Тиск рідин і газів. Закон Паскаля.

"Чим людина мудріша і добріша, тим більше вона помічає добра в людях"

Блез Паскаль

Мета.

Навчальна. Встановити як розподіляється тиск в рідинах і газах. Ввести поняття гідростатичного тиску. З’ясувати як розраховується гідростатичний тиск на дно та на стінку посудини. Вивчити закон Паскаля.

Розвиваюча. Розвивати логічне мислення.

Виховна. Виховувати ціннісне ставлення до праці.

Тип уроку. Урок засвоєння нового матеріалу.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 7 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"
• Демонстрація. Надування кульки методом відкачування повітря з-під ковпака повітряного насоса (насос Комовського, скляний ковпак, гумова кулька)
• Відео. Тиск газів (Час показу 1:17 хв)
• Демонстрація. Розширення повітря під час нагрівання (колба з корком і трубкою, склянка з водою).
• Відео. Дія сили тиску на тіло, занурене у рідину (Час показу 0:41 хв)
• Демонстрація. Залежність гідростатичного тиску від висоти стовпа рідини (пластикова пляшка з трьома отворами на різній висоті, лійка, посудина з водою, посудина для зливання води).
• Демонстрація. Гідростатичний парадокс (прилад зі знімними посудинами різної форми для дослідження явища гідростатичного тиску, вода, посудина для зливання води).
• Відео. Гідростатичний парадокс (Час показу 0:48 хв)
• Відео. Тиск рідини (Час показу 3:30 хв)
• Демонстрація. Передавання тиску по всьому об’єму в (а, б) газах та (б) рідинах (пластикова пляшка, повітряна кулька, гумова стрічка, мильні бульбашки, шприц з водою, тенісна кулька з отворами або куля Паскаля (г)).
• Відео. Передача тиску рідиною і газом (Час показу 0:10 хв).
• Відео. Тиск на стінки посудини (Час показу 0:43 хв).
• Демонстрація. Стиснення рідин і газів (огниво повітряне, вода).
• Відео. Закон Паскаля (Час показу 1:30 хв).
• Відео. Тиск в рідині (Час показу 0:58 хв).
• Відео. Тиск рідин. Дайвінг (Час показу 1:10 хв).
• Таблиця. Густина речовини
• Відео. Тиск рідин і газів

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Тиск рідин і газів. Закон Паскаля.
3. Запитання до уроку.
4. Домашнє завдання.
5. Перевір себе.
6. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

2. Тиск рідин і газів. Закон Паскаля.

 Міркуємо разом. 

Чому розтягується гумова плівка, з якої зроблена повітряна кулька, під час її надування? Відповідь зрозуміла: у кульку додають повітря. А чи можна повітряну кульку змусити збільшити об’єм без того, щоб її надувати?

 Щоб усунути вм’ятину на тенісній кульці, її можна на деякий час занурити в гарячу воду. Що витисне зсередини увім’яту поверхню кульки?

Ці загадки тиску газів і рідин ми й спробуємо розгадати.

 Тиск газів. Покладемо злегка надуту зав’язану повітряну кульку під ковпак повітряного насоса.

Якщо з-під ковпака відкачувати повітря, то об’єм кульки почне збільшуватися. Спробуємо розібратися, чому так відбувається.

Частинки газу, що рухаються в усіх напрямках, «бомбардують» ізсередини дно, стінки та кришку посудини і так створюють на них тиск. Зрозуміло, що сила удару однієї частинки дуже мала, проте частинок у газі надзвичайно багато. Таким чином, загальна сила, з якою вдаряє така величезна кількість частинок, є значною.

Частинки газу рухаються хаотично, і тому тиск, який вони створюють, не залежить від напрямку, адже кількість частинок, що рухаються в будь-якому напрямку, в середньому є однаковою.

Повернімося до надувної кульки. Повітря (газ) всередині й зовні кульки створює тиск відповідно на внутрішню і зовнішню поверхні гумової плівки. Якщо ці тиски є однаковими, то сила тиску зсередини і сила тиску ззовні кульки зрівноважують одна одну і гумова плівка не розтягується. А от якщо тиск усередині кульки стає більшим від зовнішнього тиску, то кулька збільшує свій об’єм.

Відео. Тиск газів (Час показу 1:17 хв)

Тиск газу створюється ударами його частинок, тому збільшення як кількості, так і сили ударів на певну поверхню спричинить збільшення тиску газу. Таким чином, тиск газів можна збільшити двома способами:

• збільшити густину газу ();

Для цього можна (а) додати газу всередину посудини - збільшити масу газу, а можна (б) зменшити об’єм самої посудини. Якщо за допомогою поршня зменшити об’єм газу, то збільшиться кількість ударів його молекул на одиницю площі стінок посудини - тиск зросте. В газах у невеликих об’ємах тиск у будь-якій точці можна вважати однаковим, так як в результаті хаотичного руху частинок їх середня густина є однаковою.

• збільшити температуру газу.

Чим більша температура газу, тим більшою буде швидкість руху його частинок. Удари частинок об стінки посудини стануть частішими, сила їхніх ударів зросте, і внаслідок цього тиск газу в посудині збільшиться.

Демонстрація. Розширення повітря під час нагрівання (колба з корком і трубкою, склянка з водою).

Теплове розширення газів можна спостерігати за допомогою колби, заповненої повітрям. Шийку колби щільно закоркуємо, а в корок уставимо скляну трубку. Зануримо скляну трубку в посудину з водою. Тепер досить взятися за колбу рукою і в такий спосіб нагріти її; через деякий час повітря в колбі, розширюючись, виходитиме у вигляді бульбашок із трубки під водою.

Відповідно, зменшення тиску газу буде відбуватися в разі зменшення густини або температури газу.

 Тиск рідин. Рідини зберігають об’єм, але, на відміну від твердого тіла, легко змінюють свою форму - вони набувають форми тієї посудини, в якій містяться.

Тому рідина своєю вагою створює тиск на дно та бічні стінки посудини, в якій міститься, та на тіла, занурені в неї.

Відео. Дія сили тиску на тіло, занурене у рідину (Час показу 0:41 хв)

Тиск нерухомої рідин, зумовлений силою тяжіння, називають гідростатичним.

В 1648 році французький вчений Блез Паскаль продемонстрував, що тиск рідини залежить від висоти її стовпа. За наказом Паскаля, міцну дубову бочку до країв наповнену водою наглухо закрили кришкою. В невеликий отвір в кришці закріпили кінець вертикальної скляної трубки такої довжини, що кінець її виявився на рівні другого поверху.

Вийшовши на балкон, Паскаль почав наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити і 10 склянок, як бочка тріснула. Таким чином, Паскаль переконався, що сила, яка зруйнувала бочку, не залежить від кількості води в трубці. Вся справа у висоті стовпа води в трубці.

Детальні дослідження показали, що гідростатичний тиск не залежить від форми посудини.

Відео. Гідростатичний парадокс (Час показу 0:48 хв)

Гідростатичний тиск не залежить від форми посудини, і дорівнює вазі вертикального стовпа рідини, основою якого є дно посудини.

Гідростатичний тиск на дно посудини розраховується за формулою: , де - густина рідини;  - коефіцієнт пропорційності;  - висота стовпа рідини.

Отже, гідростатичний тиск залежить від густини рідини та висоти стовпа рідини.

Відео. Тиск рідини (Час показу 3:30 хв)

 Закон Паскаля та його застосування. Поняття тиску характеризує пружні властивості газів і рідин. Зауважимо, що гази стискаються і розширюються дуже добре, рідини - погано.

Рідинам і газам притаманна властивість - передавати тиск, що створюється зовнішніми силами, по всьому об’єму, кожній точці стінки чи дна посудини. З цієї ж причини - бульбашка кругла, так як повітря всередині неї однаково тисне на всі її частини, поверхня бульбашки рівновіддалена від її центру.         

Відео. Передача тиску рідиною і газом (Час показу 0:10 хв)

Ґрунтуючись на подібних дослідах, французький фізик Б. Паскаль відкрив закон, який зараз має назву закон Паскаля: тиск, створюваний на рідину або газ зовнішніми силами, передається рідиною або газом однаково в усіх напрямках.

Відео. Закон Паскаля (Час показу 1:30 хв)

Із закону Паскаля та формули гідростатичного тиску випливає, що тиск усередині нерухомої однорідної рідини на однаковому рівні є однаковим. Нехай досліджуваною “посудиною”  буде морська бухта з підводною печерою.  

Здається, що тиск води в печері менший, ніж тиск у відкритому морі. Однак, якби це було так, то під дією більшого тиску вода з моря рухалася б до печери.  Так як вода біля входу в печеру (і в морі також) залишається в спокої, це означає, що тиск води в печері дорівнює тиску води у відкритому морі.

Відео. Тиск в рідині (Час показу 0:58 хв).

Властивість рідин і газів передавати тиск у всіх напрямках ми спостерігаємо в повсякденному житті, її широко використовують у техніці.

На законі Паскаля ґрунтується дія:

• гідравлічних машин (гідравлічного домкрата, гідравлічного преса, насосів; систем гальмування багатьох транспортних засобів). 

• серцево-судинної системи;

Незважаючи на те, що кровоносні судини мають велику кількість вигинів, тиск, створюваний серцем, передається в усі частини тіла.

Відео. Тиск рідин. Дайвінг (Час показу 1:10 хв)

• Опорний конспект уроку

5. Запитання до уроку.

Запитання 50.1. У чому полягає причина існування тиску в газах?

Запитання 50.2. Чому тиск газів зростає зі збільшенням їхньої густини? температури?

Запитання 50.3. Який тиск називають гідростатичним? Від який фізичних величин він залежить?

Запитання 50.4. Сформулюйте закон Паскаля.

Запитання 50.5. Щоб усунути вм’ятину на тенісній кульці, її можна на деякий час занурити в гарячу воду. Що витисне з середини увім’яту поверхню кульки?

Запитання 50.6. У пластикову пляшку з водою вставлено скляну трубку. Що відбудеться, якщо натиснути на пляшку (див. рисунок)?

Запитання 50.7. Чи однаковий тиск у точках 2-5 усередині підводної печери Петек (Туреччина) (див. рисунок)?

Запитання 50.8. Для чого, з’їзджаючи автомобілем з дороги на пухкий грунт, водії зменшують тиск у шинах?

Запитання 50.9. Чому аквалангісти і нирці повинні підніматися з глибин водойми повільно?

Запитання 50.10. Якщо занурити палець у склянку з водою, не торкаючись її дна, чи зміниться сила тиску води на дно склянки? Якщо зміниться, то як?

Запитання 50.11. Чому на малюнках (а) і (б) заслінка утримується біля скляної трубки, а на малюнку (в) вона тоне? 

Запитання 50.12. Порівняйте тиски у воді та в повітрі в точках A, B, C, D, K, M (див. малюнок).

6. Домашнє завдання.

Підручник:  § 23, 24.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

Опитування онлайн. Тиск твердих тіл, рідин та газів. Відповіді учнів

7. Перевір себе.

Вправа 50.1. Пограємо в “Так-ні”.

Вправа 50.2. Тиск рідин і газів.

Тестові завдання:

Запитання 50.1.Т. Виберіть правильне твердження:

        А. тверді тіла, рідини і гази однаково передають тиск;

        Б. тиск стовпа рідини на дно посудини прямо пропорційний до густини рідини та висоти стовпа рідини;

        В. тиск рідини на дно посудини не залежить від її густини;

        Г. тиск стовпа рідини на дно посудини не залежить від його висоти.

Запитання 50.2.Т. У три однакові мензурки налиті однакові об’єми бензину, води і ртуті. Порівняйте тиски рідин на дно мензурок:

        А. найменший тиск бензину, найбільший  - води;

        Б. найменший тиск води, найбільший - ртуті;

        В. найменший тиск бензину, найбільший - ртуті;

        Г. найменший тиск ртуті, найбільший - бензину.

Запитання 50.3.Т. У велике відро, склянку, чайник і пробірку налиті однакові маси води. Вкажіть, де тиск води на дно буде більшим:

        А. у відрі;

        Б. у склянці;

        В. у чайнику;

        Г. у пробірці.

8. Для допитливих.

Гідростатичний тиск на стінку посудини. розраховується за формулою:  .

Відео. Тиск на стінки посудини (Час показу 0:43 хв).