Передача давления жидкостями и газами. Закон Паскаля

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 этой воды; на реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Свободной подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направле­нии действия силы, как в твердых телах, а по всем направлениям. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке 86 изображен сосуд, в нем содержится газ (или жид­кость). Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться, Точками изображены частицы газа (жидкости), они равномерно распределены по всему объему сосуда (рис. 86, а).

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного войти в сосуд и сжать газ, находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы расположатся в этом месте более плотно, чем прежде (рис. 86, б). Благодаря подвиж­ности частицы газа будут пере­мещаться по всем направлениям, вследствие чего их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис. 86, в), поэтому давление газа везде возрастет. Отсюда следует, что добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости.

Например, если давление на газ около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа давление станет больше прежнего настолько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается без изменения в каждую тонну жидкости или газа. Это утверждение называют законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке 87 изображен полый шар, имеющий в различных местах узкие 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 по всем направлениям. В результате часть воды выталкивается из шара в виде струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании в трубку поршня из всех отверстий шара начнут выходить струйки дыма (рис, 88). Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.

Вопросы. 1. Как передают давление жидкости и газы? 2. Чем объяснить, что жидкости и газы передают давление во все стороны одинаково? 3. Как читается закон Паскаля? 4. Как на опыте можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами?

Упражнения. 1. По схеме рисунка 89 объясните передачу давления твердым, сыпучим телом и жид­костью. Изобразите стрелками, как передается давление. 2. Брезентовый водопро­водный рукав, когда он не запол­нен водой, имеет вид плоской ленты. Какую форму примет рукав после заполнения его водой? Почему? 3. При изготовлении бутылок через трубку вдувают воздух, и расплавленное стекло принимает форму бутылки (рис, 90). Какое физическое явление здесь используют?

Задания

1. Изготовьте мыльную жид­кость и с помощью стеклянной трубки получите мыльные пузыри. Какую форму они принимают и почему?
2. Исследуйте передачу да­вления в сыпучем теле. Для этого в бумажный пакет насыпьте песок (или горох), сверху сильно нада­вите руной. Есть ли здесь сходство с передачей давления в жидкости и газе?