Физика - учебник 7 класс

А если вам потребуется стро-

го горизонтально установить по-

верхность стола или

стиральной

машины? Как в этом случае вам

а

смогут помочь сообщающиеся со-

суды? Приведите еще примеры

использования сообщающихся со-

судов.

Все полученные в этом параг-

т

Рис. 180

рафе

закономерности

справедли-

вы для широких сосудов, в которых поверхности жидкости плоские.

е

В очень узких сосудах (капиллярах) поверхно ти жидкости искривля-

ются (рис. 180), и данные закономерности не выполняются.

в

Главные выводы

с

1. В широких неподвижных

сосудах

поверхность

жидкости

всегда горизонтальна.

а

2. Уровень поверхностей однородной жидкости в открытых

сообщающихся

сосудах

один ков

и

не

зависит

от формы со-

судов.

я

а

Контрольные вопросы

н

1. Какие сосуды называются сообщающимися?

2. Как доказать равенство уровней поверхностей однородной жидкости

д

в открытых с бщающихся сосудах?

3. Где находят п актическое применение сообщающиеся сосуды?

о

4. К к р бот ет башенный водопровод?

5. К к р спол г ются поверхности различных несмешивающихся жид-

р

костей в сообщ ющихся сосудах? Почему?

а

Пример решения задачи

Поверхность воды в водонапорной башне находится на h = 40 м

выше кухонногоН

водопроводного крана. Определите давление воды в

кране. Коэффициент g ≈ 10

Н .

кг

131

Правообладатель Народная асвета

Дано:

Решение

h = 40 м

Давление

в кране

создается

столбом

воды вы-

g ≈ 10

Н

сотой h = 40 м; p = gρh, где ρ — плотность воды;

3 кг

а

кг

ρ = 1,0 10

м3 .

р — ?

Н

3 кг

т

5

р = 10

1,0 10

40 м = 4,0 10

Па.

кг

м3

Ответ: р = 4,0 105 Па.

е

Упражнение 19

в

1. При заливке воды в сообщающиеся сосуды

од-

ной из трубок образовался воздушный пузырь. Это не

позволило уровням воды стать одинаковыми (рис. 181).

В какой из трубок застрял воздушный пузырь?

2. В сообщающиеся сосуды р зличногоспоперечно-

го сечения налита вода. Будут ли одинаковыа

в сосудах:

4.На малыйодп ршеньнагидравлического пресса действует сила F1 = 200 Н.рОпределитесилу, действующуюнабольшойпоршеньпресса, если его пл щадь в k = 10 раз больше площади малого поршня.

5.Сообщающиесяа сосуды, площади сечения которых различаются в 2 за, з полнены водой. Определите вес воды в узкой трубке, еслиНвес воды в широкой трубке равен Р = 1,2 Н.я

поршня? Считать, что уменьшение толщины прямо пропорционально силе давления.

132

Правообладатель Народная асвета

7. В сообщающиеся сосуды налили воду и керо-

син. Определите высоту столба керосина, если

высота столба воды, расположенного выше уровня

раздела, h = 7,2 см.

8. В U-образную трубку сначала налили ртуть, а

поверх нее — воду (рис. 182). Высота столба воды

в левом колене h1, а в правом h2. Рассчитайте раз-

ность уровней

ртути для случая, когда

h1 = 40

см,

Рис. 182

h2 = 67,2 см.

а

т

е

в

с

я

а

а

Рис. 183

9. На рисунке 183,

а, б схематично показано устройство шлю-

за — технического

сооружения,

позволяющего

осуществлять

н

проход кораблей на реках, имеющих разные уровни поверхности

воды. Внимательно ассмдтрите рисунок и опишите, как происходит

проход кораблей с нижнего уровня А на верхний уровень В через

о

шлюзовую к ме у Б.

р

§ 33. Г зы и их вес

а

То, что жидкость имеет вес, никого не удивляет.

Каждый из вас ощущал вес, держа в руке ведро

воды (рис. 184), бутылку масла или напитка. Од-

Н

нако мы не чувствуем изменения веса футбольно-

го мяча при его накачивании воздухом. Почему?

