Меню

Давление жидкости на дно и стенки сосудов разной формы

Давление жидкости на дно и стенки сосуда

Урок объяснения нового материала. 7-й класс

Цели урока: обнаружить наличие давления жидкости на дно и стенки сосуда, установить, от каких факторов оно зависит, и вывести формулу для его расчёта р = gh.

Образовательные задачи: дать учащимся представление о том, что жидкость давит на дно и стенки сосуда; раскрыть причину возникновения этого давления; определить, от чего зависит давление жидкости на дно сосуда; вывести формулу расчёта давления жидкости на дно сосуда р = gh.

Развивающие задачи: продолжить формирование умений проводить эксперимент, планировать свои действия, оформлять результаты; развивать интерес и логическое мышление путём решения проблем.

Воспитательные задачи: продолжить расширять кругозор учащихся; формировать бережное отношение к физическому оборудованию; воспитывать аккуратность, умение вести записи в тетрадях, наблюдать, исследовать, замечать закономерности явлений, аргументировать свои выводы.

1. Проблемный опыт. Учитель берёт цилиндрический сосуд, дно которого заменяет резиновая плёнка, и наливает в него воду.

Учебная проблема. Почему у сосуда прогнулось дно? (Учащиеся: вода давит на дно сосуда.)

Учитель предлагает выяснить, почему возникает это давление.

2. Работа в группах (по 5–6 человек). Предлагается объяснить, как возникает давление жидкости на дно сосуда. Учитель, переходя от группы к группе, помогает учащимся, задавая им наводящие вопросы типа: испытывает ли жидкость действие силы тяжести? если жидкость разбить на слои, будет ли верхний слой давить на нижний?

Учащиеся выдвигают различные гипотезы. Представители от каждой группы устно отчитываются о проделанной работе. Среди выдвинутых учащимися гипотез могут быть и верные, и неверные. Учитель с помощью наводящих вопросов помогает учащимся найти противоречия в неправильных гипотезах. Учитель подводит итог работы групп.

Под диктовку учителя учащиеся записывают в тетради: «На жидкость, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Каждый слой (рисунок на доске) давит на нижележащий слой. Поэтому давление в точке B больше, чем давление в точке А. Жидкость действует не только на дно, но и на стенки сосуда».

3. Сообщение учителя (учебная проблема: от чего зависит давление жидкости на дно и стенки сосуда?)

4. Работа в группах. Учащиеся обсуждают поставленный вопрос и предлагают факторы, от которых может зависеть давление жидкости на дно сосуда (как правило – высота столба жидкости, её плотность, площадь дна сосуда, но могут быть и другие). Учитель останавливает внимание на тех, которые чаще предлагались, – следует проверить предположения экспериментально. 1-я и 4-я группы должны проверить, зависит ли давление жидкости от высоты её столба (слоя), а если зависит, то каков вид этой зависимости; 2-я и 5-я группы – зависит ли давление жидкости от её плотности, а если зависит, то каков вид этой зависимости; 3-я и 6-я – зависит ли давление жидкости от площади дна сосуда, а если зависит, то каков вид этой зависимости. Каждая группа получает карточку, в которой описан план действий учащихся:

1. Подумайте, как можно пронаблюдать зависимость. Составьте свой план действий.

2. Какие приборы и принадлежности необходимы для выполнения вашего задания? Возьмите их.

Читайте также:  Как поднять давление масла в двигателе д245

3. Выполните необходимые эксперименты, измерения.

4. Подтвердилась ли ваша гипотеза?

5. Сделайте выводы, подготовьте отчёт о проделанной работе.

Учащиеся самостоятельно подбирают себе оборудование из приборов, расставленных на столе учителя. 1-я и 4-я группы с помощью манометра измеряют давление жидкости на разных уровнях (выбирают манометр, сосуд с водой); 2-я и 5-я группы с помощью манометра измеряют давление жидкости на одинаковых уровнях – сначала в сосуде с водой, потом в сосуде с раствором соли (выбирают манометр, сосуд с водой и сосуд с раствором соли); 3-я и 6-я группы с помощью манометра измеряют давление жидкости на одинаковых уровнях в сосудах разной формы (выбирают манометр, сосуды разной формы т.е. с дном разной площади, с водой). После проведённых исследований представители групп выступают с отчётом.

