Физика (7 класс)/Давление
вначале использовали воздушные шары, которые наполняли или нагретым воздухом, или водородом либо гелием.
Для того, чтобы воздушный шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая) FА, действующая на шар, была больше силы тяжести Fтяж, т. е. FА > Fтяж.
По мере поднятия шара вверх архимедова сила, действующая на него, уменьшается (FА = gρV), так как плотность верхних слоев атмосферы меньше, чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывается специальный балласт (груз) и этим облегчает шар. В конце концов шар достигает своей своей предельной высоты подъема. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускается часть газа.
В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом (от греч аэр — воздух, стато — стоящий). Для исследования верхних слоев атмосферы, стратосферы еще не так давно применялись огромные воздушные шары — стратостаты.
До того как научились строить большие самолеты для перевозки по воздуху пассажиров и грузов, применялись управляемые аэростаты — дирижабли. Они имеют удлиненную форму, под корпусом подвешивается гондола с двигателем, который приводит в движение пропеллер.
Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, людей, приборы. Поэтому для того, чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъемную силу.
Пусть, например, в воздух запущен шар объемом 40 м 3 , наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна:
mГе = ρГе·V = 0,1890 кг/м 3 · 40 м 3 = 7,2 кг,
а его вес равен:
PГе = g·mГе ; PГе = 9,8 Н/кг · 7,2 кг = 71 Н.
Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объемом 40 м 3 , т. е.
FА = g·ρвоздV; FА = 9,8 Н/кг · 1,3 кг/м 3 · 40 м 3 = 520 Н.
Значит, этот шар может поднять груз весом 520 Н — 71 Н = 449 Н. Это и есть его подъемная сила.
Шар такого же объема, но наполненный водородом, может поднять груз 479 Н. Значит, подъемная сила его больше, чем шара, наполненного гелием. Но все же чаще используют гелий, так как он не горит и поэтому безопаснее. Водород же горючий газ.
Гораздо проще осуществить подъем и спуск шара, наполненного горячим воздухом. Для этого под отверстием, находящимся в нижней части шара, располагается горелка. При помощи газовой горелки можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а значит, его плотность и выталкивающую силу. Чтобы шар поднялся выше, достаточно сильнее нагреть воздух в нем, увеличив пламя горелки. При уменьшении пламени горелки температура воздуха в шаре уменьшается, и шар опускается вниз.
Можно подобрать такую температуру шара, при которой вес шара и кабины будет равен выталкивающей силе. Тогда шар повиснет в воздухе, и с него будет легко проводить наблюдения.
По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность использования новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и легкими.
Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили сконструировать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используются для изучения воздушных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы.
Ссылки
- Страницы с неработающими файловыми ссылками
- Физика 7-го класса
Давление
Все механические изменения с телами происходят в результате действия сил. При этом в большинстве случаев оказывается важным способ приложения силы. В частности важно распределение этой силы в пространстве, которое характеризуется такой физической величиной, как давление. Из курса физики 7 класса важно запомнить, что такое сила давления: эти знания пригождаются и на практике.
Давление как физическая величина
Если нажать рукой на деревянную поверхность стола, с поверхностью ничего не произойдет, как максимум появится небольшой, незаметный глазу изгиб, который исчезнет, как только мы снимем усилие. Если взять отвертку и нажать с той же силой, то на деревянной поверхности возникнет четкая вдавленная отметина. Если взять острое шило, то его можно вогнать в столешницу на несколько сантиметров и даже проколоть ее насквозь.
Почему одна и та же сила в этих примерах приводит к совершенно различным результатам?
Ответом на этот вопрос является различие в способе приложения силы, а точнее в ее сосредоточении.
В самом деле, если давить на стол рукой, то вся мускульная сила будет распределена по всей площади руки. Если взять отвертку, то та же сила будет приложена к небольшой площади жала. А в случае шила приложенная сила сосредоточится на очень малой площади острия. В результате действие силы во всех трех случаях будет заметно различаться.
Для определения этих различий необходимо использовать специальную величину, которая покажет распределение силы к приложенной поверхности. Такая величина называется давлением (для обозначения используется латинская буква «p», лат. pressūra — давление) Она равна отношению силы к площади поверхности, на которую эта сила действует:
Из приведенной формулы давления можно видеть, что даже если сила $F$ будет одинаковой, давление $p$ возрастет, если уменьшить площадь $S$. Это мы и наблюдаем, когда заменяем руку отверткой или шилом в вышеприведенном опыте. Знак давления будет всегда положительным.
