Меню

Доклад на тему давление твердых тел жидкостей и газов

Давление твердых тел, жидкостей и газов.

Давление – это физическая величина, равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади данной поверхности. p- давление S – площадь F – сила давленияF=p*S S=F/Результат действия силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует. Например, человек, надев лыжи, может идти почти не проваливаясь в снег. Из приведенного примера несложно сделать вывод: чем больше площадь поверхности, на которую действует сила, тем меньшее будет результат действующей силы. Большая по значению сила, действующая на ту же площадь будет оказывать большее давлению. Давление жидкостей и газов: Молекулы газов беспорядочно, хаотически двигаются. Они сталкиваются друг с другом, со стенками сосуда, в котором находятся. Давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа. Чем меньше V, тем больше ρ и больше Р газа.(чаще столкновения со стенками и друг с другом). Чем больше V, тем меньше ρ и меньше Р газа(реже столкновения со стенками и друг с другом). Если попытаться уменьшить объем газа, оставив массу неизменной, то давление газа увеличивается. При увеличении температуры скорость молекул газа увеличивается. Значит удары о стенку становятся все чаще. Логично предположить, что давление тоже увеличивает. Молекулы и газов и жидкостей достаточно легко меняют свое положение относительно друг друга. Это говорит о том, что давление, испытываемое частицами газа или жидкости будет передаваться в каждую точку жидкости или газа. Закон Паскаля: Давление, производимое на жикость или газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях. С глубиной давление увеличивается. Увеличение давление с глубиной объясняется тем, что молекулы верхних слоев жидкости давят на молекулы нижних слоев. Те, в свою очередь, давят на еще более низкие слои. Т.о. давление в нижних слоях самое большое, в верхних же самое маленькое. Газы ведут себя точно так же. Давление жидкости на любой глубине можно определить по формуле .Давление жидкости на дно и стенки сосуда зависит только от плотности и высоты столба жидкости.

29. Методические особенности, содержание и структура раздела «Механика».

I. Особенности раздела “Механика”.1. Именно с механики начинается изучение курса 9-11 классов, так как механические движения – наиболее доступная для наблюдения форма движения, моделирование физических систем в классической физике связано с созданием механических образов.2. Механика — наиболее полно представленная физическая теория в школьном курсе физики. Можно проиллюстрировать структуру физической теории. В основание теории входит модель материальных объектов – материальная точка, модель взаимодействия с мгновенной передачей на расстояние и непрерывным движением материальных точек по определенным траекториям. Сюда же относятся ряд кинематических понятий и величин: система отсчета (СО), перемещение, скорость, ускорение. К основанию следует отнести и динамические величины – силу и массу. Сюда же следует отнести постулаты об однородности и изотропности пространства, однородности времени, экспериментальные факты (опыты Галилея, Кавендиша).3.Ядро классической механики составляют первый, второй и третий законы Ньютона II. Основные выводы теории, которые должны быть усвоены учащимися. 1. Состояние изолированной системы материальных точек для некоторого момента времени вполне определяется их координатами и импульсом.2. Материальные точки действуют друг на друга с силами, изменяющими их импульсы.3. Состояние механической системы во все последующее время однозначно вытекает из ее начального состояния и определяется уравнениями Ньютона 4. Взаимодействие осуществляется на расстоянии и передается мгновенно. Механика Ньютона не рассматривает природу сил. IV. Содержание и структура раздела.В программе средней школы механика представлена четырьмя разделами: основы кинематики, основы динамики, законы сохранения, механические колебания и волны. Изучение оси понятий кинематики: с помощью пути как функции времени вдоль заданной траектории;с помощью радиус-вектора и его изменения со временем.Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных СО необходимо использовать I закон Ньютона для объяснения II и III закона Ньютона. II закон Ньютона необходимо вводить после определения понятий m, a и F, не связывая эти величины.Масса определяет количество вещества, количество энергии. Т.е. необходимо ввести понятие массы с различной точки зрения. Масса – мера количества вещества, содержащегося в теле (справедливо для однородных тел). Масса – мера инертности тел

Читайте также:  Как увеличить давление погружного насоса

Свойство аддитивности масс m1 = m2 m1 + m2 = 2m.Способ измерения массы:

.Сила мера инертности взаимодействия. Векторная величина. Величина силы связывается с удлинением пружины. Тележка с одним грузом имеет ускорение а, тележка с двумя одинаковыми телами (2m1), растягивая пружину на же , имеет ускорение .В общем понятии масса – мера проявления инертных гравитационных, энергетических свойств тела. В отдельных проявлениях как мера количества вещества. III закон Ньютона подчеркивает, что действие всегда носит взаимный характер. Он не выполняется для движущихся зарядов (зависит от СО).Силы в механике:- гравитационные (для точечных тел);- упругости;- трения.

