Давление в сосудах физика: Давление в жидкости — урок. Физика, 7 класс.

Физика Давление в жидкости и газе

Материалы к уроку

Конспект урока

Как известно, сила тяжести действует на все тела на Земле: и на твердые, и на жидкие, и на газообразные. 
Рассмотрим жидкости.  Нальем в сосуд, у которого вместо дна гибкая  мембрана, воду.   Мы наблюдаем, как резиновая пленка начинает прогибаться. Нетрудно догадаться, что под действием силы тяжести вес столба жидкости давит на дно сосуда. Причем, чем выше уровень налитой жидкости, тем больше растягивается резиновая мембрана.  После того, как резиновое дно прогнулось, вода останавливается (приходит в равновесие), так как кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости резиновой мембраны, которые и уравновешивают силу давления воды на дно.  
Рассмотрим,  давит ли жидкость на стенки сосуда?  Возьмем сосуд с отверстиями в боковой стенке. Нальем в него воду. И быстро откроем отверстия. Мы наблюдаем картину, очень похожую на опыт с шаром Паскаля. Но при этом никакого внешнего давления на жидкость мы не оказывали. Для объяснения этого опыта необходимо вспомнить закон Паскаля. 

Каждый слой жидкости, каждая молекула своим  весом давит на нижние слои. При этом согласно закону Паскаля, это давление передается по всем направлениям и одинаково, в отличие от твердых тел, вес которых действует только в одном направлении. Так на нижние слои жидкости в сосуде действует большее количество молекул жидкости, чем на верхние —  давление в нижней части сосуда больше. И как результат, напор воды из нижнего отверстия значительно больше. 
Проведем еще один опыт. Поместим в большой сосуд с водой колбу с отпадающим дном. Для этого вначале плотно прижмем дно с помощью веревки. Когда сосуд окажется в воде, можно отпустить веревку. Что же плотно прижало дно к цилиндрическому сосуду? Дно к стенкам сосуда прижало давление воды, которое действует снизу вверх.

Теперь медленно и аккуратно начнем доливать воду в пустой сосуд. Как только уровни жидкостей в обоих сосудах станут одинаковыми, дно отпадет от сосуда. 
Так как силы давления воды внутри цилиндра и снаружи стали одинаковыми, дно будет вести себя так же, как и в воздухе – как только мы отпустим веревку, дно будет отпадать вследствие земного притяжения.
В момент отрыва на дно давит сверху вниз столб жидкости в сосуде, а снизу вверх на дно передается давление такого же по высоте столба жидкости, но находящегося в банке. 
Все эти опыты также можно провести и с другими жидкостями. Результат будет одинаковым.
Опытным путем, мы установили, что внутри жидкости существует давление. На одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается. Газы также имеют вес, этим и обусловлены схожие свойства передачи давления, как у жидкостей, так и у газов. Однако у газа плотность, по сравнению с жидкостью, значительно меньше.   Поговорим еще об одном удивительном, и, казалось бы, невозможном явлении, которое получило название «гидростатический парадокс». Воспользуемся специальным прибором для демонстрации этого явления.
Используем в опыте три сосуда разной формы, заполненные жидкостью до одного уровня. Площадь дна всех сосудов одинакова и закрыта резиновой мембраной. Налитая жидкость растягивает мембрану. Прогибаясь, резиновая пленка давит на рычаг и отклоняет стрелку прибора.
Стрелка прибора во всех трех случаях отклоняется одинаково. Значит давление, создаваемое жидкостью, одинаковое и не зависит от веса налитой жидкости. Этот факт получил название гидростатического парадокса. Он объясняется тем, что жидкость, в отличие от твердых тел, часть давления передаст также стенкам сосудов.
 

Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

• Повысим успеваемость по школьным предметам

• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать репетитораОставить заявку на подбор

Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда

Рассмотрим, как можно рассчитать давление жидкости на дно и стенки сосуда. Решим сначала задачу с числовыми данными. Прямоугольный бак наполнен водой (рис. 96). Площадь дна бака 16 м2, высота его 5 м. Определим давление воды на дно бака.

