Филиал МОУ «Тондошенская ООШ» «Верх-Бийская ООШ»
634 " style="width:475.35pt"> Какой закон проявляется на этом опыте? Почему вода вытекает из отверстий? Из чего следует, что давление воды увеличивается с глубиной? В трех сосудах с одинаковой площадью дна налита вода до одного уровня. В какой сосуд налито больше воды? Одинаково ли давление воды на дно в этих сосудах? С одинаковой ли силой давит вода на дно этих сосудов? В левой части сосуда над жидкостью находится воздух. Какую высоту столба жидкости следует учитывать при расчете давления на дно сосуда: H или H1?
Учитель:
В один сосуд бежит вода,
Но это, право, не беда,
Так как соседи ведь они,
И в других столько же воды.
Как называются они?
Что знаешь ты о них, скажи?
Где применяются они?
3. Этап усвоения новых знаний.
Перед вами на столе чайник, лейка, сосуды различной формы. (Приложение 2)
Как вы думаете, что общего у этих сосудов?
Как называются эти сосуды?
Учащиеся делают вывод. Сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости называются сообщающимися.
Сегодня на уроке мы будем говорить о сообщающихся сосудах.
Запишите, пожалуйста, тему урока. Учащиеся записывают тему урока в конспект. (Приложение 3)
Давайте вместе сформулируем цели урока.
Выслушивают мнения учащихся.
1. Сформировать понятие о сообщающихся сосудах и их свойствах, выяснить, как будут располагаться поверхности однородной и неоднородной жидкости в сообщающихся сосудах.
2. Показать широкое применение сообщающихся сосудов в быту, технике, в природе.
3. Уметь применять полученные знания к решению вопросов и задач.
С сообщающимися сосудами проведем опыт. Возьмем две стеклянные трубки, соединенные резиновой трубкой между собой. Резиновую трубку в середине зажмем. Наливаем воду в каждый колено сосуда. (Демонстрация опыта)
Будет ли переливаться жидкость из одного сосуда в другой, если открыть зажим? Почему? (Выслушивают ответы)
Давайте проверим. (Открывают зажим)
Видите жидкость стала перетекать. Почему?
Как поведет себя жидкость, если одну из трубок поднять?
Жидкость установиться в обоих сосудах на одном уровне.
Как поведет себя жидкость, если одну из трубок опустить?
Жидкость установиться в обоих сосудах на одном уровне.
А что можно сказать об уровнях жидкости в обоих коленах сообщающихся сосудов, если движения жидкости в ней нет?
В покоящейся жидкости уровни будут одинаковы.
Давайте сформулируем вывод:
В сообщающихся сосудах свободная поверхность покоящейся жидкости находится на одном уровне. Отметьте уровень жидкости на первом рисунке в своем конспекте. (Приложение 3)
А можно теоретически доказать это?
Мы знаем, что на одном и том же уровне по закону Паскаля давление во всех точках жидкости одинаковое, т. е. р1=р2..gif" width="9 height=14" height="14">gh2. Приравниваем их gh1=gh2. Сократим общие множители g и получим h1=h2, что и требовалось доказать.
Запишите вывод. Учащиеся записывают выводы в конспекте. (Приложение 3)
Зависит ли положение уровня жидкости в сообщающихся сосудах от ширины сосуда? Давайте это проверим на опыте. Для этого нальем воду в эти сосуды. (Опыт с сосудами разной ширины.)
Какой вывод можно сделать?
На основании опыта учащиеся делают вывод: в сосудах любой ширины однородная жидкость устанавливается на одном уровне.
Сделайте соответствующие пометки на втором рисунке. Учащиеся отмечают уровень жидкости на втором рисунке. (Приложение 3)
Зависит ли положение уровня жидкости в сообщающихся сосудах от формы сосуда?
Учащиеся продолжают работать с сосудами разной формы. (Опыт с сосудами разной формы)
Какой вывод вы можете сделать? На основании опыта учащиеся делают вывод: в сосудах любой формы однородная жидкость устанавливается на одном уровне.
