Вивчаємо тиск рідини. Робимо висновки

Щоб розібратися з питанням «Тиск рідини», почнемо з класичних прикладів і поступово перейдемо до розгляду більш складних і заплутаних варіантів. Для посудини циліндричної форми, у якого стінки строго вертикальні, а дно горизонтальне, гідростатичний тиск рідини, налитої на висоту h, для кожної точки дна буде незмінною. Формула для розрахунку цієї величини буде виглядати як p = rgh, де r - щільність рідини-g - прискорення вільного паденія- h - висота стовпчика рідини. Величина p для всіх точок дна однакова.

Вводячи в формулу площа дна посудини S, можна розраховувати силу тиску F. Враховуючи, що тиск рідини на дно посудини в кожній точці однаково, то логічним висновком приходимо до формули F = rghS.

Нескладно помітити, що в даному випадку сила тиску на дно дорівнює вазі рідини, налитої в циліндричну посудину правильної форми. Виглядає парадоксально, але має наукове і логічне пояснення вислів, що формула F = rghS працює і для судин самої різної форми. Іншими словами, при однакових величинах S - площі дна і h - висоти рівня рідини тиск рідини на дно однаково для всіх судин незалежно від того, який обсяг вміщає кожен окремий посудину. При цьому вага реально залитої рідини в судини довільної форми може бути і менше, і більше сили тиску на дно, але завжди буде задовольняти вищеописаного правилу.

Слідуючи основному принципу фізики перевіряти теоретичні висновки на практиці, Паскаль запропонував скористатися приладом, названим його ж ім`ям. Родзинкою цього приладу є спеціальна підставка, що дозволяє закріплювати судини різної форми, у яких відсутній дно. Дно судин виконує щільно притиснута знизу пластина, яка знаходиться на одному плечі коромисла ваг.

Встановлюємо гирку на чашку іншого коромисла і починаємо наповнювати посудину водою. Коли тиск рідини створить силу, що перевищує вагу гирьки, рідина відкриє пластину, і надлишок її виллється. Вимірюючи висоту водяного стовпа, можна обчислити чисельне значення сили його тиску на дно і порівняти з вагою гирі.

Беручи до уваги можливість домогтися більшої сили тиску малою кількістю води, лише збільшуючи висоту рівня водяного стовпа, можна дати пояснення ще одного цікавого досвіду, також описаного Паскалем.

До верхній кришці нової ретельно законопаченние бочки, до країв наповненій водою, була прикріплена довга трубка, по якій заливали воду. Трубка мала невелике розтин, пари кухлів води виявилося достатньо, щоб водяний стовп підняти на значну висоту. У певний момент нова добротна бочка не витримала і розірвалася по швах. Незалежно від кількості залитої рідини, саме висота водяного стовпа привела до збільшення тиску на дно бочки. У результаті була створена критична величина сили, яка і привела до розриву ємності.

Різниця реальної ваги рідини і сили тиску на дно посудини компенсується за рахунок сили, яку викликає тиск рідини на стінки посудини. Саме нахил стінок посудини призводить до того, що цей тиск або направлено вгору, або вниз, відповідно, приводячи систему в рівновагу.

Посудина, яка має звуження догори, відчуває тиск рідини, спрямоване вгору. Цікавий досвід можна провести, підготувавши нескладну установку. Необхідно на нерухомо закріплений поршень надіти циліндр, який переходить у трубку, встановлену вертикально. Заливаючи воду через трубку, спостерігаємо, як заповнення простору над поршнем призводить до підняття циліндра вгору.

Підводячи підсумок, поняття «тиск» можемо визначити як відношення сили, яка діє перпендикулярно відносно поверхні, до її площі. Одиничним тиском є величина, що дорівнює одному Паскалю (1 Па) і відповідне дії сили в один Ньютон (1 Н) на один квадратний метр (1 кв.м).

Згідно Закону Паскаля, тиск, який відчуває рідина (газ), передається без змін до кожної точки об`єму рідини (газу). Власне тиск рідини (газу) однаково на конкретній висоті. З глибиною воно збільшується.