§ 32. ТИСК РІДИН І ГАЗІВ. ЗАКОН ПАСКАЛЯ.
Дослід 1. Візьмемо три циліндричні посудини: в одну покладемо дерев'яний брусок, у другу насиплемо вівсяних пластівців або піску, а в третю наллємо води.
7f_s_u2015_321
Дерев'яний брусок унаслідок дії на нього сили тяжіння буде тиснути лише на дно посудини.
Вівсяні пластівці будуть тиснути не тільки на дно, а й на стінки посудини в усіх точках дотику пластинок (кожна пластинка всередині стиснена з усіх боків сусідніми пластинками і внаслідок дії сил пружності сама буде тиснути в усі боки на пластини). Ці сили тиску будуть тим більші, чим глибше лежить пластинка (більший шар пластинок тисне на неї зверху).
Вода, налита в посудину (через велику рухливість молекул) буде тиснути на дно та стінки посудини (кожна частинка всередині води буде стиснута з усіх боків сусідніми частинками і внаслідок пружності буде з такою самою силою тиснути на сусідні частинки). Ці сили будуть тим більші, чим глибше буде розміщуватися частинка.
Дослід 2.
а) У скляну трубку, нижній отвір якої закритий тонкою гумовою плівкою, наллємо воду, гумове дно трубки прогинається (на нього діє сила тиску води); що більше наливаємо води, то більше прогинається плівка, але щоразу після того, як гумове дно прогинається, вода в трубці перебуває в рівновазі (бо, крім сили тяжіння на воду, діє сила пружності гумової плівки).
б) Опустимо трубку з гумовим дном, у яку налита вода, у ширшу посудину з водою; в міру опускання трубки вниз гумова плівка поступово випрямляється до повного випрямлення (випрямлення плівки показує, що у рідині на цій глибині існує тиск, спрямований знизу вгору, і дорівнює тиску згори вниз).
7f_s_u2015_323
в) Якщо виконати дослід з трубкою, у якій гумова плівка закриває боковий отвір, то переконуємось, що на певній глибині бічний тиск рідини на гумову плівку також буде однаковим з обох боків.
7f_s_u2015_324
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
1. Чим пояснити, що рідини і гази передають тиск в усіх напрямах однаково?
Це зумовлене безладним рухом частинок, тиск передається на всі частинки рідини.
2. У чому полягає закон Паскаля?
Тиск, створюваний на рідину або газ зовнішніми силами, передасться рідиною або газом однаково в усіх напрямах - це твердження називають законом Паскаля. Відповідно до закону Паскаля, тиск усередині рідини на тому самому рівні однаковий в усіх напрямах. Тиск збільшується з глибиною.
На законі Паскаля ґрунтується дія шприца: тиск пальця лікаря на поршень шприца передасться без змін рідині, що міститься в ньому, і ліки виходять через голку шприца.
3. Як на дослідах можна продемонструвати передавання тиску в рідинах і газах?
Візьмемо кулю Паскаля (куля Паскаля має в різних місцях поверхні вузькі отвори); до неї приєднано трубку-циліндр, у якій вставлено поршень.
а) Якщо набрати води в кулю й натиснути на поршень, то побачимо, що струмені води крізь отвори б'ють у всі боки з однаковою силою (пояснюється тим, що поршень тисне на поверхню рідини в трубці; частинки води передають тиск поршня іншим частинкам, що лежать глибше; таким способом тиск поршня передасться на всі частинки води в кулі; унаслідок цього частина води виштовхується з кулі у вигляді струменів, що витікають з усіх отворів).
б) Якщо кулю заповнити димом, то з усіх отворів кулі почнуть виходити струмені диму. Це підтверджує, що й гази передають тиск, який чиниться на них, в усі боки однаково.
7f_s_u2015_322
4. Який тиск називають гідростатичним?
Дослід 3. Трубку, дно якої може від'єднуватися, опускаємо в посудину з водою; дно при цьому щільно притискається до краю трубки тиском води знизу вгору; потім у трубку обережно наллємо води, коли рівень води в ній збігається з рівнем води в посудині, дно від'єднується від трубки. У момент від'єднання на дно тисне зверху стовп рідини в трубці, а знизу - стовп води, що є в посудині. Ці тиски однакові за значенням, проте дно «від'єднується» від трубки під дією на нього сили тяжіння.
Тиск рідин, зумовлений силою тяжіння, називають гідростатичним.
Оскільки тиск розраховується за формулою p = F/S, де F – сила тиску, S – площа поверхні, на яку вона діє. У нашому випадку сила тиску дорівнює вазі F = P = gm; маса дорівнює m = ρV, об'єм V = Sh , тоді будемо мати p=F/S = (gm)/S = (gρV)/S = (gρSh)/S = gρh, p = gρh
5. Від чого залежить тиск на дно посудини?
Гідростатичний тиск рідини не залежить ані від форми посудини, ані від маси рідини в посудині, ані від площі її дна (за законом Паскаля цей тиск на одному рівні рідини однаково діє і на дно, і на стінки посудини).
Гідростатичний тиск на будь-якій глибині всередині рідини залежить тільки від її густини ρ, висоти рівня h і сталої g (p = gρh).
У1648 р. Блез Паскаль провів цікавий дослід: вставив у закриту дерев'яну бочку, наповнену водою, вузьку довгу трубку; піднявся на балкон другого поверху; там влив у цю трубку кварту (0,9 дм3) води; через малу товщину трубки вода в бочці піднялася на значну висоту, і тиск в бочці збільшився настільки, що кріплення бочки не витримало, і вона лопнула.