Физика - учебник 7 класс

е

аРис. 164

Выведенная формула

в

справедлива для сосудовтлюбой фор-

с

мы, даже если таким «сосудом» является пруд или океан. Что-

бы подтвердить формулу,

а

к сосуду с эла тичным дном присоеди-

стенке отверстиями по крашенную воду (рис. 165). Наблюдения за

н

вытекающими струями п казывают, что гидростатическое давление

действует и на стенку бутылкид

. Его величина

возрастает по ме е увеличения высоты стол-

Рис. 165

о

ба воды в бутылке над отверстием, поэтому

р

а

Н

а

Гидростатическое

давление является главным

препятствием для проникновения человека в глубины

т

Мирового океана. Уже на глубине 2,5—3 м нетре-

нированный ныряльщик испы ыв ет сильную боль

е

в ушах, вызванную давлением воды на барабанные

перепонки. Даже корпуса подводных лодок, изготов-

в

ленные из самых прочных стал й, на глубине в не-

с

сколько сот метров находятся на грани превышения

допустимой прочно ти. Возникает вопрос: а почему

а

ебя на такой и даже боль-

комфортно чув т уют

шей глубине рыбы (рис. 166)? Если вы не нашли

правильный ответ, мы вам подскажем: вода давит на

рыб не только извне, но и изнутри (закон Паскаля),

Рис. 166

т. е. происходит компенсация сил давления.

Главные выводы

а

н

1. Гидростатическое д влениеяобусловлено весом покоящейся

жидкости.

д

2. Гидростатическое авление на данной глубине зависит от

о

плотности жи кости и высоты столба жидкости.

3. Гидр статическое давление на боковую стенку сосуда и

р

Н

Контрольные вопросы

1.

Чтоатакое гидростатическое давление?

2.

От каких величин зависит значение гидростатического давления?

3.

Почему гидростатическое давление не зависит от площади дна со-

суда?

4.

Чем определяется давление на дно сосуда, в который налиты слой

Пример решения задачи

а

Определите глубину водоема,

т

=

на дне которого давление воды р

5

Н

е

=100 кПа. Коэффициент g

≈10

кг

. Какая сила давления дейс вует на

ракушку с площадью поверхности S =10 cм2, лежащую на дне?

Дано:

Реш

ние

р = 100 кПа = 1,0 10

Па

Давление оды на глубине h равно:

а

S = 10 cм2 = 1,0 10−3 м2

p = gρh, откудавh =

p

,

Н

g = 10

я

с3 кг

gρ

кг

h — ?

F — ?

где ρ =

1,0

10

м3

(плотность воды).

1,0 105 Па

h =

=10 м.

10

Н

1,0

103

кг

н

м3

кг

Сила давления:

д

Fа= p S;

о

F = 1,0 105

Па 1,0 10−3 м2 = 100 H = 0,10 кH.

р

= 0,10 кH.

Ответ: h = 10 м; F

Н

до один ковой высоты вода и керосин?

2. К кое гидростатическое давление действует на ныряльщика,

погрузившегосяана глубину h = 20,0 м? Какова сила давления воды

на барабанную перепонку, если ее площадь равна S = 0,80 см2? Ко-

эффициент g в этой и последующих задачах принять равным 10

Н

.

кг

низмах

используется

не вода, а

специальные

жидкости, их

а

следовало бы называть жидкостными. Еще более точно было

бы считать гидравлические механизмы устройств ми, в р боте

которых используется закон Паскаля для жидкос ей. К к р бо-

е

тают гидравлические механизмы?

в

т

Простейшими

механизмами

яв-

ляются гидравлический пресс и гид-

с

равлический тормоз.

а

Упрощенная

схема

гидравли-

ческого пресса представлена на ри-

сунке 169. Два цилиндра с разными

площадями поперечных сечений со-

единены между собой и заполнены

практически

несжимаемой

жидкос-

тью, обычно маслом. В цилиндр х

н

находятся подвижные поршни. Если

Рис. 169

я

на малый поршень с площадью сече-

ния S1 действует сила F1,

то о аа создает давление на масло p =

F1

.

о

1

S1

По закону Паскаля это авление передается во все точки жидкости.

Значит, и на б льш й п ршень с площадью сечения S2 подействует

такое же давление, т. де. p

= p

. Тогда сила давления, действующая

а

2

1

на большой по шень и направленная вверх, F2 = p2S2 = p1S2. Срав-

ним силы F2

и F1 = p1S1.