Рис. 184

133

Правообладатель Народная асвета

				Посмотрите	в	таблицу,			приведенную
				в Приложении 3 учебника, и сравните
				плотности воздуха и воды. Плотность воз-
				духа почти в 800 раз меньше плотности
				воды.
				Расчеты показывают, что, н пример, в
				сильно накачанном мяче вес воздуха нахо-
				дится в пределах 0,1			Н, а его масса око-
Рис. 185				ло 10 г.					а
				При дыхании ч лов к за сутки пропус-
кает 20—30 кг воздуха, что не так уж мало.								т
							е
	Покажем на опыте наличие у воздуха ма
							ы, а следовательно,
веса. Уравновесим на весах стеклянный					о уд, заполненный возду-
					в
хом (рис. 185). Откачаем насосом воздух и взвесим повторно сосуд.
Он стал легче. Добавляя на чашку с сосудомсразновес, можно узнать
массу откачанного воздуха и его вес.
				а
	Обратите		внимание на то, что приведенные			в	таблице		плотности газов

указаны при «нормальных» условияхя, т. е. при строго определенной температуре и давлении. При сжатии г зов (и обычного воздуха) их плотности могут

возрастать во много раз. Такиеасильно сжатые газы, во-первых, очень удобны при транспортировке, апример баллоны с кислородом для сварки или баллоны

аквалангиста (рис. 186). Во-вторых, сжатые до высокого давления газы удоб-
но использовать при рабнте отбойного молотка (рис. 187) и пневматических
			д
		о
	р
а
Н
Рис. 186					Рис. 187
134

Правообладатель Народная асвета

(от греч. pneuma — дуновение, дыхание) тормозов, которые устанавливаются на мощных автомобилях, в том числе на автомобилях МАЗ и БелАЗ. Устройства для сжатия различных газов называют компрессорами.

тоже имеет вес. На каждую молекулу этого слоя действует Земля

силой тяжести. Молекулы земной атмосферы, если бы на них не

Воздушный слой, окружающий нашу Землю (земная атмосфераа ),

действовала сила тяжести, двигаясь хаотично, давнотбы покинули нашу планету. Но тяготение Земли стремится расположие ь их у поверхности, что приводит к неоднородности атмосфв ры. Ее плотность заметно убывает с высотой. Так, на ысоте 6 км плотность

воздуха уже в два раза меньше, чем у поверхностисЗемли. На высоте

40 км она равна 0,004 мкг3 , а на высоте 400 км, где летают спутники,

об атмосфере можно говорить лишь условно, т к как ее плотность

1.Газы обладают массойнаи весомя.

2.Земная атмосферадобладает весом вследствие действия на нее притяжения Земли.

3.Действие силыотяжести и хаотичное движение молекул приводят к неодинак в й пл тности земной атмосферы.очень маленькая: ρ ≈ 3 10–12 аГлавные выводы мкг3 .

1.К к доказ ть, что газ (воздух) имеет массу?

2.ПочемуН при указании плотности газов оговаривают условия, при которых находится газ?

3.Почему газы используют чаще всего сжатыми?

4.Как изменяется плотность воздуха с изменением высоты? Почему?р

135

Правообладатель Народная асвета

§ 34. Атмосферное давление

Вы знаете, что атмосфера Зем-
ли — газовая оболочка (рис. 188),					а
в которую входят азот, кислород,
углекислый газ, водяные пары и
другие газы.
Всякий газ, если он находится в
сосуде, производит давление на
стенки сосуда, так как молекулы
				т
газа непрерывно бомбардируют эти
стенки. А производит ли давление
			е
атмосфера Земли? Чем обусловле-
но это давление?			в			Рис. 188
Атмосфера удерживается силой тяже ти, действующей со сторо-
ны Земли. В результате действия этой силысверхние слои атмосферы
	я	а

давят на нижние. Поэтому нижний слой оказывается наиболее сжатым. Давление одного слоя атмосферы на другой по закону Паскаля передается по всем напр влени м и действует на любое тело: на зда-

