Тиск рідин і газів. Закон Паскаля

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Сидячи на стільці, ви чините тиск на нього? Книжка, яка лежить на парті? В якому напрямку передається дія сили?

Учитель підводить разом з учнями підсумок: Тверде тіло чинить тиск лише на ту частину опори, з якою стикається – книга, що лежить на парті, чинить на неї тиск, але ніяк не впливає на стіни або стелю кімнати. А в якому напрямку роблять тиск гази? рідини? Чому це відбувається? Тобто в нашому ланцюжку знань про тиск не вистачає ще однієї ланки. Тема нашого уроку пов’язана з тиском  рідин і газів. Запишемо в зошиті дату і  тему уроку: Тиск рідин і газів. Закон Паскаля».

ІV. Етап отримання нових знань

Основною відмінністю рідин від твердих (пружних) тіл є здатність легко змінювати свою форму. Шари рідини можуть вільно зміщуватися, ковзаючи один щодо одного.

Тому рідина приймає форму посудини, в яку вона налита.

У рідину, як і в газоподібне середовище, можна занурювати тверді тіла. На відміну від газів, рідини практично нестискувані, тобто занурене тіло витісняє рідину.

На тіло, занурене в рідину або газ, діють сили, розподілені по поверхні тіла. Для опису таких розподілених сил вводиться нова фізична величина – тиск.

Тиск визначається як відношення модуля сили що діє перпендикулярно поверхні, до площі S цій поверхні: 

У системі СІ тиск вимірюється в паскалях (Па): 

Часто використовуються позасистемні одиниці: нормальна атмосфера (атм) і міліметр ртутного стовпа (мм рт. ст): 

Тиск рідини на дно або бічні стінки посудини залежить від висоти стовпа рідини.

Сила тиску на дно циліндричної посудини висоти h і площі основи S рівна вазі стовпа рідини mg, де m = ρghS – маса рідини в посудині ρ – густина рідини. Отже 

Такий же тиск на глибині h відповідно до закону Паскаля рідина передає на бічні стінки посудини.

Тиск стовпа рідини  ρgh називають  гідростатичним тиском.

Дослід Чи вдасться вам стиснути воду? Набираємо воду у пакет .Підсумок зробимо разом: Рідини нестисливі: натискаємо на одну частину рідини, цей тиск передається всім іншим частинам.

Дослід

а) У скляну трубку, нижній отвір якої закритий тонкою гумовою плівкою, наллємо воду, гумове дно трубки прогинається (на нього діє сила тиску води); що більше наливаємо води, то більше прогинається плівка, але щоразу після того, як гумове дно прогинається, вода в трубці перебуває в рівновазі (бо, крім сили тяжіння на воду, діє сила пружності гумової плівки).

б) Опустимо трубку з гумовим дном, у яку налита вода, у ширшу посудину з водою; в міру опускання трубки вниз гумова плівка поступово випрямляється до повного випрямлення (випрямлення плівки показує, що у рідині на цій глибині існує тиск, спрямований знизу вгору, і дорівнює тиску згори вниз).

в) Якщо виконати дослід з трубкою, у якій гумова плівка закриває боковий отвір, то переконуємось, що на певній глибині бічний тиск рідини на гумову плівку також буде однаковим з обох боків.

Робота у групах (експеримент + проблема)

Пропоную учням об׳єднатися у групи та провести  експеримент: у пластмасову  пляшку з  трьома отворами на різних рівнях   налити підфарбовану воду.  Потім по черзі дати відповідь на питання:                                                                                                                     

-  Чому вода витікає з посудини?                    

-  Порівняйте струї води.      

    -  Поясніть, чому вони різні?

Слухаємо відповіді. Коли учні пояснять, що стовпи рідини різні й тиск на різних глибинах різний, ставлю проблему: чи треба знати людині, чому дорівнює тиск рідини на різних глибинах, тиск рідини на дно, на стінки посудини?

За вказівкою Паскаля міцну дубову бочку до країв наповнили водою й наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір у кришці вставили кінець вертикальної скляної трубки такої довжини, що кінець її опинився на рівні другого поверху. Вийшовши на балкон, Паскаль взявся наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити й десятка склянок, як раптом, на диво усіх, хто обступив бочку, бочка із тріском лопнула. Її розірвала незрозуміла сила. Паскаль переконується: так, сила, що розірвала бочку, зовсім не залежить від кількості води в трубці. Вся справа у висоті, до якої трубка була заповнена.

У цьому досліді проявляється дивна властивість води — передавати тиск, що здійснюється на її поверхні (у бочці) по всьому об’єму, кожній точці стінки або дна бочки.

Так Паскаль приходить до відкриття закону, що одержав його ім’я.

Робота з підручником: Тепер ви можете самостійно пояснити наступний дослід – дослід з кулею Паскаля – це порожня куля з вузькими отворами, до якого приєднана трубка з вставленим поршнем, заповнена водою.  Якщо всовувати в трубку поршень, то… вода поллється з усіх отворів кулі з однаковим натиском.

Роблять висновок, знаходять його в підручнику  і записують у зошити.

Тиск, який чиниться на рідину або газ, передається без зміни в кожну точку об’єму рідини чи газу. Це твердження називається законом Паскаля.

Повернемося до завдання з кулькою. Підсумок робимо разом: Тиск на стінки кульки викликають удари молекул газу в усіх напрямках однаково.

V.Фізкультхвилинка

Учитель проговорює текст вправ:

1. Зробимо так, щоб тиск на ваш стілець зменшився. Для цього - встаньте. Постоїмо на одній нозі, на другій. Встали навшпиньки, потягнулися. Як змінився тиск на підлогу?

2. Набрати повітря в легені (вдихаємо повільно, але як можна більше повітря), повільно видихнути.

3. Руки повільно піднімаємо вгору і робимо (одночасно) глибокий вдих. Руки опускаємо – видих.

4. Глибоко вдихнути, сідаючи за парту, повільно видихаємо.

Зараз ми виконали дихальну гімнастику,в основі якої лежить закон, який щойно ми вивчили. Нагадаємо його.