Жидкости и газы передают давление, которое оказывается на них, по всем направлениям одинаково.

Данный закон был открыт в середине XIV века французским ученым Б. Паскалем и получил впоследствии его имя.

То, что жидкости и газы передают давление, объясняют большой подвижностью частиц, из которых они составлены, это существенным образом отличает их от твёрдых, тел, чьи частицы малоподвижны, и могут только совершать колебания около положений своего равновесия. Допустим, газ, находится в замкнутом сосуде с поршнем, его молекулы равномерно заполняют весь предоставленный ему объем. Передвинем поршень, уменьшив объем сосуда, слой газа, прилегающий к поршню, сожмется, молекулы газа будут располагаться плотнее, чем на некотором удалении от поршня. Но через некоторое время частицы газа, участвуя в хаотичном движении, перемешаются с другими частицами, плотность газа выровняется, но станет больше, чем до передвижения поршня. При этом количество ударов о дно и стенки сосуда возрастает, следовательно, давление поршня передается газом во всех направлениях одинаково и в каждой точке увеличивается на одну и ту же величину. Аналогичные рассуждения можно отнести к жидкости.

Формулировка закона Паскаля

Давление, производимое внешними силами на жидкость (газ), находящуюся в состоянии покоя, передается веществом во все стороны без изменения к любой точке жидкости (газа) и стенкам сосуда.

Закон Паскаля выполняется для несжимаемых и сжимаемых жидкостей и газов, если сжимаемостью пренебрегают. Этот закон - следствие закона сохранения энергии.

Гидростатическое давление жидкостей и газов

Жидкости и газы передают не только внешнее давление, но и давление, которое возникает благодаря существованию силы тяжести. Эта сила создает внутри жидкости (газа) давление, которое зависит от глубины погружения, при этом приложенные внешние силы увеличивают это давление в любой точке вещества на одну и ту же величину.

Давление, которое оказывает покоящаяся жидкость (газ), называют гидростатическим. Гидростатическое давление ($p$) на любой глубине внутри жидкости (газа) не зависит от формы сосуда, в котором она (он) находится и равно:

где $h$ - высота столба жидкости (газа); $\rho $ - плотность вещества. Из формулы (1) для гидростатического давления следует, что во всех местах жидкости (газа), которые находятся на одной глубине, давление одно и то же. С увеличением глубины гидростатическое давление растет. Так, на глубине 10 км давление воды составляет приблизительно ${10}^8Па$.

Следствие закона Паскаля: давление в любой точке на одном горизонтальном уровне жидкости (газа), находящейся в состоянии равновесия имеет одну и ту же величину.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Даны три сосуда разной формы (рис.1). Площадь дна каждого сосуда равна $S$. В каком из сосудов давление одной и той же жидкости на дно наибольшее?

Решение. В данной задаче речь идет о гидростатическом парадоксе. Следствием закона Паскаля является то, что давление жидкости не зависит от формы сосуда, а определено высотой столба жидкости. Так как по условию задачи площадь дна каждого сосуда равна S, из рис.1 видим, что высота столбов жидкости одинакова, несмотря на разный вес жидкости, сила «весового» давления на дно во всех сосудах одинакова и равна весу жидкости в цилиндрическом сосуде. Объяснение этого парадокса заключено в том, что сила давления жидкости на наклонные стенки имеет вертикальную составляющую, которая направлена вниз в сужающемся к верху сосуде и направленную вверх в расширяющемся.

Пример 2

Задание. На рис.2 изображены два сообщающихся сосуда с жидкостью. Поперечное сечение одного из сосудов в $n\ $ раз меньше, чем второго. Сосуды закрыты поршнями. К малому поршню прикладывают силу $F_2.\ $Какой силой надо подействовать на большой поршень, чтобы система находилась в состоянии равновесия?

Решение. В задаче представлена схема гидравлического пресса, который работает на основе закона Паскаля. Давление, которое создает на жидкость первый поршень, равен:

Второй поршень оказывает на жидкость давление:

Если система находится в равновесии, $p_1$ и $p_2$ равны, запишем:

\[\frac{F_1}{S_1}=\frac{F_2}{S_2}\left(2.3\right).\]

Найдем модуль силы, приложенной к большому поршню:

Ответ. $F_1=nF_{2}$

Закон Паскаля о давлении был открыт в XVII веке французским ученым Блезом Паскалем, в честь которого и получил свое название. Формулировка этого закона, его значение и применение в повседневной жизни подробно рассматривается в этой статье.

Суть закона Паскаля

Закон Паскаля – давление, которое оказывается на жидкость или газ, передается в каждую точку жидкости или газа без изменений. То есть, передача давления во всех направлениях происходит одинаково.

Данный закон действителен только для жидкостей и газов. Дело в том, что молекулы жидких и газообразных веществ под давлением ведут себя совсем не так, как молекулы твердых тел. Их движение отличается друг от друга. Если молекулы жидкости и газа движутся относительно свободно, то молекулы твердых тел такой свободой не обладают. Они лишь слегка колеблются, немного отклоняясь от исходного положения. И благодаря относительно свободному передвижению молекулы газа и жидкости оказывают давление во всех направлениях.

Формула и основная величина закона Паскаля

Основной величиной в законе Паскаля является давление. Оно измеряется в Паскалях (Па) . Давление (P) – отношение силы (F) , которая действует на поверхность перпендикулярно, к ее площади (S) . Следовательно: P=F/S .

Особенности давления газа и жидкости

Находясь в закрытом сосуде, мельчайшие частицы жидкостей и газов – молекулы, ударяются о стенки сосуда. Так как эти частицы подвижны, то из места с более высоким давлением они способны передвигаться в место с низким давлением, т.е. в течение короткого времени оно становиться равномерным по всей поверхности занимаемого сосуда.

Для лучшего понимания закона можно провести опыт. Возьмем воздушный шарик и наполним его водой. Потом тонкой иголкой проделаем несколько отверстий. Результат не заставит себя ждать. Из дырочек начнет вытекать вода, а если шарик сжать (т.е. оказать давление), то напор каждой струи увеличиться в насколько раз, независимо оттого, в какой именно точке было оказано давление.

Этот же эксперимент можно провести с шаром Паскаля. Это круглый шар с имеющимися отверстиями с присоединенным к нему поршнем.

Рис. 1. Блез Паскаль

Определение давления жидкости на дно сосуда происходит по формуле:

p=P/S=gpSh/s

p=gρ h

• g – ускорение свободного падения,
• ρ – плотность жидкости (кг/куб.м)
• h – глубина (высота столба жидкости)
• p – давление в паскалях.

Под водой давление зависит только от глубины и плотности жидкости. То есть в море или океане плотность будет больше при большем погружении.

Рис. 2. Давление на разных глубинах

Применение закона на практике

Многие законы физики, в том числе и закон Паскаля, применяются на практике. Например, обычный водопровод не мог бы функционировать, если бы в нем не действовал данный закон. Ведь молекулы воды в трубе движутся хаотично и относительно свободно, а значит и давление, оказываемое на стенки водопровода везде одинаковое. Работа гидравлического пресса также основана на законах движения и равновесия жидкостей. Пресс представляет собой два соединенных между собой цилиндра с поршнями. Пространство под поршнями заполняют маслом. Если на меньший поршень площадью S 2 , действует сила F 2 , то на больший поршень площадью S 1 , действует сила F 1 .

Рис. 3. Гидравлический пресс

Также можно провести эксперимент с сырым и вареным яйцом. Если острым предметом, например, длинным гвоздем, проткнуть сначала одно, а потом другое, то результат будет разным. Крутое яйцо гвоздь пройдет насквозь, а сырое разлетится вдребезги, так как для сырого яйца будет действовать закон Паскаля, а для крутого нет.

Закон Паскаля гласит, что давление во всех точках покоящейся жидкости одинаково, то есть: F 1 /S 1 =F 2 /S 2 , откуда F 2 /F 1 =S 2 /S 1 .

Сила F 2 во столько же раз больше силы F 1 , во сколько раз площадь большего поршня больше площади малого.

Что мы узнали?

Основной величиной закона Паскаля, который изучают в 7 классе, является давление, которое измеряется в Паскалях. В отличие от твердых тел газообразные и жидкие вещества давят на стенки сосуда, в котором они находятся одинаково. Причиной этому молекулы, которые движутся свободно и хаотично в разных направлениях.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 536.

Блез Паскаль - французский математик, физик и философ, живший в середине семнадцатого века. Исследовал поведение жидкостей и газов, изучал давление.

Он заметил, что форма сосуда не оказывает никакого влияния на давление жидкости внутри его. А также сформулировал принцип: жидкости и газы передают одинаково по всем направлениям оказываемое на них давление.
Этот принцип называют законом Паскаля для жидкостей и газов.

Необходимо понимать, что в этом законе не учитывалась сила тяжести, действующая на жидкость. В действительности, давление жидкости растёт с глубиной из-за притяжения к Земле, и это гидростатическое давление.

Для вычисления его значения применяется формула:
- давление столба жидкости.

• ρ - плотность жидкости;
• g - ускорение свободного падения;
• h - глубина (высота столба жидкости).

Полное давление жидкости на любой глубине складывается из гидростатического давления и давления, связанного с внешним сжатием:

где p0 - внешнее давление, например, поршня в сосуде с водой.

Применение закона Паскаля в гидравлике

Гидравлические системы используют несжимаемые жидкости, такие как нефть или вода, чтобы передавать давление из одной точки в другую внутри жидкости с выигрышем в силе. Гидравлические устройства используются для дробления твёрдых веществ, в прессах. У воздушных судов гидравлика установлена в тормозные системы и шасси.
Так как закон Паскаля справедлив и для газов, то в технике существуют пневматические системы, использующие давление воздуха.

Архимедова сила. Условие плавания тел

Знание архимедовой силы (по-другому - выталкивающей) важно при попытке понять, почему некоторые тела плавают, в то время как другие тела тонут.
Рассмотрим пример. Человек находится в бассейне. Когда он полностью погружается под воду, он легко может выполнить сальто, сделать кувырок или очень высоко подпрыгнуть. На суше выполнить такие трюки намного сложнее.
Такая ситуация в бассейне возможна из-за того, что на человека действует в воде архимедова сила. В жидкости давление возрастает с глубиной (это справедливо и для газа). Когда тело находится полностью под водой, то давление жидкости снизу тела преобладает над давлением сверху, и тело начинает всплывать.

Закон Архимеда

На тело в жидкости (газе) действует выталкивающая сила, равная по величине весу того количества жидкости (газа), которое вытеснено погружённой частью тела.

• Fт - сила тяжести;
• Fа - архимедова сила;
• ρж - плотность жидкости или газа;
• Vв. ж. - объём вытесненной жидкости (газа), равный объёму погружённой части тела;
• Pв. ж. - вес вытесненной жидкости.

Условие плавания

1. FТ> FA - тело тонет;
2. FТ< FA - тело поднимается к поверхности до тех пор, пока не окажется в положении равновесия и не начнёт плыть;
3. FТ = FA - тело находится в равновесии в водной или газовой среде (плавает).

Передача давления жидкостями и газами.

Закон Паскаля

Мы уже знаем, что отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа свободно перемещаются относительно друг друга по всем направлениям, в отличие от твердых тел. Это можно подтвердить простым опытом: если подуть на поверхность воды в стакане, то вода придет в движение.

Из-за того, что частицы газа и жидкости подвижны, давление, оказываемое на них, передаётся не только в направлении действия оказываемой силы, а в каждую точку жидкости или газа.

котором находится газ. Частицы

газа равномерно распределяются

по всему сосуду. Сосуд сверху

закрыт поршнем, который может

перемещаться вниз и вверх.

Надавим на поршень так, чтобы

он немного погрузился в сосуд и

сдавил газ. В результате частицы, рис. 1

находящиеся под поршнем, уплот-

нятся (рис.1б ).

Двигаясь, частицы газа будут перемещаться по всем направлениям и в результате этого перемещения их расположение опять станет равномерным, но уже более плотным, чем раньше (рис.1в ). В результате давление газа всюду увеличится. Из этого можно сделать вывод, что дополнительное давление передается всем частицам газа. Если, например, давление на газ около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа давление станет больше на столько же, т. е. на 1 Па. Давление газа и на поршень, и на стенки сосуда, и на дно сосуда также увеличится на 1 Па.

В 1648 году французский ученый Блез Паскаль опытным путём подтвердил то, что давление жидкости зависит от высоты её столба. Он вставил в закрытую бочку, наполненную водой, трубку диаметром 1см2, длиной 5 м и, поднявшись на балкон 2-го

Когда вода в ней поднялась до высоты ~ 4 м,

давление воды в ней увеличилось настолько, что в

крепкой дубовой бочке образовались щели, через

которые потекла вода.

Закон Паскаля гласит:

давление, производимое на жидкость или газ,

передаётся в любую точку объёма жидкости и

газа без изменений во всех направлениях.

Закон объясняется подвижностью частиц жидкос-

тей и газов во всех направлениях.

Нам нет необходимости повторять опыт

Паскаля с бочкой, но мы можем воспользоваться

трубкой Паскаля для подтверждения истинности

его утверждения.

польется вода. Поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают давление поршня другим, более глубоким слоям.

Из опыта следует, что давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар и в результате давления часть воды выталкивается

из отверстий во всех направлениях.

Если шар заполнить дымом

(рис.2б ) и вдвигать поршень в трубку, то из всех

отверстий шара будут выходить

струйки дыма. Этот опыт также

подтверждает, что газы, как и

жидкости, передают производимое

на них давление во все стороны без а) б)

изменений. рис.2

Закон Паскаля положен в основу устройства многих механизмов.

Пневматическая система водоснабжения.

Принцип работы :

Насос из водоема закачивает в бак воду, сжимающую воздушную подушку, в результате сжимаемые частицы воздуха уплотняются и, следовательно, давление увеличивается. При достижении давления воздуха 400000 Н/м2 насос отключается и прекращает закачивать воду в бак.

По Закону Паскаля давление, производимое на жидкость (или газ) передаётся в любую точку объёма жидкости (или газа) без изменений во всех направлениях. Поэтому, при открытии крана вода, под действием давления воздуха, по магистральному трубопроводу поднимается в дома.

Это упрощенная схема гидравлического подъемника, который устанавливается на самосвалах.

Назначение подвижного цилиндра - увеличение высоты подъема поршня. Для опускания груза открывают кран.

Закон Паскаля - Давление, оказываемое на жидкость (газ) в каком-либо одном месте на ее границе, например, поршнем, передается без изменения во все точки жидкости (газа).

Но обычно используется так:

Немного поговорим о Законе Паскаля:

На каждую частицу жидкости, находящейся в поле тяготения Земли, действует сила тяжести. Под действием этой силы каждый слой жидкости давит на расположенные под ним слои. В результате давление внутри жидкости на разных уровнях не будет одинаковым. Следовательно, в жидкостях существует давление, обусловленное ее весом.

Из этого можно сделать вывод: Чем глубже мы будем погружаться под воду, тем сильнее будет действовать на нас давление воды

Давление, обусловленное весом жидкости, называют гидростатическим давлением .

Графически зависимость давления от глубины погружения в жидкость представлена на рисунке

На основе закона Паскаля работают различные гидравлические устройства: тормозные системы, прессы, насосы, помпы и др.
Закон Паскаля неприменим в случае движущейся жидкости (газа), а также в случае, когда жидкость (газ) находится в гравитационном поле; так, известно, что атмосферное и гидростатическое давление уменьшается с высотой.

В Формуле мы использовали:

Давление

Давление внешней среды

Плотность жидкости