1 тиск у рідині та газі. Тиск у рідині та газі

Одним з важливих параметрів, який по-різному характеризує три основні стани матерії (газ, тверде тіло та рідина), є тиск. У статті розглядаються головні питання фізики тиску твердих тіл, рідин та газів.

Три агрегатні стани матерії

Перед тим як перейти до питання тиску у фізиці, дамо визначення твердим, рідким та газоподібним тілам, які є основними способами існування матерії на нашій планеті.

Тверде тіло практично не виявляє плинності, і цей факт характеризує основну відмінність твердих тіл від рідин та газів. Частини, що складають тверде тіло (молекули, атоми) знаходяться в певних просторових положенняхта змінюють їх дуже рідко. Саме тому будь-яка дія зовнішньої силина тверде тіло призводить до виникнення протидіючих сил у ньому, які прагнуть зберегти форму та обсяг.

Рідини і гази - це текучі стани матерії, тобто мінімальний вплив на них зовнішньої сили призведе до зміни їх форми. Як у рідинах, так і в газах частинки, з яких вони складаються, не мають певного місцяу просторі та постійно перескакують з одних положень до інших. Відрізняються між собою ці плинні стани силою взаємодії між їх частинками. Так, в рідинах сила взаємодії між атомами і молекулами хоча і на порядок менше такої в твердому тілі, але все ж таки залишається значущою, щоб зберігати об'єм, що займає рідина. Це означає, що рідини практично не стискаються. У газах же силою взаємодії між частинками, що їх утворюють, можна знехтувати, тому гази завжди займають скільки завгодно великий обсяг, який знаходиться в їх розпорядженні.

Зазначимо, що існує четвертий стан речовини - плазма, яка за своїми властивостями подібна до газу, але відрізняється від нього тим, що її характеристики багато в чому визначаються магнітними і електричними ефектами. Більша частина речовини у Всесвіті знаходиться саме у стані плазми.

Поняття про тиск у фізиці

Щоб зрозуміти, що такий тиск, спочатку необхідно розглянути концепцію сили. Під силою у фізиці розуміють інтенсивність впливу чи взаємодії між тілами. Наприклад, при формулюванні другого закону Ньютона під силою розуміють фізичну величину будь-якої природи, здатної надавати тілу кінцевої маси деяке прискорення. У Міжнародній системі одиниць сила вимірюється у ньютонах (Н). Сила 1 Н здатна змінювати швидкість тіла масою 1 кг на 1 м за кожну секунду.

Тиск - це величина, що визначається як перпендикулярна складова сили, що відноситься до поверхні з деякою площею, тобто:

P – тиск, S – площа, F – сила.

Вимірювання тиску у фізиці здійснюють у паскалях (Па), 1 [Па] = 1 [Н] / 1 [м 2].

Якщо сила F діє під деяким кутом до поверхні, для розрахунку тиску необхідно визначити саме перпендикулярну складову сили до цієї поверхні. Сила, що діє по дотичній до поверхні, не створює ніякого тиску.

Тверді тіла та тиск

Оскільки для створення тиску необхідна сила та поверхня впливу, то у разі твердих тіл це неможливо, оскільки вони знаходяться у рівноважному стані. Дійсно, кожна частка в твердому тілі займає певне положення, а результуюча сила, яка діє на цю частину з боку оточення, дорівнює нулю. Тому говорячи про фізику тиску твердих тіл, мають на увазі участь зовнішніх об'єктів, з якими взаємодіють ці тіла.

Наприклад, якщо взяти металевий брус і покласти його на пісок більшою площиною, він почне створювати деякий тиск на поверхню піску. Тепер якщо цей же брус покласти на пісок меншою площиною, тоді можна побачити, що він порине в пісок на певну глибину. Причиною цього явища буде різний тиск, що надається металевим брусом на пісок у різних його положеннях. З формули для тиску P = F/S видно, що чим менше площа, тим більший тискстворює тверде тіло поверхню опори. У випадку з брусом сила F залишалася постійною у всіх його положеннях, і дорівнювала вазі бруса:

m і g - маса бруса та прискорення вільного падіння, відповідно.

Тиск у рідинах

Оскільки гази та рідини є представниками текучої матерії, то фізика тиску в рідині та газі характеризується тим, що обидва стани речовини в будь-якому нескінченно малому їх обсязі чинять у всіх просторових напрямках однаковий тиск. Однак якщо об'єм, що розглядається, матиме деякі кінцеві розміри, то для рідин почне відігравати роль сила тяжіння, з якою верхні шари діють на нижні. Ця сила призводить до поняття гідростатичного тиску.

У фізиці гідростатичний тисквизначається як тиск, з яким рідина діє на занурене в неї тіло. Обчислюється цей тиск за такою формулою:

P = ρ × g × h, де

ρ і h - щільність рідини та глибина, відповідно.

Тиск у газоподібних середовищах

Розглядаючи гази, слід сказати, що тиск у них пов'язаний виключно з хаотичним рухом атомів та молекул.

Припустимо, є газ закритий в деякій посудині. Оскільки його частинки рухаються хаотично у всіх напрямках однаково, досягнувши стінок судини, вони почнуть ударятися про них, тобто створювати тиск. Звичайно ж, удар однієї частинки створить дуже маленький тиск, однак якщо врахувати, що цих частинок багато (порядку числа Авогадро N A = 6,02*10 23), і що вони рухаються з великими швидкостями (порядку 1 000 м/с), то тиск, що надається на стінки судини набуває помітних на практиці значення.

На відміну від рідин, частки газів не взаємодіють один з одним (наближення ідеального газу), тому говорити про тиск верхніх шарівгазу на нижні немає жодного сенсу.

Від чого залежить величина тиску у газі?

Знаючи природу появи тиску в газах можна припустити, що якщо збільшити кількість ударів частинок об стінки судини, і збільшити силу цих ударів, тоді тиск має зрости. У зв'язку з цим визначають зміну тиску у газі такі фактори.

• Концентрація частинок. Підвищити її можна шляхом зменшення об'єму газу. При постійній температурізміна обсягу буде пропорційно позначатися на тиску.
• Температура. Оскільки ця величина визначає кінетичну енергіюгазових частинок, її збільшення при інших постійних параметрах системи призведе до підвищення тиску.

Тиск земної атмосфери

Оскільки атмосфера нашої планети є сумішшю газів (головним чином азоту і кисню), то фізика атмосферного тискунічим не відрізнятиметься від фізики опису цієї величини для газів. Так, на поверхні Землі тиск повітря становить 101325 Па або 100 кПа, що відповідає тиску 760 мм ртутного стовпа.

Зі збільшенням висоти концентрація молекул повітря починає зменшуватися, оскільки зменшується земне тяжіння, і вже на висоті гори Еверест (8848 м), тиск повітря падає до 34 кПа, що становить 1/3 від цього тиску на рівні моря. Таке зменшення атмосферного тиску є серйозною загрозою життю людини.

Приклад розв'язання задачі

Будь-яке вирішення завдання з фізики на тиск здійснюється за допомогою формул та понять, які розглянуті у статті. Наведемо приклад вирішення однієї з таких завдань.

Для практичних цілей атмосферний тиск у фізиці прийнято виражати у міліметрах ртутного стовпа. Який тиск у міліметрах ртутного стовпа на вершині Евересту?

З наведеної вище інформації відомо, що на вершині найвищої гори у світі тиск повітря становить 34 кПа. Щоб визначити, якою висоти має бути стовп ртуті, щоб він урівноважив цей атмосферний тиск, скористаємося формулою для гідростатичного тиску:

P = ρ × g × h,

h = P / (ρ × g), де

ρ = 13540 кг/м 3 - щільність ртуті,

g = 9,81 м/с2.

Підставляючи у формулу відомі значення, Отримаємо:

h = 0,256 м = 256 мм.

Вирішити це можна було й іншим способом. Знаючи, що поблизу поверхні планети тиск повітря дорівнює 101 кПа і це відповідає тиску 760 мм стовпа ртуті, отримати висоту стовпа ртуті на висоті Евересту можна через просту пропорцію:

h = 34 × 760/101 = 256 мм.

Організація: філія МБОУ ліцей с. Долгорукове у с. Жорнівне

Населений пункт: с. Жорнівне

Повторно - узагальнюючий урок на тему: «Тиск рідин і газів».

Науку все глибше осягнути,

Пізнанням вічного жадобою нудь.

Лише перших знань

блисне тобі світло.

Дізнаєшся: межі знання немає.

Фірдоусі

Цілі уроку: повторити та перевірити знання, отримані з вивчення тиску в рідинах та газах, та знання фізичних формул, необхідні рішення завдань;

Завдання уроку:

Освітня:

узагальнити матеріал теми «Тиск у рідині та газах.», повторити основні поняття та закони, та закріпити основні вміння з цієї теми.

Розвиваюча задача:

що розширює кругозір учнів, про прояв та використання атмосферного тиску в природі та побуті, його вплив на організм людини, обговорення питань та вирішення завдань, що вимагають творчої ініціативи учнів.

Виховне завдання:

виховання уважності учнів, уміння працювати у колективі, формування наукового світогляду. Сприяти вихованню взаємовиручки у класі.

1. Повідомлення теми уроку.

На сьогоднішньому уроці ми з вами повторимо як визначається тиск у рідинах та газах і яку роль ця фізична величина грає в нашому житті.

Для того щоб відповісти на всі поставлені питання, необхідно знати як виникає тиск в рідинах і газах.

А в цьому нам допоможе 1учень (ФІ)

Він нам розповість, що з себе представляє атмосфера нашої планети.

(На екрані з'являється напис назви доповіді: "Атмосфера нашої планети".)

Вчитель. Якщо людина не відчуває цей тиск, навіщо людям потрібно було знати про його існування. І хто ж уперше його

виміряв?

