Атмосферное давление закон паскаля конспект

Обновлено: 16.05.2024

Гидростатика - раздел механики, в котором изучается равновесие покоящихся жидкостей и их давление на погруженные в них тела.

Давление – это величина равная отношению силы давления к площади поверхности, на которую эта сила действует.

Нормальное атмосферное давление – это величина давления, равная 760 мм рт. ст. или 101325 Па.

Сила Архимеда –выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость или газ

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Грачев А.В., Погожев В.А., Салецкий А.М., Боков П.Ю. Физика.10 класс. М.: Вентана-Граф, 2017. - С. 222 – 229.

Е.А. Марон, А.Е. Марон Сборник качественных задач по физике. М., Просвещение, 2006, С.36-50.

Основное содержание урока

Силой давления называется сила, действующая перпендикулярно некоторой поверхности.

Результатом действия силы давления является давление.

Отношение модуля силы давления F к площади поверхности S, на которую эта сила действует, называется давлением

Закон Паскаля.

Силы давления в данной точке покоящейся жидкости (газа) действуют во всех направлениях одинаково. При ведём простое доказательство закона.

Выделим в какой-нибудь точке покоящейся жидкости её малый объём в форме прямоугольного параллелепипеда или куба.

Если кубик покоится, значит сумма сил, действующих на его 6 граней равна нулю. Это означает, что силы, действующие попарно на противоположные грани куба, равны по модулю, а, следовательно, и давления будут равны по всем направлениям.

Ввиду произвольности ориентации выбранного нами малого объёма жидкости, очевидно, что давление по всем направлениям должно быть одинаково.

Гидростатическое давление. Атмосферное давление.

По первому закону Ньютона сумма проекций трех сил, действующих на столб жидкости: силы атмосферного давления, силы тяжести и силы давления жидкости- равна нулю

Получим p = p_атм+ ρ·g·h;

где p_атм - атмосферное давление; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; h – глубина.

Величина ρ·g·h называется гидростатическим давлением.

Атмосферное давление – это давление в какой-нибудь точке атмосферы.

Нормальное или среднее значение атмосферного давления равно 760 мм ртутного столба, что соответствует 101325 Па. Т.е. 1 мм рт. ст. = 133,322 Па.

Зависимость атмосферного давления от высоты имеет сложный вид из-за сжимаемости воздуха (в отличие от жидкостей).

Закон Архимеда. Сила Архимеда.

Выделим в жидкости объем прямоугольного параллелепипеда, ориентированного для удобства анализа так, чтобы нижняя и верхняя грани были параллельны поверхности жидкости

На тело в жидкости действуют сила тяжести и силы давления со стороны жидкости. Давление на боковые стенки равны. Сила давления снизу больше, чем сила давления сверху. Разность этих двух сил и есть выталкивающая сила – сила Архимеда.

На тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной этим телом жидкости.

где – плотность жидкости; g - ускорение свободного падения; V_m – объём погруженной в жидкость части тела

Разбор тренировочных заданий

1. Найдите силу нормального атмосферного давления на грань куба с ребром 1 м. Округлите до целых кПа.

Решение. По определению сила давления равна F = p x S;

Нормальное атмосферное давление p = 101325 Па; площадь грани куба (1м) 2 = 1м 2 ;

Получим значение силы давления F = (101325 Н/м 2 ) х (1 м 2 ) = 101325 Н =101,325 кН.

Ответ: 3) 101

2. В первой строке таблицы приведены значения атмосферного давления на разных высотах. Занесите во вторую строку соответствующие значения высот из перечня: h₁, h₂, h_3, h₄, если известно, что h₃ > h₄ > h₁ > h₂

Решение. Как известно, давление атмосферы падает с высотой. Выпишем в порядке убывания давления: 750,738,550,525. Из приведённого неравенства имеем, что наименьшая высота h₂, затем h₁, h₄ и h₃. Наименьшей высоте соответствует наибольшее давление и т.д. Высота растёт, давление падает. Или наоборот. В таблицу теперь под каждым давлением впишем соответствующее значение высоты.

Силу, действующую перпендикулярно опоре, называют силой давления.

Давлением ( р ) называют отношение модуля F силы давления, действующей на опору, к площади S поверхности этой опоры: p = F / S

В СИ единица давления носит название паскаль (Па): 1 Па = 1 Н/м 2 .

Давление – физическая величина, равная отношению силы к площади поверхности, перпендикулярно которой эта сила действует. Давление характеризует силу, приходящуюся на каждую единицу площади её приложения.