30. Координатно-векторный метод описания механического движения.

Под механическим движением понимают процесс, в котором различные тела или части одного тела изменяют свое положение друг относительно друга в пространстве с течением времени. Кинематика — это раздел механики, в котором изучается лишь математическое описание механического движения физических тел, без выяснения причин, почему они так движутся. Одной из абстрактных моделей физических тел, используемой в механике, является материальная точка, — тело, размерами которого можно пренебречь при описании его движения Механическое движение частицы (точки) наблюдают по отношению к неподвижному (условно) твердому физическому телу, или телу отсчета, с которым связывают определенную систему координат и часы. Тело отсчета, система координат и часы образуют систему отсчета, позволяющую определять положение движущегося тела в различные моменты времени относительно наблюдателя. Существует несколько способов описания механического движения: векторный, координатный. Выбор способа описания зависит от условий конкретной задачи.Векторный способ описания механического движения основан на описании изменения радиус– вектора материальной точки во времени и пространстве. Радиус – вектор может быть проведен как из начала данной системы координат, так и из любой другой точки. В процессе механического движения конец радиус – вектора будет описывать траекторию частицы, а его изменение – перемещение частицы.

Координатный способ требует задания фиксированной системы координат, выбор которой определяется условием задачи. Записываются законы движения материальной точки для каждой из координатных осей,после чего определяются значения скорости и ускорения частицы. Уравнение траектории находится путем параметризации времени из законов движения. Для двумерного случая, этот процесс можно показать следующей схемой:

Источник

Доклад на тему давление твердых тел жидкостей и газов

Силу, действующую перпендикулярно опоре, называют силой давления.

Давлением ( р ) называют отношение модуля F силы давления, действующей на опору, к площади S поверхности этой опоры: p = F / S

В СИ единица давления носит название паскаль (Па): 1 Па = 1 Н/м 2 .

Давление – физическая величина, равная отношению силы к площади поверхности, перпендикулярно которой эта сила действует. Давление характеризует силу, приходящуюся на каждую единицу площади её приложения.

Давление газа

Все газы вне зависимости от того, находятся они в сосуде или нет, постоянно оказывают давление на окружающие их тела. Давление газа в закрытом сосуде возрастает при увеличении плотности или температуры газа.

Состояние газа при низком давлении называется вакуумом.

Закон Паскаля (для газа): Воздух передаёт оказываемое на него давление во всех направлениях одинаково.

Атмосферное давление

Сила, с которой столб атмосферного воздуха давит на земную поверхность, равна силе тяжести: Р = M*g , где М — масса столба воздуха.

Давление воздуха на поверхность Земли (на уровне моря) почти не изменяется и в среднем равно: ратм = 101 325 Н/м 2 = 0,1 МПа . Это давление называют нормальным атмосферным давлением. Его существование объясняется притяжением атмосферного воздуха к Земле.

Давление жидкости. Гидростатика

Давление жидкости на покоящееся в ней тело называют гидростатическим давлением. Оно прямо пропорционально плотности и высоте слоя (столба) жидкости. Науку, изучающую давление жидкостей, называют гидростатикой.

Гидростатическое давление на глубине h равно p = pатм + p*g*h

Закон Паскаля: давление, оказываемое на покоящиеся жидкости или газы, передается без изменения во все части этих жидкостей или газов. Жидкость и газ передают оказываемое на них давление во всех направлениях одинаково.

Вне зависимости от формы и размеров сосуда давление внутри жидкости на одной и той же глубине одинаково.