Сделайте соответствующее обозначение на третьем рисунке. Учащиеся отмечают уровень жидкости на третьем рисунке. (Приложение 3)
А если мы в сообщающиеся сосуды нальем две несмешивающиеся жидкости разной плотности. Будут ли они располагаться на одном уровне? Один сосуд заполняется водой, другой маслом.
Какой вывод вы можете сделать: высоты столбов разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах разная. Почему?
Высоты столбов разнородных жидкостей в сообщающихся сосудах обратно пропорциональны их плотностям. По закону Паскаля р1=р2. Давление p1=1gh1 и p2=2gh2. Отсюда 1gh1=2gh2
т. е. h1: h2=2:1
Запишите этот вывод. (Приложение 3)
А теперь, попытайтесь определить неизвестное вещество, налитое в сообщающийся сосуд, если известно, что в левом колене вода. Не забывайте, что задача должна быть оформлена в опорном конспекте. (На столе находятся линейка, таблица плотностей, сосуды с разными жидкостями) Что же за вещество налито у вас в сообщающихся сосудах? В конце работы учащиеся дают ответ, на вопрос, что за вещество налито у них в сообщающиеся сосуды. (Приложение3)
А сейчас послушайте сообщения о практическом применении сообщающихся сосудов .
1. Свойства сообщающихся сосудов. (Приложение 4)
2. Артезианский колодец. (Приложение 4,слайд1)
3. Природный сообщающийся сосуд. (Приложение 4, слайд2)
4. Шлюзы. (Приложение 4, слайд3)
Спасибо, ребята. Ваши сообщения были интересными.
4. Этап закрепления новых знаний.
Вы должны вписать в таблицу ответов буквы, соответствующие верному ответу на каждый вопрос. Учащиеся работают с тестами. (Приложение 5)
Какое слово шифр вы получили? Правильно, “Паскаль”. Выполните тест на «3», «4» или на «5».
И прежде чем сказать всем спасибо и до свидания, прошу оценить свою работу на уроке. Рефлексия. Разместите цветные кружочки на «Лестнице знаний»
|
5.Домашнее задание . §39 Подумайте, как можно построить фонтан, начертите схему такого устройства и объясните его действие.
Приложение
Приложение
Приложение
Тема: «___________________________________ сосуды»
Сосуды____________________________________________________________________________________________________________________________называются__________________
А) ρ=13600 кг/м3 – ртуть; Б) ρ=1000 кг/м3 – вода; В) ρ=930 кг/ м3 растительное масло
Приложение
Применение сообщающихся сосудов
1.Свойства сообщающихся сосудов, в которых вода стремится занять положение с одинаковым уровнем в разных частях сосуда, издревле используются человеком. Каждый день мы пользуемся тем, что вода в чайнике и его носике находится на одном горизонтальном уровне. При медленном наклоне чайника этот уровень не меняется, в результате вода из носика начинает выливаться.
https://pandia.ru/text/80/296/images/image018_17.gif" align="left" width="221" height="105 src=">
В современных электрических чайниках нет длинного носика, но часто имеется указатель уровня воды, который также представляет собой колено сообщающегося сосуда, в котором плавает на поверхности яркий индикатор.
2. Артезианский колодец.
Действие артезианского колодца основано на принципе сообщающихся сосудов. Местоположение скважины колодца выбирают в самой нижней точке ландшафта, по которому текут подземные воды. По принципу сообщающихся сосудов вода начинает подниматься по скважине. (Слайд 1)
3. Природный сообщающийся сосуд
На материках существуют участки, расположенные ниже уровня моря. Моря и находящиеся на одном уровне с ними низменности суши образуют сообщающиеся сосуды. Вода пытается выровнять уровни в двух сосудах, вот почему в областях, расположенных ниже уровня моря, очень сыро. Мертвое море является самым низким участком суши (392 м ниже уровня мирового океана). (Слайд 2)
Водоем" href="/text/category/vodoem/" rel="bookmark">водоемами с различными уровнями воды.
