Тема: Сполучені посудини. Манометри
Мета уроку: сформувати знання про сполучені посудини, про рівень вільної поверхні рідини в сполучених посудинах для однорідної та неоднорідної рідин; розглянути практичне застосування сполучених посудин; сформувати знання про принцип дії, будову та роботу рідинних насосів, манометрів, гідравлічних машин різних типів; формувати навички користування даними приладами;
розвивати вміння спостерігати та аналізувати фізичні явища; активізувати розумову і пізнавальну діяльність учнів;
виховувати допитливість, культуру спілкування, сприяти формуванню особистості.
Базові фізичні поняття: сполучені посудини, манометри, тиск.
Не той дурний, хто не знає...,
але той, хто знати не хоче.
Г. Сковорода
Хід уроку :
Мотивація навчальної діяльності
• хто хоч раз відвідав зоопарк?;
• хто бачив слона?;
• хто бачив мурахоїда?.
Як слон п'є воду? Як мурахоїд засмоктує мурашок?
Мешканці сучасного Риму досі користуються залишками водогону, що побудований ще давніми римлянами. (Знайти в інтернеті картину «Водогінні споруди давнього Риму в їх початковому вигляді».)
Погляньте на картину і скажіть, чим відрізняється цей водогін від сучасного?
Звичайно, набагато простіше було прокладати труби в землі, але римські інженери в ті часи не знали про закон сполучених посудин. Вони боялися, що у водоймищах, з'єднаних дуже довгою трубою, вода не встановиться на одному рівні. Довжина однієї з римських труб, Аква Марції, 100 км, хоча пряма відстань між її кінцями вдвічі менша. Римляни надавали водогінним трубам рівномірного ухилу вниз на всьому шляху, тому часто їм доводилося прокладати труби в обхід. Півсотні кілометрів камінної кладки довелося прокласти через незнання елементарного закону фізики.
То якого ж закону не знали римляни? Ми сьогодні дізнаємося.
Вивчення нового матеріалу
Наллємо в «сполучені посудини» підфарбовану воду. Ми помічаємо, що у сполучених посудинах будь-якої форми поверхня рідини встановлюється на одному рівні.
Справді, якщо подумки проведемо через середину трубки, що з’єднує дві посудини, вертикальну площину, то тиски ліворуч і праворуч від площини будуть рівні відповідно p1 й p2. Оскільки рідина не перетікає з посудини в посудину, то ,
· Нерухома однорідна рідина у сполучених посудинах будь-якої форми встановлюється на одному рівні.
Якщо в сполучені посудини налиті різні рідини, що не змішуються, то рівень рідин у посудинах може бути не однаковим.
· У сполучених посудинах висоти шарів рідин обернено пропорційні густинам цих рідин.
Сполучені посудини широко застосовуються в побуті й техніці. Відомий усім чайник являє собою дві сполучені посудини. За принципом сполучених посудин діють системи водопроводів. Обов’язковим елементом такої системи є водонапірна вежа — резервуар, піднятий на таку висоту, щоб рівень води в ньому був вищеспоруд, до яких подається вода.
Неподалік від С.-Петербурга знаходиться Петергоф — ансамбль парків, палаців і фонтанів. Це єдиний ансамбль у світі, фонтани якого (їх понад 100) працюють без насосів і складних водонапірних споруджень. Тут використовується принцип сполучених посудин — різниця в рівнях, на яких розташовані фонтани й ставки-водосховища.
Рівень рідини в сполучених посудинах залежить від зовнішнього тиску. Це явище використане для побудови рідинних манометрів — приладів для вимірювання тиску.
На рисунку ви бачите U-подібний манометр із підфарбованою водою. Правий його кінець сполучається з атмосферою. За допомогою шланга до манометра приєднана посудина, що на початку досліду теж сполучається з атмосферою. При цьому рівні води в манометрі перебувають біля відмітки 0 см . Потім, відкачуючи насосом повітря, зменшують його тиск у посудині. При цьому вода в манометрі зміщується вліво. З’ясуємо, чому це відбувається.
У манометрі на праву поверхню води діє атмосферний тиск, а на ліву — менший тиск. Через нерівність тисків вода й зміщується вліво. Змістившись, вода зупиняється, отже, тиск ліворуч від точки «В» дорівнює тиску праворуч від неї. Прирівняємо ці тиски:
У лівій частині цієї рівності записана сума тиску в посудині й тиску стовпа води ліворуч. У правій частині рівності — сума атмосферного тиску й тиску стовпа води праворуч. Підставляючи чисельні значення, одержуємо:
Звідси:
Рівність показує, що щодо атмосферного тиску тиск у посудині на 4 кПа менше. Це значення ми дізналися саме завдяки манометру. Легко підрахувати й абсолютний тиск у посудині: .
Отже, U-подібна трубка, заповнена рідиною, є приладом для вимірювання тиску — відкритим рідинним манометром.
2. Металевий манометр
Рідинний U-подібний манометр незручний для вимірів, тому що дозволяє одержувати значення тиску не відразу, а лише після деяких обчислень, крім того, рідину необхідно наливати до певного рівня. Із цієї причини в техніці набули поширення так звані металеві деформаційні манометри, що відразу показують вимірюваний тиск.
В основі роботи деформаційного манометра лежить деформація (вигин) пружної дугоподібної трубки 1. За допомогою двох тяг 2 рух кінців трубки передається стрілці 3, що закріплена на осі 4. Кінець стрілки пересувається по шкалі 5. Трубка, стрілка й шкала поміщені усередину корпуса 6.
Шкала манометра проградуйована в паскалях, кілопаскалях або атмосферах (атм).
Розв'язування задач
1. В зошиті намалювати два чайники однакової ширини: один високий, другий – низький, але верхня частина носиків на одному рівні. В який із чайників можна налити більший об'єм води?
2. Нижню частину сполучених посудин заповнили ртуттю. У ліве коліно налили гас, а в праве – воду, висота стовпчика якої 48 см. Якої висоти має бути стовпчик гасу, щоб ртуть залишилася на тому самому рівні?
1. Чому у відкритому манометрі рівні однорідної рідини в обох колінах однакові?
2. За яким принципом влаштований і діє металевий манометр?
3. Які фізичні закони лежать в основі дії гідравлічної машини?
4. За якої умови гідравлічна машина дає виграш у силі?
5. Яке явище використовують у пристрої поршневого водяного насоса?
6. Чим обмежується висота підняття рідини у всмоктувального насоса?
Немає коментарів:
Дописати коментар