Номер 2, страница 177 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 6. Статика. Законы гидро- и аэростатики. Параграф 32. Давление. Закон Паскаля. Закон Архимеда. Вопросы - номер 2, страница 177.

Условие.

2. Какие опыты иллюстрируют закон Паскаля?

Решение.

Закон Паскаля утверждает, что давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом объеме, передается в любую точку этого объема без изменений во всех направлениях. Этот фундаментальный принцип гидростатики можно продемонстрировать с помощью нескольких наглядных опытов.

1. Опыт с шаром Паскаля

Этот классический демонстрационный опыт использует полый шар с множеством небольших отверстий по всей его поверхности, который присоединен к цилиндру с поршнем. Шар заполняется водой или дымом. Когда на поршень оказывают давление, из всех отверстий шара начинают бить одинаковые по силе струйки воды (или выходить струйки дыма). Это наглядно показывает, что давление, приложенное к жидкости в одном месте (поршнем), равномерно передалось во все точки жидкости и действует с одинаковой силой перпендикулярно поверхности шара в местах отверстий.

2. Опыт с бочкой Паскаля

Этот опыт, хотя его историческая достоверность оспаривается, великолепно иллюстрирует следствия из закона Паскаля. Прочную, герметично закрытую бочку, полностью заполненную водой, соединяют с узкой и высокой трубкой. Даже небольшое количество воды, доливаемое в трубку, создает в ней высокий столб жидкости. Давление, создаваемое этим столбом на уровне крышки бочки, рассчитывается по формуле $p = \rho g h$, где $\rho$ – плотность жидкости, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, а $\text{h}$ – высота столба жидкости. Согласно закону Паскаля, это значительное давление передается всем точкам жидкости внутри бочки и действует на всю внутреннюю поверхность стенок и дна. Возникающая в результате сила $F = p \cdot S$ (где $\text{S}$ – площадь внутренней поверхности) оказывается настолько большой, что способна разорвать даже самую крепкую бочку.

3. Работа гидравлического пресса

Действие гидравлических машин (пресса, домкрата, тормозной системы) основано непосредственно на законе Паскаля. Гидравлический пресс состоит из двух соединенных сосудов разного сечения, закрытых поршнями с площадями $S_1$ и $S_2$, причем $S_2 > S_1$. Пространство под поршнями заполнено жидкостью (обычно маслом). Прикладывая к малому поршню силу $F_1$, мы создаем в жидкости давление $p = \frac{F_1}{S_1}$. Это давление передается без изменений во все точки жидкости, в том числе и под большой поршень. Таким образом, на большой поршень действует выталкивающая сила $F_2 = p \cdot S_2 = \frac{F_1}{S_1} \cdot S_2$. Из этого соотношения следует, что силы, действующие на поршни, пропорциональны их площадям: $\frac{F_2}{F_1} = \frac{S_2}{S_1}$. Таким образом, прикладывая малую силу к малому поршню, можно получить во столько же раз большую силу на большом поршне, во сколько раз его площадь больше площади малого. Это демонстрирует выигрыш в силе и является практическим применением закона.

Ответ: Закон Паскаля иллюстрируют такие опыты, как опыт с шаром Паскаля, опыт с бочкой Паскаля, а также принцип работы гидравлического пресса (или любой гидравлической машины).