Закон паскаля для рідин і газів. Передача тиску рідинами і газами

Закон Паскаля для рідин і газів говорить, що тиск, поширюючись в речовині, не змінює свою силу і передається на всі боки однаково. Рідкі і газоподібні субстанції поводяться під тиском з деякими відмінностями. Різниця обумовлена особливостями поведінки частинок і вагою газів і рідин. У статті ми будемо детально розглядати все це за допомогою наочних експериментів.

Чи передається тиск рідини

Візьмемо посудину циліндричної форми, який зверху герметично закритий поршнем. Всередині знаходиться рідина, а на поршні стоїть гиря. Вона чинить тиск з силою, рівною її вазі. Цей тиск передається рідині. Її молекули, на відміну від частинок твердого тіла, можуть вільно переміщатися один щодо одного. В їх розташуванні немає суворого порядку, вони розкидані хаотично.

Знання про особливості руху частинок різних речовин в подальшому допоможе нам зрозуміти закон Паскаля для рідин і газів. Як же будуть вести себе молекули рідини, якщо ми будемо діяти на них з силою тиску гирі? Відповісти на це питання нам допоможе досвід.

Як поводиться рідина під тиском

Моделлю рідини будуть скляні кульки, А Моделлю посудини-коробочка без кришки. Кульки, так само як і частинки рідкої речовини, вільно переміщаються в ємності. Візьмемо будь-який предмет, по ширині збігається з шириною коробочки. Він буде імітувати поршень.

Натиснемо поршнем на рідину. Як поводяться її молекули? Ми бачимо, що вони тиснуть і на дно ємності, і на її стінки. Штовхають один одного і прагнуть випасти з коробочки. Якби це була справжня рідина, то вона прагнула б виплеснутися з посудини. Пізніше, вивчаючи закон Паскаля для рідин і газів, ми побачимо це на досвіді. Через те що молекули переміщаються вільно, тиск, що чиниться гирею, передається і в сторони, і вниз. А що буде, якщо замінити рідину газом?

Як поводиться повітря під тиском

Припустимо, у нас є циліндр з поршнем, заповнений повітрям. Зверху на поршень кладемо вантаж. Як передається тиск, вироблений на газ? Коли поршень зміщується вниз, відстань між молекулами у верхній частині газу зменшується, але це ненадовго. Швидкість молекул газу становить сотні метрів в секунду. Відстань між ними набагато більше їх розмірів. Вони рухаються у випадкових напрямках і стикаються між собою.

Коли поршень опускається, частинки просто замикаються в меншому обсязі. В результаті вони частіше вдаряються об стінки судини, і при зменшенні обсягу газу його тиск збільшується. Цей постулат потрібно запам`ятати, щоб потім легше було зрозуміти закон Паскаля для рідин і газів. Кількість ударів в секунду на кожен квадратний сантиметр практично одне і те ж. Це означає, що тиск, який виробляє поршень, передається у всіх напрямках без зміни.

Передача тиску в різних напрямках

Закон Паскаля, передачу тиску рідинами і газами не можна зрозуміти, якщо не розібратися в одній дивацтві: як виходить, що ми тиснемо вниз, а тиск передається і вниз, і в сторони? А що якщо до циліндра приєднати трубку, чи буде тиск передаватися по ній вгору? Проведемо досвід.

Візьмемо два шприца, наповнених водою, і з`єднаємо їх трубкою. Поспостерігаємо, як буде передаватися тиск рідиною, яка знаходиться в шприцах. Натиснемо на поршень одного шприца. Сила тиску на поршень, а значить, і на рідину, спрямована вниз. Однак ми бачимо, що поршень другого шприца піднімається вгору. Виходить, що тиск, передаючись через трубку, змінює напрямок сили. Цікаво, що шприци можна розмістити не тільки вертикально, але і під прямим кутом один до одного. Результат буде тим же самим.

Виллємо воду, і в шприцах залишиться повітря. Повторимо досвід. В ході експерименту ми побачимо, що і газ передає тиск у всіх напрямках. Різниця з рідиною тільки одна. Якщо максимально опустити поршень одного шприца вниз і зафіксувати його пальцем, то при натисканні на поршень іншого шприца газ буде стискатися. Його обсяг зменшиться приблизно два рази, а поршень буде норовити відскочити вгору. Цей газ, який прагне збільшити свій об`єм, змушує поршень рухатися вгору. З рідиною було б по-іншому, її б не вдалося так легко стиснути.

Закон Паскаля

Передачу тиску рідинами і газами ми будемо вивчати за допомогою досвіду. Його придумав французький фізик Блез Паскаль. Візьмемо пустотіла куля, до якого приєднана скляна трубка. У різних частинах кулі (зверху, збоку, знизу) є маленькі отвори. Усередині трубки розміщений поршень. Це спеціальний прилад для демонстрації закону Паскаля.

Наповнимо кулю через трубку водою, щоб подивитися, як вона буде себе вести. Хоча сила тяжіння діє на кулю зверху вниз, струмки води витікають з отворів кулі під кутом, в сторону і навіть вгору. Звичайно, вони трохи відхиляються від свого початкового напрямку, оскільки на них діє сила тяжіння. Ми бачимо, що тиск, вироблений на воду, передається у всіх напрямках.

Якщо замість води взяти дим і виконати цей досвід, будемо спостерігати передачу тиску в газі на власні очі, адже дим-це газ, пофарбований дрібними частинками сажі або смоли. Через те що він дуже легкий, на нього не буде так сильно діяти сила тяжіння, він не буде так сильно, як цівки води, відхилятися від свого початкового положення. Можемо зробити такий висновок: тиск, що чиниться на рідину або газ, передається, не змінюючи силу, в будь-яку точку рідини і газу у всіх напрямках. Це і є закон Паскаля для рідин і газів. Формула: P = F / S, де p-тиск. Воно дорівнює відношенню сили F до площі S, на яку вона діє перпендикулярно.