Страница 124 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Опишите процесс передачи давления жидкостями и газами.

Решение

Процесс передачи давления жидкостями и газами описывается законом Паскаля. Этот закон утверждает, что давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом пространстве, передается в любую точку этой жидкости или газа одинаково по всем направлениям.

В основе этого явления лежит строение вещества в жидком и газообразном состояниях.

1. Передача давления газами. Молекулы газа находятся в непрерывном и хаотическом движении, а расстояния между ними велики. Когда на газ оказывается внешнее давление, например, с помощью поршня, частицы газа у поршня начинают сталкиваться с соседними частицами чаще и с большей силой. Эта "волна" столкновений мгновенно распространяется по всему объему газа из-за высокой подвижности его молекул. В результате давление равномерно возрастает во всем сосуде и действует на все его стенки.

2. Передача давления жидкостями. Молекулы в жидкости расположены близко друг к другу, практически вплотную, но, в отличие от твердых тел, они могут свободно перемещаться друг относительно друга. Благодаря этой подвижности слои жидкости могут скользить один по другому. Когда на один из участков поверхности жидкости оказывается давление, это усилие через межмолекулярные взаимодействия передается соседним молекулам, а от них — дальше. Так как жидкости практически несжимаемы, это давление распространяется по всему объему очень быстро и без потерь, действуя во всех направлениях.

Основное отличие в поведении жидкостей и газов при передаче давления заключается в их сжимаемости. Газы легко сжимаются, а жидкости — почти нет. Именно поэтому в гидравлических системах (тормозах, домкратах, прессах) используют жидкости: они позволяют передавать большие усилия практически без изменения объема.

Ответ: Давление, производимое на покоящуюся жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа одинаково во всех направлениях (закон Паскаля). Это происходит благодаря подвижности молекул: они сталкиваются друг с другом (в газах) или скользят друг относительно друга (в жидкостях), распространяя внешнее воздействие по всему объему.

2. Сформулируйте закон Паскаля. Почему он справедлив только для жидкостей и газов?

Сформулируйте закон Паскаля. Почему он справедлив только для жидкостей и газов?

Закон Паскаля — это фундаментальный принцип гидростатики и аэростатики, который был сформулирован французским учёным Блезом Паскалем. Он гласит: давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом пространстве, передаётся в любую точку этой жидкости или газа одинаково по всем направлениям.

Этот закон справедлив для жидкостей и газов по причине их особого молекулярного строения и свойства, которое называется текучестью. В отличие от твердых тел, где атомы или молекулы жестко связаны в кристаллической решетке и могут лишь колебаться около положения равновесия, в жидкостях и газах частицы обладают значительно большей свободой перемещения. Они могут скользить или двигаться друг относительно друга по всему объему.
Когда к какой-либо части жидкости или газа прикладывается внешнее давление (например, с помощью поршня), эта сила заставляет частицы в месте приложения сближаться и передавать импульс своим соседям через столкновения. Благодаря высокой подвижности и хаотическому тепловому движению частиц, это взаимодействие быстро распространяется по всему объему. В результате давление выравнивается и становится одинаковым в любой точке среды.
В твердых телах приложенное давление передается в основном в направлении действия силы, вызывая локальную деформацию или напряжение, а не равномерное распределение по всему телу.

Ответ: Закон Паскаля гласит, что давление, оказываемое на жидкость или газ, передается во все точки среды без изменений и во всех направлениях. Он справедлив для этих состояний вещества из-за их текучести — способности частиц свободно перемещаться и равномерно распределять давление через столкновения, в отличие от твердых тел с их фиксированной структурой.

3. Опишите опыт, на котором можно показать [действие закона Паскаля].

Классическим опытом, демонстрирующим справедливость закона Паскаля, является опыт с шаром Паскаля. Этот прибор представляет собой полый шар, на поверхности которого сделано множество небольших отверстий. Шар соединен с трубкой (цилиндром), в которую вставлен поршень.

