Тема 15. Элементы механики жидкостей и газов

· Давление — скалярная физическая величина, равная отношению силы ∆F, действующей перпендикулярно к поверхности, к площади этой поверхности . Единица давления — паскаль (1 Па = 1 Н/м²).

· Силу, действующую перпендикулярно к поверхности, называют силой давления.

В тех случаях, когда силой давления является вес находящегося на поверхности тела

(F = P = mg), давление, оказываемое телом, можно найти по формуле

Чем больше площадь опоры, тем меньше дав­ление, производимое данной силой, и, наоборот,

с уменьшением площади опоры (при неизменной силе) давление возрастает.

В газах давление создается ударами беспорядочно движущихся молекул.

· Давление, оказываемое покоящейся жидкостью называется гидростатическим. Гидростатическоедавление жидкости на глубине h определяется по формуле

Р=ρhg

Гидростатическое давление на любой глубине внутри жидкости не зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость.

· Закон Паскаля для жидкостей и газов. жидкости и газы передают оказываемое на них давление по всем направлениям одинаково.

Из закона Паскаля следует, что:

- полное давление в любой точке жидкости равно Р=Р₀+ρgh, где Р₀ – атмосферное давление;

- в состоянии равновесия давление внутри жидкости и газа на одном уровне одинаково.

· Сосуды, имеющие общую (соединяющую их) часть, заполнен­ную покоящейся жидкостью, называются сообщающимися.

Закон сообщающихся сосудов: в сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. В сообщающихся сосудах, содержащих разные жидкости, высота столбов жидкости над уровнем их разделения (см.рис) обратно пропорциональна плотности их жидкостей

 

В сообщающихся сосудах, содержащих разные жидкости, высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью.

 

· На законе Паскаля основано действие гидравлических машин (гидравлический пресс, домкрат, тормоз). Гидравлический пресс состоит из сообщающихся между собой сосудов разного диаметра, закрытыми поршнями, пространство между которыми заполнено жидкостями.

Сила, действующая на большой поршень, во столько раз превышает силу, действую­щую на меньший поршень, во сколько раз площадь большего поршня превышает площадь меньшего поршня.

Отношение характеризует выигрыш в силе, получаемый в данной машине. Выигрыш в силе определяется отношением площадей. Поэтому, чем больше отношение площадей поршней, тем больше выигрыш в силе.

· Давление, оказываемое атмосферой Земли на все находящиеся в ней предметы, называется атмосферным давлением. Впервые атмосферное давление измерил италь­янский ученый Э. Торричелли. Давление атмосферы можно изме­рять высотой соответствующего ртутного столба (выраженной обычно в миллиметрах).

Р_атм=Р_рт=ρ_атмgh_рт

Давление атмосферы, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0°С, принято называть нормальным атмосферным давлением.

 

Р_атм=760мм рт.ст. ≈10⁵Па=1атм (1мм.рт.ст ≈ 133,3 Па).

Паскаль установил, что давление атмосферы понижается с увеличени­ем высоты над Землей: на каждые 11м атмосферное давление изменяется приблизительно на 1 мм рт. ст (для высот до 1 км).

Атмосферное давление измеряется барометром. Разность между атмосферным давлением и давлением газа в резервуаре измеряется манометром.

· На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, которую называют силой Архимеда. Она обусловлена разницей сил давления жидкости (газа) на нижнюю и верхнюю части тела. Сила Архимеда направлена вверх.

Закон Архимеда: Сила Архимеда равна весу вытесненной жидкости (газа)

F_A =mg=ρ_жVg

где V – объём погружённой в жидкость или газ тело (часть тела); ρ_ж-плотность жидкости.

Силу Архимеда можно вычислить также по формуле F_A =Р₀-Р, где Р₀ – вес тела в вакууме; Р- вес тела в жидкости или газе.

· Условие плавания тел

Характер движения тела	Тело тонет	Тело всплывает	Тело прибывает в равновесии внутри жидкости	Тело прибывает в равновесии на поверхности жидкости (плавает)
Соотношение между силой тяжести и силой Архимеда	mg > FA	mg < FA	mg = FA	mg = FA
Соотношение между плотностью тела и плотностью жидкости	ρт > ρж	ρт < ρж	ρт = ρж	ρт < ρж