Приборы для измерения давления

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Нормальным атмосферным давлением называют такое давление, которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм рт.ст. при температуре 0°С: ратм = 0,1 МПа . Существуют ртутные барометры и барометры-анероиды (безжидкостные барометры)

Читайте также:  График артериального давления здорового человека

Понижение атмосферного давления, как правило, предвещает ухудшение погоды и наоборот. По мере подъёма над поверхностью Земли атмосферное давление понижается приблизительно на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 м подъёма. Приборы для измерения давлений ниже атмосферного, называются вакуумметрами.

Манометр – прибор для измерения давления внутри закрытых сосудов. Как правило, манометр измеряет разность давления в сосуде и атмосферного давления. Существуют открытые U-образные жидкостные манометры, а также безжидкостные (деформационные) манометры.

Жидкостные манометры основаны на измерении разности высот столбов однородной жидкости в сообщающихся сосудах, один из которых находится под действием атмосферного давления. Измеряемая разность давлений равна p1pатм = p*g*D*h

Источник

Физика: давление твердых тел, жидкостей и газов

Одним из важных параметров, который по-разному характеризует три основных состояния материи (газ, твердое тело и жидкость), является давление. В статье рассматриваются главные вопросы физики давления твердых тел, жидкостей и газов.

Три агрегатных состояния материи

Перед тем как перейти к вопросу давления в физике, дадим определение твердым, жидким и газообразным телам, которые являются основными способами существования материи на нашей планете.

Твердое тело практически не проявляет текучести, и этот факт характеризует основное отличие твердых тел от жидкостей и газов. Составляющие твердое тело частицы (молекулы, атомы) находятся в определенных пространственных положениях и меняют их очень редко. Именно поэтому всякое воздействие внешней силы на твердое тело приводит к возникновению противодействующих сил в нем, стремящихся сохранить форму и объем.

Жидкости и газы – это текучие состояния материи, то есть даже минимальное воздействие на них внешней силы приведет к изменению их формы. Как в жидкостях, так и в газах частицы, из которых они состоят, не имеют определенного места в пространстве и постоянно перескакивают из одних положений в другие. Отличаются между собой эти текучие состояния силой взаимодействия между их частицами. Так, в жидкостях сила взаимодействия между атомами и молекулами хотя и на порядок меньше таковой в твердом теле, но все же остается значимой, чтобы сохранять занимаемый жидкостью объем. Это означает, что жидкости являются практически несжимаемыми. В газах же силой взаимодействия между образующими их частицами можно пренебречь, поэтому газы всегда занимают сколь угодно большой объем, который находится в их распоряжении.

Отметим, что существует четвертое состояние вещества – плазма, которая по своим свойствам подобна газу, но отличается от него тем, что ее характеристики во многом определяются магнитными и электрическими эффектами. Бо́льшая часть вещества во Вселенной находится именно в состоянии плазмы.

Понятие о давлении в физике

Чтобы понять, что такое давление, сначала необходимо рассмотреть концепцию силы. Под силой в физике понимают интенсивность воздействия или взаимодействия между телами. Например, при формулировке второго закона Ньютона под силой понимают физическую величину любой природы, которая способна придавать телу конечной массы некоторое ускорение. В Международной системе единиц сила измеряется в ньютонах (Н). Сила в 1 Н способна менять скорость тела массой 1 кг на 1 м за каждую секунду.

Давление – это величина, которая определяется как перпендикулярная составляющая силы, относящаяся к поверхности с некоторой площадью, то есть:

P – давление, S — площадь, F — сила.

Измерение давления в физике осуществляют в паскалях (Па), 1 [Па] = 1 [Н]/ 1 [м 2 ].

Если сила F действует под некоторым углом к поверхности, тогда для расчета давления необходимо определить именно перпендикулярную составляющую силы к этой поверхности. Действующая по касательной к поверхности сила не создает никакого давления.

Твердые тела и давление

Поскольку для создания давления необходима сила и поверхность воздействия, то в случае твердых тел это невозможно, поскольку они находятся в равновесном состоянии. Действительно, каждая частица в твердом теле занимает определенное положение, а результирующая сила, которая действует на эту частицу со стороны ее окружения, равна нулю. Поэтому говоря о физике давления твердых тел, имеют в виду участие внешних объектов, с которыми взаимодействуют эти тела.

Например, если взять металлический брус и положить его на песок большей плоскостью, то он начнет создавать некоторое давление на поверхность песка. Теперь если этот же брус положить на песок меньшей плоскостью, тогда можно увидеть, что он погрузится в песок на некоторую глубину. Причиной этого явления будет разное давление, оказываемое металлическим брусом на песок в разных его положениях. Из формулы для давления P = F/S видно, что чем меньше площадь, тем большее давление создает твердое тело на поверхность опоры. В случае с брусом сила F оставалась постоянной во всех его положениях, и была равна весу бруса:

Читайте также:  Максимальное давление для пластиковых бутылок

m и g – масса бруса и ускорение свободного падения, соответственно.

Давление в жидкостях

Поскольку газы и жидкости являются представителями текучей материи, то физика давления в жидкости и газе характеризуется тем, что оба состояния вещества в любом бесконечно малом их объеме оказывают во всех пространственных направлениях одинаковое давление. Однако если рассматриваемый объем будет иметь некоторые конечные размеры, то для жидкостей начнет играть роль сила тяжести, с которой верхние слои действуют на нижние. Эта сила приводит к понятию гидростатического давления.

В физике гидростатическое давление определяется как давление, с которым жидкость действует на погруженное в нее тело. Вычисляется это давление по формуле:

ρ и h – плотность жидкости и глубина, соответственно.

Давление в газообразных средах

Рассматривая газы, следует сказать, что давление в них связано исключительно с хаотическим движением атомов и молекул.

Предположим есть газ закрытый в некотором сосуде. Поскольку его частицы двигаются хаотически во всех направлениях одинаково, то достигнув стенок сосуда, они начнут ударяться о них, то есть создавать давление. Конечно же, удар одной частицы создаст очень маленькое давление, однако если учесть, что этих частиц много (порядка числа Авогадро NA= 6,02*10 23 ), и что движутся они с большими скоростями (порядка 1 000 м/с), то оказываемое давление на стенки сосуда приобретает заметные на практике значения.

В отличие от жидкостей, частицы газов не взаимодействуют друг с другом (приближение идеального газа), поэтому говорить о давлении верхних слоев газа на нижние нет никакого смысла.

От чего зависит величина давления в газе?

Зная природу появления давления в газах можно предположить, что если увеличить число ударов частиц о стенки сосуда, и увеличить силу этих ударов, тогда давление должно возрасти. В связи с этим определяют изменение давления в газе следующие факторы.

  • Концентрация частиц. Повысить ее можно путем уменьшения объема, который занимает газ. При постоянной температуре изменение объема будет обратно пропорционально сказываться на давлении.
  • Температура. Поскольку эта величина определяет кинетическую энергию газовых частиц, то ее увеличение при прочих постоянных параметрах системы приведет к повышению давления.

Давление земной атмосферы

Поскольку атмосфера нашей планеты представляет собой смесь газов (главным образом азота и кислорода), то физика атмосферного давления ничем не будет отличаться от физики описания этой величины для газов. Так, на поверхности Земли давление воздуха составляет 101 325 Па или 100 кПа, что соответствует давлению 760 мм ртутного столба.

С увеличением высоты концентрация молекул воздуха начинает уменьшаться, поскольку уменьшается земное притяжение, и уже на высоте горы Эверест (8 848 м), давление воздуха падает до 34 кПа, что составляет 1/3 от этого давления на уровне моря. Такое уменьшение атмосферного давления является серьезной угрозой для жизни человека.

Пример решения задачи

Любое решение задачи по физике на давление осуществляется с помощью формул и понятий, которые рассмотрены в статье. Приведем пример решения одной из таких задач.

Для практических целей атмосферное давление в физике принято выражать в миллиметрах ртутного столба. Какое давление в миллиметрах ртутного столба на вершине Эвереста?

Из приведенной выше информации известно, что на вершине самой высокой горы в мире давление воздуха составляет 34 кПа. Чтобы определить, какой высоты должен быть столб ртути, дабы он уравновесил это атмосферное давление, воспользуемся формулой для гидростатического давления:

ρ = 13 540 кг/м 3 – плотность ртути,

Подставляя в формулу известные значения, получим:

Решить эту задачу можно было и другим способом. Зная, что вблизи поверхности планеты давление воздуха равно 101 кПа, и это соответствует давлению 760 мм столба ртути, получить высоту столба ртути на высоте Эвереста можно через простую пропорцию:

Источник

Adblock
detector