ния, на растения, на людейна! Это д вление называют атмосферным. Такое давление мож о рассчитать теоретически. Результат этих расчетов буквально ошеломляет! Атмосферное давление оказывается равным примерно 100 000 мН2 . Иначе говоря, на каждый квадратный

сантиметр нашего тела действует сила 10 Н, а на всю площадь по-
д	2
верхности тела (п имем ее за 1 м ) — сила 100 000 Н. Это равно

мыНпростоане замечаем этой гигантской сжимающей силы, так как она компенсируется равной расширяющей силой, создаваемой давлением воздуха, который есть внутри нас, он растворен даже в нашей крови.

весу десятитонного МАЗа! Как же мы живем под таким гигантским
давлением?	о
Вспомним упомянутых раньше глубоководных рыб. Подобно им,
р

Так что же, атмосферное давление вообще нельзя обнаружить? Для ответа обратимся к опыту. Возьмем стакан с водой, накроем его листом бумаги, перевернем, придерживая рукой лист, а затем убе-

136

Правообладатель Народная асвета

рем руку (рис. 189). Вода не			Рис. 190
выливается, лист не отрыва-
ется. Сила атмосферного дав-
ления, приложенная к листу
бумаги, компенсирует действие
силы давления налитой в ста-			т
кан воды.
			а
Опустите иглу шприца в
жидкость и поднимайте поршень		в
вверх. Вы увидите, что жидкость	Рис. 189
	с
поднимается вслед за поршнем (рис. 190) проти оположно направле-
нию действия силы тяжести. А что заставляет		ок подниматьсяе		вверх
по трубочке (рис. 191)?	а
Таких опытов, в которых проявляет я дей твие атмосферного
давления, много.
Проводился даже опыт-спектакль (рис. 192), в котором участвовали почти
а

все жители целого города и 16 лошадей. Из пространства между двумя одинаковыми медными полушариями был вык ч н воздух. Для разрыва полушарий

				н
потребовалось 8 пар самых сильных лош дей. Разрыв сопровождался сильным
хлопком, подобным звуку выстрела. Опытябыл проведен в немецком городе Маг-
дебурге в середине XVII в. уче ым Отто фон					Герике.
Как измерить атмосфер ое давление? Рассмотрим наиболее важ-
		о
ный из опытов, прове енный в 1643 г. по предложению итальянского
	р
физика и математика Эван желисты Торричелли.
В этом опыте метдвая, запаянная с одной стороны стеклянная
а
Н
	Рис. 191				Рис. 192
					137

Правообладатель Народная асвета

трубка (рис. 193, а) заполнялась рту-

тью. Верхний конец трубки закрывался

пальцем, трубка переворачивалась и

опускалась в широкий сосуд с ртутью,

а

после чего палец убирался. Часть рту-

т

ти вытекала из трубки в сосуд. В труб-

ке оставался столб р у и высотой Н

около 76 см (760 мм) (рис. 193, б).

Но что же уд рживало от вытека-

в

ния оставшуюся в трубке ртуть? Ши-

рокий сосуд и трубка — это, по сути,

Рис. 193

сообщающие я

еосуды. Над ртутью в

а

трубке воздуха нет. На ртуть в широком о уде действует атмосферное давление, которое жидкая ртуть перед ет по всем направлени-

я
ям (и вверх). Сила этого давления и поддерживаетс	ртутный столб.
Рассмотрим условия равновесия тонкого слоя ртути (на рисун-

ке 193, б обозначен желтым цветом).

Это условие требует, чтобы сила атмосферного давления снизу и сила гидростатического д вления столба ртути сверху были равны.

