Номер 2, страница 147 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

2. Изготовьте модель гидравлической машины из подручного материала.

Для изготовления простой модели гидравлической машины, демонстрирующей принцип усиления силы, можно использовать доступные материалы. Принцип её работы основан на законе Паскаля, который гласит, что давление, производимое на жидкость или газ в замкнутом объёме, передаётся в любую точку без изменений во всех направлениях.

Необходимые материалы:

• Два медицинских шприца разного объема без игл (например, 5 мл и 20 мл).
• Гибкая прозрачная трубка, подходящая по диаметру к носикам шприцев (например, от медицинской капельницы или для аквариума).
• Вода (можно подкрасить пищевым красителем или чернилами для наглядности).
• Плоскогубцы (могут понадобиться для плотного соединения).
• Небольшая дощечка или кусок плотного картона в качестве основания.
• Клей (например, термоклей) или прочный скотч для крепления.
• Несколько небольших грузов для демонстрации (например, монеты, гайки, маленькие гирьки).

Пошаговая инструкция по сборке:

1. Подготовка шприцев. Убедитесь, что шприцы чистые и поршни в них двигаются свободно.
2. Соединение шприцев. Плотно наденьте концы гибкой трубки на носики обоих шприцев. Соединение должно быть герметичным, чтобы вода не вытекала под давлением.
3. Заполнение системы жидкостью.
   • Вытащите поршень из большего шприца (20 мл).
   • Меньший шприц (5 мл) полностью наполните подкрашенной водой.
   • Держа больший шприц вертикально (носиком вниз), аккуратно надавливайте на поршень меньшего шприца, чтобы вода заполнила трубку и начала поступать в больший шприц.
   • Продолжайте заполнять систему, пока уровень воды в большом шприце не достигнет примерно половины. Важно избавиться от пузырьков воздуха в трубке и шприцах, так как воздух, в отличие от воды, легко сжимается, и модель будет работать некорректно. Для удаления воздуха можно слегка постукивать по трубке и шприцам.
   • Когда система заполнена, аккуратно вставьте поршень в большой шприц, стараясь не создавать воздушных пробок.
4. Монтаж на основании. Закрепите оба шприца в вертикальном положении на дощечке или картоне с помощью клея или скотча. Расположите их на удобном расстоянии друг от друга. Ваша модель гидравлической машины готова.

Демонстрация работы и физическое объяснение:

Поставьте на площадку поршня большого шприца небольшой груз. Теперь начните медленно нажимать на поршень малого шприца. Вы увидите, как поршень большого шприца вместе с грузом начнет подниматься. Вы заметите, что для подъема груза требуется приложить сравнительно небольшое усилие.

Это явление объясняется законом Паскаля. Давление $\text{p}$ определяется как отношение силы $\text{F}$ к площади $\text{S}$, на которую эта сила действует: $p = F/S$.

Когда вы нажимаете на малый поршень с силой $F_1$, вы создаете в жидкости давление $p_1 = F_1/S_1$, где $S_1$ — площадь малого поршня.

Это давление, согласно закону Паскаля, передается по всему объему жидкости одинаково и действует на большой поршень, создавая давление $p_2$. Сила $F_2$, действующая на большой поршень площадью $S_2$, будет равна $F_2 = p_2 \cdot S_2$.

Так как $p_1 = p_2$, мы можем записать:
$F_1/S_1 = F_2/S_2$

Из этого соотношения следует, что силы, действующие на поршни, пропорциональны их площадям:
$F_2/F_1 = S_2/S_1$

Поскольку площадь большого поршня ($S_2$) больше площади малого ($S_1$), то и сила, действующая на большой поршень ($F_2$), будет во столько же раз больше силы, приложенной к малому поршню ($F_1$). Это и есть выигрыш в силе. Однако этот выигрыш достигается за счет проигрыша в расстоянии: чтобы поднять большой поршень на небольшую высоту, малый поршень придется опустить на значительно большее расстояние.

Ответ: Модель гидравлической машины успешно изготовлена из двух шприцев разного объема, соединенных трубкой и заполненных водой. Модель демонстрирует выигрыш в силе в соответствии с законом Паскаля, позволяя поднимать груз на большом поршне, прикладывая меньшее усилие к малому поршню.