дите другие примеры . F 2 F 1 Рис . 4.10 S 1 S 2 прессуемый материал Конспект лекций 54 Атмосферное давление , как и давление в жидкости , передает - ся одинаково по всем направлениям . Его можно измерить с помощью барометра , первый вариант которого ( ртутный ) был изобретен италь - янским ученым Э . Торичелли . В его основе лежит опыт Торичелли (1643 г .). Если в длинную стеклянную трубку , закрытую с одного конца , залить ртуть и опустить свободным концом в чашку с ртутью , то ртуть не выливается , а при достаточной длине трубки над поверх - ностью ртути в трубке образуется пустота . Суть опыта заключается в том , что давление атмосферы , действующее на поверхность ртути в чашке , уравновешивается весом столба ртути в трубке ( высота столба ртути на уровне моря составляет около 760 мм ). Проградуировав трубку , можно измерять атмосферное давление . 4.4.3. Закон Архимеда Закон Архимеда был открыт древнегреческим ученым (III в . до н . э .) и является фундаментом гидро - и аэростатики . Согласно это - му закону на тело , погруженное в жидкость ( или газ ), действует со стороны этой жидкости ( газа ) выталкивающая сила , равная весу вытесненной телом жидкости ( газа ), направленная вертикально вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объема . Наличие выталкивающей силы Архимеда связано с перепадом давлений на нижнюю и верхнюю поверхность погруженного в жид - кость ( газ ) тела ( вспомните формулу р = gh). Если тело плотно ле - жит на дне , то давление жидкости только прижимает его ко дну , за - трудняя всплытие . Выталкивающая ( архимедова ) сила определяется формулой F выт = ж gV ж , (4.13) где ж – плотность жидкости ( газа ), V ж – в данном случае объем вы - тесненной жидкости ( или газа ). Условием плавания тела является ( со - гласно I закону Ньютона ) соотношение ж gV ж = mg , (4.14) где m – масса плавающего тела . Если учесть , что m = т V т и предпо - ложить , что тело полностью погружено в жидкость (V ж = V т ), то ус - ловие 4.14 преобразуется в ж = т . Однако , будьте осторожны , соот - В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 55 ношение (4.13) работает только для инерциальных систем отсчета , если сосуд с жидкостью , в которую погружено тело , движется с уско - рением жүктеу/скачать 1,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|