Наглядная физика. Давление твердых тел, газов и жидкостей
ИНТЕРАКТИВНЫЕ МОДЕЛИ
1. Давление
2. Гидростатическое давление
3. Зависимость давления жидкости от глубины
4. Водопровод
5. Гидравлические механизмы (1)
6. Гидравлические механизмы (2)
7. Гидравлические механизмы (3)
8. Двухкамерный шлюз
9. Давление газа
10. Всасывающий насос
11. Барометр-анероид
12. Металлический манометр
13. Условия плавания тел
14. Подводная лодка
Гидростатическое давление и закон Паскаля объясняют установление уровней свободных поверхностей жидкостей в сообщающихся сосудах. Модель демонстрирует установление равновесия в открытых сообщающихся сосудах с различными жидкостями: высоты столбов жидкостей зависят от плотностей этих жидкостей и сечений сосудов. Гидростатическое давление и закон Паскаля объясняют установление уровня свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах. Если в открытых сообщающихся сосудах находится однородная жидкость, то уровни ее поверхности в сосудах одинаковы(независимо от сечения и формы сосудов) Если же жидкости разные, но не смешивающиеся, то высоты столбов разнородных жидкостей над уровнем их раздела Для определения уровней раздела нескольких жидкостей необходимо составить уравнение, в котором приравниваются давления в самой нижней жидкости, вычисленные для левого и для правого сосудов.
обратно пропорциональны плотностям жидкости.
Из-за веса жидкости давление в ней увеличивается с увеличением глубины. одвижная жидкость давит на дно сосуда. Гидростатическое давление в жидкости зависит от плотности и глубины. В модели перевернутый сосуд (с воздухом) погружается в воду (в колодце). Давление воды сильнее сжимает воздух на большой глубине. Обладая весом, неподвижная жидкость давит на дно сосуда. Создаваемое жидкостью гидростатическое давление зависит от плотности ρ и высоты h столба жидкости (атмосферное давление пока не учитывается). Вес каждого верхнего слоя можно рассматривать как силу, действующую на нижний и создающую на него давление. Это давление по закону Паскаля передается по всем направлениям. Значит давление жидкости действует и на стенки сосуда. Самое большое давление на стенку жидкость создает у дна. В модели перевернутый сосуд (с воздухом) погружается в воду. Хорошо видно, что давление воды на глубине h
сжимает воздух в сосуде (здесь p0- атмосферное давление). Например, на глубине 10 м давление воды примерно в два раза больше атмосферного. Поэтому воздух в сосуде на этой глубине сжимается в два раза.
Зависимость давления жидкости от глубины
Вес неподвижной жидкость увеличивает давление жидкости на дно сосуда. Вес верхнего слоя действует на нижний слой, увеличивая а нем давление. Модель демонстрирует зависимость давления в жидкости от глубины, для чего показано вытекание воды из отверстий в боковой стенке сосуда. Обладая весом, неподвижная жидкость давит на дно сосуда. Создаваемое неподвижной жидкостью гидростатическое давление зависит от плотности ρ и высоты h столба жидкости: Вес каждого верхнего слоя можно рассматривать как силу, действующую на нижний и создающую на него давление.Это давление по закону Паскаля передается по всем направлениям. Значит давление жидкости действует и на стенки сосуда. Самое большое давление на стенку жидкость создает у дна. Модель демонстрирует зависимость давления в жидкости от глубины, т. к. скорость воды при вытекании из отверстия в боковой стенке сосуда определяется давлением. Следовательно, чем ниже по отношению к уровню жидкости находится отверстие, тем больше скорость струи. Из механики известно, что тело, брошенное на высоте H горизонтально со скоростью v падает на расстоянии ' где g - ускорение свободного падения. Форма струи жидкости практически совпадает с траекторией движения такого тела.
Модель демонстрирует принцип действия башенного водопровода, представляющего собой сложную систему сообщающихся сосудов. Чтобы во все дома поступала вода, высота уровня воды в водонапорной башне должен быть выше всех домов. Высота башни и расположение домов можно изменять. Башенный водопровод представляет собой сложную систему сообщающихся сосудов. Чтобы на все этажи всех домов поступала вода, высота уровня воды в водонапорной башне должен быть не ниже чем высота водопроводных труб в домах.С коробкой связана стрелка, которая перемещается по шкале, показывая значение давления.
Молекулы в жидкости или газе обладают большой подвижностью и поэтому способны передавать давление во все точки жидкости без изменения величины давления. Это свойство жидкости используется в гидравлическом прессе и в различных пневматических и гидравлических механизмах. Модель демонстрирует принцип действия гидравлического пресса. Молекулы газов и жидкостей обладают большой подвижностью и способны быстро распределяться по всему объему сосуда, в котором они находятся. Если на газ или жидкость подействовать внешней силой и создать давление, то это давление очень быстропередастся во все точки газа или жидкости без изменения величины. Это свойство газа и жидкости используется в различных пневматических и гидравлических механизмах. В гидравлическом прессе сила F1 действует на малый поршень с площадью сечения S1 и создает давление p1 = F1/S1. Жидкость, заполняющая цилиндры под поршнями, передает это давление по всему объему и в точки под большим поршнем площадью S2, создавая на большой поршень силу давления F2 = p1·S2 или F2 = F1·S2/S. Таким образом:
Значит сила действующая на большой поршень, во столько раз больше силы, которая действовала на малый поршень, во сколько раз площадь S2 большого поршня больше площади S1 малого поршня.
В этом суть закона Паскаля.
Молекулы в жидкости или газе обладают большой подвижностью и поэтому способны передавать давление во все точки жидкости без изменения величины давления. Это свойство жидкости используется в гидравлическом прессе. Модель демонстрирует принцип действия барабанного тормоза. Передача давления жидкостями используется в работе гидравлических тормозов. Нога водителя, нажимая на педаль тормоза, создает давление на тормозную жидкость. Это давление согласно закону Паскаля, передается во все точки жидкости, в том числе и в тормозные цилиндры колес автомобиля. Под давлением жидкости поршни тормозных цилиндров прижимают тормозные колодки к тормозным барабанам. В результате вращение колес замедляется или прекращается совсем.
Молекулы в жидкости или газе обладают большой подвижностью и поэтому способны передавать давление во все точки жидкости без изменения величины давления. Это свойство жидкости используется в гидравлическом прессе. Модель демонстрирует принцип действия дискового тормоза.
Передача давления жидкостями используется в работе гидравлических тормозов.
Нога водителя, нажимая на педаль тормоза, создает давление на тормозную жидкость.
Это давление согласно закону Паскаля, передается во все точки жидкости, в том числе и в тормозные цилиндры колес автомобиля. Под давлением жидкости поршни тормозных цилиндров прижимают тормозные колодки к ротору. В результате вращение колес замедляется или прекращается совсем.
В модели показаны плечи x и 4L сил, действующих на педаль (относительно оси вращения). Следовательно, сила вдавливающая поршень гидросистемы, в четыре раза больше силы, прикладываемой ногой водителя. Сила же действующая на тормозные колодки еще больше, т. к. больше поперечное сечение тормозного цилиндра.