ТИСК РІДИН
Розділ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА
& 38. ТИСК РІДИН
Досі ми розглядали взаємодію твердих тіл. Проте тверді тіла дуже часто взаємодіють також із рідинами і газами. На відміну від твердих тіл рідини і гази не мають власної форми. Рідина, налита у склянку, набуває її форми, взаємодіє з її дном та стінками, діючи на них по всій поверхні дотику. У цьому можна легко переконатися, наливши рідину у поліетиленовий пакет або пластикову пляшку. Натиснувши пальцем на стінки чи дно пакета, ви відразу відчуєте силу її тиску. Греблі гідростанцій, дамби, стінки
Проведемо простий експеримент. Наллємо у гумову повітряну кульку воду. Кулька збільшиться в об’ємі – видовжиться й розшириться. Це означає, що з боку рідини не лише на її дно, а й на бічну поверхню діє сила тиску. Дію сили тиску на дно будь-якої посудини пояснити просто. На кожну
Тиск рідин, обумовлений їх вагою, називають гідростатичним тиском.
Розглянемо найпростіший випадок. Рідина знаходиться в прямокутній посудині з плоским дном, що стоїть на горизонтальній поверхні (мал. 3.67). Унаслідок текучості рідини її поверхня завжди горизонтальна (мал. 3.68). Тому відстань від поверхні рідини до дна h (глибина) скрізь однакова. Рідина своєю вагою діє на опору – дно посудини, в яку її налито, а отже, чинить певний тиск. Сила, з якою рідина тисне на дно посудини, дорівнює її вазі: F = P = mg, де m – маса рідини. За відомими густиною рідини р та її об’ємом V можна легко визначити її масу: m = pV. Щоб знайти об’єм рідини в посудині, слід висоту h стовпчика рідини в посудині помножити на площу дна посудини S : V = hS, тоді F = P = mg = pVg = pghS.
Мал. 3.67
Мал. 3.68
Тепер легко одержати формулу для визначення тиску, який чинить рідина на дно посудини. Для цього силу, з якою рідина діє на дно (її вагу), необхідно поділити на площу дна:
Р = 
= 
= pgh.
Або
P = pgh.
Яких висновків можна дійти щодо вагового тиску рідини на дно посудини? З одержаної формули випливає, що тиск на дно посудини залежить від висоти стовпчика налитої рідини та її густини.
Перевіримо це на досліді. Візьмемо скляну трубку; один з її отворів затягнемо гумовою плівкою. Наливатимемо в неї воду (мал. 3.69). Чим вищий рівень рідини у трубці, тим більше прогинається гумова плівка.
Якщо в одну трубку із затягнутим плівкою дном налити воду, а в другу таку саму трубку налити до такого самого рівня розчин солі, густина якого більша за густину води, тиск на дно трубки із розчином виявиться більшим (мал. 3.70).
Мал. 3.69
Мал. 3.70
Зверніть увагу й на те, що у формулу не входить маса рідини. Отже, тиск рідини на дно посудини не залежить від маси рідини, налитої в посудину, її форми та об’єму. Цей висновок відомий під назвою “гідростатичний парадокс”. Для його перевірки використовують посудини, в яких однакова площа нижнього отвору, але різні форма й об’єм. їх по черзі встановлюють у спеціальний прилад так, що дном цих посудин слугує одна й та сама гумова плівка. Коли в посудину наливають рідину, гумова плівка під дією ваги рідини прогинається й тисне на важіль, який закінчується стрілкою. Якщо у ці посудини наливати воду до однакового рівня, то стрілка встановлюється на одній і тій самій позначці, хоч об’єми (а отже, і вага) налитої в них води різні (мал. 3.71).
Легко переконатися, що рідина тисне не лише на дно, а й на стінки посудини, і цей тиск зростає з глибиною. Для цього на різній висоті у циліндричній посудині можна зробити невеликі отвори й налити в неї воду. Вода струменями почне витікати з цих отворів. Чим ближче отвір до дна посудини, тим більшою буде довжина струменя (мал. 3.72).
Сили тиску з боку рідини діють на будь-яку поверхню твердого тіла, що межує із нею: дно, стінки посудини, в якій перебуває рідина, поверхні занурених у них тіл. Цим силам притаманна низка особливостей.
1. За своєю природою сили тиску рідин – це сили пружності.
Мал. 3.71
Мал. 3.72
Унаслідок дії сили тяжіння молекули верхніх шарів тиснуть на нижчі, намагаючись зміститися у напрямку дії цієї сили. Проте відстані між молекулами рідин порівнянні з розмірами молекул, і сили взаємодії між ними значні. Невелике зменшення відстані між молекулами рідини зумовлює стрімке збільшення сил відштовхування. Рідини майже нестисливі. На дно і стінки посудини діє результуюча сила взаємодії усіх молекул рідини, зумовлена силою тяжіння, яка діє на кожну молекулу.
2. Сили тиску з боку рідини завжди перпендикулярні до поверхні, на яку діють.
Подивіться на мал. 3.72. Струмені води, що б’ють з отворів, біля стінки посудини перпендикулярні до неї.
3. Сили тиску розподілені по всій поверхні зіткнення твердого тіла з рідиною, тому вони залежать від розмірів цієї поверхні.
Щоб знайти силу, з якою рідина тисне на дно посудини, необхідно тиск, що чинить рідина на дно, помножити на площу дна посудини: F = pS = pghS.
ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ
1. Чому тверде тіло зберігає свою форму, а рідина набуває форми посудини, в яку її налито?
2. Від чого і як залежить тиск рідини на дно посудини?
3. Запишіть формулу для визначення тиску рідини на певній глибині.
4. Чи правильне твердження: сила, з якою рідина тисне на дно посудини, може бути більшою від ваги рідини і меншою за неї?
5. Воду налили в склянку так, що відстань від дна склянки до поверхні води становить 8 см. Який тиск чинить вода на дно склянки?
Мал. 3.73
6. Визначте тиск на глибині 0,6 м у воді, гасі, ртуті
7. Глибина найглибшої океанської западини 10 900 м, густина океанської води становить 1030 
. Який тиск води на дні цієї западини?
8. Посудини з водою мають однакові площі дна: кожна 100 см2 (мал. 3.73).
В якій з них тиск води на дно більший і у скільки разів? Якими є сили тисків, що діють на дно в кожній з посудин? Чи можна стверджувати, що сила тиску посудини на поверхню стола дорівнює силі тиску на дно посудини налитої в неї рідини? Відповідь обгрунтуйте.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...