Вимірювання тиску на дно

Схема установки

За Блезом Паскалем, гідростатичний тиск усередині рідини однаковий у кожній точці й діє перпендикулярно на стінки посудини. Отже, тиск на дно посудини залежить виключно від висоти стовпа рідини над цією точкою.

Цей принцип використовують, наприклад, у водонапірних баках для зберігання й подавання води. Для водолазів знання про гідростатичний тиск особливо важливе, бо цей тиск діє й на гази, що є в тілі, і може спричинити так звану кесонну хворобу, якщо водолаз надто швидко піднімається з глибини на поверхню.

Попередні знання

Студенти мають знати основні закони механіки рідин і газів.

Принцип

Гідростатичний тиск у рідині можна виміряти приладом для вимірювання тиску на дно. Тиск на дно вимірюють за вигином мембрани і показують збільшено на шкалі за допомогою важільної передачі.

Навчальна мета

Показано, що за сталої густини рідини й сталої сили тяжіння гідростатичний тиск зростає лінійно з висотою стовпа рідини й залежить лише від висоти стовпа рідини, а не від форми посудини.

Завдання

Визнач спершу тиск на дно рідини як функцію висоти наповнення посудини. Після цього визнач тиск на дно рідини для різних посудин за однакової висоти наповнення.

Для цього досліду діють правила безпечної роботи в лабораторії. Використовуючи хімікати, зокрема й для підфарбовування рідин, треба за потреби звернути увагу на відповідні застереження про небезпеку (H- і P-фрази) і носити відповідні засоби захисту.

У рідинах, як-от вода, діє так званий гідростатичний тиск. Цей тиск діє, наприклад, у водонапірних баках, які використовують для зберігання й подавання води. Під час занурення він діє й на гази, що є в тілі.

Але як гідростатичний тиск залежить від кількості води, що оточує водолаза? Це питання й досліджують у цій роботі у двох дослідах.

1. Визнач тиск на дно рідини як функцію висоти наповнення посудини.
2. Визнач тиск на дно рідини для різних посудин за однакової висоти наповнення.

• Прилад для вимірювання тиску на дно ставлять на стійку поверхню. Обережно: гумова мембрана дуже вразлива!
• Невеликою кількістю гліцерину можна змочити гумові ущільнення, щоб підвищити герметичність і ковзкість.
• Стрижень із рухомою стрілкою вставляють у прилад.
• Внутрішній діаметр скляної циліндричної трубки вимірюють і записують. Після цього трубку обережновставляють до упору в отвір приладу для вимірювання тиску на дно.

Прилад для вимірювання тиску на дно

Стрижень зі стрілкою

Циліндрична трубка,

Складання з циліндричною трубкою

Задній бік установки зі шлангом

Шланг приєднують до штуцера на задньому боці приладу і заводять у злив або в лабораторний стакан.

Шланг слугує згодом для спорожнення приладу. Коли циліндрична трубка вставлена, випускний отвір закритий.

• За потреби легенько постукай по стрілці зі шкалою, щоб нульова риска на приладі збіглася зі стрілкою. Це нульове положення.
• Лійку ставлять на циліндричну трубку і невеликою кількістю води перевіряють герметичність приладу. При цьому треба стежити, щоб жодна частина мембрани не була затиснута між гумовими ущільненнями (синє коло).

• Відміряй від дна посудини висоту і закріпи стрілку на висоті . Це буде висота наповнення для першого досліду.
• Виміряй довжину між «терезами» і віссю важеля та запиши її.

• Підфарбуй приблизно води невеликою кількістю патентованого синього V і наповни циліндричну трубку підфарбованою водою до висоти стрілки для рівня води.
• Тягарець на стрілці посувають так, щоб знову встановилося нульове положення. Відстань тягарця від осі зчитують або вимірюють на шкалі й записують.
• Рівень води () підвищують щоразу на , щоразу компенсуючи відхилення стрілки посуванням тягарця й записуючи . Наповнюють щонайменше до (див. дослід 2)
• Наприкінці спорожни скляну трубку. Для цього трохи потягни трубку вгору, аж поки вода зможе виходити зі шланга. Решту води вилий, нахиливши прилад. Вийми трубку і витри її.