Сила, с которой вода давит на дно сосуда, равна весу столба воды высотой 5 м и площадью основания 16 м2, иначе говоря, эта сила равна весу всей воды в баке.

Чтобы найти вес воды, надо знать ее массу. Массу воды можно вычислить по объему и плотности. Найдем объем воды в баке, умножив площадь дна бака на его высоту: V= 16 м2*5 м=80 м3. Теперь определим массу воды, для этого умножим ее плотность p = 1000 кг/м3 на объем: m = 1000 кг/м3 * 80 м3 = 80 000 кг. Мы знаем, что для определения веса тела надо его массу умножить на 9,8 Н/кг, так как тело массой 1 кг весит 9,8 Н.

Следовательно, вес воды в баке равен P = 9,8 Н/кг * 80 000 кг ≈ 800 000 Н. С такой силой вода давит на дно бака.

Разделив вес воды на площадь дна бака, найдем давление p:

p = 800000 H/16 м2 = 50 000 Па = 50 кПа.

Давление жидкости на дно сосуда можно рассчитать, пользуясь формулой, что значительно проще. Чтобы вывести эту формулу, вер­немся к задаче, но только решим ее в общем виде.

Обозначим высоту столба жидкости в сосуде буквой h, а площадь дна сосуда S.

Объем столба жидкости V= Sh.

Масса жидкости т = pV,или m = pSh.

Вес этой жидкости P = gm, или P = gpSh.

Так как вес столба жидкости равен силе, с которой жидкость давит на дно сосуда, то, разделив вес P на площадь S, получим давление р:

p = P/S, или p = gpSh/S

т. е.

p = gph.

Мы получили формулу для расчета давления жидкости на дно со­суда. Из этой формулы видно, что давление жидкости на дно сосуда прямо пропорционально плотности и высоте столба жидкости.

По этой формуле можно вычислять и давление на стенки, сосуда, а также давление внутри жидкости, в том числе давление снизу вверх, так как давление на одной и той же глубине одинаково по всем направлениям.

При расчете давления по формуле:

p = gph

надо плотность p выражать в килограммах на кубический метр (кг/м3), а высоту столба жидкости h — в метрах (м), g = 9,8 Н/кг, тогда давление будет выражено в, паскалях (Па).

Пример. Определить давление нефти на дно цистерны, если высота столба нефти 10 м, а плотность ее 800 кг/м3.

Вопросы.  1. От каких величин зависит давление жидкости на дно сосуда? 2. Как зависит давление жидкости на дно сосуда от высоты столба жидкости? 3. Как зависит давление жидкости на дно сосуда от плотности жидкости? 4. Какие величины надо знать, чтобы рассчитать давление жидкости на стенки сосуда? 5. По какой формуле рассчитывают давление жидкости на дно и стенки сосуда?

Упражнения. 1. Определите давление на глубине 0,6 м в воде, керосине, ртути. 2. Вычислите давление воды на дно одной из глубочайших морских впадин, глубина, которой 10 900 м, Плотность морской воды 1030 кг/м3. 3. На рисунке 97 изображена футбольная камера, соединенная с вертикально расположенной стеклянной трубкой. В камере и трубке находится вода. На камеру положена дощечка, а на нее — гиря массой 5 кг. Высота столба воды в трубке 1 м. Определите площадь соприкосновения дощечки с камерой.

Задания. 1. Возьмите высокий сосуд. В боковой поверхности его по прямой, на разной высоте от дна сделайте три небольших отверстия. Закройте отверстия спичками и налейте в сосуд до верха воды. Откройте отверстия и проследите за струйками вытекающей воды (рис. 98). Ответьте на вопросы: почему вода вытекает из отверстий? Из чего следует, что давление увеличивается с глубиной? 2. Прочтите в конце учебника параграфы «Гидростатический парадокс. Опыт Паскаля», «Давление на дне морей и океанов. Исследование морских глубин».

