Законът на Паскал за течности и газове казва, че налягането, разпространяващо се в веществото, не променя силата му и се предава във всички посоки еднакво. Течните и газообразните вещества се държат под налягане с известни разлики. Разликата се дължи на поведението на частиците и теглото на газовете и течностите. В статията ще разгледаме всичко това подробно с помощта на визуални експерименти.
Предава ли се налягането на течността
Да вземем цилиндричен съд, който е херметически затворен отгоре с бутало. Вътре има течност, а на буталото е тежест. Той упражнява натиск със сила, равна на теглото му. Това налягане се прехвърля към течността. Неговите молекули, за разлика от частиците на твърдо тяло, могат свободно да се движат една спрямо друга. Няма строг ред в тяхното подреждане, те са разпръснати на случаен принцип.
Познаване на функциитедвижението на частици от различни вещества в бъдеще ще ни помогне да разберем закона на Паскал за течности и газове. Как ще се държат молекулите на течността, ако действаме върху тях със силата на натиск на тежестта? Опитът ще ни помогне да отговорим на този въпрос.
Как се държи течността под налягане
Моделът на течността ще бъде стъклени мъниста, а моделът на съда ще бъде кутия без капак. Топчетата, както и частиците от течно вещество, се движат свободно в контейнери. Вземете всеки елемент, който е със същата ширина като ширината на кутията. Ще имитира бутало.
Натиснете буталото върху течността. Как се държат неговите молекули? Виждаме, че те притискат както върху дъното на контейнера, така и върху стените му. Бутат се един друг и се опитват да изпаднат от кутията. Ако беше истинска течност, тогава тя щеше да изпръсне от съда. По-късно, когато изучаваме закона на Паскал за течности и газове, ще видим това на практика. Поради факта, че молекулите се движат свободно, натискът, упражняван от тежестта, се предава както настрани, така и надолу. И какво ще стане, ако замените течността с газ?
Как се държи въздухът под налягане
Да кажем, че имаме цилиндър с бутало, пълно с въздух. Поставете тежест върху буталото. Как се предава налягането върху газа? Тъй като буталото се движи надолу, разстоянието между молекулите в горната част на газа намалява, но не за дълго. Скоростта на газовите молекули е стотици метри в секунда. Разстоянието между тях е много по-голямо от размера им. Те се движат в произволни посоки и се сблъскват един с друг.
Когато буталотопада, частиците просто се заключват в по-малък обем. В резултат на това те по-често се удрят в стените на съда и с намаляване на обема на газа налягането му се увеличава. Този постулат трябва да бъде запомнен, така че по-късно да бъде по-лесно да се разбере закона на Паскал за течности и газове. Броят на ударите в секунда на квадратен сантиметър е почти същият. Това означава, че налягането, което буталото произвежда, се предава във всички посоки без промяна.
Прехвърляне на налягане в различни посоки
Законът на Паскал, пренасянето на налягането от течности и газове не може да бъде разбрано, ако не се разбере една странност: как така притискаме надолу, а налягането се пренася както надолу, така и настрани? Но какво ще стане, ако тръбата е прикрепена към цилиндъра, налягането ще се предава нагоре през нея? Нека експериментираме.
Вземете две спринцовки, пълни с вода и ги свържете с тръба. Нека да наблюдаваме как налягането ще се предава от течността, която е в спринцовките. Натиснете буталото на една спринцовка. Силата на натиск върху буталото, а оттам и върху течността, е насочена надолу. Виждаме обаче, че буталото на втората спринцовка се издига. Оказва се, че налягането, предавано през тръбата, променя посоката на силата. Интересното е, че спринцовките могат да се поставят не само вертикално, но и под прав ъгъл една спрямо друга. Резултатът ще бъде същият.
Излейте водата и в спринцовките ще има въздух. Нека повторим опита. В хода на експеримента ще видим, че газът също предава налягане във всички посоки. Има само една разлика с течността. Ако спуснете буталото на единспринцовката надолу и я фиксирайте с пръста си, след което когато натиснете буталото на друга спринцовка, газът ще се компресира. Обемът му ще намалее около два пъти, а буталото ще се стреми да отскочи нагоре. Този газ, стремейки се да увеличи обема си, кара буталото да се движи нагоре. Би било различно с течност, не би било възможно да се компресира толкова лесно.
Закона на Паскал
Ще изучаваме преноса на налягане от течности и газове с помощта на опит. Изобретен е от френския физик Блез Паскал. Вземете куха сфера, към която е прикрепена стъклена тръба. В различни части на топката (отгоре, отстрани, отдолу) има малки дупки. Вътре в тръбата е поставено бутало. Това е специално устройство за демонстриране на закона на Паскал.
Напълнете балона през тръбата с вода, за да видите как се държи. Въпреки че гравитацията действа върху топката отгоре надолу, струйки вода изтичат от дупките на топката под ъгъл, встрани и дори нагоре. Разбира се, те леко се отклоняват от първоначалната си посока, защото гравитацията действа върху тях. Виждаме, че натискът, упражняван върху водата, се предава във всички посоки.
Ако вместо вода вземем дим и направим този експеримент, ще наблюдаваме прехвърлянето на налягането в газ със собствените си очи, защото димът е газ, оцветен с малки частици сажди или катран. Поради факта, че е много лек, няма да се влияе толкова от гравитацията, няма да се отклони от първоначалното си положение толкова, колкото водни потоци. Можем да заключим следното: упражняваният натисквърху течност или газ, се предава, без да променя силата, до която и да е точка на течността и газа във всички посоки. Това е законът на Паскал за течности и газове. Формула: P=F/S, където P е налягането. Тя е равна на отношението на силата F към площта S, върху която действа перпендикулярно.