Шлюзы позволяют теплоходу перейти из одного водоема в другой, лежащий выше или ниже уровня первого водоема. Судоходные каналы с применением шлюзов связали внутренние водоемы европейской части России с морями: Чебоксарский шлюз, Шекснинский шлюз и др.
По шлюзам Панамского канала суда могут одновременно проходить в обе стороны. На Панамском канале 2 каскада шлюзов. (Слайд 3)
Приложение
Какие сосуды являются сообщающимися? |
|
|
Какой кофейник вместит больше кофе? |
|
|
Будет ли перетекать жидкость из одного сосуда в другой, если открыть кран? |
Р – не всегда. |
|
В каком колене находится пресная, а в каком соленая вода? | Л – слева соленая, справа пресная; К – слева пресная, справа соленая. |
|
В каком из сообщающихся сосудов уровень жидкости изображен неверно? | ||
Какой отметке соответствует уровень жидкости в левом сосуде? | ||
На каком рисунке изображены сообщающиеся сосуды? |
Ключевое слово:
на «3».
https://pandia.ru/text/80/296/images/image030_11.jpg" width="57" height="51 src=">
2). В каком колене трубки находится менее плотная жидкость?
А) в правом Б) в левом
В) плотность жидкостей одинакова.
3).
(стр. 95-96 учебника)
на «4».
Два сосуда соединены резиновой трубкой с краном
и наполнены жидкостью. Левый сосуд керосином, правый водой.
1). В каком сосуде давление на кран больше?
А) в левом Б) в правом В) одинаково.
2). Будет ли переливаться жидкость, если открыть кран?
· А) А) будет из левого сосуда в правый.
Б) будет из правого сосуда в левый.
В) не будет.
3). Приведите примеры сообщающихся сосудов в быту и технике.
на «5» .
7 класс" href="/text/category/7_klass/" rel="bookmark">7 класс » издательство «Дрофа», 2011г.
2. Интернет-ресурсы
Картинки – images. yandex. ru
1. Давление – это физическая величина равная отношению модуля силы F , действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности: p = F / S . Чем меньше площадь опоры, тем большее давление оказывает тело на поверхность. В системе СИ давление измеряется в паскалях (Па) . Часто используются внесистемные единицы: нормальная атмосфера (атм) и миллиметр ртутного столба - мм Hg.. 1 Па = 1 Н/м 2 .1 атм = 101325 Па = 760 мм Hg. 1 атм = 101325 Па = 760 мм Hg.
2. Атмосфера – это газовая оболочка вокруг Земли. Атмосферное давление – это давление, которое оказывает атмосфера на поверхность Земли. Высота атмосферы – 3-5 тысяч км. Плотность атмосферы с высотой падает. Давление атмосферы также зависит от высоты.На небольших высотах каждые 12 м подъёма уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт.ст. На больших высотах эта закономерность нарушается. Эта зависимость лежит в основе работы высотометра (альтиметра) для летательных аппаратов. Атмосферное давлении впервые измерил итальянский учёный Торричелли. Он же изобрёл ртутный барометр для измерения атмосферного давления. Сейчас для измерения атмосферного давления используют барометр-анероид.
3. Французский ученый Б. Паскаль в середине XVII века установил закон, названный законом Паскаля : Давление в жидкости или газе передается во всех направлениях одинаково. Это происходит из-за хаотического движения молекул газа и жидкости. Давление в жидкостях и в газах измеряют манометром.