це ми дізнаємося з вами з наступного повідомлення, яке нам підготував(2 учень.). а називається воно «Історія відкриття атмосферного тиску».

Вчитель. З повідомлення дізналися, що визначати атмосферний тиск могли вже давно.

А ось чому залежить тиск у рідинах та газах, і чи знаєте ви про це, я з'ясую після того, як ви відповісте на запитання тесту. (Тест роздаю на картках та відповіді на екрані.)

Ну що ж від чого залежить тиск ви знаєте, а за якою формулою воно визначається? (Хлопці пишуть формулу). А тепер використовуючи формулу для визначення тиску розв'яжемо задачу.(учень вирішує на дошці)

Завдання 1.

Який тиск на дно каністри чинить машинне масло, що знаходиться в ній, якщо висота його шару дорівнює 50см? (Щільність 900кг/м 3).

Дано: Рішення

h = 50см 0.5м р = ρgh

ρ=900кг/м 3 р=900кг/м 3 *10н/кг*0,5м =4500Па

р -?

А як змінюється тиск в атмосфері?

Перш ніж відповісти на це запитання, послухаємо вірш «Айболіт».

Ось як про це йдеться у відомому вірші(На екрані з'являються рядки вірша і картинка.) учень читає вірш.

І гори встають перед ним на шляху,

І він по горах починає повзти.

А гори все вище, а гори все крутіше

А гори йдуть під хмари

О, якщо я не дійду,

Якщо в дорозі пропаду,

Що станеться з ними, з хворими з моїми лісовими звірами?

Що ж заважало лікарю подолати гори? (Хлопці відповідають що з висотою атмосферний тиск змінюється).

Давайте вирішимо задачу (490Л)

Біля підніжжя гори барометр показує 98642 Па, але в її вершині 90317Па. Визначте висоту гори.

Дано: Рішення

р 1 = 98642 Па h = ▲ h (р 1 - р 2) / 133

р 2 = 90317Па h = 12м * (98642Па -90317Па) / 133 = 750м

h -? Відповідь: 750м.

А тепер вирішіть самостійно завдання №488.

Який висновок ви можете з вирішених завдань. (З завдань випливає, що чим вище ми піднімаємося над поверхнею Землі, тим тиск менший, а чим нижче над поверхнею землі тим вищий.)

А зараз із повідомлення» Роль атмосферного тиску в житті людини та тварин.» ми дізнаємось як людина використовує атмосферний тиск у своєму житті.

Якщо ви уважно слухали повідомлення, це допоможе вам відповісти на такі запитання. Оголошую «Аукціон із продажу п'ятірок». (На екрані з'являються запитання, а потім правильні відповіді).

1. Якщо щільно прикласти до губ кленовий лист і швидко втягнути повітря, лист з тріском розривається. Чому? (При вдиху грудна клітинарозширюється, й у порожнині рота створюється розрядження. Зовні на аркуш діє велика сила атмосферного тиску.)

2.Якщо відкрити кран у бочці наповненою водою і щільно закритою кришкою. Яка не має більше ніяких, навіть маленьких отворів і щілин, вода незабаром перестане витікати з крана. Чому?

3.Чому вода не виливається зі склянки, частково наповненої водою, якщо її щільно закрити папером і перевернути догори дном?

(відповідь: після перегортання склянки між дном і водою утворюється розряджений простір, тому вода утримується у склянці силою атмосферного тиску зовні.)

4. Чому вода піднімається нагору, коли її втягують через соломинку?

(при втягуванні води грудна клітка розширюється, і в порожнині рота створюється розрядження, тоді як на поверхні води діє сила атмосферного тиску. Різниця тисків змушує воду підніматися по соломинці.)

5. Чи може космонавт набрати чорнило в поршневу авторучку, перебуваючи в кораблі в стані невагомості?

(Так може, якщо в кораблі підтримується нормальний атмосферний тиск.)

Вчитель. Як видно з цих питань, то багато хто фізичні явищами можемо пояснити, знаючи про існування атмосферного тиску.

Але знаючи про зміну тиску, ми можемо передбачити зміну погоди.

Нам про це розповість учень №4 у своєму повідомленні «Пророкування погоди».

Вчитель. Але ще з давніх-давен люди помічали, що поведінка деяких тварин пов'язана зі зміною погоди. І з'явилося багато прикмет пов'язаних із погодою. Давайте зараз згадаємо про них. (Учся по черзі називають ці прикмети).

Вчитель. Вчені, пізнаючи механізми живої природи, прагнуть відтворити їх у вигляді приладів, що точно відзначають найменші зміни довкілля. На основі цих спостережень були створені загадки пов'язані з фізичними явищами та приладами. А тепер трохи відпочинемо та відгадаємо кілька загадок.

1.Є невидимка;

У будинок не проситься

А колись людей біжить

Поспішає (повітря)

2.На стіні висить тарілка,

Тарілкою ходить стрілка

Ця стрілка наперед

Нам погоду дізнається (барометр)

3.Через ніс проходить у груди

І зворотний прямує

Він невидимий, та все ж

Без нього ми жити не модем. (повітря)

4.Піднімаємося ми в гору

Стало важко нам дихати

А які є прилади,

Щоб тиск вимірювати (барометр).

Вчитель. Тиск що виникає в рідинах і газах грає величезну роль шосе життя. Тому щоб пояснити фізичні явища, пов'язані з тиском, ми повинні знати як її визначити і за допомогою яких приладів виміряти.

Я думаю, що наш допоможе вам відповісти на багато питань, пов'язаних з атмосферним тиском.

Домашнє завдання.

Рефлексія.

Діти, зобразіть у вигляді малюнка, який настрій у вас створився на уроці фізики. Чи сподобався вам урок?

Якщо - так, то намалюйте усміхнену мордочку. Якщо ні, то сумну.

Література:

1. Хрестоматія з фізичної географії.
2. Т.П. Герасимова "Географія" 6кл. Навч. для загальноосвіт навч. закладів. М.: Дрофа
3. Велика енциклопедіяприроди «Вода та повітря»
4. А.В. Володимиров « Оповідання про атмосферний тиск»
5. С. Е. Полянський «розробки з фізики»
6. Лукашик В. І. Збірник завдань з фізики: Навч. посібник для учнів 7-8 кл. середовищ. шк.
7. Перишкін А. В. Фізика. 7кл.: Навч. для загальноосвіт навч. закладів. М: Дрофа, 2015
8. Інтернет ресурси.

Додаток.

Тест-опитування

1.Як формулюється закон паскаля?

А) результат дії сили залежить тільки від її модуля, а й від площі тієї поверхні, перпендикулярно якої вона діє.

Б) тиск газу на стінки судини в усіх напрямках однаково.

В) при зменшенні обсягу газу його тиск збільшується, а зі збільшенням обсягу зменшується.

Г) Тиск, що виробляється на рідину або газ, передається без зміни до кожної точки рідини або газу.

2. Яка з наведених нижче одиниць прийнята за одиницю тиску?

А) Ньютон б) Ватт в) Паскаль г) кілограм.

3. який тиск чинить на ґрунт танк масою 40т, якщо поладь гусениці дорівнює 2м 2 .

А) 10кПа б) 20кПа в) 1000Па г) 2000Па.

4. при попаданні кулі в скло в ньому залишається маленький отвір, а при попаданні в акваріум з водою скло розбивається вщент. Чому?

А) у воді швидкість кулі зменшується

Б) збільшення тиску води розриває скло у всіх напрямках.

В) куля змінює траєкторію руху у воді.

г) за рахунок різкого гальмуваннякулі у воді.

5. Чому дорівнює висота стовпа гасу в посудині, якщо тиск на дно судини дорівнює 1600Па? Щільність гасу 800кг/м3.

А) 2м б) 20см в) 20м г) 2см

Відповіді: 1г 2в 3б 4б 5а

Розділ 6

Елементи механіки рідин

Тиск у рідині та газі

Молекули газу, здійснюючи безладний, хаотичний рух, не пов'язані або дуже слабко пов'язані силами взаємодії, тому вони рухаються вільно і в результаті зіткнень прагнуть розлетітися на всі боки, заповнюючи весь наданий їм обсяг, тобто обсяг газу визначається обсягом тієї посудини, яка газ займає.

Як і газ, рідина набуває форми тієї посудини, в яку вона укладена. Але в рідинах на відміну від газів середня відстань між молекулами залишається практично постійною, тому рідина має практично незмінний обсяг.

Хоча властивості рідин і газів багато в чому відрізняються, у ряді механічних явищїх поведінка визначається однаковими параметрами та ідентичними рівняннями. Тому гідроаеромеханіка- розділ механіки, що вивчає рівновагу і рух рідин і газів, їх взаємодію між собою і твердими тілами, що обтікаються ними,- використовує єдиний підхід довивченню рідин та газів.

У механіці з великим ступенемточності рідини та гази розглядаються як суцільні,безперервно розподілені у зайнятій ними частини простору. Щільність рідини мало залежить від тиску. Щільність газів від тиску залежить істотно. З досвіду відомо, що стисливість рідини і газу в багатьох завданнях можна знехтувати і користуватися єдиним поняттям стисливої ​​рідини- рідини, щільність якої скрізь однакова і змінюється з часом.

Якщо в рідину, що покоїться, помістити тонку пластинку, то частини рідини, що знаходяться по різні сторонивід неї, діятимуть на кожен елемент її поверхні із силами , які незалежно від того, як платівка орієнтована, дорівнюють по модулю і спрямовані перпендикулярно майданчику , так як наявність дотичних сил призвела б частинки рідини в рух (рис. 44).