Единица давления
Из формулы давления можно получить единицу измерения. Поскольку сила измеряется в ньютонах, а площадь — в квадратных метрах, то единицей давления будет ньютон на квадратный метр. В честь французского ученного Б. Паскаля эта величина названа паскалем (обозначается «Па»):
Паскаль — относительно небольшая величина. Такое давление создаст на поверхность своей тяжестью алюминиевая фольга толщиной всего лишь 0,04 мм. Действительно, квадрат такой фольги площадью 1 кв. м. будет весить около 108 г, то есть сила тяжести, которую создает фольга, будет равна примерно 1 ньютону, а значит, давление будет равно 1 паскалю.
Особенности использования разных давлений
Различие в давлениях используется во многих сферах народного хозяйства. Увеличение площади опоры позволяет значительно уменьшать действие значительных масс на грунт. Именно поэтому более проходимыми являются машины на гусеничном ходу.
И наоборот, для того чтобы режущие и колющие предметы хорошо выполняли свою задачу, их рабочие поверхности затачивают — то есть делают площадь приложения силы как можно меньше.
Человек массой 60 кг в обычной обуви оказывает на грунт давление 50–60 кПа. Если же он станет на лыжи, давление на грунт может уменьшиться до 2–3 кПа, то есть в двадцать раз меньше! Именно поэтому человек на лыжах почти не увязает в снегу, хотя без лыж увязание может быть очень глубоким.
По той же причине при спасении человека, провалившегося сквозь лед, необходимо приближаться к нему лёжа, чтобы площадь, на которую распределяется масса тела, была как можно больше, и давление на лед было как можно меньше.
Что мы узнали?
Давление — это физическая величина, характеризующая распределение силы на поверхность, к которой эта сила приложена. Давление равно отношению силы к площади ее приложения и измеряется в паскалях.
В чем измеряется давление физика 7 класс
1. Давление = отношение силы, действующей на поверхность перпендикулярно этой поверхности, к площади этой поверхности.
Единица давления в СИ = 1Па (паскаль).
Обиходная (особенно в технике) единица давления = 1атм (примерно, давление земной атмосферы) = 100000Па.
2. Сила давления — это сила, которая оказывает давление на какую-либо поверхность.
Для уменьшения давления в том случае, если силу уменьшить невозможно, увеличивают площадь опоры.
В тех случаях, когда бывает необходимо увеличить давление, уменьшают площадь поверхности, на которую действует сила давления.
3. Закон Паскаля : «жидкости и газы передают оказываемое на них давление без изменения в каждую точку жидкости или газа».
4. Основное свойство жидкостей и газов — передавать давление без изменения по всем направлениям — лежит в основе конструкции гидравлических и пневматических устройств и машин.
Во сколько раз площадь одного поршня больше площади другого, во столько же раз гидравлическая машина дает выигрыш в силе.
5. Давление на глубине жидкости не зависит от площади поверхности, а зависит от плотности жидкости и от глубины:
6. Свойство сообщающихся сосудов : поверхности жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаются на одном уровне.
Но поверхности разных жидкостей, плотности которых отличаются, устанавливаются в сообщающихся сосудах на разных уровнях!
Сосуды, соединенные между собой, называются сообщающимися.
7. Действие простейшего U-образного жидкостного манометра основано на свойстве сообщающихся сосудов.
Он позволяет сравнивать давление в присоединенном к нему сосуде с атмосферным давлением.
8. Итальянский физик Торричелли (1608-1647) первым измерил атмосферное давление с помощью ртутного барометра.
На практике для измерения атмосферного давления чаще всего применяют барометры-анероиды.
Нормальным атмосферным давлением принято считать давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 градусов по шкале Цельсия.
9. Поскольку мы живем на дне воздушного океана, на нас постоянно действует атмосферное давление. Оно не может нас сплюснуть в лепешку потому, что действует и изнутри нас, даже изнутри клеток.
Но пожилые и другие метеочувствительные люди болезненно реагируют на быстрые перепады внешнего давления, поскольку они не успевают компенсироваться внутренним давлением.
10. Атмосферное давление убывает с увеличением высоты над уровнем моря. Для определения изменения высоты используют высотомеры.
11. Закон Архимеда (около 287-212 до н.э.) гласит: на тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и численно равная весу вытесненной жидкости или газа.