5. Работа в группах. Вывод формул найденных зависимостей. Учитель, переходя от группы к группе, задаёт наводящие вопросы: что такое давление по определению (запишите формулу)? чему равна сила, с которой жидкость давит на дно сосуда?

В результате каждая группа должна получить:

Учитель делает заключение: «Итак, выведенная нами формула для расчёта давления жидкости на дно и стенки сосуда показывает, что давление, создаваемое слоем жидкости, зависит от плотности жидкости и высоты её слоя. При увеличении плотности жидкости и высоты её слоя давление возрастает. А сейчас вы на основе приобретённых сегодня знаний попытайтесь, пожалуйста, предсказать результат следующего опыта. У меня есть пластиковая бутылка с отверстиями на разной высоте. Как вы думаете, если я налью в неё воду, то из какого отверстия вода будет бить дальше?» Учащиеся высказывают свои предположения и объясняют их. Учитель ставит опыт. Предположения учащихся подтверждаются экспериментально.

6. Подведение итогов. Что нового вы узнали на уроке? Задание на дом – домашнее исследование: определите давление воды на дно стеклянных банок разной вместимости, ведра, ванной, кастрюли и других сосудов, которые вы найдёте у себя дома.

Наталья Викторовна Щербакова – учитель высшей квалификационной категории, почётный работник общего образования Российской Федерации, имеет сертификат аттестации учителя-экспериментатора, педагогический стаж 24 года. Использует при преподавании элементы технологии В.М.Монахова, опорные конспекты В.Ф.Шаталова, блочно-урочную систему уроков, проблемный метод обучения, игровые методы обучения в младших классах: уроки-путешествия, уроки-КВНы, «физические бои», турниры любителей физики. Большое внимание уделяет развитию опытно-исследовательских способностей учащихся старших классов, в частности, при проведении домашних ученических исследований, а также при проведении научно-практических конференций. Неоднократно её ученики становились победителями городских олимпиад по физике и занимали призовые места на городских научно-практических конференциях. В свободное время увлекается туризмом, много времени уделяет садоводству. Старшая дочь Натальи Викторовны пошла по её стопам, тоже выбрав профессию учителя.

Источник

Давление жидкости на дно и стенки сосуда

Если жидкость помещена в сосуд любой формы, то гидростатическое давление во всех точках горизонтального дна сосуда одинаково, давление же на его боковые стенки возрастает с увеличением глубины погружения.

Гидростатическое давление р на уровне дна сосуда (рисунок 2) как и для любой точки внутри жидкости определяется уравнением Паскаля, но для всех точек дна величина (z0-z) представляет собой высоту жидкости в сосуде. Обозначив последнюю через Н, получим:

Читайте также:  Лекарства при артериальном давлении у взрослых

,

Таким образом сила давления Р на горизонтальное дно сосуда не зависит от формы сосуда и объема жидкости в нем. При данной плотности жидкости эта сила определяется лишь высотой столба жидкости Н и площадью Fдна сосуда:

,

Или ,

Гидростатическое давление жидкости на вертикальную стенку сосуда изменяется по высоте. Соответственно сила давления на стенку также различна по высоте сосуда: поэтому:

где h – расстояние от верхнего уровня жидкости до центра тяжести смоченной площади F стенки.

Выражение в скобках представляет собой гидростатическое давление в центре тяжести смоченной площади стенки. Поэтому сила давления на вертикальную стенку равна произведению ее смоченной площади на гидростатическое давление в центре тяжести смоченной площади стенки.

Источник

Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Формула гидростатического давления

Поскольку на жидкость действует сила тяжести, жидкое вещество обладает весом. Вес — это сила, с которой оно давит на опору, т. е. на дно сосуда, в который налито. Закон Паскаля говорит: давление на жидкость передается в любую ее точку, не меняя своей силы. Как же рассчитать давление жидкости на дно и стенки сосуда? Будем разбираться в статье, используя наглядные примеры.

Представим, что у нас есть цилиндрический сосуд, в который налита жидкость. Обозначим высоту слоя жидкости h, площадь дна сосуда — S, а плотность жидкости — ρ. Искомое давление — это P. Его вычисляют путем деления силы, действующей под углом 90° к поверхности, на площадь этой поверхности. В нашем случае поверхность — это дно емкости. P = F/S.