Н

р

F2

=

p1S2

=

S2

.

F

p S

S

1

1

1

1

примере он равен:

F2

=

5000 H

=100.

F

50 H

1

перечного сечения S1

малого поршня.

а

Гидравлический пресс (рис. 170)

широко применяется в технике для об-

работки металлов, прессов ния фане-

е

ры, картона, древеснос ружечных плит.

в

В сельском хозяйс ве гидравлический

пресс использу тся

тдля прессования

с

сена, для выжимки масла из семян под-

а

солнуха, кукурузы и др.

Рис. 170

Гидр вличе кий

тормоз является

важной ч стью большинства автомоби-

я

лей. Именно он осуществляет н дежное и быстрое торможение его

колес.

а

Работу гидравлического тормоза можно объяснить, используя

н

подвижных п ршня 4. Под давлением жидкости поршни 4 расходят-

д

к тормозным барабанам 6, что

ся и прижимают т м зные колодки 5

и останавливает в ащение колес.

о

р

а

Н

Рис. 171

126

различны?

а

3. Можно ли создать механизм, подобный гидравлическому, используя

вместо жидкости газ?

т

4. Почему водитель перед поездкой всегда проверяет н личие тормоз-

ной жидкости в системе автомобиля?

е

§ 32. Сообщающиеся сосуды

в

Действие на жидкость силы тяжести и под ижность ее молекул

приводят к тому, что в широких о удах по ерхность жидкости

яа

устанавливается горизонтально. Это легко проверить с помо-

щью прямоугольного треугольника (рис. 174). Горизонтальной

будет поверхность жидкости и в сосудсх, соединенных между

собой, независимо от их формы.

а

н

д

о

р

Рис. 174

Н

Возьмем несколько соединенных между

собой открытых сосудов. Их называют сооб-

а

щающимися. Будем наливать в один из них

воду. Вода перетечет в остальные сосуды и

установится во всех сосудах на одном уров-

не (рис. 175) (если сосуды не очень узкие).

Рис. 175

Почему это происходит?

128

Рассмотрим самые простые сообщаю-

щиеся сосуды (рис. 176). Выделим внут-

ри тонкий слой жидкости АА′. Как и вся

жидкость, он неподвижен. Значит, слева и

а

справа на него действуют одинаковые по

модулю, но противоположные по направ-

лению силы. Это силы давления столбов

е

жидкости Fд1 = Fд2. Но,

чтобы были рав-

в

т

ны эти силы, необходимо, чтобы были

Рис. 176

одинаковыми давления,

создаваемые ле-

с

вым и правым столбами жидкости, т. е.

gρh1 = gρh2.

После сокращения получим:

я

h1 = h2.

а

В открытых сообщающихся сосудаха

поверхности однородной жидкости уста-

н

навливаются на одинаковом уровне.

д

Рис. 177

А если в сосудах налиты раз ые жидкости, на-

пример ртуть и вода (рис. 177)? И здесь для рав-

о

столбом высотой hрт + h0, было равно давлению правого столба воды и ртути вы-

р

+ h0) = gρвhв + gρртhо, откуда ρртhрт = ρвhв.

сотой hв + h0 (см. рис. 177), т. е. gρрт(hрт

а

Используя свойства п п ции, запишем окончательно:

Н

hрт

=

ρ

в

.

h

ρ

рт

в

С сообщающимися сосудами вы встре-

чаетесь постоянно: это чайники, лейки для

полива (рис. 178, а), водомерные трубки

в больших емкостях с водой или топливом

(рис. 178,

б) и др.

а

т

Сложную систему сообщ ющихся со-

судов используют в дачных поселк х и де-

е

ревнях в башенном водопроводе. Схема

простейшего водопровода пр дс авлена на

в

рисунке 179, а. Вода из арт зианского ис-

точника насосами 1 подается в бак водо-

напорной башни 2. От бака идут трубы с

а

ответвлениями, вводимыми в дома на все

этажи. Концы ответвлений труб закрыва-

я

ются кр н ми.сД вление воды у крана оп-

редел ется высотой столба воды в башне

над уровнем крана. Поэтому, чем выше

эт ж, тем давление воды в кране меньше.

н

Чтобы вода смогла достигать всех этажей,

д

б ш и строят высокими.

аНа принципе действия сообщающихся

Рис. 178

о

сосудов работает простейший безнасосный

р

фонтан (рис. 179, б).

Н

а

Рис. 179

130