2.1. Давление в жидкостях

Внутри жидкости в любой ее точке существует давление, обусловленное весом верхних слоев жидкости на нижние. Если рассматривать жидкость в состоянии покоя, т.е. не двигающуюся, то это давление можно назвать "весовым " или гидростатическим давлением.На одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям / и вверх в том числе /. С глубиной давление увеличивается. Когда вы в резиновых сапогах заходите в воду, то чувствуете, как резина плотно прилегает к ногам. А ведь глубина совсем небольшая!

Расчетная формула  для определения давления жидкости в любой ее точке, а также на дно и стенки сосуда:

2.2. Давление в газах

Мы знаем, что газы в отличие от твердых тел и жидкостей заполняют весь сосуд, в котором они находятся (например, стальной баллон для хранения газов, камеру автомобильной шины и т. д.). При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона или камеры, в которых он находится. Чем обусловлено это давление?

Молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ (рис. 87). Газ состоит из огромного количества молекул, поэтому и число их ударов очень велико. Например, в комнате, в которой вы сейчас находитесь, на каждый квадратный сантиметр за 1 с молекулами воздуха наносится столько ударов, что их количество выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул о стенки сосуда приводит к значительному давлению.

Рисунок 87. Беспорядочное движение молекул газа. Итак, в газах давление создается ударами беспорядочно движущихся молекул.

Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса помещают завязанный резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму (рис. 88, а). Затем насосом откачивают воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает сферическую форму (рис. 88, б).

Рисунок 88. Опыт,доказывающий,что давление в газах создается ударами беспорядочно двиэущихся молекул.

Как можно это объяснить?

Мы знаем, что молекулы воздуха движутся и потому непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул под колоколом вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри завязанного шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешнюю поверхность оболочки становится меньше числа ударов о внутреннюю поверхность. Из-за этого шарик раздувается и принимает такие размеры, при которых сила упругости его резиновой оболочки становится равной силе давления газа, находящегося внутри его.

Сферическая форма, которую принимает раздутая оболочка шарика показывает, что газ оказывает по всем направлениям одинаковое давление.

Выясним, как зависит давление газа от его объема. Температуру газа будем считать постоянной.

Если объем газа уменьшить, но так, чтобы масса его осталась неизменной, то в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше. Это означает, что плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки сосуда возрастет и давление газа станет больше. Это можно подтвердить опытом. 

На рисунке 89, а изображен стеклянный цилиндр, один конец которого закрыт тонкой резиновой пленкой. В цилиндр вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в цилиндре уменьшается. При этом резиновая пленка выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в цилиндре увеличилось (рис. 89, б).

Наоборот, при увеличении объема этой же массы газа число молекул в каждом кубическом сантиметре, а значит, и число их ударов о стенки сосуда станет меньше. При этом давление газа тоже уменьшится.

На опыте это проявляется следующим образом. При вытягивании поршня из цилиндра резиновая пленка прогибается внутрь сосуда, указывая, что давление воздуха внутри цилиндра стало меньше, чем снаружи (рис. 89, в).

Рисунок 89. Опыт,демонстрирующий зависимость давления газа от его объема.

Итак, если масса и температура газа остаются неизменными, то при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается.

Изменение давления газа при изменении его объема учитывают, например, в таком устройстве, как резиновая груша (рис. 90). Этот прибор состоит из двух резиновых шаров с клапанами и резиновой трубки, которую обычно присоединяют к пульвериза- тору (устройству, предназначенному для распыления жидкостей). Когда шар 1 сдавливают рукой, один (впускной) клапан закрывается, и воздух из шара 1 накачивается в шар 2. При освобождении шара 1 от надавливания он благодаря упругости свонх стенок принимает первоначальную форму. При этом давление внутри его уменьшается, и очередная порция наружного воздуха, открывая впускной клапан, вновь входит внутрь шара 1. Воздух в шаре 2 в это время закрывает другой клапан и по трубке направляется в пульверизатор.

Рисунок 90. Резиновая груша. Принцип действия. Вопросы.

1. Из-за чего возникает давление газа?

2. С помощью какого опыта можно показать, что газ производит давление на стенки сосуда, в котором он находится?

3. Как изменяется давление газа при его сжатии? Почему?

4. Опишите принцип действия резиновой груши. Экспериментальное задание.

Надуйте воздушный шарик. О каких свойствах газа и оболочки шарика свидетельствует его форма? Почему, направляя струю воздуха в определенном направлении, мы заставляем шарик раздуваться сразу по всем направлениям? Почему не все воздушные шарики принимают сферическую форму?

В каждой жидкости существует давление, обусловленное ее собственным весом. Так, например, давление на основание столба воды высотой 10м составляет около 10⁵Па.

Давление столба жидкости

Если

h	высота столба жидкости,	Метр
p	давление в жидкости на глубине h,	Паскаль
g	ускорение свободного падения,	9.81 м/c2
ρ	плотность жидкости,	кг/м3

то

давление в жидкости равно ее весу, деленному на площадь,

1.	p= G S = mg S

используя формулу — масса через плотность и объем, имеем

2.

p= ρVg S

Так как объем есть произведение высоты на площадь V = Sh, то

3.

p= ρgh

Плотность жидкости ρ зависит от температуры. Для очень точных вычислений плотность следует рассчитывать по специальной формуле. Давление на данной глубине одинаково во всех направлениях. Соотношение между единицами давления. Суммарное давление, обусловленное весом столба жидкости и давлением поршня, называют гидростатическим давлением.