Ход эксперимента:

1. Прибор заполняют какой-либо жидкостью, например, подкрашенной водой, чтобы струи были лучше видны. Важно удалить из прибора воздух.
2. Начинают оказывать давление на жидкость, плавно вдвигая поршень в цилиндр. Давление, создаваемое поршнем, определяется по формуле $p = \frac{F}{S}$, где $F$ — сила, приложенная к поршню, а $S$ — площадь поршня.
3. В результате из всех отверстий на поверхности шара одновременно начинают вырываться струйки жидкости.

Ключевое наблюдение заключается в том, что все струйки бьют с одинаковой силой и (если пренебречь разницей в высоте) на одинаковое расстояние от шара. Это наглядно доказывает, что давление, созданное поршнем, передалось не только в направлении его движения, а было равномерно распределено по всему объему жидкости и передалось на внутренние стенки шара во всех направлениях. Аналогичный опыт можно провести и с газом (например, с дымом), результат будет таким же.

Ответ: Опыт с шаром Паскаля. Полый шар с множеством отверстий заполняют жидкостью и соединяют с поршнем. При надавливании на поршень из всех отверстий шара начинают бить одинаковые по силе струи жидкости, что демонстрирует равномерную передачу давления во все стороны.

3. Опишите опыт, на котором можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами.

Для демонстрации особенности передачи давления жидкостями и газами можно провести опыт с прибором, известным как «шар Паскаля». Этот прибор представляет собой полый шар с множеством маленьких отверстий по всей его поверхности, который соединён с цилиндром, оснащенным поршнем.

Порядок проведения опыта следующий. Сначала шар и цилиндр полностью заполняют жидкостью (например, подкрашенной водой для наглядности) или газом (например, дымом). Затем на поршень оказывают давление, вдвигая его в цилиндр. Это создает избыточное давление на жидкость или газ внутри прибора.

В результате этого действия можно наблюдать, как из всех без исключения отверстий в шаре начинают бить одинаковые по напору струйки жидкости или выходить струйки дыма. Направление струй в каждой точке перпендикулярно поверхности шара. Это ключевое наблюдение, поскольку оно показывает, что давление, созданное поршнем, передалось не только по направлению его движения, но и равномерно во все точки жидкости или газа и во всех направлениях.

Таким образом, опыт с шаром Паскаля наглядно доказывает главную особенность передачи давления в жидкостях и газах.

Ответ: Опыт с шаром Паскаля, в котором при оказании давления на поршень из всех отверстий шара вырываются одинаковые по силе струи жидкости (или газа), демонстрирует, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку одинаково во всех направлениях.

4. (Предположительно, полный вопрос звучит так: «Какой физический закон описывает эту особенность?»)

Особенность передачи давления жидкостями и газами, которая демонстрируется в вышеописанном опыте, формулируется в виде закона Паскаля.

Формулировка закона: давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом сосуде, передаётся в любую точку без изменений во всех направлениях.

Это означает, что если к жидкости или газу приложить внешнее давление $p_{ext}$ (например, с помощью поршня), то давление в любой точке среды увеличится на эту же величину. Новое давление $p$ в любой точке будет равно сумме начального давления $p_0$ (например, гидростатического) и приложенного внешнего давления: $p = p_0 + p_{ext}$.

Ответ: Особенность передачи давления жидкостями и газами описывается законом Паскаля.

4. Какое физическое явление используют при изготовлении бутылок из расплавленного стекла (см. рис. 31)?

4. Решение

При изготовлении бутылок из расплавленного стекла используется процесс, называемый выдуванием. Этот процесс основан на физическом явлении, описываемом законом Паскаля. В заготовку из горячего, вязкого стекла вдувается воздух. Воздух является газом, а для газов (как и для жидкостей) характерен закон Паскаля, который утверждает, что давление, производимое на газ в замкнутом объеме, передается им одинаково во всех направлениях. Вдуваемый воздух создает внутри заготовки избыточное давление, которое равномерно действует на всю внутреннюю поверхность расплавленного стекла. В результате этого равномерного давления стекло растягивается и принимает форму, в которой оно находится, превращаясь в полую бутылку с ровными стенками.

Ответ: при изготовлении бутылок из расплавленного стекла используется свойство газов передавать давление одинаково по всем направлениям (закон Паскаля).