4. С учётом силы тяжести давление жидкости, или газа на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости, или газа и не зависит от формы сосуда. На одном уровне давление во всех точках одинаково. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна весу столба жидкости, или газа mg , где m = ρghS – масса жидкости в сосуде, ρ– плотность жидкости. Следовательно p = mg / S . p = ρ gh
5. Архимедова сила, действующая на погруженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа), вытесненной телом . F = ρ gV . Это утверждение, называемое законом Архимеда , справедливо для тел любой формы
Рисунок поясняет появление архимедовой силы. В жидкость погружено тело в виде прямоугольного параллелепипеда высотой h и площадью основания S .Из-за разности давлений в жидкости на разных уровнях возникает выталкивающая или архимедова сила. Именно благодаря силе Архимеда, летают воздушные шары, стратостаты, дирижабли…. По воде и в воде плавают различные тела: рыбы, люди, корабли… Благодаря силе Архимеда происходит теплообмен (конвекция), не промерзают водоёмы до дна…
Н
а тело, погружённое в жидкость (газ) действуют сила тяжести и сила Архимеда и если эти силы равны, то тело плавает на одном уровне, если сила Архимеда больше, то тело всплывает, если меньше, то тело тонет. Из этого следует вывод. Если плотности тела и жидкости (газа) равны, то тело плавает на одном уровне, если плотность жидкости (газа) больше, то тело всплывает, если меньше, то тело тонет. Отсюда главное условие плавания тел - плотность тела должна быть равна, или меньше плотности жидкости (газа).
Это условие лежит в основе работы ареометра
– прибора для измерения плотности жидкости (сахариметры, спиртометры и т.д.). При погружении в жидкость или газ вес тела уменьшается на величину силы Архимеда.
6. Законы сообщающихся сосудов:
В сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне.
Отношение высот уровней разнородных жидкостей обратно отношению их плотностей.
H 1: H 2 = ρ 2 : ρ 1 . Высота измеряется от уровня раздела жидкостей АВ.
Сообщающиеся сосуды используются в таких приборах и устройствах, как чайник, шлюзы, манометры, гидравлические прессы…
7
. При движении жидкостей и газов по трубам скорость и давление зависят от площади сечения трубы. Эта зависимость установлена законом Бернулли: Чем больше площадь сечения трубы, тем меньше скорость течения. Давление жидкости и газа тем больше, чем больше площадь сечения трубы.
Это согласуется с законом сохранения полной механической энергии - с увеличением скорости увеличивается кинетическая энергия, а потенциальная энергия взаимодействия жидкости со стенками трубы уменьшается, а значит уменьшается давление.
На рисунке показано измерение давления в трубах при помощи манометра. Чем больше высота в трубке, тем больше давление.
Задачи.
Плотность бамбука равна 400 кг/м 3 . Какой наибольший груз может перевозить бамбуковый плот по реке, если его площадь 1 м 2 , и толщина 1 м? Ответ: 600 кг.
При взвешивании груза в воздухе показания динамометра составили 3 Н. При опускании груза в воду, показания динамометра уменьшились до 1,5 Н. Чему равна выталкивающая сила? Ответ: 1,5 Н.
На весах уравновешен сосуд с водой. Нарушится ли равновесие весов, если в воду опустить палец так, чтобы он не касался дна и стенок сосуда. Подсказка. Нарушится, т. к. палец давит на воду…
Какова сила давления керосина, заполняющего цистерну, на кран, находящийся на глубине 4 м. Площадь крана 5 см 2 . Атмосферное давление не учитывать. Плотность керосина 800кг/м 3 . Ответ: 16 Н.
Теплоход переходит из устья реки в очень солёное Каспийское море. Как изменится архимедова сила, действующая на теплоход. Подсказка. Не изменится. Почему?
Лодка, массой 120 кг плывёт по реке. Чему равен объём подводной части лодки? Ответ: 0,12 м 3 .
С помощью рычага поднимают груз массой 20 кг, прикладывая силу 80 Н. Во сколько раз длинное плечо больше короткого? Ответ: в 2,5 раза. Подсказка. Используется условие равновесия рычага. (блок 2).
Как заставить взлететь воздушный шар?
Почему стальная проволока тонет, а корабль, корпус которого сделан из стали не тонет?