Метки: гидростатический парадоксДавлениедавление водыдавление на глубинедавление нефтидавление по формуледавления жидкостижидкостиМасса жидкостиобъемОпыт ПаскаляпаскалипаскальПлотностьрасчет давлениярасчет давления жидкостирасчет давления жидкости на днорасчет давления жидкости на стенки сосудасила воды

Давление

Давление

Всем известно, что надуть воздушный шарик в первый раз намного сложнее. Почему это? Во-первых, приложенное давление не создает большого напряжения в стенках небольшого воздушного шара, чтобы начать процесс растяжения, необходимый для надувания. Согласно закону Лапласа, натяжение стенки будет в два раза больше для воздушного шара в два раза большего радиуса. Если требуется определенное приложенное давление, чтобы преодолеть эластичность большого воздушного шара и вызвать его дальнейшее расширение, потребуется вдвое большее давление, чтобы начать расширять меньший воздушный шар. Все это мешает малышу сделать первый вдох – все шарики маленькие! Альвеолы ​​легких спадаются у плода и должны раздуваться в процессе вдоха. Таким образом, традиционно шлепают новорожденного по попе, чтобы вывести его из себя достаточно, чтобы сделать усилие для первого вдоха. С дополнительными трудностями сталкиваются недоношенные дети, потому что сурфактантная жидкость, которая покрывает альвеолы, придавая им соответствующее напряжение стенок, образуется на более поздних стадиях беременности. До этого момента альвеолы ​​покрыты жидкостью, которая имеет поверхностное натяжение воды, намного выше, чем у обычного поверхностно-активного вещества.