А это значит, что ратм = ргидрост. Т ким образом, измерив высоту столба
ртути Н, мы можем рассчитать его давление по формуле p	гидрост	= gρН
а
и тем самым опре елить величину атмосферного давления.
Так как атм сферн е авление определяется высотой столба рту-
н

ти, то понятно, п чему очень часто его измеряют не в международ-
			д
		о
	р
ных единицах (паскалях), а в миллиметрах ртутного столба. Выразим
а
в паскалях внесистемную единицу давления 1 миллиметр ртутного
столба (сок щенно 1 мм рт. ст.):
Н				Н		кг
р1 мм рт. ст. = gρh = 9,8					13 600			0,001 м ≈ 133 Па.
				кг		м	3

По договоренности атмосферное давление считают нормальным, если оно равно давлению столба ртути высотой h = 760 мм при температуре t = 20 °С. Такое давление называют одной нормальной, или физической, атмосферой (сокращенно 1 атм):

1 атм = 760 мм рт. ст.. = 101 325 Па.

138

Правообладатель Народная асвета

В большинстве случаев мы будем использовать округленное значение: 1 атм ≈ 100 кПа.

Атмосферное давление играет очень важную роль во многих бытовых и технических устройствах. Оно не только позволяет пользоваться пипеткой для набора лекарств, но и дает возможность простого и недорогого способа подъема воды (см. задание 7 упр. 20). Знакомые многим резиновые «присоски» используются на з вод х для переноса сложнейших узлов электроники, прикосновение к ко-

торым (даже в перчатках!) совершенно недопустимо.					а
				т
Главные выводы
1. Удерживаемая земным притяжением атмосфера Земли про-
изводит давление.			е
2. Человек не ощущает этого д вления, т к как оно действует
как снаружи, так и изнутри него.		в
	с
	а
я

3. За нормальное атмосферное д вление принято давление столба ртути высотой 760 мм.

Контрольные вопросы

1.	Что называется атмосферным д влением и какова причина его су-
ществования?
2.	Почему мы, как правило, е ощущаем атмосферного давления?
3.			а
	В чем значение опыта Торричелли?
4.	Назовите все известные вам единицы атмосферного давления.
			н
1.	Почему т удно пить сок из бутылки или пакета, не впуская в
них воздух?		о
2.
	Почему бсолютно недопустима потеря герметичности ска-
фандра космон вта, работающего в открытом космосе?
3.		р
	Выр зите в килопаскалях атмосферное давление: а) р1 = 10 м
водяного столбаа; б) р2 = 750 мм рт. ст.
4.	Определите высоту столба ртути, который уравновешивается

атмосфернымН давлением р = 90 кПа.

5. При каком значении атмосферного давления на обложку лежащей на столе книги площадью поверхности S = 4,0 дм2 действует

сила F = 3,6 кН?

139

Правообладатель Народная асвета

			Рис. 195
			6. Объясните принцип дейс вия медицинской
			банки.					а
			7. На рисунке 194 сх матич ски изображено
								т
			устройство всасы ающ го насоса: 1 — цилин-
		дрическая трубка; 2 — поршенье; 3, 4 — металли-
		ческие клапаны; 5 — шток и ручка. Как работает
Рис. 194		насос?					в
8. Кубик с ребром, равным а = 50 ммс, м ссой 900 г лежит на дне
сосуда (рис. 195), в который налита вода на высоту h = 15 см.
						а
Определите вертикальную силу, которую надо приложить в центре
верхней грани кубика, чтобы оторвать его ото дна. Считайте, что
вода под кубик не			проник ет.		Атмосферное давление равно р =
				я
= 760 мм рт. ст. Коэффицие т g принять равным 10 Н .
			а					кг
§ 35. Измерение атмосферного давления.
			н
Барометры и манометры
Ежедневно мыдп лучаем информацию о величине атмосферно-
го давления и его изменении. Почему оно не является постоян-
		о
ным? Почему на разных территориях Земли давление разное?
К к з висит давление от высоты?
	р
Атмосферное давление зависит от состава воздуха. Так, напри-
а
мер, при поступлении влажного воздуха, насыщенного водяными па-
рами, давление уменьшается, так как масса молекул воды заметно
меньше массы «основных» молекул атмосферы — азота и кислорода.
Н
Наиболее сжатыми, а значит, более плотными являются приле-
гающие к поверхности Земли слои атмосферы. Следовательно, зна-

140

Правообладатель Народная асвета