Гідростатичний тиск

Рис. 1: установка досліду

Гідростатичний тиск - це тиск усередині нерухомого плину, який виникає через гравітаційну взаємодію між частинками плину і Землею. Це поняття вживають не лише для води, а й для інших рідин і навіть газів.

Усім, хто пірнає, поняття «гідростатичний тиск» уже знайоме. Тіло водолаза під час занурення стає дедалі важчим, що глибше він іде під воду. Навіть за досить малої глибини занурення - усього один метр - гідростатичний тиск уже дається взнаки у вухах. Тому люди не можуть пірнати необмежено глибоко.

Попередні знання

Учні мають володіти знаннями про гідростатичний тиск. Важливо також знати «закон Паскаля».

Принцип

Треба продемонструвати, що гідростатичний тиск залежить від глибини занурення і від густини рідини, і який зв'язок існує між тиском та величинами і .

Навчальна мета

Учні мають зрозуміти гідростатичний тиск. У цьому досліді учням на прикладі треба показати зв'язки між тиском та величинами і .

Завдання

Завдання цього досліду полягає в тому, щоб знайти зв'язок між тиском та величинами і .

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Рис. 2

• Установи U-подібний манометр на демонстраційну дошку за допомогою муфти і додатково зафіксуй його гачком на магнітному тримачі.
• Насади на ліве коліно манометра шматок силіконового шланга завдовжки приблизно 50 см.
• Підфарбуй воду в стакані й обережно, за допомогою лійки (щоб уникнути великих бульбашок повітря), налий її через шланг у U-подібну трубку приблизно до половини.
• Якщо в шлангу чи манометрі ще лишилися бульбашки повітря, стисни шланг, щоб їх видалити.
• Установи опорну площадку поряд із манометром біля нижнього краю дошки.

Рис. 3

• Постав на опорну площадку лабораторний стакан приблизно з 600 мл води.
• Опускай затискний тримач із занурювальним зондом, доки край дзвона не опиниться приблизно на 2 см нижче рівня води.
• Прикріпи масштабну лінійку до дошки поряд із лабораторним стаканом і покажи стрілкою глибину занурення.
• Для точного вимірювання глибини занурення візьми придатну прозору лінійку; зваж при цьому, що - це відстань між нижнім краєм меніска води в стакані й нижнім краєм води біля нижнього краю занурювального зонда.
• Виміряй на манометрі різницю висот між нижніми краями менісків водяних стовпів.
• Запиши виміряні значення в таблицю 1.

В одній системі координат будують значення залежно від h для води, спирту й гліцерину (рис. 4). Виходять три прямі, що проходять через початок координат і мають різний нахил: у гліцерину нахил найбільший, у спирту найменший.

Для кожної рідини справджується:

або .

Це підтверджує й обчислення часток (пор. таблиці 1-3, 3-й стовпець).

є мірою тиску , який називають гідростатичним тиском, або тиском ваги. Отже, дослід дає:

Рис. 4: (1) гліцерин, (2) вода, (3) спирт

Табл. 4

тобто гідростатичний тиск пропорційний до глибини занурення зонда. Або: гідростатичний тиск , що панує в рідині на глибині , пропорційний до висоти стовпа рідини, який і спричиняє гідростатичний тиск на глибині . З таблиць 1-3 видно, що середнє значення для води становить 1,01, для спирту 0,84, а для гліцерину 1,21. Ці значення в межах точності вимірювання відповідають числовим значенням густин цих речовин у : , і .

Те, що справджується , можна довести так: з графіка на рис. 4 для певної глибини занурення беруть значення і будують їх залежно від табличних значень (пор. таблицю 4 і рис. 5). Дістають пряму, що проходить через початок координат, тобто сталу частку . Отже, справджується:

тобто гідростатичний тиск пропорційний до густини рідини. Загалом із і випливає:

Рис. 5