Алфавитный указатель Концепции закона Лапласа

Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица 50000 Назад Заболевание легких, называемое эмфиземой или хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), приводит к увеличению альвеол легких, поскольку одни из них разрушаются, а другие либо увеличиваются, либо комбинируются. Заболевание является одним из разрушительных последствий длительного курения, но иногда возникает и у некурящих. Если нормальный процесс вдоха раздувает альвеолы ​​до большего радиуса, следствием закона Лапласа является то, что стенка должна потерять большую часть своей эластичности. Обычно требуется удвоенное давление, чтобы надуть мембрану постоянного натяжения до удвоенного ее радиуса. Как правило, натяжение стенок здоровых альвеол определяется поверхностным натяжением жидкости, которая их покрывает, и при однородном покрытии (называемом сурфактантом) все они будут раздуваться до одинакового радиуса. Расширенные альвеолы ​​у больных эмфиземой предполагают менее упругую отдачу в процессе выдоха. Выдох требует усилия диафрагмы и на запущенных стадиях заболевания больной не сможет задуть спичку. Помимо потери эластичности альвеолярных стенок, больший размер отсеков подразумевает меньшую площадь поверхности для данного объема. Поскольку обмен кислорода из воздуха в кровь пропорционален площади обменной мембраны, это снижает скорость переноса кислорода. Указатель Концепции закона Лапласа Ссылки Канадская ассоциация пульмонологов Healthline Справочник по ХОБЛ   Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица Назад Напряжение стенок артерий и вен в организме человека — классический пример действия закона Лапласа. Этот геометрический закон, примененный к трубе или трубе, гласит, что при заданном внутреннем давлении жидкости натяжение стенки будет пропорционально радиусу сосуда. Значение этого закона для крупных артерий, сопоставимое артериальное давление, что крупные артерии должны быть более прочные стены так как артерия дважды радиус должен быть в состоянии выдержать двойную стену напряжение. Артерии усилен волокнистыми лентами укрепить их против риски аневризмы. Крошечный капилляры полагаются на их небольшой размер. Демонстрация с воздушным шаром Алфавитный указатель Концепции закона Лапласа   Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица 50000 Назад Стенки капилляров системы кровообращения человека настолько тонкие, что кажутся прозрачными под микроскопом, однако они выдерживают давление примерно до половины полного кровяного давления. Закон Лапласа дает представление о том, как они могут противостоять такому давлению: их небольшой размер означает, что натяжение стенки при данном внутреннем давлении намного меньше, чем у более крупных артерий. При пиковом артериальном давлении около 120 мм рт.ст. в левом желудочке давление в начале капиллярной системы может быть порядка 50 мм рт.ст. Большие радиусы крупных артерий подразумевают, что для давлений в этом диапазоне они должны иметь прочные стенки, чтобы выдерживать большое результирующее напряжение стенок. Согласно закону Пуазейля, более крупные артерии оказывают гораздо меньшее сопротивление потоку, чем более мелкие сосуды, и, таким образом, падение давления в них составляет лишь около половины общего перепада. Капилляры обладают большим сопротивлением потоку, но не требуют большой прочности их стенок. Алфавитный указатель Концепции закона Лапласа   Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица 50000 Назад Более крупные артерии тела подвержены большему натяжению стенок, чем более мелкие артерии и капилляры. Это натяжение стенки соответствует закону Лапласа, геометрическому соотношению, которое показывает, что натяжение стенки пропорционально радиусу для данного кровяного давления. Если в стенке артерии образуется слабое место и в результате она расширяется, может показаться, что расширение принесет некоторое облегчение, но на самом деле верно обратное. В классическом «порочном круге» расширение подвергает ослабленную стену еще большему напряжению. Ослабленный сосуд может продолжать расширяться в так называемую аневризму. При отсутствии контроля это состояние приведет к разрыву сосуда, поэтому аневризмы требуют незамедлительного медицинского вмешательства. Локализованное слабое место в артерии может получить некоторое временное облегчение натяжения за счет расширения до сферической формы, поскольку сферическая мембрана имеет половину натяжения стенки для данного радиуса. Сведение к минимуму мембранного натяжения — вот почему мыльные пузыри имеют тенденцию образовывать сферическую форму. Но для расширяющейся артерии нельзя полагаться на формирование почти сферической формы, чтобы обеспечить достаточное снятие напряжения. Демонстрация с воздушным шаром Алфавитный указатель Концепции закона Лапласа   Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица 50000 Вернуться назад домашнее задание и упражнения – Равномерное давление в сосуде Задавать вопрос спросил 9{\circ} C$ нагревается до тех пор, пока из него не будет вытеснено $\frac{3}{5}$ воздуха. Считая объем сосуда постоянным, найти температуру, до которой нагрелся сосуд. В приведенном решении сказано, что давление остается неизменным вместе с объемом. Я не понял этого, поэтому я поискал больше в Интернете и обнаружил, что причина в том, что здесь работает то же атмосферное давление. У меня есть несколько вопросов по этому поводу, В состоянии равновесия мы знаем, что внутреннее давление газа = внешнее давление. Так что в формуле $PV=nRT$ $P$ может быть как внешним давлением, так и внутренним давлением. Сейчас что делает открытый сосуд единственным случаем, когда внешнее давление (которое в данном случае является атмосферным) равно? Почему это не так для закрытых сосудов? Поскольку одинаковое атмосферное давление действует на весь контейнер, а в открытом сосуде на контейнер действует одинаковое атмосферное давление. Отсюда следует, что во всех контейнерах давление всегда будет оставаться постоянным. домашние задания и упражнения идеальный газ $\endgroup$ 4 $\begingroup$ Вам нужно подойти к проблеме, используя закон парциальных давлений Дальтона. Парциальное давление каждого идеального газового компонента смеси газов — это давление, которое он сам по себе оказал бы, если бы занимал тот же объем. Тогда парциальное давление каждого газа равно полному абсолютному давлению (в данном случае 1 атм для открытого сосуда), умноженному на объемную долю газового компонента. Итак, в вашем примере два компонента газа — это сухой воздух и водяной пар (газообразный $H_{2}O$), оба считаются идеальными газами. Объемные доли после нагрева составляют 0,6 для компонента водяного пара и 0,4 для компонента сухого воздуха. Таким образом, парциальное давление водяного пара равно 0,6 х общего давления в 1 атм, или 0,6 х 101 кПа = 60,6 кПа. Чтобы найти температуру, при которой это происходит, обратитесь к таблицам насыщенных вод, чтобы определить температуру насыщения, соответствующую давлению насыщения 60,6 кПа, с помощью линейной интерполяции. Надеюсь, это поможет. $\endgroup$ Зарегистрируйтесь или войдите в систему Зарегистрируйтесь с помощью Google Зарегистрироваться через Facebook Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль Опубликовать как гость Электронная почта Требуется, но не отображается Опубликовать как гость Электронная почта Требуется, но не отображается Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie . Оставить комментарий Отменить ответ Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Меню Поиск: