Фізика

7

Авторка: Сергєєва Оксана Валеріївна, учителька фізики, спеціаліст вищої категорії Дніпровської гімназії № 14 Дніпровської міської ради

Гідравлічні та пневматичні пристрої

Розминка

1. Гідростатичний тиск пропорційний висоті стовпа рідини.
2. Гідростатичний тиск залежить від густини рідини.
3. Гідростатичний тиск зменшується �зі збільшенням глибини в рідині.
4. Гідростатичний тиск однаковий у різних рідинах на однаковій глибині.
5. Гідростатичний тиск на поверхні рідини дорівнює атмосферному тиску.
6. Гідростатичний тиск може збільшитись, якщо підвищиться температура рідини.

Чи погоджуєтеся ви з твердженнями �щодо гідростатичного тиску?

1. Так, адже .
2. Так, оскільки .
3. Ні. Якщо ,то .
4. Ні. У різних рідин різна густина, тому тиск на однаковій глибини теж різний.
5. Ні. Гідростатичний тиск на поверхні рідини дорівнює нулю, адже .
6. Так, адже з підвищенням температури висота стовпа рідини може змінитися більше, ніж зменшиться її густина.

Перевірте себе

ГР 3

Розминка

Фізика. 7 клас

3

1. Якщо посудини є сполученими, то �між ними може перетікати рідина.
2. Якщо відкриті сполучені посудини заповнені однорідною рідиною, �рівень рідини в них однаковий.
3. Дія рідинного манометра ґрунтується �на властивостях сполучених посудин.
4. У відкритих сполучених посудинах стовпчик нерухомої рідини більшої густини вищий, ніж стовпчик нерухомої рідини меншої густини.

Чи погоджуєтеся ви з твердженнями �щодо сполучених посудин?

1. Так, це означення сполучених посудин.
2. Так, це основна властивість сполучених посудин.
3. Так, адже рідинний манометр —�це сполучені посудини �з доданою шкалою.
4. Ні. Що більша густина, то� нижчий стовпчик рідини.

Перевірте себе

ГР 3

Розминка

Фізика. 7 клас

4

Упорядкуйте слова:

ГР 2

1. від

2. Гідростатичний

3. залежить

4. падіння,

5. густини

6. стовпа

7. тиск

8. рідини,

9. рідини.

10. висоти

11. вільного

12. прискорення

2

7

3

1

5

8

12

11

4

10

6

9

Гідравлічні �та пневматичні пристрої

Фізика 7 клас

5

Урок 56

Питання для обговорення

Фізика. 7 клас

6

Напевно, ви бачили невеличку річку, на якій побудована гребля та створено водосховище. �Рівень води перед і за греблею відрізняється на кілька метрів, �а от на великих річках ця різниця може сягати й сотень метрів.

Як тут забезпечити судноплавство?

Чи можна просто запропонувати кораблям «стрибати» з греблі або�через неї?

Як кораблі долають греблі?

Фізика 7 клас

7

Зазвичай кораблі долають гребні за допомогою шлюзу.

Судноплавний шлюз — гідротехнічна споруда для забезпечення переходу �судна на плаву з однієї водойми �в іншу з різними рівнями води.

Найпростіший судноплавний шлюз — це «коридор �без стелі», що з’єднує обидві сторони греблі �та обладнаний воротами. Розміри «коридору» досить великі, що дозволяє суднам увійти всередину.

За своєю суттю шлюз — це система сполучених посудин.

Як працює шлюз?

Фізика. 7 клас

8

• Спочатку судно повільно підходить �до зачинених нижніх воріт шлюзу.
• Якщо рівень води в шлюзі однаковий �із рівнем води біля корабля в річці, нижні ворота відчиняються, судно входить �у шлюз, і нижні ворота зачиняються.
• Після цього поряд із верхніми воротами відкривається отвір і вода поступово заповнює шлюз, піднімаючи судно.
• Коли рівень води в шлюзі вирівнюється �з рівнем води у водосховищі, верхні ворота відчиняються, і корабель �повільно виходить зі шлюзу.

Дії для спуску судна виконуються у зворотному порядку (у такому разі відчинятиметься отвір �біля нижніх воріт).

Розглянемо процес �підняття корабля у водосховище.

Розташуйте дії для спуску корабля з водосховища в річку в правильному порядку.

Фізика. 7 клас

9

Судно повільно виходить зі шлюзу.

Судно повільно підходить до воріт шлюзу.

Судно входить у шлюз, і верхні ворота зачиняються.

Нижні ворота відчиняються.

Рівень води в шлюзі вирівнюється з рівнем води в річці.

Верхні ворота відчиняються.

Поряд із ніжними воротами відкривається отвір, і вода поступово виходить зі шлюзу, опускаючи судно.

А

Б

В

Г

Д

Е

Є

ГР 2, 3

Дії для спуску корабля з водосховища в річку

Фізика. 7 клас

10

ГР 2, 3

Судно повільно виходить зі шлюзу.

Судно повільно підходить до воріт шлюзу.

Судно входить у шлюз, і верхні ворота зачиняються.

Нижні ворота відчиняються.

Рівень води в шлюзі вирівнюється з рівнем води в річці.

Верхні ворота відчиняються.

Поряд із ніжними воротами відкривається отвір, і вода поступово виходить зі шлюзу, опускаючи судно.

А

Б

В

Г

Д

Е

Є

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Чи знаєте ви, що…

Фізика 7 клас

11

На фотографії зображено судно, що прямує Панамським каналом. Цей канал — одна з найбільших гідротехнічних споруд у світі. Довжину каналу скорочено завдяки водоймам, зокрема

великому озеру Ґатун. Рівень води в озері майже на 26 м вищий за рівень води у Світовому океані, що вимагало створення шлюзів як із боку Тихого, так і з боку Атлантичного океану.

Розміри шлюзів величезні, проте судна завдовжки понад 300 м �не можуть пройти через Панамський канал. Це спричинило встановлення стандарту світового судноплавства, відомого �як «Панамакс».

Гідравлічний прес

Фізика 7 клас

12

Зазвичай У виготовленні деталей для механізмів, �у процесах виробництва олії, пресування фанери �тощо застосовують гідравлічний прес.

Гідравлічний прес — це найпростіша гідравлічна машина, призначена �для створення великих сил тиску.

Будова. Гідравлічний прес складається з двох сполучених між собою циліндрів різного діаметра. Циліндри заповнені робочою рідиною (частіше мастилом) і закриті рухомими поршнями.

Гідравлічний прес

Фізика 7 клас

13

Якщо до поршня меншого циліндра прикласти силу , то ця сила створить �на поверхню рідини певний додатковий тиск p:

Згідно із законом Паскаля, додатковий тиск передаватиметься �в усі точки рідини, яка заповнює сполучені циліндри.

Тиск під меншим поршнем

Тиск під більшим поршнем

Виграш у силі

Фізика. 7 клас

14

?

Гідравлічний прес дозволяє одержати значний виграш у силі: що більше різнитимуться між собою площі поршнів, то більший виграш у силі матимемо.

Поміркуйте, який виграш у силі дає гідравлічний прес, якщо…

• … площа великого поршня в 5 разів більша за площу малого поршня?
• … діаметр великого поршня в 5 разів більший за діаметр малого поршня?

Сила, що діє з боку рідини на великий поршень, �є більшою від сили, що діє на малий поршень, �у стільки разів, у скільки разів площа великого поршня більша від площі малого.

Гідравлічні пристрої

Фізика. 7 клас

15

Сила, що діє з боку рідини на великий поршень, є більшою від сили, що діє на малий поршень, у стільки разів, у скільки разів площа великого поршня більша �від площі малого.

За таким принципом працює і гідравлічний підйомник, який дозволяє підняти одною рукою важкий автомобіль, і гідравлічне гальмо, за допомогою якого можна зупинити автомобіль, приклавши незначну силу тиску ноги, тощо.

?

Поміркуйте, яка функція клапанів �у гідравлічному підйомнику.

Гідравлічні та пневматичні пристрої

Фізика. 7 клас

16

Гідравлічні пристрої допомагають «розкрити» крила сучасного літака та сприяють швидшому гальмуванню �під час посадки.

Підказка

Промислове фарбування сталевих конструкцій за допомогою фарбопульта. Фарбопульт — це приклад пневматичного пристрою.

Знайдіть у домашньому господарстві вашої родини щонайменше 5 різних гідравлічних і пневматичних пристроїв.

Поясніть, як вони працюють.

Аерозольний балончик �із фарбою або дозатор �у флаконі з антисептиком слугують прикладами пневматичних пристроїв.

Дослідження

ГР 1

А як насправді?

Фізика 7 клас

17

Природні алмази утворюються на глибині сотень кілометрів під впливом тиску в мільйони кілопаскалів і за температури вище 1000 °C.

Ученим вдалося відтворити природний процес утворення алмазів за допомогою використання суперпресів у поєднанні з нагріванням до високих температур. Виробництво штучних алмазів зараз реалізується на промисловому рівні. Крім того, нібито існує технологія, яка дозволяє отримувати якісні алмази за низького тиску.

Як ви думаєте, чи є це правдою?

А як насправді?

Фізика 7 клас

18

Так, це правда. Існує технологія, яка дозволяє отримувати алмази за відносно низького тиску — це метод хімічного осадження з парової фази �(CVD — Chemical Vapor Deposition).

Як це працює?

Метод CVD передбачає нагрівання газової суміші (зазвичай метану та водню)�у вакуумній камері. Під дією високої температури (800–1000 °C) та активного середовища атоми вуглецю випадають на підкладку (зазвичай це пластина �з алмазу або кремнію), формуючи алмазний шар.

Переваги CVD-алмазів:

• висока якість і чистота;
• можливість вирощування великих алмазів;
• контрольовані властивості матеріалу;
• дешевше виробництво порівняно з HPHT (високотемпературним і високотисковим методом).

Розв’язуємо задачі

Фізика. 7 клас

19

Задача 1. Площа малого поршня гідравлічної машини становить 15 см² , �а великого — 3 дм² . Визначте максимальну масу вантажу, який можна підняти, приклавши до малого поршня силу 200 Н. Масою поршнів знехтуйте.

m

Аналіз фізичної проблеми. Для розв’язування задачі

скористаємося формулою гідравлічного преса: .

Поршень перебуває в рівновазі, тому сила F₂, з якою рідина діє �на поршень, дорівнює за значенням силі, з якою на поршень діє вантаж, тобто дорівнює вазі вантажу. Площу великого поршня переведемо в см².

Фізика. 7 клас

20

Задача 1. Площа малого поршня гідравлічної машини становить 15 см² , а великого — 3 дм² . Визначте максимальну масу вантажу, який можна підняти, приклавши до малого поршня силу 200 Н. Масою поршнів знехтуйте.

Дано:

Знайти:

Розв’язання:

Відповідь:

ГР 3

Перевіримо одиницю, визначимо значення шуканої величини:

Розв’язуємо задачі

Фізика. 7 клас

21

Задача 2. Під дією сили 300 Н малий поршень гідравлічної машини опустився на 9 см, а великий поршень піднявся �на 1 см, стиснувши деталь. Визначте силу, яка діяла на великий поршень.

Аналіз фізичної проблеми. Для розв’язування задачі

скористаємося формулою гідравлічного преса: .

Рідини є нестисливими, тому об’єм рідини, витісненої малим поршнем, дорівнює об’єму рідини, що піднялася під великим поршнем. Задачу розв’язуватимемо в поданих одиницях.

ГР 3

Фізика. 7 клас

22

Задача 2. Під дією сили 300 Н малий поршень гідравлічної машини опустився на 9 см, �а великий поршень піднявся на 1 см, стиснувши деталь. Визначте силу, яка діяла �на великий поршень.

Дано:

Знайти:

Розв’язання:

Відповідь:

ГР 3

Розв’язуємо задачі

Фізика. 7 клас

23

Задача 3. Заповніть таблицю, визначивши невідомі величини.

ГР 3

Розв’язуємо задачі

Фізика. 7 клас

24

Задача 3. Заповніть таблицю, визначивши невідомі величини.

ГР 3

Підбиваємо підсумки

Дія гідравлічної машини базується на властивості рідин передавати тиск однаково �в усіх напрямках.

​

Гідравлічний прес — це гідравлічна машина, яку використовують �для створення великих сил тиску.

Принцип дії шлюзів заснований �на властивості рідини в сполучених посудинах установлюватися �на одному рівні.

25

1. Повторіть § 33 підручника.
2. Виконайте мініпроєкт «Майбутнє без важкої праці».

​

​

Домашнє завдання

Уявіть, що ви інженери майбутнього, яким потрібно розробити новий гідравлічний або пневматичний пристрій для полегшення роботи людини.

Хід виконання:

1. Виберіть сферу застосування (медицина, будівництво, транспорт, побут, спорт тощо).
2. Визначте, який механізм потрібен: гідравлічний (для підняття важких предметів) чи пневматичний (для швидких і легких рухів).
3. Опишіть, як ваш пристрій працюватиме, які принципи фізики він використовує.
4. Намалюйте схему або створіть 3D-модель (на бажання).
5. Представте свій винахід класу у форматі короткої презентації або постера.

Приклади ідей:

• Гідравлічний екзоскелет для підняття вантажів без шкоди для здоров’я.
• Пневматичний рюкзак для швидкого пересування на короткі відстані.
• Гідравлічний міст із автоматичним регулюванням висоти для проходження кораблів.

Фізика 7 клас

Експериментальні завдання

1. Саморобний водяний прес

Що потрібно?

• два пластикові шприци різного розміру �(наприклад, 10 мл і 50 мл);
• прозора гнучка трубка (наприклад, від крапельниці);
• вода.

Як працює?

• Заповніть систему водою (без бульбашок повітря!).
• З’єднайте шприци трубкою та натисніть �на малий шприц.
• Ви побачите, як поршень великого �шприца почне рухатися!

ГР 1

27

28

28

Лайфхаки

Я хочу перевірити!

Як підняти пляшку води без рук?�(Пневматичний трюк)

Що потрібно?

• пластикова пляшка;
• повітряна кулька.

Як працює?

• Покладіть здуту кульку всередину пляшки, залишивши її горлечко зовні.
• Надмухайте кульку — вона розшириться �та зафіксується всередині пляшки.
• Тепер можна піднімати пляшку, тримаючи лише �за кульку!
• Використовується в пневматичних механізмах захоплення.

28

Оцініть свою роботу на уроці за допомогою фразеологізмів:

Фізика 7 клас

29

1. Фізика : підруч. для 7 кл. закл. загал. серед. освіти / �[В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова, С. О. Довгий, М. М. Кірюхін, �О. О. Кірюхіна]; за ред. С. О. Довгого. — Х. : Вид-во «Ранок», 2024.
2. Методи та прийоми емоційного налаштування на урок. Навчально-методичний посібник / Л. В. Коваленко. — В. : ММК, 2014.
3. https://ua.izzi.digital/#/

​

Фізика. 7 клас

30

Список використаних джерел