КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗМА (уч.7кл.стр.150-151)

Полная и полезная работа

Коэффициент полезного действия. Обозначение. Единицы измерения.

КПД на примере рычага

На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы.

Часть работы совершается против сил трения, сопротивления воздуха, перемещению деталей самого механизма и т.д.

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма (КПД)

КПД =

Обычно КПД выражается в процентах и обозначают η(«эта»):

η = 100%

КПД любого механизма меньше 100%

МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

ДАВЛЕНИЕ (уч.7кл.стр.77)

Действие силы зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади поверхности, перпендикулярно которой она действует.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.

(Физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади это поверхности, называется давлением. )

p =

Единица давления – Па (Паскаль)(в честь ученого Блеза Паскаля) Обозначение: p

1 Па = 1 Н/м2

1 Па равен давлению, производимому силой в 1 Н на площадь в 1 м2.

Чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

Пример: хождение по снегу на лыжах.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (уч.7кл.стр.97-103,181-182)

Атмосфера

Атмосферное давление

Опыт Торричелли (уч.7кл.стр.101,181-182 - подробнее)

Опыт Паскаля по доказательству атмосферного давления

Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (греч. атмос – пар, воздух и сфера – шар)

Атмосфера простирается на несколько тысяч километров и не имеет четкой границы.

При температуре 0оС и нормальном атмосферном давлении 1м3 воздуха весит 1.29кг

Под действием силы тяжести верхние слои атмосферы давят на нижележащие.

Это давление согласно закону Паскаля передается по всем направлениям. Наибольшее значение это давление имеет у поверхности Земли, и обусловлено весом столба воздуха от поверхности до границы атмосферы.

При увеличении высоты уменьшается масса слоев атмосферы, давящих на поверхность, следовательно, атмосферное давление с высотой понижается.

На уровне моря атмосферное давление равно 101 кПа.

Такое давление оказывает столб ртути высотой 760 мм.

Если в жидкую ртуть опустить трубку, в которой создан вакуум, то под действием атмосферного давления ртуть поднимется в ней на такую высоту, при которой давление столба жидкости станет равным внешнему атмосферному давлению на открытую поверхность ртути.

При изменении атмосферного давления высота столба жидкости в трубке также изменится.

Строго говоря, вследствие действия силы тяжести плотность газа в любом закрытом сосуде неодинакова по всему объему. Внизу сосуда плотность выше, чем в верхней части, поэтому и давление в сосуде не одинаково на разной высоте. Для сосудов малого размера этой разностью можно пренебречь, но для атмосферы, простирающейся на много километров, различие существенно.

Рассчитать атмосферное давление по формуле для давления столба жидкости нельзя. Для такого расчета надо знать высоту и плотность воздуха. Но определенной границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна.

Опыт Торричелли

Впервые опыт доказывающий существование атмосферного давления и его толкование предложил Эванджелиста Торричелли, ученик Галилея, в 1643 г, изучая действие поршневых насосов.

Стеклянную трубку 1 м, запаянную с одного конца, заполняют ртутью.

Затем, плотно закрыв, ее переворачивают и опускают в чашку с ртутью и под ртутью открывают конец трубки.

Часть ртути при этом выливается в чашку, а часть остается в трубке.

Высота столба, оставшейся в трубке ртути, равна примерно 760 мм.

Над ртутью воздуха нет, там безвоздушное пространство.

Торричелли дал объяснение опыта.

Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аb равно атмосферному. Если бы оно было больше атмосферного, то ртуть выливалась бы в чашку, а если меньше, то поднималась бы по трубке вверх.

Давление в трубке на уровне ab создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет. Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке:

pатм = pHg

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление ртути, равное атмосферному.

Если атмосферное давление понижается, то понижается и уровень ртути в трубке Торричелли. И наоборот.

На практике часто атмосферное давление измеряют именно в мм.рт.ст.

Давление столба ртути высотой 1 мм:

1мм.рт.ст = g ρHg h = 9.81*13 600*0.001 ≈ 133.3 Па

Наблюдая ежедневно за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что высота меняется, т.е. атмосферное давление меняется. Он так же заметил связь изменения с изменениями погоды.

Опыт Паскаля

Об опытах Торричелли узнал Паскаль. Он повторил опыт с ртутью и водой и проделал опыт у подножья и на вершине горы. На вершине давление оказалось меньше, чем у подножия. Опыт подтвердил существование атмосферного давления.

Чтобы еще раз доказать, что ртутный столб в опыте Торричелли удерживается атмосферным давлением, Паскаль поставил другой опыт, который образно назвал доказательством пустоты в пустоте.

А – прочный полый стеклянный сосуд, в который впаяны две трубки: одна от барометра Б, другая, с открытыми концами, - от барометра В.

Прибор установлен на тарелку воздушного насоса.

В начале опыта давление в сосуде А равно атмосферному, оно измеряется разностью высот h столбов ртути в барометре Б. В барометре В ртуть стоит на одном уровне.

Затем из сосуда А откачивают воздух.

По мере удаления воздуха уровень ртути в левом колене барометра Б понижается, а в левом колене барометра В повышается.

Когда воздух будет полностью удален из сосуда А, уровень ртути в узкой трубке барометра Б упадет и сравняется с уровнем ртути в его широком колене.

В узкой же трубке барометра В ртуть под действием атмосферного давления поднимается на высоту h.

Опыт Паскаля окончательно опроверг теорию Аристотеля о «боязни пустоты» и подтвердил существование атмосферного давления.

В 1654 г. немецкий инженер Отто фон Герике (мэр Магдебурга) организовал в Магдебурге в присутствии императора Фердинанда III научное представление с Магдебургскими полушариями, между которыми был откачан воздух. Их не могли разорвать две восьмерки лошадей.

ИЗМЕНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОТОЙ (уч.7кл.стр.106)

См.выше «Атмосферное давление»

В жидкости давление зависит от плотности и высоты столба. Вследствие малой сжимаемости плотность жидкости на разных глубинах почти одинакова.

Сложнее с газами. Газы сильно сжимаемы. Чем сильнее газ сжат, тем больше его плотность и больше производимое им давление (создаваемое ударами его молекул).

Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми вышележащими. Чем выше, тем менее сжат воздух, тем меньше его плотность. Поэтому зависимость давления воздуха от высоты сложнее, чем в жидкости.

Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0оС, называется нормальным атмосферным давлением.

Нормальное атмосферное давление равно 101300Па = 1013гПа

Чем больше высота над уровнем моря, тем сильнее давление.

При подъеме на 12 м давление уменьшается примерно на 1 мм.рт.ст. (1.33гПа)

ДОБАВИТЬ ФОРМУЛУ ЗАВИСИМОСТИ

Зная зависимость давления от высоты, можно по показанию барометра определить высоту над уровнем моря.

Анероиды, имеющие шкалу, по которой можно отсчитывать высоту, называются высотометрами.

ЗАКОН ПАСКАЛЯ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (уч.7кл.стр.85-,176-178)

Давление в жидкости или газе

Закон Паскаля

Гидростатический парадокс (уч.7кл.стр.176-178)

Физическая величина, равная отношению модуля силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади это поверхности, называется давлением.

Единица давления – Па (Паскаль)(в честь ученого Блеза Паскаля)

1 Па = 1 Н/м2

1 Па равен давлению, производимому силой в 1 ньютон на площадь в 1 квадратный метр.

Газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся.

Давление газа на стенки сосуда и на помещенное в газ тело вызывается ударами молекул газа.

При уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

Давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше его температура, при условии, что масса и объем газа не изменяются

Давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Отдельные частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться друг относительно друга по всем направлениям.

Подвижность частиц газа и жидкости объясняет, что давление, производимое на газ или жидкость, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку жидкости или газа.

Пример: сжимание газа поршнем. Давление меняется во всем объеме газа.

Закон Паскаля:

Давление производимое на жидкость или газ передается во все стороны без изменений.

Все жидкости и газы передают производимое на них давление во все стороны.

На жидкости действует сила тяжести (для газов это менее заметно). Каждый слой жидкости своим весом давит на нижние слои, которые по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление.

В этом можно убедиться на опытах.

Внутри жидкости существует давление и на одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Газы в этом отношении не отличаются от жидкостей, но их плотность и вес малы и «весовое» давление газа во многих случаях можно не учитывать.

Гидростатический парадокс. Опыт Паскаля.

Свойством жидкости передавать во все стороны производимое на нее давление объясняется явление, известное в физике под называнием «гидростатический парадокс»

В сосудах различной формы, но с одинаковой площадью дна и одинаковым уровнем жидкости в них, давление жидкости на дно будет одинаковым. Его можно рассчитать:

P = pS = g ρ h S

S – площадь дна

h – высота столба жидкости

Сила, с которой жидкость давит на дно сосуда не зависит от формы сосуда и равна весу вертикального столба, основанием которого является дно сосуда, а высотой – высота столба жидкости.

В 1618 г. Паскаль поразил своих современников, разорвав бочку всего кружкой воды, влитой в тонкую высокую трубку, вставленную в бочку.

БАРОМЕТРЫ И МАНОМЕТРЫ (уч.7кл.стр.105, 108)

Ртутный (или водяной) барометр

Барометр анероид

Манометр

Греч. барос – тяжесть, манос – редкий, метрео - измерять

Барометр – прибор для измерения атмосферного давления

Манометр – прибор для измерения давления (жидкости или газа)

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший ртутный барометр.

На практике для измерения атмосферного давления применяют барометр-анероид (греч. безжидкостный) Такой барометр не содержит ртути или другой жидкости.

Главная часть (чувствительный элемент) анероида – металлическая коробочка с волнистой гофрированной поверхностью. Из нее выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышку оттягивают вверх пружиной.

При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину.

При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку.

К пружине с помощью передаточного механизма прикреплена стрелка-указатель, которая передвигается вправо и влево при изменении давления вдоль шкалы градуированной в единицах давления.

Изменение атмосферного давления связано с переменой погоды.

Для измерения давлений жидкостей и газов используют манометры.

Манометры бывают жидкостные и металлические.

Открытый жидкостной манометр.

Состоит из двухколенной стеклянной трубки, заполненной жидкостью. Жидкость устанавливается в обоих коленах на одном уровне, так как на в обоих коленах сосуда на нее действует одинаковое атмосферное давление.

Если менять давление на жидкость в одном из колен, то по изменению высоты столба жидкости в другом колене можно судить о величине этого давления.

Таким манометром можно измерять давление внутри жидкости. Чем глубже погружают коробочку в жидкость, тем больше становится разность высот столбов жидкости в коленах манометра, следовательно тем большее давление производит жидкость.

В промышленности обычно используются металлические манометры.

Чувствительным элементом металлического манометра является согнутая в дугу металлическая трубка, один конец которой запаян. Другой конец с помощью крана сообщается с сосудом, в котором измеряют давление.

При увеличении давления трубка разгибается. Движение закрытого конца трубки с помощью рычага и зубчатого колеса передается стрелке.

При уменьшении давления трубка благодаря своей упругости возвращается в прежнее положение.

Для уменьшения вибраций стрелки и передаточного механизма внутренность манометра заполняют вязкой прозрачной жидкостью (глицерином)

СООБЩАЮЩИЕСЯ СОСУДЫ(уч.7кл.стр.90)

В цилиндрическом сосуде сила давления на дно сосуда равна весу столба жидкости. Давление на дно сосуда:

 pжид = = = ρgh,

откуда давление на глубине h:

p = pжид + pатм = ρgh + p0.

На стенки сосуда согласно закону Паскаля действует такое же давление.

Давление зависит только от плотности жидкости и высоты столба (p = ρgh + p0), но не зависит от объема жидкости.

Равенство давлений жидкости на одной и той же высоте приводит к тому, что

в сообщающихся сосудах любой формы свободные поверхности покоящейся однородной жидкости находятся на одном уровне (в случае пренебрежимо малости капиллярных сил).

В случае неоднородной жидкости высота столба более плотной жидкости будет меньше высоты менее плотной.

При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью.

ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРЕССА (уч.7кл.стр.111-113)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64