Билет №11. Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Барометр-анероид. Изменение атмосферного давления с высотой.

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 нижние слои и в конечном итоге оказывают давление на поверхность Земли и 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.

О бычно на практике для измерения атмосферного давления используют металлические барометры, называемые анероидами. Они безжидкостные, т.е. не содержат ртути. Главная часть его – металлическая коробочка с волнистой поверхностью. Из коробочки откачан воздух.. Чтобы коробочку не раздавило атмосферное давление, её оттягивают пружиной вверх, к пружине прикрепляется стрелка. Анероиды очень удобны в работе, прочны, малогабаритны, но менее точны, чем жидкостные барометры.

Значение атмосферного давления зависит от высоты над поверхностью Земли. Чем больше высота над уровнем моря, тем давление меньше.

Анероид, имеющий шкалу, по которой можно определить высоту поднятия над Землей, называют высотомером. Их широко используют в авиации, парашютном спорте, альпинизме и т. д.

Билет №12. Архимедова сила. Условия плавания тел. Водный транспорт. Воздухоплавание.

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.

З акон 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.

Доказать это можно с помощью опыта с ведерком Архимеда. К пружине подвешивают ведерко Архимеда и тело цилиндрической формы. Пружина растягивает и стрелка показывает вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляют отливной сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего тело погружают целиком в жидкость. Часть жидкости выливается в стакан. Стрелка показывает вес тела в жидкости. Если в ведерко вылить часть жидкости из стакана, то стрелка вернется к своему начальному положению.

Следовательно, выталкивающая сила по модулю равна весу жидкости, вытесненной погруженной частью тела.

Закон Архимеда справедлив только при наличии тяжести. В условиях невесомости он не выполняется.

Условие плавания тела:

На тело, находящееся в жидкости, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила Архимеда, направленная вертикально вверх.

1. Если F_т>F_A - тело тонет;

2. Если F_т=F_A - тело плавает в жидкости или газе;

3. Если F_т<F_A - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.

1. Если ρ_т>ρ_ж - тело тонет;

2. Если ρ_т=ρ_ж - тело плавает в жидкости или газе;

3. Если ρ_т<ρ_ж - тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Водный транспорт.

Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом.

Осадка – глубина, на которую судно погружается в воду.

Ватерлиния – красная линия на корпусе судна, отмечает наибольшую допустимую осадку.

Водоизмещение – вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии.

Воздухоплавание.

Аэростат – воздушный шар, который перемещается только под действием ветра.

Дирижабли – управляемые аэростаты.

Подъемная сила – вес груза, который может поднять шар

Билет № 13.

Работа. Мощность. Потенциальная энергия поднятого тела, сжатой пружины. Кинетическая энергия движущегося тела. Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения механической энергии.

Сила, действующая на тело, может выполнить механическую работу если:

1. есть перемещение;

2. угол между вектором силы и перемещением не равен 90º .

Работа силы есть алгебраическая величина, равная произведению модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними.

; [A]=Дж

Работа может быть положительной, если 0≤ <90º, или отрицательной, если 90º< ≤180º. Сила, выполняющая положительную работу, наз. движущей. Сила, выполняющая отрицательную работу, наз. силой сопротивления. Если на тело действует несколько сил, и вычисляют «А» каждой силы, а затем складывают полученные работы.

Различные механизмы затрачивают разное время на выполнение работы. Характеристикой быстроты выполнения работы является мощность.

Мощность – отношения модуля работы ко времени ее выполнения.

; => или ; [N] =Вт

Чтобы охарактеризовать способность тел выполнять, работу введено понятие энергии.

Механическая энергия – физическая величина, равная максимальной работе, которую способно совершить тело.

Измеряется в джоулях (Дж).

Энергия бывает двух видов:

1. Кинетическая – энергия, обусловленная перемещением. Ею обладают все движущиеся тела.

2. Потенциальная – энергия, зависящая от взаимного расположения взаимодействующих тел или частиц тела.

Потенциальная энергия поднятого тела, ;

Потенциальная энергия сжатой пружины.

Закон сохранения механической энергии:

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих с силами тяготения и упругости, остается неизменной.

+ = const