Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 173с.
Мінск 2017
▼ Для дапытлівых
Што мы будзем назіраць, калі ў сазлучаныя сасуды наліты розныя вадкасці, напрыклад ртуць і вада (гл. мал.)? У такім вы-падку для раўнавагі тонкага слоя АА' трэба, каб ціск, утвараемы левым (ртутным) слупом вышынёй Лрт + h0, быў роўны ціску пра-вага слупа вады і ртуці вышынёй hB + h0, г. зн. ^ррт(Лрт + h0) = = gpBhB + gppT^o> адкуль рртАрт = pBhB. Выкарыстаўшы ўласцівасці пра-порцыі, запішам канчаткова:
^рт _ ft ^В ftT
Паглядзіце ў табліцу шчыльнасцей вадка-сцей (с. 73). Шчыльнасць ртуці ў 13,6 раза большая за шчыльнасць вады. Значыць, Лрт будзе ў 13,6 раза менш за hB.
У адкрытых сазлучаных сасудах вышыні слупоў вадкасцей, якія не змешваюцца, над узроўнем іх падзелу адваротна прапарцыя-нальны шчыльнасцям вадкасцей.
/ Прыклад рашэння задачы
Паверхня вады ў воданапорнай вежы знаходзіцца на Л = 40 м вышэй за кухонны водаправодны кран. Вызначыце ціск вады ў кра-не. Каэфіцыент g прыміце роўным 10 —.
Дадзена: h - 40 м
g = 10 ^ кг
P-1
Рашэнне
Ціск у кране ўтвараецца слупом вады вышынёй
Л = 40 м; р - gph, дзе р р = 1,0-103 м
шчыльнасць вады;
р = 10 ^ • 1,0 • 103 . 40 м = 4,0 • 105 Па.
КГ М
Адказ: р = 4,0 • 105 Па.
Практыкаванне 14
1. Пры заліванні вады ў сазлучаныя сасуды ў адной з трубак утварыўся паветраны пузыр. Гэта не дазволіла ўзроўням вады стаць аднолькавымі (мал. 194). У якой з трубак затрымаўся павет-раны пузыр?
2. У сазлучаныя сасуды рознага папярочнага сячэння наліта вада. Ці будуць аднолькавыя ў сасудах:
а) маса вады т^ і т2;
б) аб’ёмы вады Vr і У2;
в) вышыні ўзроўняў паверхняў вады h^ і h2;
г) гідрастатычны ціск рг і р2 на адным і тым жа ўзроўні?
3. Ціск вады ў кране водаправоднай трубы, якая праходзіць па дачным участку, р = 200 кПа. Вызначыце вышыню ад узроўню крана да па-верхні вады ў баку воданапорнай вежы.
Мал. 194
4. Сазлучаныя сасуды, плошчы сячэння якіх адрозніваюцца ў 2 разы, запоўнены вадой. Вызначыце вагу вады ў вузкай трубцы, калі вага вады ў шырокай трубцы роўна Р = 1,2 Н.
118 Ціск
J 5. У сазлучаныя сасуды налілі ваду і газу.
Вызначыце вышыню слупа газы, калі вышы-ня слупа вады, размешчанага вышэй за ўзровень падзелу, h = 7,2 см.
6. У U-падобную трубку спачатку налілі ртуць, а зверху — ваду (мал. 195). Вышыня слупа вады ў левым калене hx, а ў правым — h2. Разлічыце рознасць узроўняў ртуці для выпад-ку, калі h^ = 40 cm, h2 = 67,2 см.
@7. На малюнку 196 схематычна паказана будова шлюза — тэхнічнага збудавання, якое дазваляе ажыццяўляць праход караблёў па рэках, якія маюць розныя ўзроўні паверхняў
вады. Уважліва разгледзьце малюнак і апішыце, як адбываецца праход ка-раблёў з ніжняга ўзроўню А на верхні ўзровень В праз шлюзавую камеру Б. Карыстайцеся інтэрактыўнай мадэллю «Двухкамерны шлюз» (Наглядная фізіка. Уводзіны).
Мал. 196
Ціск 119
§ 33.
Газы і іх вага
Тое, што вадкасць мае вагу, нікога не здзіўляе. Кожны з вас адчуваў вагу, трымаючы ў руцэ вядро вады (мал. 197), бутэльку алею ці напітку. Аднак мы Іне адчуваем змянення вагі футбольнага мяча пры яго напампоўванні паветрам. Чаму?
Паглядзіце ў табліцу шчыльнасцей (с. 73) і параўнайце шчыльнасць паветра і вады. Шчыль-насць паветра амаль у 800 разоў меншая за шчы-льнасць вады.
Разлікі паказваюць, што, напрыклад, у моцна напампаваным мячы вага паветра знаходзіцца ў межах 0,1 Н, а яго маса каля 10 г.
Пакажам на доследзе наяўнасць у паветра ма-сы, а значыць, вагі. Ураўнаважым на вагах шкля-ную пасудзіну, запоўненую паветрам. Адпампуем пры дапамозе помпы паветра і ўзважым паўтор-на пасудзіну. Яна стала лягчэйшай (мал. 198). Дадаўшы на шалю з пасудзінай гіры, можна вызначыць масу адпампаванага паветра і яго вагу.
Паветраны слой, які акружае нашу Зямлю (зямная атмасфера), таксама мае вагу. На кож-ную малекулу гэтага слоя сілай цяжару дзейні-чае Зямля. Малекулы зямной атмасферы, калі б на іх не дзейнічала сіла цяжару, рухаючыся ха-атычна, даўно б пакінулі нашу планету. Але прыцяжэнне Зямлі імкнецца размясціць іх каля паверхні, што прыводзіць да неаднароднасці атмасферы. Яе шчыльнасць прыкметна памянша-ецца з вышынёй. Так, на вышыні /?] = 6 км шчы-льнасць паветра ўжо ў 2 разы меншая, чым каля паверхні Зямлі. На вышыні h2 = 40 км шчыль-насць р2 = 0,004 ^-, а на вышыні 400 км, дзе м
лятаюць спадарожнікі, аб атмасферы можна га-варыць толькі ўмоўна, паколькі яе шчыльнасць ~ q і a 12 кг
й=3 10 м
Мал. 197
Мал. 198
120 Ціск
Галоўныя вывады
1. Газы валодаюць масай і вагой.
2. Зямная атмасфера валодае вагой у выніку дзеяння на яе прыцяжэння Зямлі.
3. Дзеянне сілы цяжару і хаатычны рух малекул прыводзяць да неаднолькавай шчыльнасці зямной атмасферы.
Кантрольныя пытанні
1. Як даказаць, што газ (паветра) мае масу?
2. Чаму пры ўказанні шчыльнасці газу агаворваюць умовы, пры якіх знахо-дзіцца газ?
3. Чаму газы часцей за ўсё выкарыстоўваюць сціснутымі?
4. Як змяняецца шчыльнасць паветра са змяненнем вышыні? Чаму?
▼ Для дапытлівых
Звярніце ўвагу на тое, што прыведзеныя ў табліцы 3 (с. 73) шчы-льнасці газаў даюцца пры нармальных умовах, г. зн. пры строга вызначанай тэмпературы і ціску. Пры сцісканні газаў (і звычайна-га паветра) іх шчыльнасці могуць павялічвацца ў шмат разоў. Такія моцна сціснутыя газы, па-першае, вельмі зручныя пры транспар-ціроўцы, напрыклад балоны з кіслародам для зваркі або балоны аквалангіста. Па-другое, сціснутыя да высокага ціску газы зруч-на выкарыстоўваць пры працы адбойнага малатка і пнеўматычных (ад грэч. рпёйта — подых, дыханне) тармазоў, якія ўсталёўваюцца на магутных аўтамабілях, у тым ліку і на аўтамабілях МАЗ і БелАЗ. Прылады для сціскання розных газаў называюць кампрэсарамі.
Ціск 121
§ 34.
Атмасферны ціск
Вы ведаеце, што атмасфера Зямлі — газавая аба-лонка, якая складаецца з азоту, кіслароду, вуглякіс-лага газу, вадзяной пары і іншых газаў (мал. 199).
Усякі газ, калі ён знаходзіцца ў пасудзіне, утварае ціск на сценкі пасудзіны, паколькі малекулы газу бес-перапынна бамбардзіруюць гэтыя сценкі. А ці ўтва-рае ціск атмасфера Зямлі? Чым абумоўлены гэты ціск?
Атмасфера Зямлі ўтрымліваецца сілай цяжа-ру, якая дзейнічае з боку Зямлі. У выніку дзеян-ня гэтай сілы верхнія слаі атмасферы ціснуць на ніжнія. Таму ніжні слой аказваецца найбольш сціснутым. Ціск аднаго слоя атмасферы на дру-гі па законе Паскаля перадаецца па ўсіх напрам-ках і дзейнічае на любое цела: на будынкі, на расліны, на людзей. Гэты ціск называюць атма-сферным. Атмасферны ціск па меры аддалення ад паверхні Зямлі памяншаецца. Памяншаецца таўшчыня слоя паветра, які стварае ціск, і яго шчыльнасць.
Атмасферны ціск можна вылічыць. Вынік гэтых разлікаў не можа не здзіўляць. Атмасфер-ны ціск роўны прыкладна 100 000 Значыць, м
на кожны квадратны сантыметр нашага цела дзейнічае сіла 10 Н, а на ўсю плошчу паверх-ні цела (прымем яе за 1 м2) — сіла 100 000 Н. Гэта роўна вазе дзесяцітоннага МАЗа! Як жа мы жывём пад такім гіганцкім ціскам?
Успомнім глыбакаводных рыб. Падобна да іх, мы проста не заўважаем гэтай велізарнай сціска-ючай сілы, паколькі яна кампенсуецца роўнай ёй расшыраючай сілай, якая ствараецца ціскам паветра ўнутры нас (яно растворана нават у на-шай крыві).
Азот Кісларод Вуглякіслы Іншыя
газ газы
Мал. 199
Мал. 200
122 Ціск
Мал. 202
Дык што ж, атмасферны ціск наогул нельга выявіць? Для адказу звернемся да доследу. Возь-мем шклянку з вадой, накрыем яе лістом па-перы, перавернем, прытрымліваючы рукой ліст, а затым прымем руку (гл. мал. 200 на с. 121). Мы бачым, што вада са шклянкі не выліваец-ца, ліст не адрываецца. Сіла атмасфернага ціску, прыкладзеная да ліста паперы, кампенсуе дзе-янне вагі налітай вады і разрэджанага паветра ў шклянцы.
Апусціце іголку шпрыца ў падфарбаваную ваду і падымайце поршань уверх. Вы ўбачы-це, што вадкасць падымаецца ўслед за поршнем (мал. 201) у напрамку, процілеглым дзеянню сілы цяжару. Сіла атмасфернага ціску прымушае сок падымацца ўверх па трубачцы (мал. 202). До-следаў, у якіх выяўляецца дзеянне атмасфернага ціску, шмат.
Як вымераць атмасферны ціск? Разгледзім найбольш важны з доследаў, праведзены ў 1643 г. па прапанове італьянскага фізіка і матэматыка Эванджэлісты Тарычэлі (гл. форзац 1).
У гэтым доследзе метровая шкляная трубка, запаяная з аднаго боку (мал. 203, а), запаўня-лася ртуццю. Верхні канец трубкі закрываў-ся, трубка пераварочвалася і апускалася ў шырокую пасудзіну з ртуццю, пасля чаго ад-туліна адкрывалася. Частка ртуці выцяка-ла з трубкі ў пасудзіну. У трубцы заставаўся слуп ртуці вышынёй Н каля 76 см (760 мм) (мал. 203, б).
Што ўтрымлівала ад выцякання ртуць, якая засталася ў трубцы? Шырокая пасудзі-на і трубка — гэта, па сутнасці, ужо вядомыя вам сазлучаныя сасуды. Над ртуццю ў тру-бцы паветра няма. На ртуць у шырокай па-судзіне дзейнічае атмасферны ціск, які вадкая ртуць перадае па ўсіх напрамках, у тым ліку ўверх. Сіла гэтага ціску і падтрымлівае ртутны слуп.
Ціск 123
Разгледзім умовы раўнавагі тонкага слоя рту-ці (на малюнку 203, б пазначаны жоўтым коле-рам). Гэта ўмова патрабуе, каб сіла атмасферна-га ціску знізу і сіла гідрастатычнага ціску слупа ртуці зверху былі роўныя. А гэта значыць, што ратм - Ргідраст- Такім чынам, вымераўшы вышыню слупа ртуці Н, мы можам разлічыць яго ціск па формуле рГідрасТ = gpH і тым самым вызначыць велічыню атмасфернага ціску.
Паколькі атмасферны ціск вызначаецца вышынёй слупа ртуці, то зразумела, чаму вельмі часта яго вымяраюць не ў міжнародных адзінках (паскаль), а ў міліметрах ртутнага слупа.
Выразім у паскалях пазасістэмную адзін-ку ціску 1 міліметр ртутнага слупа (скарочана 1 мм рт. сл.):
Р1 мм рт. сл gph —
= 9,8 ^ • 13 600 • 0,001 м « 133 Па. КГ м3
Па дамоўленасці атмасферны ціск лічаць нар-мальным, калі ён роўны ціску слупа ртуці вы-шынёй Л = 760 мм пры тэмпературы ^ = 20 °C. Такі ціск называюць адной нармальнай, або фізічнай, атмасферай (скарочана 1 атм):
1 атм = 760 мм рт. сл. = 101 293 Па.
У большасці выпадкаў мы будзем карыстацца акругленым значэннем: 1 атм «100 кПа.
Атмасферны ціск адыгрывае вельмі важную ролю ў шматлікіх бытавых і тэхнічных прыла-дах. Ён не толькі дазваляе карыстацца піпеткай або шпрыцам для набору лекаў, але і дае магчы-масць простага і недарагога спосабу пад’ёму вады (гл. заданне 8 у практыкаванні 15, с. 125). Знаёмыя шматлікім гумавыя прысоскі (мал. 204) выкарыстоўваюцца як у быце, так і на заводах для пераносу складанейшых вузлоў электронікі, дотык да якіх (нават у пальчатках) зусім неда-пушчальны.
КНІГІ ОНЛАЙН
