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
Шлюз – это техническое сооружение, с помощью которого можно проводить суда с одного уровня водной поверхности на другой. Модель позволяет познакомиться с принципом действия простейшего двухкамерного шлюза, передвигая задвижки, чтобы провести судно с одного уровня на другой и обратно. Закономерности, установленные для сообщающихся сосудов, находят практическое использование в устройстве и принципе действия шлюза. Шлюз - это техническое сооружение, с помощью которого можно проводить суда с одного уровня водной поверхности на другой.
В газе молекулы совершают хаотическое движение, тепловое движение молекул газа. Молекулы сталкиваются со стенками сосуда, создавая давление газа на стенки сосуда. Модель демонстрирует изменение давления газа в цилиндре с поршнем при изменении объёма цилиндра, температуры и количества газа.
В газе молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, так что силы взаимодействия молекул практически равны нулю. Тепловое движение молекул газа - хаотическое. Они сталкиваются между собой и со стенками сосуда. Так как молекул очень много (в 1 см³ их число n = 2,7·10¹9), то огромное число их ударов о стенку воспринимается стенкой как действие силы давления Fg. Отношение модуля этой силы к площади S поверхности стенки и есть давление газа (на стенку сосуда):
Если газ, не меняя объема, нагревать, то число ударов и их сила увеличатся, а значит, увеличится давление газа. При охлаждении наоборот – давление газа уменьшится. Если же температуру газа не менять, а уменьшать объем то число молекул в единице объема (концентрация молекул) увеличится. Соответственно увеличится и число ударов о поверхность стенок. Значит, давление газа возрастет.
Принцип действия водяного всасывающего насоса основан на использовании атмосферного давления. Модель позволяет познакомиться с работой простейшего всасывающего насоса, опуская и поднимая ручку насоса.
Принцип действия водяного всасывающего насоса основан на использовании атмосферного давления.
При движении поршня вверх под действием атмосферного давления вода из водоема,в который опущена нижняя часть насоса, поднимается и через открытый нижний клапан поступает в цилиндр под поршень.
При опускании поршня вода под ним сжимается, закрывает нижний клапан и открывает верхний клапан, находящийся в поршне. После того, как поршень пойдет снова вверх, он поднимет воду находящуюся над поршнем и выльет ее наружу.
Барометр-анероид используют для Модель демонстрирует работу барометра-анероида при измерении атмосферного давления. Показано движение всех основных деталей барометра, связывающих металлическую гофрированную коробку со стрелкой, показывающей значение атмосферного давления. Можно выбирать погоду. Для измерения атмосферного давления служит барометр-анероид. Его главная часть - металлическая гофрированная коробка. Воздух из коробки частично откачан. В зависимости от атмосферного давления коробка то сжимается (при увеличении давления),то распрямляется (при уменьшении атмосферного давления). С коробкой связана стрелка, которая перемещается по шкале, показывая значение давления.
Металлический манометр используют для измерения давления газа в технических устройствах. Модель показывает, как выпрямление тонкостенной дугообразной трубки поворачивает стрелку. Давление газа можно изменять.
Выталкивающая сила, действующая на погруженное полностью или частично в жидкость тело зависит от плотности жидкости, плотности тела и погруженного в жидкость объема тела. Модель демонстрирует поведение шариков из различного материала при погружении их в различные жидкости. Выталкивающая сила FA , действующая на погруженное в жидкость полностью или частично тело, зависит от плотности ρж жидкости и погруженного в жидкость объема Vпогр . тела: FA = g·ρж ·Vпогр . (1) Сила тяжести FT , действующая на тело, зависит от плотности ρ вещества тела и объема V тела: FT = g·ρ·V (2) Если тело неоднородно, то сила тяжести FT определяется средней плотностью <ρ> тела FT = g·<ρ>·V (3) Зная плотность однородного тела или среднюю плотность неоднородного тела и плотность жидкости, в которую погружено тело, можно заранее определить, как будет вести себя тело в жидкости. Условия плавания тела:
Модель демонстрирует принцип управления всплытием и погружением подводной лодки, изменяя её среднюю плотность, изменяя количество балласта.
Сила тяжести, действующая на подводную лодку, определяется ее средней плотностью <ρ>
, а выталкивающая сила - плотностью морской воды ρж и объемом V0 части лодки, погруженной в воду.
Для всплытия и погружения подводной лодки, на которую действуют сила тяжести и выталкивающая сила, приходится менять силу тяжести, путем уменьшения (при всплытии) или увеличения (при погружении) ее средней плотности. Для этого из отсеков вода либо вытесняется воздухом (для всплытия), либо отсеки заполняются водой (для погружения).