Давление газа

Все газы вне зависимости от того, находятся они в сосуде или нет, постоянно оказывают давление на окружающие их тела. Давление газа в закрытом сосуде возрастает при увеличении плотности или температуры газа.

Состояние газа при низком давлении называется вакуумом.

Закон Паскаля (для газа): Воздух передаёт оказываемое на него давление во всех направлениях одинаково.

Атмосферное давление

Сила, с которой столб атмосферного воздуха давит на земную поверхность, равна силе тяжести: Р = M*g , где М — масса столба воздуха.

Давление воздуха на поверхность Земли (на уровне моря) почти не изменяется и в среднем равно: р_атм = 101 325 Н/м 2 = 0,1 МПа . Это давление называют нормальным атмосферным давлением. Его существование объясняется притяжением атмосферного воздуха к Земле.

Давление жидкости. Гидростатика

Давление жидкости на покоящееся в ней тело называют гидростатическим давлением. Оно прямо пропорционально плотности и высоте слоя (столба) жидкости. Науку, изучающую давление жидкостей, называют гидростатикой.

Гидростатическое давление на глубине h равно p = p_атм + p*g*h

Закон Паскаля: давление, оказываемое на покоящиеся жидкости или газы, передается без изменения во все части этих жидкостей или газов. Жидкость и газ передают оказываемое на них давление во всех направлениях одинаково.

Вне зависимости от формы и размеров сосуда давление внутри жидкости на одной и той же глубине одинаково.

Приборы для измерения давления

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Нормальным атмосферным давлением называют такое давление, которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм рт.ст. при температуре 0°С: р_атм = 0,1 МПа . Существуют ртутные барометры и барометры-анероиды (безжидкостные барометры)

Понижение атмосферного давления, как правило, предвещает ухудшение погоды и наоборот. По мере подъёма над поверхностью Земли атмосферное давление понижается приблизительно на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 м подъёма. Приборы для измерения давлений ниже атмосферного, называются вакуумметрами.

Манометр – прибор для измерения давления внутри закрытых сосудов. Как правило, манометр измеряет разность давления в сосуде и атмосферного давления. Существуют открытые U-образные жидкостные манометры, а также безжидкостные (деформационные) манометры.

Жидкостные манометры основаны на измерении разности высот столбов однородной жидкости в сообщающихся сосудах, один из которых находится под действием атмосферного давления. Измеряемая разность давлений равна p₁ – p_атм = p*g*D*h

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Конспект урока по теме: Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля.

Цель: Рассмотреть физическое содержание закона Паскаля.

Знать: закон Паскаля. Уметь объяснять явления, происходящие в жидкостях и газах с помощью закона Паскаля .

Обучающая: Формировать умение теоретически обосновывать явления, происходящие в жидкостях и газах. На основе опыта раскрыть физическое содержание закона Паскаля.

Развивающая: Установить причинно следственные связи в изучаемом материале: подвижность частиц жидкости и газа – удары частиц друг о друга и о стенки сосуда – передача давления жидкостью.

Воспитательная: В целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента в физике.

Оборудование: Компьютер, мультимедийный проектор, шар Паскаля, прибор для измерения артериального давления, пластиковая бутылка, сосуд с водой.

Методы и приёмы

Изучение нового материала. Закон Паскаля.

Примеры использования закона Паскаля.

Устройство пневматического тормоза и отбойного молотка.

Беседа. Демонстрация опытов, слайдов с помощью мультимедиа проектора. Зарисовки и записи на доске и в тетрадях.

Запись в дневниках.

Учитель. Сегодня на уроке мы будем изучать один из важнейших законов природы, закон Паскаля. Цель нашего урока: изучить закон, а так же научиться объяснять ряд физических явлений с помощью закона Паскаля. Увидеть применение закона на практике. Но прежде повторим материал, необходимый для изучения этой темы.

Вспомните, какую величину называют давлением?

Ответ: Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Учитель. Какие свойства газов отличают их от твёрдых тел и жидкостей?

Ответ: Газы не имеют собственной формы и постоянного объёма. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объём.

Учитель. Как объясняют давление газа на основе учения о движении молекул?

Ответ: Давление газа на стенки сосудов вызывается ударами молекул газа.

Учитель. Почему давление газа увеличивается при сжатии и уменьшается при расширении?