Фізична величина, що визначається нормальною силою, що діє з боку рідини на одиницю площі, називається тиском ррідини:

Одиниця тиску- Паскаль(Па): 1 Па дорівнює тиску, Створюваному силою 1 Н, рівномірно розподіленої по нормальній до неї поверхні площею 1 м 2 (1 Па = 1 Н/м 2).

Тиск при рівновазі рідин (газів) підпорядковується закону Паскаля(французький вчений (1623-1662)): тиск у будь-якому місці рідини, що покоїться однаково по всіх напрямках, причому тиск однаково передається по всьому об'єму, зайнятому рідиною, що покоїться.

Розглянемо, як впливає вага рідини на розподіл тиску всередині нестисливої ​​рідини. При рівновазі рідини тиск по горизонталі завжди однаково, інакше не було б рівноваги. Тому вільна поверхня рідини, що покоїться, завжди горизонтальна далеко від стінок судини. Якщо рідина несжимаема, то її щільність не залежить від тиску. Тоді при поперечному перерізі S, висоті hі щільності стовпа рідини, його вага а тискна нижню основу

Тканину можна проткнути голкою, але не олівцем (якщо докласти таке ж зусилля). Олівець та голка мають різну формуі тому чинять на тканину неоднаковий тиск. Тиск всюдисущий. Воно приводить у дію механізми (див. статтю ««). Воно впливає на . чинять тиск на поверхні, з якими стикаються. Атмосферний тиск впливає на погоду для вимірювання атмосферного тиску – .

Що таке тиск

Коли тіло перпендикулярно до його поверхні діє , то тіло виявляється під тиском. Тиск залежить від того, наскільки велика сила і від площі поверхні, на яку сила діє. Наприклад, якщо вийти на сніг у звичайному взутті, можна провалитися; цього не станеться, якщо ми одягнемо лижі. Вага тіла той самий, але в другому випадку тиск розподілиться по більшій поверхні. Чим більша поверхня, тим менший тиск. У північного оленя широкі копита - адже він ходить на снігу, і тиск копита на сніг має бути якнайменше. Якщо гострий ніж, сила прикладається до поверхні невеликої площі. Тупий ніж розподіляє силу з більшої поверхні, тому й ріже гірше. Одиниця тиску - паскаль(Па) - названа на честь французького вченого Блеза Паскаля (1623 - 1662), який зробив чимало відкриттів у сфері атмосферного тиску.

Тиск рідин та газів

Рідини та гази набувають форми судини, в якій вони містяться. На відміну від твердих тіл, рідини та гази тиснуть на всі стінки судини. Тиск рідин та газів спрямований на всі боки. тисне не лише на дно, а й на стінки акваріума. Сам акваріум тисне лише вниз. тисне зсередини на футбольний м'ячу всіх напрямках, і тому м'яч круглий.

Гідравлічні механізми

Дія гідравлічних механізмів ґрунтується на тиску рідини. Рідина не стискається, тому якщо до неї докласти сили, вона буде змушена зрушити з місця. І гальма працюють на гідравлічному принципі. Зменшення оборотів колії досягається за допомогою тиску гальмівної рідини. Водій натискає на педаль, поршень прокачує гальмівну рідину через циліндр, далі вона по трубці надходить у два інші циліндри і тисне на поршні. Поршні притискають гальмівні колодки до диска колеса. Виникаюче уповільнює обертання колеса.

Пневматичні механізми

Пневматичні механізми діють завдяки тиску газів – як правило, повітря. На відміну від рідин повітря може стискатися, і тоді тиск його зростає. Дія відбійного молотка полягає в тому, що поршень стискає повітря всередині його дуже великого тиску. У відбійному молотку стиснене повітря тисне на різець з такою силою, що можна бурити навіть камінь.

Піногінний вогнегасник - це пневматичний пристрій, що працює на стиснутому вуглекислому газі. Стиснувши рукоятку, ви вивільняєте стиснутий у каністрі вуглекислий газ. Газ з величезною силоютисне вниз, на спеціальний розчин, витісняє його в трубку та шланг. Зі шланга виривається струмінь води та піни.

Атмосферний тиск

Атмосферний тиск створиться вагою повітря над поверхнею. на кожен квадратний метрповітря тисне із силою більшою, ніж вага слона. Поблизу поверхні Землі тиск вищий, ніж високо у небі. На висоті 10 000 метрів там, де літають реактивні літаки, тиск невеликий, тому що зверху тисне незначна повітряна маса. У салоні літака підтримується нормальний атмосферний тиск, щоб люди могли вільно дихати на великій висоті. Але навіть у герметичному салоні літака у людей закладає вуха, коли тиск стає нижчим, ніж тиск усередині вушної раковини.

Атмосферний тиск вимірюється у міліметрах ртутного стовпа. Коли змінюється тиск, змінюється і . Низький тиск означає, що очікується погіршення погоди. Високий тиск дає ясну погоду. Нормальний тиск на рівні моря – 760 мм (101300 Па). У дні ураганів воно може впасти до 683 мм (910 Па).

Людина на лижах і без них.

По пухкому снігу людина йде насилу, глибоко провалюючись при кожному кроці. Але, одягнувши лижі, він може йти, майже не провалюючись у нього. Чому? На лижах або без лиж людина діє на сніг з однією і тією ж силою, що дорівнює своїй вазі. Однак дія цієї сили в обох випадках по-різному, тому що різна площа поверхні, на яку тисне людина, з лижами і без лиж. Площа поверхні лиж майже у 20 разів більше площіпідошви. Тому, стоячи на лижах, людина діє на кожен квадратний сантиметрплощі поверхні снігу із силою, у 20 разів меншою, ніж стоячи на снігу без лиж.

Учень, приколюючи кнопками газету до дошки, діє кожну кнопку однаковою силою. Однак кнопка, що має гостріший кінець, легше входить у дерево.

Отже, результат дії сили залежить тільки від її модуля, напрями й точки докладання, а й від площі тієї поверхні, до якої вона прикладена (перпендикулярно до якої вона діє).

Цей висновок підтверджують фізичні досліди.

Досвід.Результат дії цієї сили залежить від того, яка сила діє на одиницю площі поверхні.

По кутах невеликої дошки треба вбити цвяхи. Спочатку цвяхи, вбиті в дошку, встановимо на піску вістрями вгору і покладемо на дошку гирю. У цьому випадку капелюшки цвяхів лише трохи вдавлюються в пісок. Потім дошку перевернемо і поставимо цвяхи на вістря. В цьому випадку площа опори менша, і під дією тієї ж сили цвяхи значно заглиблюються в пісок.

Досвід. Друга ілюстрація.

Від того, яка сила діє на кожну одиницю площі поверхні залежить результат дії цієї сили.

У розглянутих прикладах сили діяли перпендикулярно до поверхні тіла. Вага людини була перпендикулярна поверхні снігу; сила, що діяла кнопку, перпендикулярна поверхні дошки.

Величина, рівна відношеннюсили, що діє перпендикулярно поверхні, до площі цієї поверхні, називається тиском.

Щоб визначити тиск, треба силу, що діє перпендикулярно до поверхні, розділити на площу поверхні:

тиск = сила / площа.

Позначимо величини, що входять до цього виразу: тиск - p, сила, що діє на поверхню, - Fта площа поверхні - S.

Тоді отримаємо формулу:

p = F/S

Зрозуміло, що більша за значенням сила, що діє на ту саму площу, буде чинити більший тиск.

За одиницю тиску приймається такий тиск, який робить сила в 1 Н, що діє на поверхню площею 1 м 2 перпендикулярно до цієї поверхні.

Одиниця тиску - ньютон на квадратний метр(1 Н/м2). На честь французького вченого Блеза Паскаля вона називається паскалем ( Па). Таким чином,

1 Па = 1 Н/м 2.

Використовуються також інші одиниці тиску: гектопаскаль (гПа) та кілопаскаль (кПа).

1 кПа = 1000 Па;

1 гПа = 100 Па;

1 Па = 0,001 кПа;

1 Па = 0,01 гПа.

Запишемо умову завдання і розв'яжемо її.

Дано : m = 45 кг, S = 300 см 2; p =?

В одиницях СІ: S = 0,03 м 2

Рішення:

p = F/S,

F = P,

P = g·m,

P= 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,

p= 450/0,03 Н/м 2 = 15000 Па = 15 кПа

"Відповідь": p = 15000 Па = 15 кПа

Способи зменшення та збільшення тиску.

Тяжкий гусеничний трактор робить на ґрунт тиск рівний 40 - 50 кПа, тобто всього в 2 - 3 рази більше, ніж тиск хлопчика масою 45 кг. Це пояснюється тим, що вага трактора розподіляється на більшу площу за рахунок гусеничної передачі. А ми встановили, що чим більша площа опори, тим менший тиск, що виробляється однією і тією ж силою на цю опору .

Залежно від того, чи потрібно отримати малий чи великий тиск, площа опори збільшується чи зменшується. Наприклад, для того, щоб грунт міг витримати тиск будівлі, що зводиться, збільшують площу нижньої частини фундаменту.

Шини вантажних автомобіліві шасі літаків роблять значно ширшим, ніж легкових. Особливо широкими роблять шини у автомобілів, призначених для пересування у пустелях.

Важкі машини, як трактор, танк або болотохід, маючи велику опорну площу гусениць, проходять болотистою місцевістю, якою не пройде людина.

З іншого боку, при малої площіповерхні можна невеликою силоюзробити великий тиск. Наприклад, вдавлюючи кнопку в дошку, ми діємо на неї з силою близько 50 Н. Так як площа вістря кнопки приблизно 1 мм 2 то тиск, що виробляється нею, дорівнює:

p = 50 Н/0, 000 001 м 2 = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.

Для порівняння, це тиск у 1000 разів більший за тиск, що виробляється гусеничним трактором на грунт. Можна знайти ще багато таких прикладів.

