Лекція 5. Елементи механіки рідин

5.1 Гідростатика. Тиск в рідині. Закон Паскаля. Закон Архімеда

Визначення. Гідростатика - це розділ фізики, який вивчає рідини в стані рівноваги.

Тиск р

1. Це характеристика дії одного тіла на інше.

Визначення. Тиск - це фізична величина, що дорівнює відношенню сили F, що діє перпендикулярно поверхні до площі S цієї поверхні.

3. Тиск - це скалярна величина.

4.

5. [р] = = Па (Паскаль)

6. Один Паскаль - це тиск, який створює сила в один Ньютон на площу в один квадратний метр.

Закон Паскаля

1. Встановлює, як передається тиск в рідинах і газах.

2. Визначення. Тиск, що діє на рідину або газ, передається без зміни в кожну точку рідини або газу.

Н априклад, на малюнку 5.1 порожниста куля, що має в різних місцях вузькі отвори. До кулі вставлено трубку з поршнем. Якщо набрати води в кулю й натиснути на поршень, то вода поллється з усіх отворів кулі з однаковою швидкістю.

3. –

4. Межі застосування. Закон Паскаля справедливий для нерухомих рідин і газів.

Пояснення закону Паскаля

Закон Паскаля пояснюється молекулярною будовою рідин і газів. Тиск у них газу - це удари молекул по стінках і дну посудини. Оскільки в рідинах і газах молекули вільно переміщуються, то спричинений на них тиск призводить до зменшення проміжків між молекулами у всьому їхньому обсязі. А це у свою чергу призводить до збільшення тиску всередині рідини чи газу. І чим більше ущільнені молекули, тим вищий тиск.

Тиск стовпа рідини р

1. Тиск стовпа рідини - це тиск, обумовлений силою тяжіння Землі.

2. Визначення. Тиск стовпа рідини дорівнює добутку густини рідини ρ на прискорення вільного падіння g і на висоту стовпа рідини h.

3. Тиск стовпа рідини - це скалярна величина.

4. р = ρgh

5. [р] = Па (Паскаль)

Сила Архімеда

1. Визначення. Сила Архімеда - це сила, що діє на занурене в рідину або газ тіло.

2. Сила Архімеда завжди спрямована вертикально вгору.

3. F_A = ρgV_A, де ρ - густина рідини; g - прискорення вільного падіння; V_A - Архимедів об’єм - об’єм зануреної частини тіла в рідину.

4. За природою сила Архімеда - це сила, що виникає в наслідок існування різниці тисків рідини між верхньою й нижньою зануреної частиною тіла.

Закон Архімеда

1. Установлює від чого і як залежить сила Архімеда.

2. Визначення. На тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна сила, рівна вазі витісненої тілом рідини чи газу.

3. F_A = ρgV_A,

4. Застосовується закон Архімеда за умови дії сили тяжіння. У невагомості виштовхувальної сили не існує.

Умова плавання тіл

На занурене в рідину тіло діють дві сили: сила тяжіння, напрямлена вертикально вниз, і Архімедова сила, напрямлена вертикально вгору. Під дією цих сил тіло, якщо воно знаходилося у спокої, рухатиметься в бік більшої сили. При цьому можливі три випадки:

1) якщо сила тяжіння більше сили Архімеда, то тіло буде опускатися на дно, тобто якщо mg> F_A, то тіло тоне;

2) якщо сила тяжіння дорівнює силі Архімеда mg = F_A, то тіло може бути в рівновазі в будь-якому місці рідини, тобто плаває всередині рідини;

3) якщо сила тяжіння менше сили Архімеда mg <F_A, то тіло спливає.

Т.ч. тіло буде плавати тоді, коли вага тіла дорівнює вазі витісненої тілом рідини, або, якщо густина рідини більше середньої густини тіла.