49. Сила Архимеда. Элементы механики жидкостей и газов (основной урок)

Закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу жидкости (или газа), вытесненного телом.

Сила называется силой Архимеда: , где  – плотность жидкости (газа),  – ускорение свободного падения, а  – объём погружённого тела (или его погруженной части, находящейся ниже поверхности).

Пример: на какой из опущенных в воду стальных шаров (1, 2, 3) действует наибольшая архимедова сила? Почему?

Архимедова сила находится по формуле: .

постоянная, жидкость одна и та же, значит, плотность жидкости одинаковая, разные только объемы (шары разного размера). Чем больше объем, тем больше выталкивающая сила. Значит, на 2 шар действует наибольшая архимедова сила.

Условия плавания тел

Определим объем погруженной части тела: чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость.

Пример:надводная часть айсберга имеет объем . Найти объем айсберга , если плотность льда , а плотность воды .

Условие равновесия айсберга:

Тогда

Давление − отношение модуля силы (), действующей на выделенную малую площадку (), к площади этой площадки:

Закон Паскаля: давление в жидкости или газе передается во всех направлениях одинаково и не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует.

Давление жидкости на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости.

Пример1: как добиться, чтобы вода вытекала по трубке из сосуда, изображенного на рисунке?

Чтобы вода вытекала, необходимо создать разность давлений на воду внутри и вне сосуда, причем внутри сосуда оно должно быть большим. Этого можно достичь четырьмя способами:

а) соединить трубку с откачивающим насосом,

б) нагнетать воздух в сосуд через трубку,

в) нагревать воздух в сосуде,

г) кипятить воду.

Пример 2: пищу для космонавтов изготовляют в полужидком виде и помещают в тюбики с эластичными стенками. При легком надавливании на тюбик космонавт извлекает из него содержимое. Это проявление закона Паскаля.

Манометр – прибор, измеряющий давление жидкости или газа. Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение стрелки.

U-образный манометр – это жидкостный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости. В U-образных стеклянных манометрах свободный конец трубки сообщается с атмосферой, а к другому концу подводится измеряемое давление. Простейшая схема измерения давления жидкостным стеклянным манометром показана на рисунке.

Атмосферное давление  воздействует на один конец U-образной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью. Другой конец трубки с помощью различного рода подводящих устройств соединен с областью измеряемого давления . При  жидкость, находящаяся в части подведенного измеряемого давления, будет вытесняться в часть, соединенную с атмосферой. В результате между уровнями жидкостей, находящимися в разных частях U-образной трубки, образуется столб жидкости, высота h которого определяется из выражения: .

Примеры: манометры применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой отрасли. Цифровые манометры используются в пищевой промышленности, при производстве и выпуске напитков, в строительной сфере, пневматических и гидравлических механизмах, станкостроении.

Гидравлический пресс – это простейшая гидравлическая машина, предназначенная для создания больших сжимающих усилий.

Принцип действия: гидравлический пресс состоит из двух сообщающихся цилиндров с поршнями разного диаметра. Цилиндр заполняется водой, маслом или другой жидкостью. По закону Паскаля давление в любом месте неподвижной жидкости одинаково по всем направлениям и одинаково передается по всему объёму. Силы, действующие на поршни, пропорциональны площадям этих поршней. Выигрыш в силе, создаваемый идеальным гидравлическим прессом, равен отношению площадей поршней.

Устройство гидравлического пресса

А – прессуемое тело

В – большой поршень

Д – маленький поршень

М – манометр для измерения давления жидкости

Р – предохранительный клапан

К и  – клапаны

Пример: самый простой пример использования принципа гидравлического пресса – знакомый каждому домашнему мастеру домкрат. В быту с помощью домкрата поднимаются объемные и очень тяжелые предметы, используется он при строительных работах.

Ссылки на ресурсы Интернетурока

1. Барометр-анероид. Манометр

2. Гидравлический пресс

3. Архимедова сила

4. Решение задач на расчет выталкивающей силы

5. Действие жидкости и газа на погруженное тело

6. Плавание тел

Ссылки на сторонние ресурсы

1. Prezentacii.com (Источник).

2. Class-fizika.narod.ru (Источник).

3. Fizportal.ru (Источник).

4. Class-fizika.narod.ru (Источник).

5. Википедия (Источник).

6. Pro-vincia.com.ua (Источник).

7. Википедия (Источник).