Сила давления жидкости на дно сосуда — это вес. Он равен силе давления. Наша жидкость неподвижна, поэтому вес равен силе тяжести (Fтяж ), действующей на жидкость, а значит, и силе давления (F=Fтяж). Fтяж находят так: умножают массу жидкости (m) на ускорение свободного падения (g). Масса может быть найдена, если известно, какова плотность жидкости и каков ее объем в сосуде. m = ρ×V. Сосуд имеет цилиндрическую форму, поэтому его объем мы будем находить, умножив площадь основания цилиндра на высоту слоя жидкости (V = S×h).

Расчет давления жидкости на дно сосуда

Вот величины, которые мы можем вычислить: V = S×h; m = ρ×V; F = m×g. Подставим их в первую формулу и получим такое выражение: P = ρ×S×h×g/S. Сократим площадь S, стоящую в числителе и знаменателе. Она исчезнет из формулы, а это значит, что давление на дно не зависит от площади сосуда. Кроме того, оно не зависит и от формы емкости.

Давление, которое жидкость создает на дно сосуда, называется гидростатическим. «Гидро» — это «вода», а статическое — это потому, что жидкость неподвижна. По формуле, полученной после всех преобразований (P = ρ×h×g), определите давление жидкости на дно сосуда. Из выражения видно, что чем более плотная жидкость, тем больше ее давление на дно сосуда. Разберем подробнее, что собой представляет величина h.

Читайте также:  Датчики давления для измерения уровня воды

Давление в толще жидкости

Допустим, мы нарастили сосуд снизу еще на некоторую величину, добавили дополнительное пространство для жидкости. Если мы поместим в емкость рыбку, давление на нее будет одинаковым в сосуде из предыдущего опыта и во втором, увеличенном? Изменится ли давление от того, что под рыбкой еще есть вода? Нет, потому что сверху находится определенный слой жидкости, на нее действует сила тяжести, значит, вода обладает весом. А то, что снизу, не имеет никакого значения. Следовательно, мы можем найти давление в самой толще жидкости, и h — это будет глубина. Она необязательно является расстоянием до дна, дно может быть и ниже.

Представим, что мы развернули рыбку на 90°, оставив ее на той же глубине. Изменится ли от этого давление на нее? Нет, потому что на глубине оно одинаково во всех направлениях. Если мы приблизим рыбку прямо к стенке сосуда, изменится ли давление на нее, если она будет оставаться на той же глубине? Нет. Во всех случаях давление на глубине h будет вычисляться по той же формуле. Значит, эта формула позволяет найти давление жидкости на дно и стенки сосуда на глубине h, т. е. в толще жидкости. Чем глубже, тем оно больше.

Давление в наклонном сосуде

Представим, что у нас есть трубка длиной около 1 м. Мы налили в нее жидкость так, что она заполнена целиком. Возьмем точно такую же трубку, наполненную до краев, и разместим ее под наклоном. Сосуды одинаковы и заполнены одной и той же жидкостью. Следовательно, масса и вес жидкости и в первой, и во второй трубке равны. Будет ли одинаковым давление в точках, расположенных на дне этих емкостей? На первый взгляд кажется, что давление P1 равно P2, поскольку масса жидкостей одинакова. Предположим, что это так, и проведем эксперимент, чтобы проверить.

Соединим нижние части этих трубок маленькой трубочкой. Если наше предположение о том, что P1 = P2, верное, то перетечет ли куда-то жидкость? Нет, потому что на ее частицы будут действовать силы противоположного направления, которые будут компенсировать друг друга.

Давайте приделаем к наклонный трубке сверху воронку. А на вертикальной трубке проделаем отверстие, в него вставим трубочку, которая загибается вниз. Давление на уровне отверстия больше, чем на самом верху. Значит, жидкость будет перетекать по тоненькой трубочке и наполнять воронку. Масса жидкости в наклонной трубке будет увеличиваться, жидкость потечет из левой трубки в правую, затем будет подниматься и циркулировать по кругу.

А теперь установим над воронкой турбину, которую соединим с электрическим генератором. Тогда эта система самостоятельно, без какого-либо вмешательства будет вырабатывать электроэнергию. Она будет работать без остановки. Казалось бы, это и есть «вечный двигатель». Однако еще в XIX веке Французская академия наук отказалась принимать любые подобные проекты. Закон сохранения энергии говорит о том, что создать «вечный двигатель» невозможно. Значит, наше предположение о том, что P1 = P2, неверное. На самом деле P1 28 марта, 2019

Источник

Adblock
detector