Эту силу называют архимедовой силой.
Вес равен массе на ускорение свободного падения. Масса жидкости, вытесненной телом, = произведение плотности жидкости на объем тела.
12. Условие плавания тел таково: если плотность тела больше плотности жидкости, то тело в ней тонет, если же плотность тела меньше плотности жидкости, то тело в ней всплывает.
При равенстве плотностей жидкости и тела, тело плавает.
Давление. Единицы давления
На ряде примеров мы убедимся, что действие силы, помимо всего прочего ещё и характеризуется площадью поверхности, перпендикулярно которой она действует. Для этого вводится новая физическая величина – давление. О нем и пойдет речь.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Давление. Единицы давления»
Давление. Единицы давления
«О сколько нам открытий чудных
готовит просвещенья дух. И опыт, сын
ошибок трудных, и гений – парадоксов друг»
Данная тема начинает новый раздел, который посвящен такой физической величине, как давление.
Рассмотрим ряд примеров. Если идти по рыхлому снегу, то можно провалиться в него. Но вот если идти по снегу на лыжах, то провалиться под снег достаточно сложно. В чем же причина? И в том и в другом случае происходит действие на снег с одинаковой силой – весом. Тем не менее, действие этой силы различно, потому что нагрузка на снег распределяется по-разному. Дело в том, что площадь лыж значительно больше площади ступней человека. Поэтому, на каждую единицу площади приходится значительно меньшая сила.
Рассмотрим другой пример: воткнуть острое копье в землю достаточно легко. Но вот если попытаться воткнуть в землю рукоять копья, то это достаточно сложно. Причина всё та же, площадь наконечника копья значительно меньше, чем площадь основания древка. Именно по той же причине, нарезать хлеб (или другие продукты) всегда проще острым ножом, чем тупым. А под острым ножом подразумевается нож, кромка которого наиболее тонкая, то есть, наиболее заточена. Именно из-за того, что у них есть остриё, вилки и ножи используются для накалывания и нарезания еды.
Проведем классический опыт: возьмем брусок и вобьём в него два гвоздя.
Теперь, перевернем брусок так, чтобы шляпки гвоздей оказались внизу и поставим эти шляпки на песок. На брусок положим небольшой груз. Даже под действием груза шляпки гвоздей лишь немного погрузятся в песок. Теперь перевернём брусок остриями гвоздей вниз и повторим опыт с тем же грузом. На этот раз, гвозди значительно углубятся в песок. Еще раз обратите внимание, что и в том, и в другом случае на всю конструкцию действует одинаковая сила – вес груза. Все дело в том, что остриё гвоздя имеет значительно меньшую площадь, чем шляпка. Таким образом, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, перпендикулярно которой она действует. Для характеристики этого действия вводится специальная величина, которая называется давлением. Давление p – это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
где F – сила;
s – площадь, к которой приложена сила (нельзя путать с путём).
Известно, что в системе СИ сила измеряется в Н, а площадь – в м 2 . Поэтому, единицей давления является Н/м 2 . Такую единицу назвали паскалем (Па), в честь ученого Блеза Паскаля.
Итак, 1 Па – это давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность, площадь которой составляет 1 м 2 .
[p] = [Н/м 2 ] = [Па]
Рассмотрим еще один пример. Люди, которые называют себя йогами, могут лечь на сотню гвоздей, при этом не поранившись.
В этом фокусе, на самом деле, ничего удивительного нет. Вес человека распределяется по всем гвоздям и, таким образом, давление на спину йога значительно уменьшается. То есть, площадь, на которую действует сила, складывается из суммарной площади всех гвоздей. Поэтому, чем больше будет таких гвоздей, тем меньшее давление вес человека будет создавать.
На определенное давление рассчитаны различные мины. Например, противотанковые мины, конечно, рассчитаны на то, что на площадь мины будет приходиться очень большой вес. Поэтому на человека такая мина просто не «среагирует».
Задача 1. Определите, какое давление оказывает на лавочку лежащая на ней девочка, масса которой равна 42 кг. Площадь лавочки составляет 3 000 см 2 .
Задача 2. Бочка, стоящая на опоре, создает давление, равное 2 кПа. Когда на другую опору поставили бочку, масса которой вдвое меньше, давление на опору составило 1,2 кПа. Найдите отношение площади первой опоры к площади второй опоры.
Основные выводы:
– Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
– Давление обозначается р и измеряется в
[p] = [Н/м 2 ] = [Па]