В сообщающиеся сосуды налили одинаковый объём воды и подсолнечного масла. Уровень какой жидкости будет выше?
Стержень объёмом 0. 1 куб.м. опустили под воду на тросе.
2. Выталкивающую силу.
3. Вес рельса в воде.
4. Силу натяжения троса.
5. Изобразите силы, действующие на стержень в воде
Найти: 1.Давление воды на этой глубине.
2. Силу давления воды на задвижку площадью 0,002 кв.м.
13. Сравните:1 . Силы давления кирпича на стол.
2. Давление кирпича на стол.
14. Свинцовый шар массой 113 кг опустили в воду на цепи.
Найти: 1.Вес шара в воздухе.
2. Объём шара и силу Архимеда, действующую на него в воде
3. Вес шара в воде.
4. Силу натяжения цепи.
5. Изобразите силы, действующие на шар в воде.
15. Ныряльщик погружается на глубину 20 м.
Найти: 1. Давление на этой глубине.
2. Силу давления на ныряльщика, если площадь его тела 1,2 кв.м.
16. Сравните: 1. Силу Архимеда, действующую на 1 и 2 тело.
2. Силу Архимеда, действующую на 2 и 3 тела.
Формулы
p = F / S – давление
p = mg / S , p = ρ gh - – давление столба жидкости или газа
F = ρ gV – сила Архимеда
H 1: H 2 = ρ 2 : ρ 1 – закон сообщающихся сосудов
Блок 4. Строение вещества. Тепловое движение молекул. Броуновское движение. Диффузия. Внутренняя энергия. Температура. Тепловое равновесие. Способы изменения внутренней энергии. Закон сохранения энергии. Тепловые двигатели.
Физика – наука о Природе. Природа состоит из материи. Материя бывает двух видов: поле и вещество. Из вещества состоят физические тела. Единичной структурой вещества является молекула. Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая свойства данного вещества. Молекулы состоят из атомов. Атомы – наименьшая частица химического элемента. Атомос в переводе означает НЕДЕЛИМЫЙ.
То, что тела состоят из молекул – очевидный факт. Форма и строение молекул разных веществ определены Крупные молекулы человек увидел при помощи электронного микроскопа. Молекулы одного и того же вещества абсолютно одинаковы.
Молекулы постоянно движутся .
Доказательством этого положения является диффузия – явление проникновения молекул одного вещества в другое. Диффузия происходит и в газах, и в жидкостях, и в твёрдых телах. С увеличением температуры скорость диффузии увеличивается. Открытое Броуном движение частичек краски в растворе названо броуновским движением и тоже доказывает движение молекул.
Молекулы взаимодействуют друг с другом. Доказательством этого положения является способность тел сохранять свою форму. Молекулы притягиваются друг к другу при удалении и отталкиваются при приближении.
4. Скорость движения молекул тем больше, чем выше температура тела. Поэтому движение молекул, из которых состоит тело, называют тепловым. Температура определяет степень нагретости тела. Температура главная характеристика тел, находящихся в тепловом равновесии. Тепловое равновесие устанавливается, когда между телами нет теплообмена.
Температура – мера средней кинетической энергии молекул газа. С увеличением температуры растёт скорость молекул и их кинетическая энергия, растёт скорость диффузии, увеличивается скорость броуновского движения. Температура измеряется в градусах Цельсия. Прибор для измерения температуры – термометр.
5
. Внутренняя энергия тела
– кинетическая энергия движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.
Она не зависит ни от механического движения тела, ни от его положения относительно других тел. Способы изменения внутренней энергии – совершение работы и теплопередача.
Если тело само совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается (пар в кастрюле с кипящей жидкостью, совершает работу, поднимая крышку). Если работа совершается над телом, то его внутренняя энергия увеличивается (потрите лист бумаги о поверхность стола).
Теплообмен или теплопередача – передача энергии от одного тела к другому без совершения работы. Способы теплопередачи: 1. Теплопроводность – передача энергии за счёт движения молекул. 2. Конвекция – передача энергии при движении слоёв жидкости или газа. 3. Излучение – передача энергии лучами.
При теплопередаче внутренняя энергия тела либо увеличивается, либо уменьшается, т. е. тело получает, или теряет количество теплоты. Количество теплоты – энергия, получаемая телом в результате теплообмена. Теплота нагревания (охлаждения) находится по формуле. Q = mc (t 2 – t 1 ) , где c – удельная теплоёмкость тела (количество теплоты, необходимое для нагревания 1кг вещества на 1 о С).
Источником энергии является топливо. Теплота сгорания топлива Q = qm , где q –удельная теплота сгорания топлива – количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 кг топлива, а m – масса топлива.
6. Закон сохранения и превращения энергии: Во всех явлениях, происходящих в Природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, или передаётся от одного тела к другому. При этом её значение сохраняется.
7. Тепловые двигатели
. Развитие технического прогресса зависит от умения использовать огромные запасы внутренней энергии, содержащиеся в топливе, т.е. использовать внутреннюю энергию для совершения работы во всех видах транспорта, при работе станков, при выполнении строительных работ и т.д. Устройства, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию, называются тепловыми двигателями.
Это паровые и газовые турбины, паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель.
Двигатель внутреннего сгорания ещё называют четырёхтактным, потому что один его рабочий цикл происходит за четыре хода поршня: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Основные части двигателя: цилиндр, поршень, впускной и выпускной клапаны. Движение поршня при помощи шатуна и коленчатого вала передаётся колёсам..
Отношение полезной работы двигателя к энергии, выделенной при сгорании топлива, называют коэффициентом полезного действия двигателя . КПД = А / Q 1 , КПД = (Q 1 - Q 2 ) / Q 1 . А – полезная работа, Q 1 – энергия, полученная от нагревателя (теплота сгорания топлива), а Q 2 – количество теплоты, отданное холодильнику (выброшенное в атмосферу).
Формулы.
Количество теплоты
Q = mc (t 2 – t 1) – теплота нагревания и охлаждения.
Q = qm – теплота сгорания топлива
КПД = А / Q 1 , КПД = (Q 1 - Q 2) / Q 1 – КПД теплового двигателя
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
Реферат на тему: применение сообщающихся сосудов Подготовила: Золотова Анастасия Ученица 7 «Б»
2
слайд
Описание слайда:
Сообщающиеся сосуды - это сосуды, которые имеют связывающие их каналы, заполненные жидкостью. Другими словами, это сосуды, соединенные ниже поверхности жидкости таким образом, что жидкость может перетекать из одного сосуда в другой Чайник и его носик представляют собой сообщающиеся сосуды: вода стоит в них на одном уровне. Значит, носик чайника должен доходить до той же высоты, что и верхняя кромка сосуда, иначе чайник нельзя будет налить доверху. Когда мы наклоняем чайник, уровень воды остается прежним, а носик опускается; когда он опустится до уровня воды, вода начнет выливаться Примеры сообщающихся сосудов 1)
3
слайд
Описание слайда:
Водомерная трубка. На принципе сообщающихся сосудов устроены водомерные трубки для баков с водой. Такие трубки, например имеются на баках в железнодорожных вагонах. В открытой стеклянной трубке, присоединенной к баку, вода всегда стоит на том же уровне, что и в самом баке. Если водомерная трубка устанавливается на паровом котле, то верхний конец трубки соединяется с верхней частью котла, наполненной паром. Это делается для того, чтобы давления над свободной поверхностью воды в котле т в трубке были одинаковыми. 2) Фонтаны Петергоф - великолепный ансамбль парков, дворцов и фонтанов. Это единственный ансамбль в мире, фонтаны которого работают без насосов и сложных водонапорных сооружений. В этих фонтанах используется принцип сообщающихся сосудов - учтены уровни фонтанов и прудов-хранилищ 3)
4
слайд
Описание слайда:
Каждый день, открывая кран, Вы видите пример сообщающихся сосудов на практике, потому что действие водопровода основано на этом принципе. Принцип действия водопровода заключается в том, что на высокой башне устанавливается бак для накопления воды. От него идут трубы с ответвлениями, концы труб в квартирах домов закрыты кранами. Так как трубы и бак - сообщающиеся сосуды, то при открытии крана вода начинает течь. Такой водопровод не может подавать воду на высоту, большую, чем высота уровня воды в баке. Действие шлюза – гидротехнического устройства, с помощью которого суда проводят из водного бассейна с одним уровнем воды в другой - с иным уровнем. 4) 5)
5
слайд
Описание слайда:
Жидкостной манометр Для измерения давлений, больших или меньших атмосферного, используют манометры. В открытом жидкостном манометре жидкость устанавливается в обоих коленах на одном уровне, т.к. на её поверхность в коленах сосуда действует только атмосферное давление. При принудительном изменении давления в одном колене жидкость приходит в движение и по высоте избыточного столба можно судить об изменении давления. «Неиссякаемая» чаша Закон сообщающихся сосудов использовали и жрецы Древнего Египта для демонстрации своих «чудес», и древние греки. В одном из древнегреческих храмов, например, находилась «неиссякаемая» чаша, наполненная водой. Люди постоянно черпали из нее воду, но ее уровень не понижался. 6) 7)
6
слайд
Описание слайда:
Не зальёт ли лодку и не потонет ли она, если спустить её в воду? Решение проблемного вопроса: Отсек в лодке и русло реки представляют собой сообщающиеся сосуды. Вода, вливающаяся в отсек, не дойдёт до края борта, а будет находиться на таком же уровне, как и в реке. Лодку не зальёт и она будет плавать. Вывод: 8) Конечно, изложенное здесь не охватывает всех случаев практического применения сообщающихся сосудов, но позволяет получить представление о том, что собой представляет этот замечательный физический закон, и как он воплощается в повседневную жизнь. Казалось бы, всё здесь просто, но, тем не менее, они дают прекрасный повод познакомиться с примером работы атмосферного давления и окунуться в далёкое прошлое.
Знаете ли вы, что чайник, кофейник, лейка - это не просто кухонные или огородные принадлежности, но еще и наглядный бытовой пример сообщающихся сосудов.
Если вы вспомните тему «сообщающиеся сосуды» из курса физики за седьмой класс, то сообразите, что отдельные части приведенных выше емкостей, имеют соединение, заполненное (или легко заполняемое) водой. А именно такие сосуды, имеющие общие, соединяющие их части, наполненные жидкостью, и называют сообщающимися. И если вы присмотритесь повнимательнее, то увидите, что уровень воды в носике чайника или лейки всегда находится на том же уровне, что и уровень воды в основном отделении. И если наклонять чайник в разные стороны, то видно, как успокоившись, уровни воды становятся одинаковыми как в самом чайнике, так и в носике. Именно в этом и состоит принцип сообщающихся сосудов. И именно он помогает нам выливать нужное количество воды небольшой струйкой через носик чайника или лейки. В случае с ведром, например, выливать тонкой струйкой было бы гораздо сложнее.
Закон сообщающихся сосудов в физике
Итак, закон сообщающихся сосудов гласит:
"В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне"
Причем, не имеет значения форма и размер сечения сосудов. Это четко видно на примере того же чайника с носиком. Объясняется этот закон довольно просто. Жидкость покоится, значит, давление в обоих сосудах на одинаковом уровне будет одинаково. Плотность у жидкости также одинакова, так как жидкость одна и та же, значит и высоты уровней жидкости будут одинаковыми. Если мы добавим жидкость в один из сосудов или просто изменим его уровень, то давление в нем изменится, и жидкость будет перетекать в другой сосуд вплоть до момента, пока сила давления не сравняется. Если же мы нальем в сосуды разные жидкости с различной плотностью, например, воду и масло, то уровни будут отличаться. Причем, высота жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба с меньшей плотностью.
Примеры и применение сообщающихся сосудов
Закон сообщающихся сосудов нашел широкое применение в человеческой жизнедеятельности. Кроме уже упомянутых леек и чайников, вода в наши дома поступает именно благодаря этому закону. Как мы добываем чистую воду из-под земли? Выкачиваем насосом. Но нельзя же подключить по насосу к каждому крану и к каждой квартире. Поэтому придумали следующую схему - воду накачивают в водонапорную башню, представляющую из себя, по сути, огромный бак на большой высоте. А оттуда по закону сообщающихся сосудов вода под давлением течет в наши дома и льется их кранов, стоит только их открыть. Свое применение закон сообщающихся сосудов нашел и в устройстве шлюзов на реках и каналах, при сооружении некоторых фонтанов и так далее.
Основное уравнение гидростатики, выражаемое часто в виде закона Паскаля, имеет ряд важных практических приложений.
1) Принцип сообщающихся сосудов и его использование.
Пусть два открытых сообщающихся сосуда заполнены жидкостью плотностью ρ (рисунок 5а).
Выберем произвольную плоскость сравнения 0-0 и некоторую точку А внутри жидкости, лежащую в этой плоскости. Если считать точку А принадлежащей левому сосуду, то, согласно закону Паскаля давление в этой точке:
,
,
При равновесии для каждой точки давление одинаково в любом направлении (в противном случае происходило бы перемещение жидкости).
Следовательно:
Или
,
Аналогичный вывод может быть сделан для двух закрытых сообщающихся сосудов, в которых давления над свободной поверхностью жидкости одинаковы.
Таким образом, в открытых или закрытых находящихся под одинаковым давлением сообщающихся сосудах, заполненных однородной жидкостью, уровни ее располагаются на одной высоте независимо от формы и поперечного сечения сосудов.
Если сообщающиеся сосуды заполнены двумя несмешивающимися жидкостями, имеющими плотность ρ’ (левый сосуд) и ρ’’ (правый сосуд), то при проведении плоскости сравнения 0-0 через границу раздела жидкостей (рисунок 5 б) аналогично предыдущему получим:
или
,
Отсюда следует, что в сообщающихся сосудах высоты уровней разнородных жидкостей над поверхностью их раздела обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей.
Если сосуды заполнены одной жидкостью плотностью ρ, но давление над уровнем жидкости в них неодинаковы и равны p ’ (левый сосуд) и p ” (правый сосуд) (рисунок 6):
Рисунок 6 -
Сообщающиеся сосуды, когда сосуды
заполнены однородной жидкостью, но
давление в сосудах разное (
)
то можно записать:
,
Откуда разность уровней жидкости в сосудах:
,
Последнее уравнение применяется при измерении давлений или разностей давлений между различными точками с помощью дифференциальных U – образных манометров .
Условия равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах используют также для определения высоты гидравлического затвора в различных аппаратах .
2) Пневматическое измерение уровня жидкости в резервуаре.
Для контроля за объемом жидкости в каком-либо резервуаре 1 например подземном (рисунок 6), в него помещают трубу 2, нижний конец которой доходит почти до днища резервуара.
Рисунок 7 – Пневматический измеритель уровня жидкости
Давление над жидкостью в резервуаре равно р 0 .
По трубе 2 подают сжатый воздух (газ) постепенно повышая его давление, замеряемое манометром 3.
Когда воздух преодолеет сопротивление столба жидкости в резервуаре и начнет барботировать сквозь жидкость, давление р , фиксируемое манометром, перестанет возрастать и будет равно:
,
Откуда уровень жидкости в резервуаре:
,
По величине h и известной площади поперечного сечения резервуара определяют объем находящейся в нем жидкости .