Ответ: Количество молекул в каждом кубическом сантиметре увеличивается при сжатии (уменьшается при расширении) от этого число ударов о стенки сосуда увеличивается (уменьшается). Следовательно, давление увеличивается при сжатии и уменьшается при расширении.

Учитель. В каком состоянии газ производит большее давление: в холодном или нагретом?

Ответ: Давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа.

Учитель. Почему сжатые газы содержат в специальных баллонах?

Ответ: Сжатые газы оказывают огромное давление на стенки сосуда, поэтому их приходится заключать в прочные стальные специальные баллоны.

Учитель. Итак, в отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещается относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды, чтобы вызвать её движение. Рассмотрим опыт.

Учитель демонстрирует опыт, в блюдце налита вода, подуть на воду по поверхности побежит волна.

Учитель. Мы видим, как частицы жидкости свободно перемещается относительно друг друга. Рассмотрим другой опыт.

Учитель демонстрирует опыт с шаром Паскаля.

Учитель. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.

Физическое содержание этого закона заключается в том, что молекулы жидкости или газа очень подвижны. Они всегда достаточно равномерно распределяются по всему объему, и любое внешнее давление может изменить лишь концентрацию частиц, а равномерность в их распределении остается.

Только в начальный момент, например, при уменьшении объема газа, его плотность будет больше в зоне поршня, но за счет беспорядоченного движения молекул, концентрация очень быстро выравнивается.

Запишите в тетрадь формулировку закона Паскаля.

Так как это один из основных законов физики, то его необходимо выучить. Воспроизведите закон Паскаля.

З акон открыт французским физиком и математиком Блезом Паскалем (1623-1662), который открыл и исследовал ряд важных свойств жидкостей и газов. Опытами подтвердил существование атмосферного давления, открытого итальянским учёным Торричелли.

Мы изучили закон, но любой физический закон можно рассмотреть по следующему плану:

План изучения физического закона

Математическая запись и словесная формулировка.

Теория, объясняющая закон.

Практическая значимость закона и область его применения.

Учитель еще раз повторяет материал с помощью обобщенного плана.

1.Как вы думаете, что является математической записью закона?

Ответ: Формула, но закона Паскаля не выражается формулой.

2. Словесная формулировка записана у вас в тетради, сформулируйте закон Паскаля (3-4 человека).

3.Опытное подтверждение закона мы рассмотрели в опыте с шаром Паскаля.

4. Объяснить закон Паскаля можно с помощью свойств жидкостей и газов, а именно, молекулы жидкости и газа ударяясь о стенки сосуда, создают давление. Давление увеличивается (уменьшается) при увеличении (уменьшении) концентрации молекул.

5.Применяется закон только для жидкости и газов.

6.Более подробно остановимся на применении закона и использовании его при объяснении работы пневматического тормоза и отбойного молотка.

На рисунке показано устройство пневматического тормоза железнодорожного вагона. Магистраль 1, тормозной цилиндр 4 и резервуар 3 заполняют сжатым воздухом. При открывании стоп-крана сжатый воздух выходит из магистральной трубы. И давление в правой части тормозного цилиндра становится меньше, чем в левой (из которой сжатый воздух благодаря клапану 2 выйти не может). В результате этого поршень тормозного цилиндра перемещается вправо и прижимает тормозную колодку 5 к ободу колеса 6, которое при этом затормаживается.

Устройство отбойного молотка показано на рисунке. По шлангу 1 подаётся сжатый воздух. Устройство 2, называемое золотником, направляет его поочерёдно то в верхнюю, то в нижнюю часть цилиндра. Под действием этого воздуха боек 3 начинает быстро перемещается то в одну, то в другую сторону, периодически воздействуя на пику 4. Удары последней используют для разрыхления мерзлых грунтов, откалывания от массива кусков горных пород, угля.

Примерный ответ на задачу №487: При выстреле из винтовки в вареном яйце образуется отверстие, так как давление в этом яйце передаётся лишь по направлению ее движения. Сырое яйцо разбивается вдребезги, так как давление пули в жидкости, согласно закону Паскаля, передается одинаково по всем направлениям.

Выводы по уроку:

1. Что нового вы узнали сегодня на уроке? Закон Паскаля.

2. Сформулируйте закон Паскаля. Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся в любую точку одинаково во всех направления.

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.

Рис. 1. Блез Паскаль

Определение давления жидкости на дно сосуда происходит по формуле:

p=P/S=gpSh/s

p=g ρ h

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.

Рис. 2. Давление на разных глубинах

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.

Рис. 3. Гидравлический пресс

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.

Читайте также: