§29. Тиск газів і рідин. Закон Паскаля

• Назад до змісту

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Як довести, що гази створюють тиск на стінки посудини?

Гази створюють тиск на стінки посудини, тому що молекули газу рухаються хаотично та стикаються зі стінками. Це можна довести, наприклад, якщо надути повітряну кульку: вона набуває форми через тиск газу всередині.

2. У чому причина тиску газів?

Причина тиску газів полягає в хаотичному русі молекул, які постійно стикаються зі стінками посудини, передаючи їм імпульс.

3. Чому тиск газів зростає зі зростанням їхньої густини? У разі збільшення температури?

Тиск газів зростає зі зростанням густини, тому що збільшується кількість молекул у певному об’ємі, а отже, частішають їхні зіткнення зі стінками. При підвищенні температури молекули рухаються швидше, стикаються частіше та з більшою силою, тому тиск також зростає.

4. Чому рідина створює тиск не тільки на дно посудини, а й на її бічні стінки?

Рідина створює тиск у всіх напрямках через те, що її молекули також рухаються хаотично і взаємодіють між собою. Тому вони передають силу не лише вниз (на дно), але й на бічні стінки посудини.

5. Сформулюйте закон Паскаля.

Тиск, створюваний на нерухому рідину, передається однаково в усіх напрямках.

6. Доведіть, що властивість рідин і газів передавати тиск у всіх напрямках має неабияке значення в нашому житті.

Ця властивість використовується в багатьох пристроях: у гідравлічних пресах і підйомниках (для підняття важких предметів), у гальмівних системах автомобілів (для рівномірного розподілу сили на колеса), а також у роботі насосів і шприців. Без цієї властивості було б неможливо створити такі механізми.

ВПРАВА № 29

1. Як буде змінюватися тиск у повітряній кульці, якщо її спочатку надути, а потім міцно притиснути до твердого предмета? Чи можна передбачити, у якому місці лусне кулька?

Коли повітряну кульку притиснути до твердого предмета, об’єм кульки зменшиться, а кількість газу всередині залишиться незмінною. За законом Бойля-Маріотта, при зменшенні об’єму газу його тиск зростає. Передбачити точне місце розриву неможливо, але кулька найімовірніше лусне в тому місці, де матеріал найбільш розтягнутий або ослаблений (наприклад, через нерівномірний розподіл напруги чи мікропошкодження).

Тобто відповідь: збільшиться; не можна.

2. Чому не можна допускати зайвого нагрівання газових балонів (навіть із газом, який не горить)?

При нагріванні газ у балоні розширюється, і його тиск зростає, оскільки молекули рухаються швидше та частіше стикаються зі стінками. Якщо тиск перевищить міцність балона, це може призвести до його вибуху, навіть якщо газ не є горючим.

3. Чи змінився, а якщо змінився, то як, тиск у шинах велосипеда, коли хлопчик вирішив покатати свою приятельку (рис. 1)?

Так, тиск у шинах велосипеда збільшився. Це сталося через зростання ваги, яку тепер підтримують шини (вага хлопчика та його приятельки). Відповідно до закону Паскаля, додатковий тиск рівномірно розподіляється по всій площі шин.

4. У нафтовій промисловості для підіймання нафти на поверхню землі застосовують стиснуте повітря, яке компресори нагнітають у простір над поверхнею нафтоносного шару. На якому законі ґрунтується цей спосіб? Поясніть свою думку.

Цей спосіб ґрунтується на законі Паскаля, який стверджує, що тиск, створений у рідині або газі, передається в усіх напрямках однаково. Стиснуте повітря нагнітається в простір над нафтоносним шаром, створюючи додатковий тиск. Цей тиск передається через нафту, змушуючи її підніматися на поверхню через свердловину.

5. Чому вибух снаряда під водою є згубним для істот, які живуть у воді?

Вибух снаряда під водою створює дуже сильний і різкий тиск. Вода, на відміну від повітря, практично не стискається, тому ударна хвиля передається дуже ефективно у всіх напрямках. Ця ударна хвиля може спричинити серйозні пошкодження внутрішніх органів водних істот, навіть якщо вони знаходяться на значній відстані від місця вибуху.

6. Якщо вистрілити з дрібнокаліберної рушниці у варене яйце, то в яйці утвориться отвір, а якщо в сире — яйце розлетиться. Поясніть це явище.

У вареному яйці вміст твердий, тому куля пробиває отвір, як у твердому тілі. У сирому яйці всередині є рідина. Коли куля потрапляє в сире яйце, вона передає імпульс рідині всередині. Через те, що рідина практично не стискається (за законом Паскаля), цей тиск миттєво поширюється по всьому об’єму яйця, і шкаралупа не витримує, тому яйце розлітається.

7. У циліндрі під поршнем площею 80 см2 міститься вода. Вантаж якої маси потрібно покласти на поршень, щоб тиск води на дно циліндра зріс на 2 кПа?

8. Які зміни відбуватимуться з поверхнею рідини в запаяній зверху трубці (рис. 2), якщо трубку охолоджувати? нагрівати?

При охолодженні: тиск повітря в запаяній частині трубки зменшиться, оскільки молекули повітря рухатимуться повільніше. Це призведе до того, що зовнішній атмосферний тиск стане більшим, ніж внутрішній, і поверхня рідини в трубці підніметься.

При нагріванні: тиск повітря в запаяній частині трубки збільшиться, оскільки молекули повітря рухатимуться швидше. У цьому випадку внутрішній тиск стане більшим за зовнішній, і поверхня рідини в трубці опуститься.