Лезо ріжучих та вістря колючих інструментів (ніж, ножиць, різців, пилок, голок та ін.) спеціально гостро відточується. Заточений край гострого леза має маленьку площу, тому за допомогою навіть малої сили створюється великий тиск і таким інструментом легко працювати.

Ріжучі та колючі пристосування зустрічаються і в живій природі: це зуби, пазурі, дзьоби, шипи та ін. твердого матеріалу, гладкі та дуже гострі.

Тиск

Відомо, що молекули газу безладно рухаються.

Ми вже знаємо, що гази, на відміну від твердих тіл і рідин, заповнюють всю посудину, в якій знаходяться. Наприклад, сталевий балон для зберігання газів, камера автомобільної шини чи волейбольний м'яч. При цьому газ чинить тиск на стінки, дно та кришку балона, камери чи будь-якого іншого тіла, в якому він знаходиться. Тиск газу обумовлений іншими причинами, ніж тиск твердого тіла на опору.

Відомо, що молекули газу безладно рухаються. При своєму русі вони стикаються одна з одною, а також зі стінками судини, в якій знаходиться газ. Молекул у газі багато, тому й кількість їх ударів дуже велика. Наприклад, число ударів молекул повітря, що знаходиться в кімнаті, про поверхню площею 1 см 2 за 1 виражається двадцятитризначним числом. Хоча сила удару окремої молекулимала, але дія всіх молекул на стінки судини значно, - вона створює тиск газу.

Отже, тиск газу на стінки судини (і на поміщене в газ тіло) викликається ударами молекул газу .

Розглянемо наступний досвід. Під дзвін повітряного насоса помістимо гумову кульку. Він містить невелику кількість повітря та має неправильну форму. Потім насосом відкачуємо повітря з-під дзвона. Оболонка кульки, навколо якої повітря стає все більш розрідженим, поступово роздмухується і набуває форми правильної кулі.

Як пояснити цей досвід?

Для зберігання та перевезення стиснутого газу використовуються спеціальні міцні сталеві балони.

У нашому досвіді молекули газу, що рухаються, безперервно вдаряють об стінки кульки всередині і зовні. При відкачуванні повітря кількість молекул у дзвоні навколо оболонки кульки зменшується. Але всередині кульки їхня кількість не змінюється. Тому число ударів молекул про зовнішні стінки оболонки стає менше, ніж число ударів про внутрішні стінки. Кулька роздмухується до тих пір, поки сила пружності його гумової оболонки не стане рівною силі тиску газу. Оболонка кульки набуває форми кулі. Це показує, що газ тисне на її стінки по всіх напрямках однаково. Інакше висловлюючись, число ударів молекул, які припадають кожен квадратний сантиметр площі поверхні, у всіх напрямах однаково. Однаковий тиск по всіх напрямках характерний для газу і є наслідком безладного руху величезної кількостімолекул.

Спробуємо зменшити обсяг газу, але так, щоб його маса залишилася незмінною. Це означає, що у кожному кубічному сантиметрігазу молекул побільшає, щільність газу збільшиться. Тоді число ударів молекул об стінки збільшиться, тобто зросте тиск газу. Це можна підтвердити досвідом.

На малюнку азображено скляну трубку, один кінець якої закритий тонкою гумовою плівкою. У трубку вставлено поршень. При всмоктуванні поршня об'єм повітря в трубці зменшується, тобто газ стискається. Гумова плівка при цьому вигинається назовні, вказуючи на те, що тиск повітря в трубці збільшився.

Навпаки, зі збільшенням обсягу цієї маси газу, число молекул у кожному кубічному сантиметрі зменшується. Від цього зменшиться кількість ударів об стінки судини - тиск газу поменшає. Дійсно, при витягуванні поршня з трубки об'єм повітря збільшується, плівка прогинається всередину судини. Це вказує на зменшення тиску повітря у трубці. Такі ж явища спостерігалися б, якби замість повітря в трубці знаходився будь-який інший газ.

Отже, при зменшенні обсягу газу його тиск збільшується, а при збільшенні обсягу тиск зменшується за умови, що маса та температура газу залишаються незмінними.

А як зміниться тиск газу, якщо нагріти його при постійному обсязі? Відомо, що швидкість руху молекул газу під час нагрівання збільшується. Рухаючись швидше, молекули ударятимуть об стінки судини частіше. Крім того, кожен удар молекули об стінку буде сильнішим. Внаслідок цього, стінки судини зазнають більшого тиску.

Отже, тиск газу в закритій посудині тим більше, чим вище температура газу, за умови, що маса газу та обсяг не змінюються.

З цих дослідів можна зробити загальний висновок, що тиск газу тим більше, чим частіше і сильніше молекули ударяють об стінки судини .

Для зберігання та перевезення газів їх сильно стискають. При цьому тиск їх зростає, гази необхідно укладати у спеціальні, дуже міцні балони. У таких балонах, наприклад, містять стиснене повітря в підводних човнах, кисень, що використовується при зварюванні металів. Звичайно ж, ми повинні назавжди запам'ятати, що газові балони не можна нагрівати, тим більше коли вони заповнені газом. Тому що, як ми вже розуміємо, може статися вибух із дуже неприємними наслідками.

Закон Паскаля.

Тиск передається в кожну точку рідини чи газу.

Тиск поршня передається у кожну точку рідини, що заповнює кулю.

Тепер газ.

На відміну від твердих тіл окремі шари та дрібні частинкирідини та газу можуть вільно переміщатися щодо один одного по всіх напрямках. Достатньо, наприклад, злегка подути на поверхню води у склянці, щоб викликати рух води. На річці або озері при найменшому вітерці з'являється брижі.

Рухливістю частинок газу та рідини пояснюється, що тиск, що виробляється на них, передається не тільки у напрямку дії сили, а в кожну точку. Розглянемо це докладніше.

На малюнку, азображено посудину, в якій міститься газ (або рідина). Частинки поступово розподілені по всій посудині. Посудина закрита поршнем, який може переміщатися вгору та вниз.

Додаючи деяку силу, змусимо поршень трохи переміститися всередину і стиснути газ (рідина), що знаходиться безпосередньо під ним. Тоді частинки (молекули) розташуються тут щільніше, ніж раніше (рис, б). Завдяки рухливості частинки газу переміщатимуться у всіх напрямках. Внаслідок цього їх розташування знову стане рівномірним, але щільнішим, ніж раніше (рис, в). Тому тиск газу усюди зросте. Отже, додатковий тиск передається всім часткам газу чи рідини. Так, якщо тиск на газ (рідина) біля поршня збільшиться на 1 Па, то у всіх точках всерединігазу або рідини тиск стане більше колишнього на стільки ж. На 1 Па збільшиться тиск і стінки судини, і дно, і поршень.

Тиск, що виробляється на рідину або газ, передається на будь-яку точку однаково у всіх напрямках .

Це твердження називається законом Паскаля.

На основі закону Паскаля легко пояснити такі досліди.

На малюнку зображена порожня куля, що має в різних місцях невеликі отвори. До кулі приєднано трубку, в яку вставлено поршень. Якщо набрати води в кулю і всунути в трубку поршень, вода поллється з усіх отворів кулі. У цьому досвіді поршень тисне на поверхню води у трубці. Частинки води, що знаходяться під поршнем, ущільнюючись, передають його тиск іншим шарам, що лежать глибше. Таким чином, тиск поршня передається в кожну точку рідини, що заповнює кулю. В результаті частина води виштовхується з кулі у вигляді однакових струмків, що випливають із усіх отворів.

Якщо шар заповнити димом, то при всуненні поршня в трубку з усіх отворів кулі почнуть виходити однакові струмка диму. Це підтверджує, що і гази передають вироблений на них тиск на всі боки однаково.

Тиск у рідині та газі.

Під дією ваги рідини гумове дно у трубці прогнеться.

На рідини, як і всі тіла Землі, діє сила тяжкості. Тому кожен шар рідини, налитої в посудину, своєю вагою створює тиск, який за законом Паскаля передається в усіх напрямках. Отже, усередині рідини існує тиск. У цьому можна переконатись на досвіді.

У скляну трубку, нижній отвір якої закритий тонкою гумовою плівкою, наллємо воду. Під дією ваги рідини дно трубки прогнеться.

Досвід показує, що чим вище стовп води над гумовою плівкою, тим більше вона прогинається. Але щоразу після того, як гумове дно прогнулося, вода в трубці приходить у рівновагу (зупиняється), оскільки, крім сили тяжіння, на воду діє сила пружності розтягнутої гумової плівки.

Ілюстрація.

Дно відходить від циліндра внаслідок тиску нього сили тяжіння.

Опустимо трубку з гумовим дном, в яку налита вода, в іншу, ширшу посудину з водою. Ми побачимо, що з опусканням трубки гумова плівка поступово випрямляється. Повне випрямлення плівки показує, що сили, що діють її зверху і знизу, рівні. Настає повне випрямлення плівки тоді, коли рівні води в трубці та посудині збігаються.

Такий же досвід можна провести з трубкою, в якій гумова плівка закриває бічний отвір, як показано на малюнку, а. Зануримо цю трубку з водою в іншу посудину з водою, як це зображено на малюнку, б. Ми зауважимо, що плівка знову випрямиться, як тільки рівні води в трубці та посудині зрівняються. Це означає, що сили, що діють на гумову плівку, однакові з усіх боків.

Візьмемо посудину, дно якої може відпадати. Опустимо його у банку з водою. Дно при цьому виявиться щільно притисненим до краю судини і не відпаде. Його притискає сила тиску води, спрямована знизу нагору.

Обережно наливатимемо воду в посудину і стежитимемо за її дном. Як тільки рівень води в посудині збігатиметься з рівнем води в банку, воно відпаде від судини.

