Давление. Атмосферное давление. Закон Паскаля. Закон Архимеда.

Действие силы на твердое тело зависит не только от модуля этой силы, но и от площади поверхности тела, на которую она действует.

Давлением р называют величину, равную отношению модуля силы давления F, действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности:

p=F/S

В СИ за единицу давления принят паскаль (Па): 1 Па=1 Н/м².

Существуют другие единицы давления:

1 атм = 1,033 ат = 1,013·10⁵ Па; 1 мм рт. ст.» 133,3 Па; 1 бар=10⁵ Па, 1 мбар=10² Па.

Твердые тела передают производимое на них извне давление по направлению действия силы, вызывающей это давление. Совсем иначе передают внешнее давление жидкости и газы.

Неподвижная жидкость или газ, находящаяся в замкнутом сосуде, передает производимое на нее внешнее давление по всем направлениям одинаково (т.е. без изменения).

Описанная закономерность была впервые обнаружена французским ученым Паскалем и получила название закона Паскаля.

Земля окружена атмосферой - воздушной оболочкой, состоящей из смеси различных газов. Молекулы этих газов, находясь в поле тяготения Земли, притягиваются к ней. Вследствие этого слои воздуха, расположенные выше, давят на ниже слои и в конечном итоге давление на поверхность Земли находящиеся на ней тела. Это давление называют атмосферным.

Значение атмосферного давления впервые экспериментально определил в 1634 г. итальянский ученый Торричелли. Опыт Торричелли свидетельствует, что давление столба ртути высотой h уравновешивает давление атмосферы. Дальнейшие наблюдения показали, что высота столба ртути в трубке (и следовательно, значение атмосферного давления) зависит от погодных условий и от высоты местности.

Атмосферное давление, уравновешиваемое при 0°С столбом ртути высотой h = 760 мм, считается нормальным. Оно равно: 1 атм.=760 мм рт. ст.=1.013·10⁵ Па.

Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты подъема над Землей.

Приборы, предназначенные для измерения атмосферного давления, называют барометрами. Важным преимуществом жидкостных (ртутных) барометров является большая точность их показаний. Но эти приборы громоздки, хрупки, а потому пригодны для использования только в стационарных (лабораторных) условиях. Обычно на практике для измерения атмосферного давления используют металлические барометры, называемые анероидами. Анероиды очень удобны в работе, прочны, малогабаритны, но менее точны, чем жидкостные барометры. Значение атмосферного давления зависит от высоты над поверхностью Земли. Анероид, имеющий шкалу, по которой можно определить высоту поднятия над Землей, называют высотомером. Их широко используют в авиации, парашютном спорте, альпинизме и т. д.

Существование гидростатического давления приводит к тому, что на любое тело, находящееся в жидкости или газе, действует выталкивающая сила. Впервые значение этой силы в жидкостях определил на опыте Архимед. Закон Архимеда формулируется так: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу того количества жидкости или газа, которое вытеснено погруженной частью тела.

F_a=ρ_жgV_т=P_ж, где V_т - объем тела (т. е. объем жидкости, вытесненной погруженным телом); P_ж - вес вытесненной жидкости. Следовательно, выталкивающая сила по модулю равна весу жидкости, вытесненной погруженной частью тела.

Архимедова сила F_A приложена к телу в центре масс вытесненной телом жидкости и направлена против силы тяжести, действующей на это тело. Закон Архимеда справедлив только при наличии тяжести. В условиях невесомости он не выполняется.

Условие плавания тела: F_т>F_A - тело тонет; F_т=F_A - тело плавает в жидкости или газе; F_т<F_A - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Билет № 7.