Архимедова сила. Закон Архимеда.

Урок 12. Гидродинамика.

Давление твердого тела.

Давление твердого тела (Па):

где: - перпендикулярная составляющая силы, действующей на поверхность (Н), S – площадь поверхности (м²)

 

Давление в жидкостях и газах.

Закон Паскаля: Давление, производимое на жидкость или газ, передается жидкостью или газом во все стороны одинаково.

 

Давление столба жидкости:

где: – плотность жидкости, – ускорение свободного падения, h (м) – высота столба жидкости.

 

Замечание: Высоту определяют от поверхности жидкости.

Сила давления жидкости

Сила давления на дно сосуда:

 

Сила давления на боковую грань аквариума:

Рис 1.

Гидростатический парадокс: давление на дно сосуда определяется только плотностью жидкости и высотой столба.

 

Рис. 2

Если в сосуды (см. рис.2) налита одинаковая жидкость, то в трех сосудах давление на дно одинаково:

а сила давления разная, так как она зависит от площади (:

 

 

Сообщающиеся сосуды

Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой или имеющие общее дно.

Уровень жидкости в сообщающихся сосудах одинаков и располагается горизонтально, если:

· в сосуды налита однородная жидкость;

· поверхности жидкости открыты;

· ни один из сосудов не является капилляром;

· в жидкости нет пузырьков с воздухом.

 

1.Рассмотрим разные по плотности, несмешивающиеся жидкости в сообщающихся сосудах (рис.3) По закону Паскаля на любом горизонтальном уровне:

Рис. 3

Здесь: – плотности несмешивающихся жидкостей, – высота столба жидкостей, отсчитываемая от уровня, ниже которого жидкость однородна.

 

Вывод: если в сообщающиеся сосуды налиты разные по плотности жидкости, то выше будет располагаться уровень жидкости с меньшей плотности.

 

2. В неподвижных и открытых сообщающихся сосудах (рис. 4) однородная жидкость всегда устанавливается на одинаковом уровне независимо от формы сосуда.

Рис. 4

 

 

Гидравлический пресс

Рис. 5

Гидравлический пресс (рис.5) – простой механизм, дающий выигрыш в силе. Он представляет собой сообщающиеся сосуды разного сечения. В основе его действия так же лежит закон Паскаля:

где: - сила, действующая на малый поршень (совершает полную работу),

– площадь малого поршня,

– сила, действующая на больший поршень (совершает полезную работу)

– площадь большего поршня.

 

Работа поршней (без потерь энергии):

где: – вертикальное перемещение малого поршня, - перемещение большего поршня.

Выигрыш в силе:

КПД (есть потери энергии):

 

Атмосферное давление

Атмосфера – воздушная оболочка Земли. Она существует благодаря земному притяжению и беспорядочному движению молекул в газообразном состоянии. В состав атмосферы входят азот, кислород и другие газы. Атмосфера не имеет четкой границы, плотность воздуха уменьшается с высотой.

 

Атмосферное давление – давление «воздушного океана», которое так же уменьшается с высотой.

 

Рис. 6

Ртутный барометр ( рис.6) – прибор для определения атмосферного давления; создан Торричелли. Состоит из стеклянной трубки, запаянной с одного конца, длиной 1 м, заполненной ртутью; широкого сосуда, в который выливается ртуть после поворота трубки.

 

По совйству сообщающихся сосудов: (мм.рт.ст)

Формула для определения атмосферного давления (в паскалях):

 

Где: (Па) – атмосферное давление;

- плотность ртути;

– ускорение свободного падения;

(м) – высота ртутного столба.

Архимедова сила. Закон Архимеда.

Рис. 7

Архимедова сила (выталкивающая сила) действует на тело погруженное в жидкость или газ. Причина возникновения выталкиваюжщей силы: нижняя грань тела находится на большей глубине, чем верхняя, поэтому давление жидкости снизу больше, чем сверху. Из-за разницы давлений возникает выталкивающая сила.