У момент відриву на дно тисне зверху донизу стовп рідини в посудині, а знизу вгору на дно передається тиск такого ж по висоті стовпа рідини, але знаходиться в банку. Обидва ці тиски однакові, дно ж відходить від циліндра внаслідок дії на нього власної силитяжкості.

Вище були описані досліди з водою, але якщо взяти замість води будь-яку іншу рідину, результати досліду будуть ті самі.

Отже, досліди свідчать, що всередині рідини існує тиск, і на тому самому рівні воно однаково по всіх напрямках. З глибиною тиск збільшується.

Гази щодо цього не відрізняються від рідин, адже вони теж мають вагу. Але треба пам'ятати, що щільність газу в сотні разів менша за щільність рідини. Вага газу, що знаходиться в посудині, мала, і його "ваговий" тиск у багатьох випадках можна не враховувати.

Розрахунок тиску рідини на дно та стінки судини.

Розрахунок тиску рідини на дно та стінки судини.

Розглянемо, як можна розраховувати тиск рідини на дно та стінки судини. Вирішимо спочатку завдання для посудини, що має форму прямокутного паралелепіпеда.

Сила F, з якою рідина, налита в цю посудину, тисне на його дно, що дорівнює вазі Pрідини, що знаходиться у посудині. Вагу рідини можна визначити, знаючи її масу m. Масу, як відомо, можна обчислити за такою формулою: m = ρ·V. Об'єм рідини, налитої у вибрану нами посудину, легко розрахувати. Якщо висоту стовпа рідини, що знаходиться в посудині, позначити літерою h, а площа дна судини S, то V = S·h.

Маса рідини m = ρ·V, або m = ρ·S·h .

Вага цієї рідини P = g·m, або P = g·ρ·S·h.

Так як вага стовпа рідини дорівнює силі, з якою рідина тисне на дно судини, то розділивши вагу Pна площу S, отримаємо тиск рідини p:

p = P/S , або p = g·ρ·S·h/S,

Ми отримали формулу розрахунку тиску рідини на дно судини. З цієї формули видно, що тиск рідини на дно судини залежить тільки від щільності та висоти стовпа рідини.

Отже, за виведеною формулою можна розраховувати тиск рідини, налитої в посудину будь-якої форми(Строго кажучи, наш розрахунок годиться тільки для судин, що мають форму прямої призми та циліндра. У курсах фізики для інституту доведено, що формула вірна і для судини довільної форми). Крім того, по ній можна обчислити тиск на стінки судини. Тиск усередині рідини, у тому числі тиск знизу вгору, також розраховується за цією формулою, оскільки тиск на одній і тій же глибині однаково в усіх напрямках.

При розрахунку тиску за формулою p = gρhтреба щільність ρ виражати в кілограмах на кубічний метр(кг/м 3), а висоту стовпа рідини h- у метрах (м), g= 9,8 Н/кг, тоді тиск буде виражено у паскалях (Па).

приклад. Визначте тиск нафти на дно цистерни, якщо висота стовпа нафти 10 м, а густина її 800 кг/м 3 .

Запишемо умову завдання та запишемо її.

Дано :

ρ = 800 кг/м 3

Рішення :

p = 9.8 Н/кг · 800 кг/м 3 · 10 м ≈ 80 000 Па ≈ 80 кПа.

Відповідь : p ≈ 80 кПа.

Сполучені судини.

Сполучені судини.

На малюнку зображено дві судини, з'єднані між собою гумовою трубкою. Такі судини називаються повідомляються. Лійка, чайник, кавник – приклади сполучених судин. З досвіду ми знаємо, що вода, налита, наприклад, у лійку, завжди стоїть на одному рівні в носику і всередині.

З сполученими судинами можна зробити такий простий досвід. На початку досвіду гумову трубку затискаємо всередині, і в одну з трубок наливаємо воду. Потім затиск відкриваємо, і вода вмить перетікає в іншу трубку, поки поверхні води в обох трубках не встановляться на одному рівні. Можна закріпити одну з трубок у штативі, а іншу піднімати, опускати або нахиляти у різні боки. І в цьому випадку, коли рідина заспокоїться, її рівні в обох трубках зрівняються.

У сполучених судинах будь-якої форми та перерізу поверхні однорідної рідини встановлюються на одному рівні(За умови, що тиск повітря над рідиною однаковий) (рис. 109).

Це можна обґрунтувати в такий спосіб. Рідина спочиває, не переміщаючись із однієї судини до іншої. Значить, тиски в обох судинах на будь-якому рівні однакові. Рідина в обох судинах одна й та сама, тобто має однакову щільність. Отже, мають бути однакові та її висоти. Коли ми піднімаємо одну посудину або доливаємо в неї рідину, тиск у ній збільшується і рідина переміщається в іншу посудину доти, доки тиску не врівноважуються.

Якщо в один із сполучених судин налити рідину однієї густини, а в другій - іншої густини, то при рівновазі рівні цих рідин не будуть однаковими. І це зрозуміло. Адже ми знаємо, що тиск рідини на дно судини прямо пропорційно висоті стовпа і щільності рідини. А в цьому випадку густини рідин будуть різні.

При рівності тисків висота стовпа рідини з більшою щільністю буде менше висотистовпа рідини із меншою щільністю (рис.).

Досвід. Як визначити масу повітря.

Вага повітря. Атмосферний тиск.

Існування атмосферного тиску.

Атмосферний тиск більший, ніж тиск розрідженого повітря в посудині.

На повітря, як і на всяке тіло, що знаходиться на Землі, діє сила тяжіння, і, отже, повітря має вагу. Вагу повітря легко вирахувати, знаючи його масу.

На досвіді покажемо, як визначити масу повітря. Для цього потрібно взяти міцну скляну кулю з пробкою та гумовою трубкою із затискачем. Викачаємо з нього насосом повітря, затиснемо трубку затискачем і врівноважимо на терезах. Потім, відкривши затискач на гумовій трубці, впустимо повітря. Рівнавага терезів при цьому порушиться. Для його відновлення на іншу чашку ваг доведеться покласти гирі, маса яких дорівнюватиме масі повітря в обсязі кулі.

Досвідами встановлено, що при температурі 0 ° С та нормальному атмосферному тиску маса повітря об'ємом 1 м 3 дорівнює 1,29 кг. Вага цього повітря легко обчислити:

P = gm, P = 9,8 Н/кг · 1,29 кг ≈ 13 Н.

Повітряна оболонка, навколишня Землю, називається атмосфера (Від грец. атмос- пара, повітря, та сфера- Куля).

Атмосфера, як показали спостереження за польотом штучних супутниківЗемлі простягається на висоту кількох тисяч кілометрів.

Внаслідок дії сили тяжіння верхні шари атмосфери, подібно до води океану, стискають нижні шари. Повітряний шар, що прилягає безпосередньо до Землі, стиснутий найбільше і, згідно із законом Паскаля, передає тиск, що виробляється на нього, по всіх напрямках.

В результаті цього земна поверхняі тіла, що знаходяться на ній, зазнають тиску всієї товщі повітря, або, як зазвичай говориться в таких випадках, відчувають атмосферний тиск .

Існуванням атмосферного тиску можна пояснити багато явища, з якими ми зустрічаємося у житті. Розглянемо деякі з них.

На малюнку зображена скляна трубка, всередині якої знаходиться поршень, що щільно прилягає до стінок трубки. Кінець трубки опущено воду. Якщо піднімати поршень, то за ним підніматиметься і вода.

Це явище використовується у водяних насосах та деяких інших пристроях.

На малюнку показано циліндричну посудину. Він закритий пробкою, в яку вставлено трубку з краном. З посудини насосом відкачується повітря. Потім кінець трубки міститься у воду. Якщо тепер відкрити кран, то вода фонтаном бризне усередину судини. Вода надходить у посудину тому, що атмосферний тиск більший за тиск розрідженого повітря в посудині.

Чому існує повітряна оболонкаЗемлі.

Як і всі тіла, молекули газів, що входять до складу повітряної оболонки Землі, притягуються до Землі.

Але чому тоді всі вони не впадуть на поверхню Землі? Як зберігається повітряна оболонка Землі, її атмосфера? Щоб зрозуміти це, треба врахувати, що молекули газів перебувають у безперервному та безладному русі. Але тоді виникає інше питання: чому ці молекули не відлітають у світовий простір, тобто у космос.

Для того, щоб зовсім покинути Землю, молекула, як і космічний корабельабо ракета, повинна мати дуже велику швидкість(Не менше 11,2 км/с). Це так звана друга космічна швидкість. Швидкість більшості молекул повітряної оболонки Землі значно менша від цієї космічної швидкості. Тому більшість їх прив'язана до Землі силою тяжіння, лише мізерно мала молекула відлітає за межі Землі в космос.

Безладний рух молекул і дія на них сили тяжіння призводять в результаті до того, що молекули газів "парять" у просторі біля Землі, утворюючи повітряну оболонку, або відому нам атмосферу.

Вимірювання показують, що густина повітря швидко зменшується з висотою. Так, на висоті 5,5 км над Землею щільність повітря в 2 рази менша за його щільність біля Землі, на висоті 11 км - у 4 рази менша, і т. д. Чим вище, тим повітря розріджене. І нарешті, у самих верхніх шарах(сотні та тисячі кілометрів над Землею) атмосфера поступово переходить у безповітряний простір. Чіткої межі повітряна оболонка Землі немає.

Строго кажучи, внаслідок дії сили тяжіння щільність газу в будь-якій закритій посудині неоднакова по всьому об'єму судини. Внизу судини щільність газу більша, ніж у верхніх його частинах, тому й тиск у посудині неоднаковий. На дні судини вона більша, ніж угорі. Однак для газу, що міститься в посудині, ця відмінність у щільності і тиску настільки мало, що його можна в багатьох випадках зовсім не враховувати, просто знати про це. Але для атмосфери, що тягнеться на кілька тисяч кілометрів, відмінність це суттєво.

Вимірювання атмосферного тиску. Досвід Торрічеллі.

Розрахувати атмосферний тиск за формулою для обчислення тиску стовпа рідини (§ 38) не можна. Для такого розрахунку треба знати висоту атмосфери та щільність повітря. Але певної межі атмосфера не має, а щільність повітря на різній висоті різна. Однак виміряти атмосферний тиск можна за допомогою досвіду, запропонованого в 17 столітті італійським ученим Еванджеліста Торрічеллі , учнем Галілея.

Досвід Торрічеллі полягає в наступному: скляну трубку довжиною близько 1 м, запаяну з одного кінця, наповнюють ртуттю. Потім, щільно закривши другий кінець трубки, перевертають її і опускають в чашку з ртуттю, де під рівнем ртуті відкривають цей кінець трубки. Як і в будь-якому досвіді з рідиною, частина ртуті при цьому виливається в чашку, частина її залишається в трубці. Висота стовпа ртуті, що залишилася в трубці, дорівнює приблизно 760 мм. Над ртуттю всередині трубки повітря немає, там безповітряний простір, тому ніякий газ не чинить тиску зверху на стовп ртуті всередині цієї трубки і не впливає на вимірювання.

Торрічеллі, який запропонував описаний вище досвід, дав його пояснення. Атмосфера тисне на поверхню ртуті у чашці. Ртуть перебуває у рівновазі. Отже, тиск у трубці на рівні аа 1 (див. рис) дорівнює атмосферному тиску. При зміні атмосферного тиску змінюється висота стовпа ртуті в трубці. У разі збільшення тиску стовпчик подовжується. При зменшенні тиску стовп ртуті зменшує свою висоту.

Тиск у трубці на рівні аа1 створюється вагою стовпа ртуті у трубці, тому що у верхній частині трубки над ртуттю повітря немає. Звідси слідує що атмосферний тиск дорівнює тиску стовпа ртуті в трубці , тобто.

pатм = pртуті.

Чим більший атмосферний тиск, тим вищий стовп ртуті у досвіді Торрічеллі. Тому на практиці атмосферний тиск можна виміряти заввишки ртутного стовпа (у міліметрах чи сантиметрах). Якщо, наприклад, атмосферний тиск дорівнює 780 мм рт. ст. (Кажуть "міліметрів ртутного стовпа"), то це означає, що повітря робить такий же тиск, який робить вертикальний стовп ртуті заввишки 780 мм.

Отже, у цьому випадку за одиницю виміру атмосферного тиску приймається 1 мм ртутного стовпа (1 мм рт. ст.). Знайдемо співвідношення між цією одиницею та відомою нам одиницею - паскалем(Па).

Тиск стовпа ртуті ртуті заввишки 1 мм дорівнює:

p = g·ρ·h, p= 9,8 Н/кг · 13600 кг/м 3 · 0,001 м ≈ 133,3 Па.

Отже, 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

В даний час атмосферний тиск прийнято вимірювати в гектопаскалі (1 гПа = 100 Па). Наприклад, у зведеннях погоди може бути оголошено, що тиск дорівнює 1013 гПа, це те саме, що 760 мм рт. ст.

Спостерігаючи щодня за висотою ртутного стовпа в трубці, Торрічеллі виявив, що ця висота змінюється, тобто атмосферний тиск непостійний, він може збільшуватися та зменшуватися. Торрічеллі зауважив також, що атмосферний тиск пов'язаний із зміною погоди.

Якщо до трубки з ртуттю, що використовувалася в досвіді Торрічеллі, прикріпити вертикальну шкалу, то вийде найпростіший прилад. ртутний барометр (Від грец. барос- тяжкість, метрео- Вимірюю). Він служить вимірювання атмосферного тиску.

Барометр – анероїд.

У практиці вимірювання атмосферного тиску використовують металевий барометр, званий анероїдом (у перекладі з грецької - безрідкий). Так барометр називають тому, що в ньому немає ртуті.

Зовнішній вигляд анероїду зображено малюнку. Головна частинайого - металева коробочка 1 з хвилястою (гофрованою) поверхнею (див. рис.). З цієї коробочки викачано повітря, а щоб атмосферний тиск не роздавило коробочку, її кришка 2 пружиною відтягується вгору. При збільшенні атмосферного тиску кришка прогинається вниз та натягує пружину. При зменшенні тиску пружина випрямляє кришку. До пружини за допомогою передавального механізму 3 прикріплена стрілка-покажчик 4, яка просувається праворуч або ліворуч при зміні тиску. Під стрілкою укріплено шкалу, розподілу якої нанесено за показаннями ртутного барометра. Так, число 750, проти якого стоїть стрілка анероїда (див. рис.), показує, що в Наразіу ртутному барометрі висота ртутного стовпа 750 мм.

Отже, атмосферний тиск дорівнює 750 мм рт. ст. або ≈ 1000 гПа.

Значення атмосферного тиску дуже важливе для передбачення погоди найближчими днями, оскільки зміна атмосферного тиску пов'язані з зміною погоди. Барометр – необхідний прилад для метеорологічних спостережень.

Атмосферний тиск різних висотах.

У рідині тиск, як відомо, залежить від щільності рідини і висоти її стовпа. Внаслідок малої стисливості густина рідини на різних глибинах майже однакова. Тому, обчислюючи тиск, ми вважаємо її щільність постійною та враховуємо лише зміну висоти.

Складніша справа з газами. Гази сильно стисливі. А чим сильніше газ стиснутий, тим більша його щільність, і тим більший тиск він чинить. Адже тиск газу створюється ударами його молекул об поверхню тіла.

Шари повітря біля поверхні Землі стиснуті всіма вищерозташованими шарами повітря, що знаходяться над ними. Але чим вище від поверхні шар повітря, тим слабше він стиснутий, тим менша його щільність. Отже, тим менший тиск він чинить. Якщо, наприклад, повітряна куляпіднімається над поверхнею Землі, то тиск повітря на кулю стає меншим. Це відбувається не тільки тому, що висота стовпа повітря над ним зменшується, а ще й тому, що зменшується щільність повітря. Вгорі вона менша, ніж унизу. Тому залежність тиску повітря від висоти складніша, ніж рідини.

Спостереження показують, що атмосферний тиск у місцевостях, що лежать на рівні моря, в середньому дорівнює 760 мм рт. ст.

Атмосферний тиск, що дорівнює тиску стовпа ртуті заввишки 760 мм при температурі 0 °С, називається нормальним атмосферним тиском.

Нормальний атмосферний тискдорівнює 101300 Па = 1013 гПа.

Чим більша висота над рівнем моря, тим тиск менший.

При невеликих підйомах в середньому на кожні 12 м підйому тиск зменшується на 1 мм рт. ст. (або 1,33 гПа).

Знаючи залежність тиску від висоти, можна змінити показань барометра визначити висоту над рівнем моря. Анероїди, що мають шкалу, за якою безпосередньо можна виміряти висоту над рівнем моря, називаються висотомірами . Їх застосовують в авіації та підйомі на гори.

манометри.

Ми знаємо, що з вимірювання атмосферного тиску застосовують барометри. Для вимірювання тиску, більшого або меншого атмосферного, використовується манометри (Від грец. манос- рідкісний, нещільний, метрео- Вимірюю). Манометри бувають рідинніі металеві.

Розглянемо спочатку пристрій та дію відкритого рідинного манометра. Він складається з двоколінної скляної трубки, в яку наливається якась рідина. Рідина встановлюється в обох колінах на одному рівні, тому що на її поверхню в колінах судини діє лише атмосферний тиск.

Щоб зрозуміти, як працює такий манометр, його можна з'єднати гумовою трубкою з плоскою круглою коробкою, одна сторона якої затягнута гумовою плівкою. Якщо натиснути пальцем на плівку, рівень рідини в коліні манометра, з'єднаному в коробкою, знизиться, а в іншому коліні підвищиться. Чим це пояснюється?

При натисканні на плівку підвищується тиск повітря в коробці. За законом Паскаля це збільшення тиску передається і рідини у тому коліні манометра, яке приєднано до коробки. Тому тиск на рідину в цьому коліні буде більшим, ніж в іншому, де на рідину діє тільки атмосферний тиск. Під впливом сили цього надлишкового тиску рідина почне переміщатися. У коліні зі стисненим повітрям рідина опуститься, в іншому - підніметься. Рідина прийде в рівновагу (зупиниться), коли надлишковий тиск стисненого повітря врівноважиться тиском, що виробляє надлишковий стовп рідини в іншому коліні манометра.

Чим сильніше тиснути на плівку, тим вищий надлишковий стовп рідини, тим більший тиск. Отже, про зміну тиску можна судити по висоті цього надлишкового стовпа.

На малюнку показано, як таким манометром можна вимірювати тиск усередині рідини. Чим глибше занурюється в рідину трубочка, тим більше стає різниця висот стовпів рідини в колінах манометра, тим, отже, і більший тиск виробляє рідину.

Якщо встановити коробочку приладу на якійсь глибині всередині рідини і повертати її плівкою вгору, вбік і вниз, показання манометра при цьому не змінюватимуться. Так і має бути, адже на тому самому рівні всередині рідини тиск однаково по всіх напрямках.

На малюнку зображено металевий манометр . Основна частина такого манометра - зігнута у трубу металева трубка 1 один кінець якої закритий. Інший кінець трубки за допомогою крана 4 повідомляється з судиною, у якій вимірюють тиск. При збільшенні тиску трубка розгинається. Рух її закритого кінця за допомогою важеля 5 та зубчатки 3 передається стрілці 2 , що рухається біля шкали приладу. При зменшенні тиску трубка завдяки своїй пружності повертається в колишнє положення, а стрілка - до нульового поділу шкали.

Поршневий рідинний насос.

У досвіді, розглянутому нами раніше (§ 40), було встановлено, що вода в скляній трубці під впливом атмосферного тиску піднімалася за поршнем. На цьому ґрунтується дія поршневихнасосів.

Насос схематично зображено малюнку. Він складається з циліндра, всередині якого ходить вгору і вниз, щільно прилягаючи до стінок судини, поршень. 1 . У нижній частині циліндра та в самому поршні встановлені клапани 2 відкривається тільки вгору. Під час руху поршня вгору вода під впливом атмосферного тиску входить у трубу, піднімає нижній клапан і рухається за поршнем.

При русі поршня вниз вода, що знаходиться під поршнем, тисне на нижній клапан, і він закривається. Одночасно під тиском води відкривається клапан усередині поршня, і вода перетворюється на простір над поршнем. При наступному русі поршня вгору в місці з ним піднімається і вода, що знаходиться над ним, яка і виливається в трубу, що відводить. Одночасно за поршнем піднімається і нова порція води, яка при подальшому опусканні поршня виявиться над ним, і вся ця процедура повторюється знову і знову, поки насос працює.

Гідравлічний прес.

Закон Паскаля дозволяє пояснити дію гідравлічної машини (Від грец. гідравлікос- Водяний). Це машини, дія яких ґрунтується на законах руху та рівноваги рідин.

Основною частиною гідравлічної машини є два циліндри різного діаметру, забезпечені поршнями і сполучною трубкою. Простір під поршнями та трубку заповнюють рідиною (зазвичай мінеральною олією). Висоти стовпів рідини в обох циліндрах однакові, доки на поршні не діють сили.

Припустимо тепер, що сили F 1 і F 2 - сили, що діють на поршні, S 1 і S 2 - площі поршнів. Тиск під першим (малим) поршнем дорівнює p 1 = F 1 / S 1 , а під другим (великим) p 2 = F 2 / S 2 . За законом Паскаля тиск рідиною, що покоїться, на всі боки передається однаково, тобто. p 1 = p 2 або F 1 / S 1 = F 2 / S 2 , звідки:

F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .

Отже, сила F 2 у стільки разів більше сили F 1 , у скільки разів площа великого поршня більша за площу малого поршня. Наприклад, якщо площа великого поршня 500 см 2 , а малого 5 см 2 і на малий поршень діє сила 100 Н, то на більший поршень буде діяти сила, в 100 разів більша, тобто 10 000 Н.

Таким чином, за допомогою гідравлічної машини можна малою силою врівноважити більшу силу.

Ставлення F 1 / F 2 показує виграш у силі. Наприклад, у наведеному прикладі виграш у силі дорівнює 10 000 Н/100 Н = 100.

Гідравлічна машина, що служить для пресування (здавлювання), називається гідравлічним пресом .

Гідравлічні преси застосовуються там, де потрібна велика сила. Наприклад, для вичавлювання олії з насіння на олійних заводах, для пресування фанери, картону, сіна. На металургійних заводах гідравлічні преси використовують для виготовлення сталевих валів машин, залізничних коліс та багатьох інших виробів. Сучасні гідравлічні преси можуть розвивати силу в десятки та сотні мільйонів ньютонів.

Пристрій гідравлічного преса схематично показано малюнку. Тіло 1 (A), що пресується, кладуть на платформу, з'єднану з великим поршнем 2 (B). За допомогою малого поршня 3(D) створюється великий тиск на рідину. Цей тиск передається у кожну точку рідини, що заповнює циліндри. Тому такий самий тиск діє і на другий, великий поршень. Але так як площа 2-го (великого) поршня більша за площу малого, то і сила, що діє на нього, буде більше сили, що діє на поршень 3 (D). Під дією цієї сили поршень 2 (B) підніматиметься. При підйомі поршня 2 (B) тіло (A) упирається у нерухому верхню платформу та стискається. З допомогою манометра 4 (M) вимірюється тиск рідини. Запобіжний клапан 5 (P) автоматично відкривається, коли тиск рідини перевищує допустиме значення.

З малого циліндра великий рідина перекачується повторними рухами малого поршня 3 (D). Це здійснюється в такий спосіб. При підйомі малого поршня (D) клапан 6 (K) відкривається і в простір, що знаходиться під поршнем, засмоктується рідина. При опусканні малого поршня під впливом тиску рідини клапан 6 (K) закривається, а клапан 7 (K") відкривається, і рідина переходить у велику посудину.

Дія води та газу на занурене в них тіло.

Під водою ми легко можемо підняти камінь, який важко піднімається в повітрі. Якщо занурити пробку під воду і випустити її з рук, вона спливе. Як можна пояснити ці явища?

Ми знаємо (§ 38), що рідина тисне на дно та стінки судини. І якщо всередину рідини помістити якесь тверде тіло, то воно також зазнаватиме тиску, як і стінки судини.

Розглянемо сили, які діють із боку рідини на занурене у неї тіло. Щоб легше було міркувати, виберемо тіло, яке має форму паралелепіпеда з основами, паралельними поверхні рідини (рис.). Сили, що діють на бічні гранітіла, попарно рівні та врівноважують один одного. Під впливом цих сил тіло стискається. А ось сили, що діють на верхню та нижню грані тіла, неоднакові. На верхню грань тисне зверху силою F 1 стовп рідини заввишки h 1 . На рівні нижньої грані тиск робить стовп рідини заввишки h 2 . Цей тиск, як ми знаємо (§ 37), передається всередині рідини на всі боки. Отже, на нижню граньтіла знизу вгору із силою F 2 тисне стовп рідини заввишки h 2 . Але h 2 більше h 1 , отже, і модуль сили F 2 більше модуля сили F 1 . Тому тіло виштовхується з рідини із силою Fвит, рівної різницісил F 2 - F 1, тобто.

Але S·h = V, де V - об'єм паралелепіпеда, а ρ ж · V = m ж - маса рідини в обсязі паралелепіпеда. Отже, F вит = g · m ж = P ж, тобто. виштовхувальна сила дорівнює вазі рідини в обсязі зануреного в неї тіла(Виштовхувальна сила дорівнює вазі рідини такого ж об'єму, як і об'єм зануреного в неї тіла). Існування сили, що виштовхує тіло з рідини, легко виявити на досвіді. На малюнку азображено тіло, підвішене до пружини зі стрілкою-вказівником на кінці. Стрілка відзначає на штативі розтяг пружини. При відпусканні тіла у воду пружина скорочується (мал. б). Таке ж скорочення пружини вийде, якщо діяти на тіло знизу вгору з деякою силою, наприклад, натиснути рукою (підняти). Отже, досвід підтверджує, що на тіло, що знаходиться в рідині, діє сила, яка виштовхує це тіло з рідини. До газів, як ми знаємо, також застосуємо закон Паскаля. Тому на тіла, що перебувають у газі, діє сила, що виштовхує їх із газу. Під дією цієї сили повітряні кулі піднімаються нагору. Існування сили, що виштовхує тіло з газу, також можна спостерігати на досвіді. До укороченої чашки терезів підвісимо скляну кулю або велику колбу, закриту пробкою. Терези врівноважуються. Потім під колбу (або кулю) ставлять широку посудину так, щоб вона оточувала всю колбу. Посудина наповнюється вуглекислим газом, щільність якого більше щільностіповітря (тому вуглекислий газ опускається вниз і заповнює посудину, витісняючи повітря). При цьому рівновага ваги порушується. Чашка з підвішеною колбою піднімається нагору (рис.). На колбу, занурену у вуглекислий газ, діє більша сила виштовхування, порівняно з тією, яка діє на неї в повітрі. Сила, що виштовхує тіло з рідини або газу, спрямована протилежно силі тяжіння, прикладеної до цього тіла. Тому пролкосмосі). Саме цим пояснюється, що у воді ми іноді легко піднімаємо тіла, які важко утримуємо в повітрі. До пружини підвішується невелике цебро і тіло циліндричної форми (рис., а). Стрілка на штативі відзначає розтяг пружини. Вона показує вагу тіла у повітрі. Піднявши тіло, під нього підставляється відливна судина, наповнена рідиною до рівня відливної трубки. Після чого тіло занурюється повністю в рідину (рис. б). При цьому частина рідини, об'єм якої дорівнює об'єму тіла, виливаєтьсяз відливної судини у склянку. Пружина скорочується, і покажчик пружини піднімається нагору, показуючи зменшення ваги тіла рідини. У даному випадкуна тіло, крім сили тяжіння, діє ще одна сила, що виштовхує його з рідини. Якщо у верхнє відерце вилити рідину зі склянки (тобто ту, яку витіснило тіло), то покажчик пружини повернеться до свого початкового положення (рис., в). На підставі цього досвіду можна зробити висновок, що сила, що виштовхує повністю занурене в рідину тіло, дорівнює вазі рідини в обсязі цього тіла . Такий самий висновок ми отримали і в § 48. Якщо подібний досвід зробити з тілом, зануреним у якийсь газ, то він показав би, що сила, що виштовхує тіло з газу, також дорівнює вазі газу, взятого в обсязі тіла . Сила, що виштовхує тіло з рідини чи газу, називається архімедовою силою на честь вченого Архімеда , який вперше вказав на її існування та розрахував її значення. Отже, досвід підтвердив, що архімедова (чи виштовхувальна) сила дорівнює вазі рідини обсягом тіла, тобто. FА = Pж = g·mж. Масу рідини m ж, що витісняється тілом, можна виразити через її щільність ρ ж і об'єм тіла V т, зануреного в рідину (оскільки V ж - обсяг витісненої тілом рідини дорівнює V т - об'єму тіла, зануреного в рідину), тобто. m ж = ρ ж · V т. Тоді отримаємо: F A = g·ρж · Vт Отже, архімедова сила залежить від густини рідини, в яку занурене тіло, і від об'єму цього тіла. Але вона не залежить, наприклад, від щільності речовини тіла, що занурюється в рідину, так як ця величина не входить до отриманої формули. Визначимо тепер вагу тіла, зануреного в рідину (або газ). Так як дві сили, що діють на тіло в цьому випадку, спрямовані в протилежні сторони (сила тяжіння вниз, а архімедова сила вгору), то вага тіла в рідині P 1 буде менше ваги тіла у вакуумі P = g·mна архімедову силу FА = g·mж (де mж - маса рідини чи газу, витісненої тілом). Таким чином, якщо тіло занурене у рідину чи газ, воно втрачає у своїй вазі стільки, скільки важить витіснена ним рідина чи газ. приклад. Визначити силу, що виштовхує, що діє на камінь об'ємом 1,6 м 3 в морській воді. Запишемо умову задачі та вирішимо її. Коли тіло, що спливає, досягне поверхні рідини, то при подальшому його русі вгору архімедова сила буде зменшуватися. Чому? А тому, що зменшуватиметься об'єм частини тіла, зануреної в рідину, а архімедова сила дорівнює вазі рідини в обсязі зануреної в неї частини тіла. Коли архімедова сила стане рівною силі тяжіння, тіло зупиниться і плаватиме на поверхні рідини, частково поринувши в неї. Отриманий висновок легко перевірити на досвіді. У відливну посудину наллємо воду до рівня відливної трубки. Після цього зануримо в посудину плаваюче тіло, попередньо зваживши його в повітрі. Опустившись у воду, тіло витісняє об'єм води, що дорівнює об'єму зануреної в неї частини тіла. Зваживши цю воду, знаходимо, що її вага (архімедова сила) дорівнює силі тяжкості, що діє на тіло, що плаває, або вазі цього тіла в повітрі. Проробивши такі ж досліди з будь-якими іншими тілами, що плавають у різних рідинах - у воді, спирті, розчині солі, можна переконатися, що якщо тіло плаває в рідині, то вага витісненої ним рідини дорівнює вазі цього тіла в повітрі.. Легко довести, що якщо щільність суцільного твердого тіла більша за щільність рідини, то тіло в такій рідині тоне. Тіло з меншою щільністю спливає у цій рідині. Шматок заліза, наприклад, тоне у воді, але спливає у ртуті. Тіло ж, щільність якого дорівнює густині рідини, залишається в рівновазі всередині рідини. Плаває на поверхні води лід, тому що його щільність менша за щільність води. Чим менше щільністьтіла в порівнянні з щільністю рідини, тим менша частина тіла занурена в рідину . При рівних щільностяхтіла та рідини тіло плаває всередині рідини на будь-якій глибині. Дві рідини, що не змішуються, наприклад вода і гас, розташовуються в посудині відповідно до своїх щільностей: у нижній частині судини - більш щільна вода (ρ = 1000 кг/м 3 ), зверху - легший гас (ρ = 800 кг/м 3 ) . Середня щільність живих організмів, що населяють водне середовище, мало відрізняється від щільності води, тому їхня вага майже повністю врівноважується архімедовою силою. Завдяки цьому водні тварини не потребують таких міцних і масивних скелетів, як наземні. З цієї причини еластичні стовбури водних рослин. Плавальний міхур риби легко змінює свій об'єм. Коли риба за допомогою м'язів опускається на велику глибинуі тиск води на неї збільшується, міхур стискається, об'єм тіла риби зменшується, і вона не виштовхується вгору, а плаває в глибині. Таким чином, риба може у певних межах регулювати глибину свого занурення. Кити регулюють глибину свого занурення за рахунок зменшення та збільшення обсягу легень. Плавання судів. Судна, що плавають річками, озерами, морями і океанами, побудовані з різних матеріалівз різною щільністю. Корпус суден зазвичай виготовляється зі сталевих листів. Всі внутрішні кріплення, що надають міцність судам, також виготовляють з металів. Для будівництва суден використовують різні матеріали, що мають у порівнянні з водою як більші, так і менші щільності. Завдяки чому судна тримаються на воді, приймають на борт та перевозять великі вантажі? Досвід із плаваючим тілом (§ 50) показав, що тіло витісняє своєю підводною частиною стільки води, що за вагою ця вода дорівнює вазі тіла в повітрі. Це також є справедливим і для будь-якого судна. Вага води, що витісняється підводною частиною судна, дорівнює вазі судна з вантажем у повітрі або силі тяжіння, що діє на судно з вантажем. Глибина, на яку судно поринає у воду, називається опадом . Найбільша допустима осадка відмічена на корпусі судна червоною лінією, яка називається ватерлінією (Від голланд. ватер- Вода). Вага води, що витісняється судном при зануренні до ватерлінії, рівний силітяжкості, що діє на судно з вантажем, називається водотоннажністю судна. В даний час для перевезення нафти будуються судна водотоннажністю 5000000 кН (5 · 10 6 кН) і більше, тобто мають разом з вантажем масу 500 000 т (5 · 10 5 т) і більше. Якщо з водотоннажності відняти вагу самого судна, то ми отримаємо вантажопідйомність цього судна. Вантажопідйомність показує вагу вантажу, що перевозиться судном. Суднобудування існувало ще в Стародавньому Єгипті, у Фінікії (вважається, що Фінікійці були одними з найкращих суднобудівників), Стародавньому Китаї. У Росії її суднобудування зародилося межі 17-18 ст. Споруджувалися головним чином військові кораблі, але саме в Росії були побудовані перший криголам, судна з двигуном внутрішнього згоряння, атомний криголам "Арктика". Повітроплавання. Малюнок з описом кулі братів Монгольф'є 1783: «Вигляд і точні розміри „Аеростату Земну кулю“який був першим”. 1786 З давніх-давен люди мріяли про можливість літати над хмарами, плавати в повітряному океані, як вони плавали морем. Для повітроплавання спочатку використовували повітряні кулі, які наповнювали або нагрітим повітрям, або воднем або гелієм. Для того, щоб повітряна куля піднялася в повітря, необхідно, щоб архімедова сила (виштовхує) FА, що діє на кулю, була більша сили тяжіння Fтяж, тобто. FА > Fтяж. У міру підняття кулі вгору архімедова сила, що діє на неї, зменшується ( FА = gρV), оскільки щільність верхніх шарів атмосфери менша, ніж у поверхні Землі. Щоб піднятися вище, з кулі скидається спеціальний баласт (вантаж) і цим полегшує кулю. Зрештою куля досягає своєї граничної висоти підйому. Для спуску кулі з її оболонки за допомогою спеціального клапана випускається частина газу. У горизонтальному напрямку повітряна куля переміщається тільки під дією вітру, тому вона називається аеростатом (від грец аер- Повітря, стато- вартий). Для вивчення верхніх шарів атмосфери, стратосфери ще недавно застосовувалися великі повітряні кулі. стратостати . До того як навчилися будувати великі літаки для перевезення повітрям пасажирів і вантажів, застосовувалися керовані аеростати. дирижаблі. Вони мають подовжену форму, під корпусом підвішується гондола з двигуном, який рухає пропелер. Повітряна куля не тільки сама піднімається нагору, але може підняти і деякий вантаж: кабіну, людей, прилади. Тому для того, щоб дізнатися, який вантаж може підняти повітряну кулю, необхідно визначити її підйомну силу. Нехай, наприклад, у повітря запущена куля об'ємом 40 м 3 наповнений гелієм. Маса гелію, що заповнює оболонку кулі, дорівнюватиме: m Ге = ρ Ге · V = 0,1890 кг/м 3 · 40 м 3 = 7,2 кг, а його вага дорівнює: P Ге = g · m Ге; P Ге = 9,8 Н/кг · 7,2 кг = 71 Н. Виштовхувальна сила (архімедова), що діє на цю кулю в повітрі, дорівнює вазі повітря об'ємом 40 м 3 , тобто. F А = g ρ пов V; F А = 9,8 Н/кг · 1,3 кг/м 3 · 40 м3 = 520 Н. Значить, ця куля може підняти вантаж вагою 520 Н - 71 Н = 449 Н. Це і є його підйомна сила. Куля такого ж об'єму, але наповнена воднем, може підняти вантаж 479 Н. Отже, підйомна сила його більша, ніж кулі, наповненої гелієм. Але все ж таки частіше використовують гелій, тому що він не горить і тому безпечніше. Водень же горючий газ. Набагато простіше здійснити підйом та спуск кулі, наповненої гарячим повітрям. Для цього під отвором, що знаходиться в нижній частині кулі, розташовується пальник. За допомогою газового пальника можна регулювати температуру повітря всередині кулі, а значить, його щільність і силу, що виштовхує. Щоб шар піднявся вище, досить сильніше нагріти повітря в ньому, збільшивши полум'я пальника. При зменшенні полум'я пальника температура повітря в кулі зменшується і куля опускається вниз. Можна підібрати таку температуру кулі, при якій вага кулі і кабіни дорівнюватиме виштовхувальній силі. Тоді куля повисне в повітрі, і з неї буде легко проводити спостереження. У міру розвитку науки відбувалися і суттєві зміни у повітроплавній техніці. З'явилася можливість використання нових оболонок для аеростатів, які стали міцними, морозостійкими та легкими. Досягнення у галузі радіотехніки, електроніки, автоматики дозволили сконструювати безпілотні аеростати. Ці аеростати використовуються для вивчення повітряних течій, для географічних та медико-біологічних досліджень у нижніх шарах атмосфери. Останні матеріали розділу: