Физика, 7 класс. Конспект урока

Тема урока Атмосферное давление.
Тип урока Изучение нового материала
Класс 7
Учебный предмет Физика
УМК «Физика» Раскрыть определение атмосферного давления, изучить причины возникновения атмосферного давления; явления, вызванные действиями атмосферы
Планируемые результаты
Личностные: формирование умений управлять своей учебной деятельностью, формирование интереса к физике при анализе физических явлений, формирование мотивации раскрытием связи теории и опыта, развитие логического мышления.
Предметные: формирование представлений об атмосферном давлении, формирование умений объяснять влияние атмосферного давления на живые организмы, использовать знания об атмосферном давлении в повседневной жизни.
Метапредметные: развивать умение определять цели и задачи деятельности, формировать умение анализировать факты при наблюдении и объяснении явлений, проводить наблюдения, опыты, обобщать и делать выводы.
Межпредметные связи География, биология, литература.
Формы организации познавательной деятельности Фронтальная,групповая, индивидуальная
Методы обучения Репродуктивный, проблемный, эвристический.
Дидактические средства Физика. 7 класс: учебник А.В. Перышкина, презентация к уроку, карточки с заданиями для индивидуальной, парной и групповой работ, ЦОР «Дрофа, 7 класс».
Оборудование Учебник, компьютер, проектор, на группу – стакан с водой, пипетки, листы бумаги.

Ход урока

I. Организационный момент.
Учитель: Здравствуйте! Садитесь! Рада приветствовать всех присутствующих! Я верю, что урок пройдет замечательно, и настроение у всех будет отличным.
II. Актуализация знаний
Учитель: Вспомните, что мы изучали на прошлом уроке?
Ученики: Сообщающиеся сосуды.
Учитель: Какие сосуды называются сообщающимися?
Ученики: Два сосуда, соединенные между собой резиновой трубкой, называются сообщающимися.
Учитель: Некоторые из вас изготовили модели фонтанов и сообщающихся сосудов. (показ своих работ учащимися).
Учитель: У вас на столах карточки с заданиями разного уровня сложности: низкий, средний, высокий. (Приложение 1) Выберите уровень сложности задания и выполните его. После выполнения обменяйтесь тетрадями и проверьте правильность выполнения задания на экране. Поставьте оценки. (Собрать выборочно несколько работ)
III. Целеполагание
Учитель: Ребята, послушайте внимательно, сейчас я вам загадаю загадки, а вы постарайтесь их отгадать.
Есть ли, дети одеяло,
Чтоб всю Землю укрывало?
Чтоб его на всех хватило,
Да притом не видно было?
Ни сложить, ни развернуть,
Ни пощупать, ни взглянуть?
Пропускало б дождь и свет,
Есть, а вроде бы и нет?
Что это?
Учащиеся: Атмосфера
Учитель:
Равными силами двое ребят
Доски сбивали и вот результат:
Гвоздь острием погрузился по шляпину,
Шляпкой оставлена малая вмятина,
Дружно друзья маханули кувалдою,
Треснули доски от этого надвое.
О какой физической величине идет речь?
Учащиеся: Давление.
Учитель. Правильно. Как будет звучать тема сегодняшнего урока?
Учащиеся: Атмосферное давление.
Учитель: А какова же цель урока?
Учащиеся: Узнать, что такое атмосферное давление.
Учитель: Постарайтесь определить ряд вопросов, на которые мы с вами должны будем ответить в течение урока.
Учащиеся: Что такое атмосферное давление, почему оно существует, где работает атмосферное давление и т.д.

Учитель: Многое, из того что вы сказали,имеет отношение к нашему сегодняшнему уроку, постараемся найти ответы на эти вопросы.
Откройте тетради и запишите тему урока. (надпись на доске)
IV. Открытие новых знаний
Учитель: Из курса географии вспомните, что такое атмосфера? Из чего она состоит?
Учащиеся: Атмосфера – воздушная оболочка, окружающая Землю. Состоит из кислорода, азота и других газов.
Учитель: Атмосфера имеет большое значение для человека. Для нормальной жизни человеку необходим воздух. Без него он сможет прожить не больше пяти минут. Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды. Его необходимо беречь, сохранять в чистоте. Атмосфера простирается на высоту нескольких тысяч километров и не имеет четкой верхней границы. Плотность атмосферы с высотой уменьшается. Как вы думаете, что произошло бы с атмосферой Земли, если бы не было силы земного притяжения?
Учащиеся: Она бы улетела.
Учитель: А почему атмосфера «не оседает» на поверхность Земли?
Учащиеся: Молекулы газов, составляющих атмосферу, движутся непрерывно и беспорядочно.
Учитель: Мы находимся на глубине воздушного океана. Как вы думаете, атмосфера давит на нас?
Учащиеся: Да.
Учитель: Вследствие действия силы тяжести верхние слои воздуха сжимают нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и по закону Паскаля передает производимое на него давление по всем направлениям. В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся в ней испытывают давление всей толщи воздуха или, иначе говоря, атмосферное давление.
Попробуем дать определение атмосферному давлению.
Учащиеся: Атмосферное давление – это давление, оказываемое атмосферой Земли на земную поверхность и на все тела, находящиеся на ней.
Учитель: Запишите определение в тетрадь.
Мы на себе не ощущаем давление воздуха. Так существует ли оно?
Учитель: Попробуем убедиться в существовании атмосферного давления, проделав опыты. Образуйте группы по 4 человека. На столах у вас есть необходимое оборудование и карточки с заданиями. (Приложение 2) Выполните их. Обсудите ответ в группе.
Зачем же мы сжимаем резиновый наконечник, перед тем как опустить пипетку в воду? (ответы учащихся)
Почему вода из стакана не выльется? (ответы учащихся)
Учитель: С чем были связаны, проделанные вами опыты?
Учащиеся: С атмосферным давлением.
V. Физкультминутка
Учитель: Сейчас встаньте из-за своих парт и выполняйте упражнения вместе со мной.
Поднимите голову вверх, вдох. Опустите голову на грудь, выдох.
Поднимите голову вверх, вдох. Опустите голову и сдуйте «ворсинку». Поднимите голову вверх, вдох. Опустите голову и задуйте свечи.
Повторите упражнение еще раз.
VI. Первичное закрепление
Учитель : Правильное дыхание способствует улучшению мыслительных процессов. Ребята, а вы знаете, что именно атмосферное давление помогает нам дышать! Легкие расположены в грудной клетке. При вдохе объем грудной клетки увеличивается, давление уменьшается, становится меньше атмосферного. И воздух устремляется в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, что вызывает уменьшение объема легких. Давление воздуха увеличивается и становится выше атмосферного, и воздух устремляется в окружающую среду. И не только здесь работает атмосферное давление. (ЦОР – Дрофа: фрагмент)
Перед вами тексты. (Приложение 3) Поработайте в парах. А потом послушаем желающих о действии атмосферного давления. (ответы учащихся)
Учитель: Сейчас я вам прочитаю отрывок из стихотворения «Айболит».
И горы встают перед ним на пути,
И он по горам начинает ползти,
А горы всё выше, а горы всё круче,
А горы уходят под самые тучи!
"О, если я не дойду,
Если в пути пропаду,
Что станется с ними, с больными,
С моими зверями лесными?
Подумайте, как изменяется атмосферное давление с высотой?
Учащиеся: Давление уменьшается.
Учитель: Посмотрите на доску, определите, где будет самое высокое давление у подножия горы или на ее вершине?
Учащиеся: У подножия горы.
Учитель: Верно.
Перед вами карточка. (Приложение 4) В тексте нужно вставить пропущенные слова. (проверка фронтально)
VII. Рефлексия учебной деятельности
Учитель: Давайте, подведем итог урока. О чем мы сегодня с вами
говорили? Достигли ли мы цели урока? Раскрыли тему?
Я узнал(а)...
У меня получилось...
Мне было трудно …
Я бы хотел(а) еще узнать …
Своей работой на уроке я доволен (не совсем, не доволен), потому что …
У меня … настроение.
Учитель: За работу на уроке … (выставление оценок)
VIII. Информирование о домашнем задании
Учитель: Откройте дневники, запишите домашнее задание:
П.42. упражнение 19. Дополнительно - задание 1. Стр.126
Список литературы
1. Генденштейн Л.Э. Решения ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы.-2-е изд., испр.-М.: ИЛЕКСА,2016.-208с.
2. Громцева О.И. Контрольные и самостоятельные работы по физике. 7 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 7 класс». ФГОС /7-е изд., испр.и доп.-М.: Издательство «Экзамен», 2016.-112с.
3. Марон А.Е. Физика. 7 класс:учебно-методическое пособие.-3-е изд.- М.: Дрофа, 2015.-123с.
4. Перышкин А.В. Физика, 7 класс – Москва: Дрофа, 2015.-319.
Приложение 1
Карточка «Сообщающие сосуды»
Задания низкого уровня сложности
1. Приведите примеры сообщающихся сосудов.
2. Две стеклянные трубки соединены резиновой трубкой. Останется ли уровень жидкости тот же, если правую трубку наклонить? Если левую трубку поднять вверх?
Задания среднего уровня сложности

1. В сообщающиеся сосуды налита вода. Что произойдет и почему, если в левую часть U- образной формы трубки долить немного воды; в средний сосуд трехколенной трубки долить воды?
2. Какой кофейник более вместительный?
Задания высокого уровня сложности
1. Какой кофейник более вместительный?
2. В сообщающихся сосудах находится ртуть. В один из сосудов доливают воду, а в другой- керосин. Высота столба воды hв =20 см. Какова должна быть высота hк столба керосина, чтобы уровни ртути в обоих сосудах совпадали.
Карточка
Ф.И.
Поставьте галочку напротив уровня сложности задания, которое вы выбрали.
Низкий Средний Высокий
Приложение 2
Карточка для групповой работы
Опыт 1:
Приборы и материалы: Вода, стакан, лист бумаги.

Налейте в стакан воды, закройте его листом бумаги и, поддерживая лист рукой, переверните стакан вверх дном. Уберите руку от бумаги. Вода из стакана не выльется. Объясните, почему? (Посмотрите рис.133, стр.132)
Опыт 2:
Приборы и материалы: Вода, пипетка.
Наберите воду в пипетку. Подумайте, зачем, перед тем как опустить пипетку в воду, мы сжимаем резиновый наконечник?

Приложение 3

Карточка «Как мы пьем»
Втягивание ртом жидкости вызывает расширение грудной клетки и разряжение воздуха как в легких, так и во рту. Наружное атмосферное давление становится выше внутреннего. И под его действием жидкость устремляется в рот.
Карточка «Почему мухи ходят по потолку»
Мухи поднимаются вертикально по гладкому оконному стеклу и свободно разгуливают по потолку. Как им это удается? Все это им доступно благодаря крошечным присоскам, которыми снабжены мушиные лапки. Как же действуют эти присоски? В них создается разряженное воздушное пространство, и атмосферное давление удерживает присоску у той поверхности, к которой она прикреплена.
Карточка «Кому легче ходить по грязи»
Лошади, имеющей сплошное копыто, очень трудно вытащить ногу из глубокой грязи. Под ногой, когда она ее поднимает, образуется разряженное пространство и атмосферное давление препятствует вытаскиванию ноги. В этом случае нога работает как поршень в цилиндре. Внешнее, огромное по сравнению с возникшим давлением, атмосферное давление не дает поднять ногу. При этом сила давления на ногу может достигать 1000 Н. Намного легче передвигаться по такой грязи жвачным животным, у которых копыта состоят из нескольких частей и при вытаскивании ноги из грязи сжимаются, пропуская воздух в образовавшееся углубление.
Приложение 4
Карточка для индивидуальной работы
Вокруг Земли существует _________________, которая удерживается благодаря ________________. Воздушный слой, прилегающий к Земле, сжат и по закону ___________ передает производимое на него ___________ по всем направлениям. С увеличением высоты атмосферное давление _____________________.

Карточка для индивидуальной работы для детей с ОВЗ
Восстановите предложения, заполнив пропуски.
Вокруг Земли существует _________________, которая удерживается благодаря ________________ _____________. Воздушный слой, прилегающий к Земле, сжат и по закону ___________ передает производимое на него ___________ по всем направлениям. С увеличением высоты атмосферное давление _____________________.

(силе притяжения, давление, атмосфера, уменьшается, Паскаля)

Скачать Конспект урока физики, 7 класс. Атмосферное давление

Атмосфера - воздушная оболочка Земли / высотой несколько тысяч километров /.

Лишившись атмосферы Земля стала бы такой же мертвой, как ее спутница Луна, где попеременно царят то испепеляющий зной, то ледянящий холод - + 130 С днем и - 150 С ночью.

Так выглядит состав газов атммосферы Земли:

По подсчетам Паскаля атмосфера Земли весит столько же, сколько весил бы медный шар диаметром 10км - пять квадриллионов (5000000000000000) тонн!

Земная поверхность и все тела на ней испытывают давление толщи воздуха, т.е. испытывают атмосферное давление.

Опыт, доказывающий существование атмосферного давления:

Еще один опыт:

Если на конец шприца вместо иголки одеть пробку /чтобы закрыть отверстие/, а затем вытягивать поршень, создавая под ним разряжение, то после отпускания поршня можно услышать резкий хлопок, и поршень втягивается. Это происходит вследствие действия на поршень наружного атмосферного давления.

КАК БЫЛО ОТКРЫТО АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ?

Итак, вспомни, воздух обладает весом...
В этом можно убедиться на опыте. Выкачав часть воздуха из шара, мы увидим, что он стал легче.

Впервые весомость воздуха привела людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами - вода не поднималась выше 10,3м

Поиски причин упрямства воды и опыты с более тяжелой жидкостью - ртутью, предпринятые в 1643г. Торричелли, привели к открытию атмосферного давления.

Торричелли обнаружил, что высота столба ртути в его опыте не зависит ни от формы трубки,ни от ее наклона. На уровне моря высота ртутного столба всегда была около 760мм.

Ученый предположил, что высота столба жидкости уравновешивается давлением воздуха. Зная высоту столба и плотность жидкости, можно определить величину давления атмосферы.

Правильность предположения Торричелли была подтверждена в 1648г. опытом Паскаля на горе Пью-де-Дом. Паскаль доказал, что меньший столб воздуха оказывает меньшее давление. Вследствие притяжения Земли и недостаточной скорости молекулы воздухане могут покинуть околоземное пространство. Однако они не падают на поверхность Земли, а парят над ней, т.к. находятся в непрерывном тепловом движении.

Благодаря тепловому движению и притяжению молекул к Земле их распределение в атмосфере неравномерно. При высоте атмосферы в 2000-3000км 99% ее массы сосредоточено в нижнем (до 30км) слое. Воздух, как и другие газы, хорошо сжимаем. Нижние слои атмосферы в результате давления на них верхних слоев имеют большую плотность воздуха.
Нормальное атмосферное давление на уровне моря в среднем составляет 760 мм рт.ст.= 1013гПа.
С высотой давление и плотность воздуха уменьшаются.

На небольших высотах каждые 12м подъема уменьшают атмосферное давление на 1 мм рт.ст. На больших высотах эта закономерность нарушается.

Происходит это потому, что высота воздушного столба, оказывающего давление, при подъеме уменьшается. Кроме того, в верхних слоях атмосферы воздух менее плотен.

А вот таким образом меняется температура воздуха в атмосфере Земли:

ИНТЕРЕСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

НАДО ЖЕ

Если бы атмосфера Земли не вращалась вместе с Землей вокруг ее оси, то на поверхности Земли возникли бы сильнейшие ураганы.

ЧТО ПРОИЗОШЛО БЫ НА ЗЕМЛЕ, если бы воздушная атмосфера вдруг исчезла?

На Земле установилась бы температура приблизительно -170 °С, замерзли бы все водные пространства, а суша покрылась бы ледяной корой.

Наступила бы полная тишина, так как звук в пустоте не распространяется; небо стало бы черным, поскольку окраска небесного свода зависит от воздуха; не стало бы сумерек, зорь, белых ночей.

Прекратилось бы мерцание звезд, а сами звезды были бы видны не только ночью, но и днем (днем мы их не видим из-за рассеивания частичками воздуха солнечного света).

Погибли бы животные и растения.

Некоторые планеты солнечной системы тоже имеют атмосферы, однако их давление не позволяет человеку находиться там без скафандра. На Венере, например, атмосферное давление около 100 атм, на Марсе – около 0,006 атм. из-за давления атмосферы на каждый квадратный сантиметр нашего тела действует сила 10 Н.

КАК ПЕРЕНОСИТ ЧЕЛОВЕК РАЗЛИЧНУЮ ВЫСОТУ НАД УРОВНЕМ МОРЯ?

ЧТО ПРОИЗОЙДЕТ С ЧЕЛОВЕКОМ, если его выбросить без скафандра в открытый космос?

В американском фильме ``Вспомнить все"" (с Арнольдом Шварцнегером в главной роли) у главных героев, когда они оказываются выброшенными на поверхность Марса, начинают вылезать из орбит глаза, а их тела раздуваются. Что же произойдет с человеком, попавшим без скафандра в безвоздушное пространство (вернее, что произойдет с его телом -- ведь дышать он не может). Давление газов внутри тела будет стремиться ``уравновесится"" с внешним (нулевым) давлением. Очень простая иллюстрация: банки, которые ставят больному. Воздух в них прогревают, отчего плотность газа уменьшается. Банку быстро прикладывают к поверхности, и Вы видите, как по мере остывания банки и воздуха в ней тело человека в этом месте затягивается в банку. А представьте такую банку вокруг человека...

Но это не единственный ``неприятный"" процесс. Как известно, человек состоит из воды как минимум на 75 %. Температура кипения воды при атмосферном давлении равна 100 С. Температура кипения сильно зависит от давления: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. ...Уже при давлении 0,4 атм. температура кипения воды равна 28,64 С, что значительно ниже температуры тела человека. Поэтому, на первый взгляд, при попадании в открытый космос человек лопнет и ``вскипит"" ... но взрыва тела не происходит. Дело в том, что если воздух из легких (и остальных полостей тела) беспрепятственно вышел, то в организме только жидкость, которая выделяет пузырьки газа, но сама сразу не вскипает. Между прочим, когда происходит разгерметизация (скажем, на большой высоте), то человек умирает, но на куски его не разрывает. Вспомним наших погибших космонавтов: 20км -- это примерно 1/10 атмосферы -- практически вакуум с интересующей нас точки зрения.
Хотя... Около 15 лет назад в одном из институтов Академгородка возникла идея попробовать вакуумную сушку мяса. Большой кусок мяса поместили в вакуумную камеру и начали резкую откачку. Кусок просто взорвался. После этого эксперимента было довольно сложно отскребать его результаты от стенок вакуумной камеры.

• сформировать представление об атмосферном давлении и закономерностях его изменения
• научиться высчитывать атмосферное давление с изменением высоты

Слайд 2

Повторение ранее изученного

• Что такое влажность воздуха?
• От чего она зависит?
• Как образуются туман и облака?
• Какие виды облаков вы знаете?
• Чем они отличаются друг от друга?
• Как образуются осадки?
• Какие виды осадков вы знаете?
• Как осадки распределяются по земной поверхности?

Слайд 3

• Где находится самое влажное место на Земле?
• Самое сухое?
• Как называются линии, соединяющие на картах точки с
  • одинаковым количеством осадков?Изогиеты
  • одинаковыми температурами?Изотермы
  • одинаковой абсолютной высотой? Изогипсы или горизонтали

Слайд 4

Имеет ли воздух вес?

Сколько весит воздух?

Слайд 5

• Сила, с которой столб воздуха атмосферы давит на земную поверхность и все, что на ней находится, называется атмосферным давлением.
• На 1 кв. см давит столб воздуха атмосферы с силой 1 кг 33 г.
• Первым изобрел прибор, при помощи которого измерил атмосферное давление, итальянский ученый Эванджелиста Торричелли в 1643 г.

Слайд 7

Среднее давление на уровне моря при t 0°С составляет 760 мм рт.ст. – нормальное атмосферное давление.

Слайд 8

В XVII в Роберт Гук предложил усовершенствовать барометр

Ртутным барометром пользоваться неудобно и небезопасно, поэтому изобрели барометр-анероид.

Слайд 9

Почему уровень ртути в трубке меняется с высотой?

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

На 100 м подъема давление падает на 10 мм рт.ст.

• С высоты 2000 м на 150 м подъема - 10мм рт.ст.;
• 6000 м на 200 м подъема - 10 мм.рт.ст.
• На высоте 10000 м атмосферное давление 217 мм рт.ст.
• На высоте 20000 м 51 мм рт.ст.

Слайд 14

Точки на карте с одинаковым атмосферным давлением соединяют линии - изобары

Слайд 15

Циклоны и антициклоны

• Земная поверхность нагревается неодинаково, следовательно и атмосферное давление в разных ее частях неодинаково
• Циклон – подвижная область с низким атмосферным давлением в центре
• Антициклон – подвижная область с высоким атмосферным давлением в центре
• Циклоны и антициклоны на картах обозначаются замкнутыми изобарами

Слайд 16

Так эти вихри выглядят из космоса

Слайд 17

Атмосферное давление (рекорды)

• Самое высокое атмосферное давление было зафиксировано в Красноярском крае в 1968 году 812,8 мм рт.ст.
• Самое низкое – на Филиппинах в 1979 году – 6525 мм рт.ст.
• Москва находится на высоте 145 м над уровнем моря. Самое высокое давление достигало 777,8 мм рт.ст. Самое низкое 708 мм рт.ст.
• Почему человек не чувствует атмосферное давление?
• Ладонь 100 кв.см. На нее давит столб воздуха атмосферы 100кг.

Слайд 18

Индейцы Перу живут на высоте 4000 м

Слайд 19

Решим задачи

• Высота населенного пункта 2000 м на уровнем моря. Высчитайте атмосферное давление на данной высоте.
• На уровне моря атмосферное давление 760 мм рт.ст
• На каждые 100 м подъема давление падает на 10 мм рт.ст.
• 2000:100=20
• 20х10 мм рт.ст.=200
• 760мм рт.ст.-200 мм рт.ст.=560 мм рт.ст.

Слайд 20

• Летчик поднялся на высоту 2 км. Каково атмосферное давление воздуха на этой высоте, если у поверхности земли оно равнялось 750 мм рт.ст.
• 2000:100=20
• 20х10=200
• 750-200=550
• Какова высота горы, если у подножия атмосферное давление 765 мм рт.ст., а на вершине 720 мм рт.ст.?
• 765-720=45 мм рт.ст.
• На 100 м – 10 мм рт.ст.
• На х м -45 мм рт.ст.
• х= 100х45:10=450м

Слайд 21

• Чему равна относительная высота горной вершины, если у подошвы горы барометр показывает 740 мм, а на вершине – 440 мм
• Разница в давлении 300мм, значит высота поднятия =3000м

Слайд 22

• У подножия горы атмосферное давление – 765 мм рт.ст. На какой высоте атмосферное давление будет 705 мм рт.ст.
• У подножия возвышенности давление 760 мм рт.ст.
• Какова высота возвышенности, если на вершине атмосферное давление – 748 мм рт.ст. Холм это или гора?
• 765-705=60
• Разница в давлении 60мм, следовательно, на высоте 600м
• Разница в давлении 12мм, значит высота поднятия 120 м. Это холм, поскольку высота поднятия не превышает 200м

Посмотреть все слайды

Человек на лыжах, и без них.

По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.

Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой. Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.

Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена (перпендикулярно которой она действует).

Этот вывод подтверждают физические опыты.

Опыт.Результат действия данной силы зависит от того, какая сила действует на единицу площади поверхности.

По углам небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие. В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно углубляются в песок.

Опыт. Вторая иллюстрация.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия этой силы.

В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна поверхности доски.

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

Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности:

давление = сила / площадь .

Обозначим величины, входящие в это выражение: давление - p , сила, действующая на поверхность, - F и площадь поверхности - S .

Тогда получим формулу:

p = F/S

Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить большее давление.

За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м 2 перпендикулярно этой поверхности .

Единица давления - ньютон на квадратный метр (1 Н / м 2). В честь французского ученого Блеза Паскаля она называется паскалем (Па ). Таким образом,

1 Па = 1 Н / м 2 .

Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа ) и килопаскаль (кПа ).

1 кПа = 1000 Па;

1 гПа = 100 Па;

1 Па = 0,001 кПа;

1 Па = 0,01 гПа.

Запишем условие задачи и решим её.

Дано : m = 45 кг, S = 300 см 2 ; p = ?

В единицах СИ: S = 0,03 м 2

Решение:

p = F /S ,

F = P ,

P = g·m ,

P = 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,

p = 450/0,03 Н / м 2 = 15000 Па = 15 кПа

"Ответ": p = 15000 Па = 15 кПа

Способы уменьшения и увеличения давления.

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 - 50 кПа, т. е. всего в 2 - 3 раза больше, чем давление мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется на бóльшую площадь за счёт гусеничной передачи. А мы установили, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору .

В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм 2 , то давление, производимое ею, равно:

p = 50 Н/ 0, 000 001 м 2 = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.

Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Заточенный край острого лезвия имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.

Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. - все они из твердого материала, гладкие и очень острые.

Давление

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся.

Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см 2 за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, - оно и создает давление газа.

Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа .

Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму правильного шара.

Как объяснить этот опыт?

Для хранения и перевозки сжатого газа используются специальные прочные стальные баллоны.

В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково . Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.

На рисунке а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается. Резиновая пленка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.

Наоборот, при увеличении объема этой же массы газа, число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшается. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда - давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объем воздуха увеличивается, пленка прогибается внутрь сосуда. Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился бы любой другой газ.

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

А как изменится давление газа, если нагреть его при постоянном объеме? Известно, что скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку будет сильнее. Вследствие этого, стенки сосуда будут испытывать большее давление.

Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа , при условии, что масса газа и объем не изменяются.

Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда .

Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы необходимо заключать в специальные, очень прочные баллоны. В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов. Конечно же, мы должны навсегда запомнить, что газовые баллоны нельзя нагревать, тем более, когда они заполнены газом. Потому что, как мы уже понимаем, может произойти взрыв с очень неприятными последствиями.

Закон Паскаля.

Давление передается в каждую точку жидкости или газа.

Давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар.

Теперь газ.

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку . Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке, а изображен сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного переместиться внутрь и сжать газ (жидкость), находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы (молекулы) расположатся в этом месте более плотно, чем прежде(рис, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис, в). Поэтому давление газа всюду возрастет. Значит, добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ (жидкость) около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа или жидкости давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается на любую точку одинаково во всех направлениях .

Это утверждение называется законом Паскаля .

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке изображен полый шар, имеющий в различных местах небольшие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма. Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково .

Давление в жидкости и газе.

Под действием веса жидкости резиновое дно в трубке прогнется.

На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому, каждый слой жидкости, налитой в сосуд, своим весом создает давление, которое по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление. В этом можно убедиться на опыте.

В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой пленкой, нальем воду. Под действием веса жидкости дно трубки прогнется.

Опыт показывает, что, чем выше столб воды над резиновой пленкой, тем больше она прогибается. Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как, кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.

Силы, действующие на резиновую пленку,

одинаковы с обеих сторон.

Иллюстрация.

Дно отходит от цилиндра вследствие давления на него силы тяжести.

Опустим трубку с резиновым дном, в которую налита вода, в другой, более широкий сосуд с водой. Мы увидим, что по мере опускания трубки резиновая пленка постепенно выпрямляется. Полное выпрямление пленки показывает, что силы, действующие на нее сверху и снизу, равны. Наступает полное выпрямление пленки тогда, когда уровни воды в трубке и сосуде совпадают.

Такой же опыт можно провести с трубкой, в которой резиновая пленка закрывает боковое отверстие, как это показано на рисунке, а. Погрузим эту трубку с водой в другой сосуд с водой, как это изображено на рисунке, б . Мы заметим, что пленка снова выпрямится, как только уровни воды в трубке и сосуде сравняются. Это означает, что силы, действующие на резиновую пленку, одинаковы со всех сторон.

Возьмем сосуд, дно которого может отпадать. Опустим его в банку с водой. Дно при этом окажется плотно прижатым к краю сосуда и не отпадет. Его прижимает сила давления воды, направленная снизу вверх.

Будем осторожно наливать воду в сосуд и следить за его дном. Как только уровень воды в сосуде совпадет с уровнем воды в банке, оно отпадет от сосуда.

В момент отрыва на дно давит сверху вниз столб жидкости в сосуде, а снизу вверх на дно передается давление такого же по высоте столба жидкости, но находящейся в банке. Оба эти давления одинаковы, дно же отходит от цилиндра вследствие действия на него собственной силы тяжести.

Выше были описаны опыты с водой, но если взять вместо воды любую другую жидкость, результаты опыта будут те же.

Итак, опыты показывают, что 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, ведь они тоже имеют вес. Но надо помнить, что плотность газа в сотни раз меньше плотности жидкости. Вес газа, находящегося в сосуде, мал, и его "весовое" давление во многих случаях можно не учитывать.

Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда.

Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда.

Рассмотрим, как можно рассчитывать давление жидкости на дно и стенки сосуда. Решим сначала задачу для сосуда, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда.

Сила F , с которой жидкость, налитая в этот сосуд, давит на его дно, равна весу P жидкости, находящейся в сосуде. Вес жидкости можно определить, зная ее массу m . Массу, как известно, можно вычислить по формуле: m = ρ·V . Объем жидкости, налитой в выбранный нами сосуд, легко рассчитать. Если высоту столба жидкости, находящейся в сосуде, обозначить буквой h , а площадь дна сосуда S , то V = S·h .

Масса жидкости m = ρ·V , или m = ρ·S·h .

Вес этой жидкости P = g·m , или P = g·ρ·S·h .

Так как вес столба жидкости равен силе, с которой жидкость давит на дно сосуда, то, разделив вес P на площадь S , получим давление жидкости p :

p = P/S , или p = g·ρ·S·h/S,

Мы получили формулу для расчета давления жидкости на дно сосуда. Из этой формулы видно, что давление жидкости на дно сосуда зависит только от плотности и высоты столба жидкости .

Следовательно, по выведенной формуле можно рассчитывать давление жидкости, налитой в сосуд любой формы (строго говоря, наш расчет годится только для сосудов, имеющих форму прямой призмы и цилиндра. В курсах физики для института доказано, что формула верна и для сосуда произвольной формы). Кроме того, по ней можно вычислить и давление на стенки сосуда. Давление внутри жидкости, в том числе давление снизу вверх, также рассчитывается по этой формуле, так как давление на одной и той же глубине одинаково по всем направлениям.

При расчете давления по формуле p = gρh надо плотность ρ выражать в килограммах на кубический метр (кг/м 3), а высоту столба жидкости h - в метрах (м), g = 9,8 Н/кг, тогда давление будет выражено в паскалях (Па).

Пример . Определите давление нефти на дно цистерны, если высота столба нефти 10 м, а плотность ее 800 кг/м 3 .

Запишем условие задачи и запишем ее.

Дано :

ρ = 800 кг/м 3

Решение :

p = 9.8 Н/кг · 800 кг/м 3 · 10 м ≈ 80 000 Па ≈ 80 кПа.

Ответ : p ≈ 80 кПа.

Сообщающиеся сосуды.

Сообщающиеся сосуды.

На рисунке изображены два сосуда, соединённые между собой резиновой трубкой. Такие сосуды называются сообщающимися . Лейка, чайник, кофейник - примеры сообщающихся сосудов. Из опыта мы знаем, что вода, налитая, например, в лейку, стоит всегда на одном уровне в носике и внутри.

Сообщающиеся сосуды встречаются нам часто. Например, им может быть чайник, лейка или кофейник.

Поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне в сообщающихся сосудах любой формы.

Разные по плотности жидкости.

С сообщающимися сосудами можно проделать следующий простой опыт. В начале опыта резиновую трубку зажимаем в середине, и в одну из трубок наливаем воду. Затем зажим открываем, и вода вмиг перетекает в другую трубку, пока поверхности воды в обеих трубках не установятся на одном уровне. Можно закрепить одну из трубок в штативе, а другую поднимать, опускать или наклонять в разные стороны. И в этом случае, как только жидкость успокоится, ее уровни в обеих трубках уравняются.

В сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне (при условии, что давление воздуха над жидкостью одинаково) (рис. 109).

Это можно обосновать следующим образом. Жидкость покоится, не перемещаясь из одного сосуда в другой. Значит, давления в обоих сосудах на любом уровне одинаковы. Жидкость в обоих сосудах одна и та же, т. е. имеет одинаковую плотность. Следовательно, должны быть одинаковы и ее высоты. Когда мы поднимаем один сосуд или доливаем в него жидкость, давление в нем увеличивается и жидкость перемещается в другой сосуд до тех пор, пока давления не уравновесятся.

Если в один из сообщающихся сосудов налить жидкость одной плотности, а во второй - другой плотности, то при равновесии уровни этих жидкостей не будут одинаковыми. И это понятно. Мы ведь знаем, что давление жидкости на дно сосуда прямо пропорционально высоте столба и плотности жидкости. А в этом случае плотности жидкостей будут различны.

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

Опыт. Как определить массу воздуха.

Вес воздуха. Атмосферное давление.

Существование атмосферного давления.

Атмосферное давление больше, чем давление разреженного воздуха в сосуде.

На воздух, как и на всякое тело, находящееся на Земле, действует сила тяжести, и, значит, воздух обладает весом. Вес воздуха легко вычислить, зная его массу.

На опыте покажем, как вычислить массу воздуха. Для этого нужно взять прочный стеклянный шар с пробкой и резиновой трубкой с зажимом. Выкачаем из него насосом воздух, зажмем трубку зажимом и уравновесим на весах. Затем, открыв зажим на резиновой трубке, впустим в него воздух. Равновесие весов при этом нарушится. Для его восстановления на другую чашку весов придется положить гири, масса которых будет равна массе воздуха в объеме шара.

Опытами установлено, что при температуре 0 °С и нормальном атмосферном давлении масса воздуха объемом 1 м 3 равна 1,29 кг. Вес этого воздуха легко вычислить:

P = g·m, P = 9,8 Н/кг · 1,29 кг ≈ 13 Н.

Воздушная оболочка, окружающая Землю, называется атмосфера (от греч. атмос - пар, воздух, и сфера - шар).

Атмосфера, как показали наблюдения за полетом искусственных спутников Земли, простирается на высоту нескольких тысяч километров.

Вследствие действия силы тяжести верхние слои атмосферы, подобно воде океана, сжимают нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает производимое на него давление по всем направлениям.

В результате этого земная поверхность и телá, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорится в таких случаях, испытывают атмосферное давление .

Существованием атмосферного давления могут быть объяснены многие явления, с которыми мы встречаемся в жизни. Рассмотрим некоторые из них.

На рисунке изображена стеклянная трубка, внутри которой находится поршень, плотно прилегающий к стенкам трубки. Конец трубки опущен воду. Если поднимать поршень, то за ним будет подниматься и вода.

Это явление используется в водяных насосах и некоторых других устройствах.

На рисунке показан цилиндрический сосуд. Он закрыт пробкой, в которую вставлена трубка с краном. Из сосуда насосом откачивается воздух. Затем конец трубки помещается в воду. Если теперь открыть кран, то вода фонтаном брызнет в внутрь сосуда. Вода поступает в сосуд потому, что атмосферное давление больше давления разреженного воздуха в сосуде.

Почему существует воздушная оболочка Земли.

Как и все тела, молекулы газов, входящих в состав воздушной оболочки Земли, притягиваются к Земле.

Но почему же тогда все они не упадут на поверхность Земли? Каким образом сохраняется воздушная оболочка Земли, ее атмосфера? Чтобы понять это, надо учесть, что молекулы газов находятся в непрерывном и беспорядочном движении. Но тогда возникает другой вопрос: почему эти молекулы не улетают в мировое пространство, то есть в космос.

Для того, чтобы совсем покинуть Землю, молекула, как и космический корабль или ракета, должна иметь очень большую скорость (не меньше 11,2 км/с). Это так называемая вторая космическая скорость . Скорость большинства молекул воздушной оболочки Земли значительно меньше этой космической скорости. Поэтому большинство их привязано к Земле силой тяжести, лишь ничтожно малое количество молекул улетает за пределы Земли в космос.

Беспорядочное движение молекул и действие на них силы тяжести приводят в результате к тому, что молекулы газов "парят" в пространстве около Земли, образуя воздушную оболочку, или известную нам атмосферу.

Измерения показывают, что плотность воздуха быстро уменьшается с высотой. Так, на высоте 5,5 км над Землей плотность воздуха в 2 раза меньше его плотность у поверхности Земли, на высоте 11 км - в 4 раза меньше, и т. д. Чем выше, тем воздух разреженнее. И наконец, в самых верхних слоях (сотни и тысячи километров над Землей) атмосфера постепенно переходит в безвоздушное пространство. Четкой границы воздушная оболочка Земли не имеет.

Строго говоря, вследствие действия силы тяжести плотность газа в любом закрытом сосуде неодинакова по всему объему сосуда. Внизу сосуда плотность газа больше, чем в верхних его частях, поэтому и давление в сосуде неодинаково. На дне сосуда оно больше, чем вверху. Однако для газа, содержащегося в сосуде, это различие в плотности и давлении столь мало, что его можно во многих случаях совсем не учитывать, просто знать об этом. Но для атмосферы, простирающейся на несколько тысяч километров, различие это существенно.

Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли.

Рассчитать атмосферное давление по формуле для вычисления давления столба жидкости (§ 38) нельзя. Для такого расчета надо знать высоту атмосферы и плотность воздуха. Но определенной границы у атмосферы нет, а плотность воздуха на разной высоте различна. Однако измерить атмосферное давление можно с помощью опыта, предложенного в 17 веке итальянским ученым Эванджелиста Торричелли , учеником Галилея.

Опыт Торричелли состоит в следующем: стеклянную трубку длиной около 1 м, запаянную с одного конца, наполняют ртутью. Затем, плотно закрыв второй конец трубки, ее переворачивают и опускают в чашку с ртутью, где под уровнем ртути открывают этот конец трубки. Как и в любом опыте с жидкостью, часть ртути при этом выливается в чашку, а часть ее остается в трубке. Высота столба ртути, оставшейся в трубке, равна примерно 760 мм. Над ртутью внутри трубки воздуха нет, там безвоздушное пространство, поэтому никакой газ не оказывает давления сверху на столб ртути внутри этой трубки и не влияет на измерения.

Торричелли, предложивший описанный выше опыт, дал и его объяснение. Атмосфера давит на поверхность ртути в чашке. Ртуть находится в равновесии. Значит, давление в трубке на уровне аа 1 (см. рис) равно атмосферному давлению. При изменении атмосферного давления меняется и высота столба ртути в трубке. При увеличении давления столбик удлиняется. При уменьшении давления - столб ртути уменьшает свою высоту.

Давление в трубке на уровне аа1 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 , т. е.

p атм = p ртути.

Чем больше атмосферное давление, тем выше столб ртути в опыте Торричелли. Поэтому на практике атмосферное давление можно измерить высотой ртутного столба (в миллиметрах или сантиметрах). Если, например, атмосферное давление равно 780 мм рт. ст. (говорят "миллиметров ртутного столба"), то это значит, что воздух производит такое же давление, какое производит вертикальный столб ртути высотой 780 мм.

Следовательно, в этом случае за единицу измерения атмосферного давления принимается 1 миллиметр ртутного столба (1 мм рт. ст.). Найдем соотношение между этой единицей и известной нам единицей - паскалем (Па).

Давление столба ртути ρ ртути высотой 1 мм равно:

p = g·ρ·h , p = 9,8 Н/кг · 13 600 кг/ м 3 · 0,001 м ≈ 133,3 Па.

Итак, 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

В настоящее время атмосферное давление принято измерять в гектопаскалях (1 гПа = 100 Па). Например, в сводках погоды может быть объявлено, что давление равно 1013 гПа, это то же самое, что 760 мм рт. ст.

Наблюдая ежедневно за высотой ртутного столба в трубке, Торричелли обнаружил, что эта высота меняется, т. е. атмосферное давление непостоянно, оно может увеличиваться и уменьшаться. Торричелли заметил также, что атмосферное давление связано с изменением погоды.

Если к трубке с ртутью, использовавшейся в опыте Торричелли, прикрепить вертикальную шкалу, то получится простейший прибор - ртутный барометр (от греч. барос - тяжесть, метрео - измеряю). Он служит для измерения атмосферного давления.

Барометр - анероид.

В практике для измерения атмосферного давления используют металлический барометр, называемый анероидом (в переводе с греческого - безжидкостный ). Так барометр называют потому, что в нем нет ртути.

Внешний вид анероида изображен на рисунке. Главная часть его - металлическая коробочка 1 с волнистой (гофрированной) поверхностью (см. др. рис.). Из этой коробочки выкачан воздух, а чтобы атмосферное давление не раздавило коробочку, ее крышка 2 пружиной оттягивается вверх. При увеличении атмосферного давления крышка прогибается вниз и натягивает пружину. При уменьшении давления пружина выпрямляет крышку. К пружине с помощью передаточного механизма 3 прикреплена стрелка-указатель 4, которая продвигается вправо или влево при изменении давления. Под стрелкой укреплена шкала, деления которой нанесены по показаниям ртутного барометра. Так, число 750, против которого стоит стрелка анероида (см. рис.), показывает, что в данный момент в ртутном барометре высота ртутного столба 750 мм.

Следовательно, атмосферное давление равно 750 мм рт. ст. или ≈ 1000 гПа.

Значение атмосферного давления весьма важно для предвидения погоды на ближайшие дни, так как изменение атмосферного давления связано с изменением погоды. Барометр - необходимый прибор для метеорологических наблюдений.

Атмосферное давление на различных высотах.

В жидкости давление, как мы знаем, зависит от плотности жидкости и высоты ее столба. Вследствие малой сжимаемости плотность жидкости на различных глубинах почти одинакова. Поэтому, вычисляя давление, мы считаем ее плотность постоянной и учитываем только изменение высоты.

Сложнее дело обстоит с газами. Газы сильно сжимаемы. А чем сильнее газ сжат, тем больше его плотность, и тем большее давление он производит. Ведь давление газа создается ударами его молекул о поверхность тела.

Слои воздуха у поверхности Земли сжаты всеми вышележащими слоями воздуха, находящимися над ними. Но чем выше от поверхности слой воздуха, тем слабее он сжат, тем меньше его плотность. Следовательно, тем меньшее давление он производит. Если, например, воздушный шар поднимается над поверхностью Земли, то давление воздуха на шар становиться меньше. Это происходит не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что уменьшается плотность воздуха. Вверху она меньше, чем внизу. Поэтому зависимость давления воздуха от высоты сложнее, чем жидкости.

Наблюдения показывают, что атмосферное давление в местностях, лежащих на уровне моря, в среднем равно 760 мм рт. ст.

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

Нормальное атмосферное давление равно 101 300 Па = 1013 гПа.

Чем больше высота над уровнем моря, тем давление меньше.

При небольших подъемах, в среднем, на каждые 12 м подъема давление уменьшается на 1 мм рт. ст. (или на 1,33 гПа).

Зная зависимость давления от высоты, можно по изменению показаний барометра определить высоту над уровнем моря. Анероиды, имеющие шкалу, по которой непосредственно можно измерить высоту над уровнем моря, называются высотомерами . Их применяют в авиации и при подъеме на горы.

Манометры.

Мы уже знаем, что для измерения атмосферного давления применяют барометры. Для измерения давлений, бóльших или меньших атмосферного, используется манометры (от греч. манос - редкий, неплотный, метрео - измеряю). Манометры бывают жидкостные и металлические .

Рассмотрим сначала устройство и действие открытого жидкостного манометра . Он состоит из двухколенной стеклянной трубки, в которую наливается какая-нибудь жидкость. Жидкость устанавливается в обоих коленах на одном уровне, так как на ее поверхность в коленах сосуда действует только атмосферное давление.

Чтобы понять, как работает такой манометр, его можно соединить резиновой трубкой с круглой плоской коробкой, одна сторона которой затянута резиновой пленкой. Если надавить пальцем на пленку, то уровень жидкости в колене манометра, соединенном в коробкой, понизится, а в другом колене повысится. Чем это объясняется?

При надавливании на пленку увеличивается давление воздуха в коробке. По закону Паскаля это увеличение давления передается и жидкости в том колене манометра, которое присоединено к коробке. Поэтому давление на жидкость в этом колене будет больше, чем в другом, где на жидкость действует только атмосферное давление. Под действием силы этого избыточного давления жидкость начнет перемещаться. В колене со сжатым воздухом жидкость опустится, в другом - поднимется. Жидкость придет в равновесие (остановится), когда избыточное давление сжатого воздуха уравновесится давлением, которое производит избыточный столб жидкости в другом колене манометра.

Чем сильнее давить на пленку, тем выше избыточный столб жидкости, тем больше его давление. Следовательно, об изменении давления можно судить по высоте этого избыточного столба .

На рисунке показано, как таким манометром можно измерять давление внутри жидкости. Чем глубже погружается в жидкость трубочка, тем больше становится разность высот столбов жидкости в коленах манометра , тем, следовательно, и большее давление производит жидкость .

Если установить коробочку прибора на какой-нибудь глубине внутри жидкости и поворачивать ее пленкой вверх, вбок и вниз, то показания манометра при этом не будут меняется. Так и должно быть, ведь на одном и том же уровне внутри жидкости давление одинаково по всем направлениям .

На рисунке изображен металлический манометр . Основная часть такого манометра - согнутая в трубу металлическая трубка 1 , один конец которой закрыт. Другой конец трубки с помощью крана 4 сообщается с сосудом, в котором измеряют давление. При увеличении давления трубка разгибается. Движение её закрытого конца при помощи рычага 5 и зубчатки 3 передается стрелке 2 , движущейся около шкалы прибора. При уменьшении давления трубка, благодаря своей упругости, возвращается в прежнее положение, а стрелка - к нулевому делению шкалы.

Поршневой жидкостный насос.

В опыте, рассмотренном нами ранее (§ 40), было установлено, что вода в стеклянной трубке под действием атмосферного давления поднималась вверх за поршнем. На этом основано действие поршневых насосов.

Насос схематически изображен на рисунке. Он состоит из цилиндра, внутри которого ходит вверх и вниз, плотно прилегая к стенкам сосуда, поршень 1 . В нижней части цилиндра и в самом поршне установлены клапаны 2 , открывающиеся только вверх. При движении поршня вверх вода под действием атмосферного давления входит в трубу, поднимает нижний клапан и движется за поршнем.

При движении поршня вниз вода, находящаяся под поршнем, давит на нижний клапан, и он закрывается. Одновременно под давлением воды открывается клапан внутри поршня, и вода переходит в пространство над поршнем. При следующем движении поршня вверх в месте с ним поднимается и находящаяся над ним вода, которая и выливается в отводящую трубу. Одновременно за поршнем поднимается и новая порция воды, которая при последующем опускании поршня окажется над ним, и вся эта процедура повторяется вновь и вновь, пока работает насос.

Гидравлический пресс.

Закон Паскаля позволяет объяснить действие гидравлической машины (от греч. гидравликос - водяной). Это машины, действие которых основано на законах движения и равновесия жидкостей.

Основной частью гидравлической машины служат два цилиндра разного диаметра, снабженные поршнями и соединительной трубкой. Пространство под поршнями и трубку заполняют жидкостью (обычно минеральным маслом). Высоты столбов жидкости в обоих цилиндрах одинаковы, пока на поршни не действуют силы.

Допустим теперь, что силы F 1 и F 2 - силы, действующие на поршни, S 1 и S 2 - площади поршней. Давление под первым (малым) поршнем равно p 1 = F 1 / S 1 , а под вторым (большим) p 2 = F 2 / S 2 . По закону Паскаля давление покоящейся жидкостью во все стороны передается одинаково, т. е. p 1 = p 2 или F 1 / S 1 = F 2 / S 2 , откуда:

F 2 / F 1 = S 2 / S 1 .

Следовательно, сила F 2 во столько раз больше силы F 1 , во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого поршня . Например, если площадь большого поршня 500 см 2 , а малого 5 см 2 , и на малый поршень действует сила 100 Н, то на больший поршень будет действовать сила, в 100 раз бóльшая, то есть 10 000 Н.

Таким образом, с помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить бóльшую силу.

Отношение F 1 / F 2 показывает выигрыш в силе. Например, в приведенном примере выигрыш в силе равен 10 000 Н / 100 Н = 100.

Гидравлическая машина, служащая для прессования (сдавливания), называется гидравлическим прессом .

Гидравлические прессы применяются там, где требуется большая сила. Например, для выжимания масла из семян на маслобойных заводах, для прессования фанеры, картона, сена. На металлургических заводах гидравлические прессы используют для изготовления стальных валов машин, железнодорожных колес и многих других изделий. Современные гидравлические прессы могут развивать силу в десятки и сотни миллионов ньютонов.

Устройство гидравлического пресса схематически показано на рисунке. Прессуемое тело 1 (A) кладут на платформу, соединенную с большим поршнем 2 (B). При помощи малого поршня 3 (D) создается большое давление на жидкость. Это давление передается в каждую точку жидкости, заполняющей цилиндры. Поэтому такое же давление действует и на второй, большой поршень. Но так как площадь 2-го (большого) поршня больше площади малого, то и сила, действующая на него, будет больше силы, действующей на поршень 3 (D). Под действием этой силы поршень 2 (B) будет подниматься. При подъеме поршня 2 (B) тело (A) упирается в неподвижную верхнюю платформу и сжимается. При помощи манометра 4 (M) измеряется давление жидкости. Предохранительный клапан 5 (P) автоматически открывается, когда давление жидкости превышает допустимое значение.

Из малого цилиндра в большой жидкость перекачивается повторными движениями малого поршня 3 (D). Это осуществляется следующим образом. При подъеме малого поршня (D) клапан 6 (K) открывается, и в пространство, находящееся под поршнем, засасывается жидкость. При опускании малого поршня под действием давления жидкости клапан 6 (K) закрывается, а клапан 7 (K") открывается, и жидкость переходит в большой сосуд.

Действие воды и газа на погруженное в них тело.

Под водой мы легко можем поднять камень, который с трудом поднимается в воздухе. Если погрузить пробку под воду и выпустить ее из рук, то она всплывет. Как можно объяснить эти явления?

Мы знаем (§ 38), что жидкость давит на дно и стенки сосуда. И если внутрь жидкости поместить какое-нибудь твердое тело, то оно также будет подвергаться давлению, как и стенки сосуда.

Рассмотрим силы, которые действуют со стороны жидкости на погруженное в нее тело. Чтобы легче было рассуждать, выберем тело, которое имеет форму параллелепипеда с основаниями, параллельными поверхности жидкости (рис.). Силы, действующие на боковые грани тела, попарно равны и уравновешивают друг друга. Под действием этих сил тело сжимается. А вот силы, действующие на верхнюю и нижнюю грани тела, неодинаковы. На верхнюю грань давит сверху силой F 1 столб жидкости высотой h 1 . На уровне нижней грани давление производит столб жидкости высотой h 2 . Это давление, как мы знаем (§ 37), передается внутри жидкости во все стороны. Следовательно, на нижнюю грань тела снизу вверх с силой F 2 давит столб жидкости высотой h 2 . Но h 2 больше h 1 , следовательно, и модуль силы F 2 больше модуля силы F 1 . Поэтому тело выталкивается из жидкости с силой F выт, равной разности сил F 2 - F 1 , т. е.

Но S·h = V, где V - объем параллелепипеда, а ρ ж ·V = m ж - масса жидкости в объеме параллелепипеда. Следовательно, F выт = g·m ж = P ж, т. е. выталкивающая сила равна весу жидкости в объеме погруженного в нее тела (выталкивающая сила равна весу жидкости такого же объёма, как и объём погруженного в нее тела). Существование силы, выталкивающей тело из жидкости, легко обнаружить на опыте. На рисунке а изображено тело, подвешенное к пружине со стрелкой-указателем на конце. Стрелка отмечает на штативе растяжение пружины. При отпускании тела в воду пружина сокращается (рис., б ). Такое же сокращение пружины получится, если действовать на тело снизу вверх с некоторой силой, например, нажать рукой (приподнять). Следовательно, опыт подтверждает, что на тело, находящееся в жидкости, действует сила, выталкивающая это тело из жидкости . К газам, как мы знаем, также применим закон Паскаля. Поэтому на тела, находящиеся в газе, действует сила, выталкивающая их из газа . Под действием этой силы воздушные шары поднимаются вверх. Существование силы, выталкивающей тело из газа, можно также наблюдать на опыте. К укороченной чашке весов подвесим стеклянный шар или большую колбу, закрытую пробкой. Весы уравновешиваются. Затем под колбу (или шар) ставят широкий сосуд так, чтобы он окружал всю колбу. Сосуд наполняется углекислым газом, плотность которого больше плотности воздуха (поэтому углекислый газ опускается вниз и заполняет сосуд, вытесняя из него воздух). При этом равновесие весов нарушается. Чашка с подвешенной колбой поднимается вверх (рис.). На колбу, погруженную в углекислый газ, действует бóльшая выталкивающая сила, по сравнению с той, которая действует на нее в воздухе. Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, направлена противоположно силе тяжести, приложенной к этому телу . Поэтому пролкосмосе). Именно этим объясняется, что в воде мы иногда легко поднимаем тела, которые с трудом удерживаем в воздухе. К пружине подвешивается небольшое ведерко и тело цилиндрической формы (рис., а). Стрелка на штативе отмечает растяжение пружины. Она показывает вес тела в воздухе. Приподняв тело, под него подставляется отливной сосуд, наполненный жидкостью до уровня отливной трубки. После чего тело погружается целиком в жидкость (рис., б). При этом часть жидкости, объем которой равен объему тела, выливается из отливного сосуда в стакан. Пружина сокращается, и указатель пружины поднимается вверх, показывая уменьшение веса тела в жидкости. В данном случае на тело, кроме силы тяжести, действует еще одна сила, выталкивающая его из жидкости. Если в верхнее ведерко вылить жидкость из стакана (т. е. ту, которую вытеснило тело), то указатель пружины возвратится к своему начальному положению (рис., в). На основании этого опыта можно заключить, что сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела . Такой же вывод мы получили и в § 48. Если подобный опыт проделать с телом, погруженным в какой-либо газ, то он показал бы, что сила, выталкивающая тело из газа, также равна весу газа, взятого в объеме тела . Сила, выталкивающая тело из жидкости или газа, называется архимедовой силой , в честь ученого Архимеда , который впервые указал на ее существование и рассчитал ее значение. Итак, опыт подтвердил, что архимедова (или выталкивающая) сила равна весу жидкости в объеме тела, т. е. F А = P ж = g·m ж. Массу жидкости m ж, вытесняемую телом, можно выразить через ее плотность ρ ж и объем тела V т, погруженного в жидкость (так как V ж - объем вытесненной телом жидкости равен V т - объему тела, погруженного в жидкость), т. е. m ж = ρ ж ·V т. Тогда получим: F A = g·ρ ж ·V т Следовательно, архимедова сила зависит от плотности жидкости, в которую погружено тело, и от объема этого тела. Но она не зависит, например, от плотности вещества тела, погружаемого в жидкость, так как эта величина не входит в полученную формулу. Определим теперь вес тела, погруженного в жидкость (или в газ). Так как две силы, действующие на тело в этом случае, направлены в противоположные стороны (сила тяжести вниз, а архимедова сила вверх), то вес тела в жидкости P 1 будет меньше веса тела в вакууме P = g·m на архимедову силу F А = g·m ж (где m ж - масса жидкости или газа, вытесненной телом). Таким образом, если тело погружено в жидкость или газ, то оно теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость или газ . Пример . Определить выталкивающую силу, действующую на камень объемом 1,6 м 3 в морской воде. Запишем условие задачи и решим ее. Когда всплывающее тело достигнет поверхности жидкости, то при дальнейшем его движении вверх архимедова сила будет уменьшаться. Почему? А потому, что будет уменьшаться объем части тела, погруженной в жидкость, а архимедова сила равна весу жидкости в объеме погруженной в нее части тела. Когда архимедова сила станет равной силе тяжести, тело остановится и будет плавать на поверхности жидкости, частично погрузившись в нее. Полученный вывод легко проверить на опыте. В отливной сосуд нальем воду до уровня отливной трубки. После этого погрузим в сосуд плавающее тело, предварительно взвесив его в воздухе. Опустившись в воду, тело вытесняет объем воды, равный объему погруженной в нее части тела. Взвесив эту воду, находим, что ее вес (архимедова сила) равен силе тяжести, действующей на плавающее тело, или весу этого тела в воздухе. Проделав такие же опыты с любыми другими телами, плавающими в разных жидкостях - в воде, спирте, растворе соли, можно убедиться, что если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе . Легко доказать, что если плотность сплошного твердого тела больше плотности жидкости, то тело в такой жидкости тонет. Тело с меньшей плотностью всплывает в этой жидкости . Кусок железа, например, тонет в воде, но всплывает в ртути. Тело же, плотность которого равна плотности жидкости, остается в равновесии внутри жидкости. Плавает на поверхности воды лед, так как его плотность меньше плотности воды. Чем меньше плотность тела по сравнению с плотностью жидкости, тем меньшая часть тела погружена в жидкость . При равных плотностях тела и жидкости тело плавает внутри жидкости на любой глубине. Две несмешивающиеся жидкости, например вода и керосин, располагаются в сосуде в соответствии со своими плотностями: в нижней части сосуда - более плотная вода (ρ = 1000 кг/м 3), сверху - более легкий керосин (ρ = 800 кг/м 3). Средняя плотность живых организмов, населяющих водную среду, мало отличается от плотности воды, поэтому их вес почти полностью уравновешивается архимедовой силой. Благодаря этому водные животные не нуждаются в столь прочных и массивных скелетах, как наземные. По этой же причине эластичны стволы водных растений. Плавательный пузырь рыбы легко меняет свой объем. Когда рыба с помощью мышц опускается на большую глубину, и давление воды на нее увеличивается, пузырь сжимается, объем тела рыбы уменьшается, и она не выталкивается вверх, а плавает в глубине. Таким образом, рыба может в определенных пределах регулировать глубину своего погружения. Киты регулируют глубину своего погружения за счет уменьшения и увеличения объема легких. Плавание судов. Суда, плавающие по рекам, озерам, морям и океанам, построены из разных материалов с различной плотностью. Корпус судов обычно делается из стальных листов. Все внутренние крепления, придающие судам прочность, также изготовляют из металлов. Для постройки судов используют различные материалы, имеющие по сравнению с водой как бóльшие, так и меньшие плотности. Благодаря чему суда держатся на воде, принимают на борт и перевозят большие грузы? Опыт с плавающим телом (§ 50) показал, что тело вытесняет своей подводной частью столько воды, что по весу эта вода равна весу тела в воздухе. Это также справедливо и для любого судна. Вес воды, вытесняемой подводной частью судна, равен весу судна с грузом в воздухе или силе тяжести, действующей на судно с грузом . Глубина, на которую судно погружается в воду, называется осадкой . Наибольшая допускаемая осадка отмечена на корпусе судна красной линией, называемой ватерлинией (от голланд. ватер - вода). Вес воды, вытесняемой судном при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести, действующей на судно с грузом, называется водоизмещением судна . В настоящее время для перевозки нефти строятся суда водоизмещением 5 000 000 кН (5 · 10 6 кН) и больше, т. е. имеющие вместе с грузом массу 500 000 т (5 · 10 5 т) и более. Если из водоизмещения вычесть вес самого судна, то мы получим грузоподъемность этого судна. Грузоподъемность показывает вес груза, перевозимого судном. Судостроение существовало еще в Древнем Египте, в Финикии (считается, что Финикийцы были одними из лучших судостроителей), Древнем Китае. В России судостроение зародилось на рубеже 17-18 вв. Сооружались главным образом военные корабли, но именно в России были построены первый ледокол, суда с двигателем внутреннего сгорания, атомный ледокол "Арктика". Воздухоплавание. Рисунок с описанием шара братьев Монгольфье 1783 года: «Вид и точные размеры „Аэростата Земной шар“, который был первым». 1786 С давних времен люди мечтали о возможности летать над облаками, плавать в воздушном океане, как они плавали по морю. Для воздухоплавания вначале использовали воздушные шары, которые наполняли или нагретым воздухом, или водородом либо гелием. Для того, чтобы воздушный шар поднялся в воздух, необходимо, чтобы архимедова сила (выталкивающая) F А, действующая на шар, была больше силы тяжести F тяж, т. е. F А > F тяж. По мере поднятия шара вверх архимедова сила, действующая на него, уменьшается (F А = gρV ), так как плотность верхних слоев атмосферы меньше, чем у поверхности Земли. Чтобы подняться выше, с шара сбрасывается специальный балласт (груз) и этим облегчает шар. В конце концов шар достигает своей своей предельной высоты подъема. Для спуска шара из его оболочки при помощи специального клапана выпускается часть газа. В горизонтальном направлении воздушный шар перемещается только под действием ветра, поэтому он называется аэростатом (от греч аэр - воздух, стато - стоящий). Для исследования верхних слоев атмосферы, стратосферы еще не так давно применялись огромные воздушные шары - стратостаты . До того как научились строить большие самолеты для перевозки по воздуху пассажиров и грузов, применялись управляемые аэростаты - дирижабли . Они имеют удлиненную форму, под корпусом подвешивается гондола с двигателем, который приводит в движение пропеллер. Воздушный шар не только сам поднимается вверх, но может поднять и некоторый груз: кабину, людей, приборы. Поэтому для того, чтобы узнать, какой груз может поднять воздушный шар, необходимо определить его подъемную силу . Пусть, например, в воздух запущен шар объемом 40 м 3 , наполненный гелием. Масса гелия, заполняющая оболочку шара, будет равна: m Ге = ρ Ге ·V = 0,1890 кг/м 3 · 40 м 3 = 7,2 кг, а его вес равен: P Ге = g·m Ге; P Ге = 9,8 Н/кг · 7,2 кг = 71 Н. Выталкивающая же сила (архимедова), действующая на этот шар в воздухе, равна весу воздуха объемом 40 м 3 , т. е. F А = g·ρ возд V; F А = 9,8 Н/кг · 1,3 кг/м 3 · 40 м 3 = 520 Н. Значит, этот шар может поднять груз весом 520 Н - 71 Н = 449 Н. Это и есть его подъемная сила. Шар такого же объема, но наполненный водородом, может поднять груз 479 Н. Значит, подъемная сила его больше, чем шара, наполненного гелием. Но все же чаще используют гелий, так как он не горит и поэтому безопаснее. Водород же горючий газ. Гораздо проще осуществить подъем и спуск шара, наполненного горячим воздухом. Для этого под отверстием, находящимся в нижней части шара, располагается горелка. При помощи газовой горелки можно регулировать температуру воздуха внутри шара, а значит, его плотность и выталкивающую силу. Чтобы шар поднялся выше, достаточно сильнее нагреть воздух в нем, увеличив пламя горелки. При уменьшении пламени горелки температура воздуха в шаре уменьшается, и шар опускается вниз. Можно подобрать такую температуру шара, при которой вес шара и кабины будет равен выталкивающей силе. Тогда шар повиснет в воздухе, и с него будет легко проводить наблюдения. По мере развития науки происходили и существенные изменения в воздухоплавательной технике. Появилась возможность использования новых оболочек для аэростатов, которые стали прочными, морозоустойчивыми и легкими. Достижения в области радиотехники, электроники, автоматики позволили сконструировать беспилотные аэростаты. Эти аэростаты используются для изучения воздушных течений, для географических и медико-биологических исследований в нижних слоях атмосферы. Цели урока: Образовательная: способствовать усвоению понятий: атмосфера, вес воздуха, атмосферное давление; формирование навыков поисковой деятельности и умений теоретически обосновывать явления, происходящие с участием атмосферного давления. Развивающая: развитие умений и способностей учащихся работать самостоятельно; расширение кругозора, развитие интереса к экспериментальной физике. Воспитательная: воспитание внимательного, доброжелательного отношения к ответам одноклассников; личной ответственности за выполнение коллективной работы. Тип урока: урок изучения нового материала Методы обучения: беседа, объяснительно-иллюстративный, информационно-компьютерный, самостоятельная работа. Оборудование: приборы для демонстрации опытов, подтверждающих существование атмосферного давления: стеклянный шар с пробкой и резиновым отводом; насос; рычажные весы; набор гирь; стакан с водой; трубка с поршнем; медицинский шприц; пипетка; бытовые присоски; пустая банка с крышкой. компьютер с мультимедийным проектором; интерактивная доска; учебник “Физика.7 класс”, под ред. А.В. Перышкина; план-конспект урока, мультимедийное приложение к уроку Приложение 1 . Ход урока 1. Целеполагание и мотивация. Слайд 1 Учитель: Здравствуйте, друзья! Я очень рада вас видеть и верю, что урок у нас пройдет великолепно и настроение у нас станет прекрасным. А у меня настроение не очень хорошее. Готовя к уроку опыт, я ополоснула банку горячей водой и сразу закрыла крышкой. Теперь снять ее не возможно. Попытайтесь объяснить, что стало причиной этого явления. (Учащиеся высказывают свои предположения) Учитель: Объясняя этот явление, мы приоткрываем тайну удивительного и важного физического явления, которое является темой нашего урока. Попробуйте догадаться, какого? Слайд 2 Тема урока: Атмосфера Земли. Атмосферное давление. (учащиеся записывают тему в тетрадь) Цель урока: Рассмотреть строение атмосферы Земли, убедиться в существовании атмосферного давления и научиться использовать полученные знания для объяснения физических явлений. 2. Актуализация знаний Учитель: Какие физические величины нам понадобятся сегодня для того, чтобы мы достигли поставленной цели? Слайд 3 Вес – сила, с которой тело давит на опору вследствие притяжения к Земле. Давление – величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности к площади этой поверхности; Атмосфера – газовая оболочка Земли. Слайд 4 О том, что Земля покрыта воздушной оболочкой под названием атмосфера , вы узнали на уроках географии, давайте же вспомним, что вам известно об атмосфере из курса географии? Учитель: Какие свойства газов отличают их от твёрдых тел и жидкостей? Учащиеся: Газы не имеют собственной формы и постоянного объёма. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объём. Учитель: Почему газ обладает такими свойствами? Учащиеся: Потому что молекулы газа находятся в непрерывном и беспорядочном движении. Учитель: Но тогда возникает вопрос: почему молекулы газов, не находящихся в каком-либо сосуде, двигаясь непрерывно и беспорядочно, не улетают в мировое пространство? Что удерживает их у поверхности Земли? Какая сила? А почему атмосфера “не оседает” на поверхность Земли? Я предлагаю посмотреть видеосюжет и проверить свои умозаключения Приложение 2 Слайд 5 3. Изучение нового материала. Учитель: Мы выяснили, что на воздух, как и на всякое тело, находящиеся на Земле, действует сила тяжести, и, следовательно, воздух обладает весом. Ребята, вытяните руки вперед ладонями вверх. Что вы чувствуете? Вам тяжело? А ведь на ваши ладони давит воздух, причем, масса этого воздуха равна массе КАМАЗа, груженого кирпичом. То есть около 10 тонн! Почему же мы не ощущаем этого веса? Слайд 6 Как доказать, что воздух имеет вес? Можно ли измерить массу воздуха? Как это сделать? Ученики: Необходимо взвесить шар. (Если позволяет оборудование проводят реальный опыт иначе можно воспользоваться ЦОР) Учитель: Проведем виртуальный опыт. Приложение 3 (Интерактивная анимация, демонстрирующая опыт по определению веса воздуха с помощью весов) Возьмем стеклянный шар и откачаем из него воздух, а затем взвесим на весах. Чему равна масса шара? Слайд 7 Учитель: А теперь откроем кран и запустим в шар воздух. Что произошло? Ученики: Весы вышли из равновесия, потому что воздух имеет массу. Учитель: Уравновесим весы, добавив гирьки. А теперь чему равна масса шара? А масса воздуха? Учитель: Какой мы можем сделать вывод. Ученики: Воздух имеет вес. Учитель: Где находится основная масса воздуха? Учащиеся. В нижнем слое. Учитель: Верхние слои воздуха сжимают нижние слои, т.е. оказывают на них давление. Учитель: Как передаётся давление, производимое на нижний воздушный слой верхним слоем? Учащиеся: Согласно закону Паскаля, одинаково по всем направлениям. Учитель: Значит, каждый слой атмосферы испытывает давление со стороны всех верхних слоёв, а следовательно, земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление , и, согласно закону Паскаля, это давление передаётся одинаково по всем направлениям Атмосферное давление – давление, оказываемое атмосферой Земли на все находящиеся на ней предметы. Слайд 8 (Ученики записывают информацию в тетрадь.) Учитель:Теоретически мы доказали существование атмосферного давления, а теперь убедимся на практике. Стакан с водой закрываем бумагой, стакан переворачиваем. Бумага удерживает воду в стакане. Учитель: На воду в стакане действует сила тяжести. Почему же листочек удерживает воду? Оказывается вода немного прогибает бумагу, давление воздуха над водой меньше атмосферного давления, которое прижимает бумагу к стакану. (Учащиеся дают ответ ) Физкультминутка: Учитель: Устали? Давайте сделаем дыхательные упражнения. Правильное дыхание способствует улучшению мыслительного процесса. Встаньте. Положите руки на диафрагму и сделайте 3-4 глубоких вдохов и выдохов. Учитель: Задумывались ли вы над тем, как мы дышим? При вдохе диафрагма увеличивает объем легких. Давление воздуха в легких становится меньше атмосферного. Атмосферный воздух проникает в легкие. При выдохе диафрагма сжимает легкие, объем легких уменьшается. Поэтому давление воздуха в легких становится больше, чем атмосферное. Воздух выходит наружу. 4. Первичное закрепление нового материала. Учитель: Найдите в 40 параграфе примеры, которые имеют подобные объяснение принципа действия Учащиеся: Объясняют, действие шприца, пипетки. Доказали на опытах. 5. Закрепление нового материала. Учитель: И так что на наши вытянутые ладоши давит воздух с силой, равной весу груженого КАМАЗа. Почему мы выдерживаем такое давление? Учитель: На каком законе базируется понимание того, что нам не тяжело удерживать в ладонях весь столб воздуха? Ученики: На законе Паскаля. Давление воздуха действует на наши ладони и сверху и снизу одинаково. Поэтому мы и не замечает этого веса. Слайд 10 Учитель: Проанализируйте рисунки и ответьте, в каком случае художник прав? Слайд 11 6. Работа в группах. Провести эксперименты по раздаточному материалу и объяснить результаты эксперимента. Приложение 4 Слайд 12-15 7. Итог . Слайд 16 Почему крышку не возможно было снять с банки? Предложите способы её открыть. Учитель: Скажите, пожалуйста, что мы изучали на сегодняшнем уроке? Что такое атмосфера? Почему атмосфера давит на нашу планету? Как можно обнаружить атмосферное давление? Как можно использовать атмосферное давление? Какое значение имеет для Земли атмосфера? Учитель: Молодцы! 8. Задание на дом. Слайд 17 – § 40, 41, ответить на вопросы; – задание №10 стр.98 (3) по учебнику А.В. Перышкина “Физика-7” (М.: Дрофа, 2004). подготовить 1 занимательный опыт на использование атмосферного давления. Занимательные опыты можно найти в книгах “Занимательная физика” Перельмана и других. СХОЖИЕ СТАТЬИ События Годы великой отечественной войны Топ-10 лучших Тема: Использование проблемного обучения на уроках географии Использование элементов проблемного обучения на уроках географии Отеч. исполнители Плавления и отвердевания кристаллических тел (работа с графиками) Новости Чжэн Хэ — евнух-флотоводец Поэты-песенники Теория оперантного научения» Б Дирижеры Ефрем Левитан: Сказочные приключения маленького астронома Левитан приключения маленького астронома читать Топ-10 лучших Скачать презентацию День Благодарения (Thanksgiving Day) События Организации государственной власти и управления в китае в новое время Китай в новое время кратко самое главное Новости Сопоставительный анализ творчества К Рекомендуем События Грегор Мендель — Отец современной генетики МЕНДЕЛЬ (Mendel ) Грегор Иоганн (1822-84), австрийский естествоиспытатель, монах, основоположник учения о наследственности (менделизм). Применив... Новосибирский вв мвд. Росгвардия. Новосибирский военный институт России: отзывы События Пишется слово по окончании Классические произведения На Первом канале — подлинная история Кима Филби, аристократа, коммуниста и гения разведки Исполнители Анализ произведения «Левша» (Н Отеч. исполнители Государственный морской университет имени адмирала Ф Композиторы Кто автор высказывания война кормит войну Новости Экранизации и постановки Описание героя садко из былины Кто открыл сибирь Кто открыл русский путь в сибирь различают три вида спектров излучения — линейчатые, полосатые и сплошные Сказка о рыбаке и рыбке — Пушкин А Годы великой отечественной войны Тема: Использование проблемного обучения на уроках географии Использование элементов проблемного обучения на уроках географии Плавления и отвердевания кристаллических тел (работа с графиками) Чжэн Хэ — евнух-флотоводец Теория оперантного научения» Б Ефрем Левитан: Сказочные приключения маленького астронома Левитан приключения маленького астронома читать Скачать презентацию День Благодарения (Thanksgiving Day) Организации государственной власти и управления в китае в новое время Китай в новое время кратко самое главное Сопоставительный анализ творчества К Грегор Мендель — Отец современной генетики Новосибирский вв мвд. Росгвардия. Новосибирский военный институт России: отзывы Пишется слово по окончании На Первом канале — подлинная история Кима Филби, аристократа, коммуниста и гения разведки Анализ произведения «Левша» (Н © Copyright 2024 - В мире музыки.