Давление твердого тела — это в первую очередь первый враг строителей. Из-за того, что существует давление твердых тел, невозможно осуществить некоторые проекты в принципе. Интересно, что древние, наоборот пользовались этим свойством, создавая величественные сооружения. Пирамиды и множество других памятников архитектуры — все это результаты кропотливой работы при создании величественных шедевров. Рассмотрим, что такое давление относительно твердых тел.
Найденная еще в те времена формула давления твердых тел гласит:
Р = F/S,
т.е. сила, действующая на поверхность и есть давление предмета.
Стоит отметить, что фактически, сила давления тела всегда положительная и действует в обоих направлениях. Тут действует Первый закон Ньютона — сила действия равна силе противодействия. Применимо к жизни — давление, которое оказывает вес здания, будет одинаковым для его нижних слоев и фундамента. Поэтому проектировщики-строители всегда рассчитывают, выдержит ли фундамент такое здание. Конечно, в этот расчет входят и другие факторы (сила ветра — от крыши, грунтовые воды, сейсмическая активность и пр.).
Почему необходимо человеку рассредоточить свой вес по большей поверхности? И тут вспомните иголку или нож. И то и другое имеет острую часть, для лучшей проникающей способности. Теперь вспомните лыжи и гусеничные тракторы. Лыжники не проваливаются в снег, а тракторы имеют хорошую проходимость по болотам, так как у них большая площадь контакта — для меньшей погружаемости. Это и отображает основная формула, показывающая давление твердых тел — при одинаковой силе, но разной площади, давление будет разным. Оно будет обратно пропорциональным площади. Т.е. чем больше площадь, тем больше давление. И наоборот.
Теперь вернемся к строителям. Почему же у них давление — большая головная боль? Все дело в той самой площади. Ведь чем прочнее материал, тем он тяжелее. Вспомните тяжелые бетонные плиты-перекрытия. Конечно, в наше время существуют множество прочных и легких материалов. Но и тут не все просто. Любой строительный проект оценивается рентабельностью. А если цена на такие супер-материалы высокая, то и смета на строительство будет большой. В результате, либо заказчик не потянет по финансам, либо проект будет окупаться очень долго. Но ведь мы уже говорили выше, что древние использовали давление твердых тел в свою пользу.
В те времена строительные материалы были довольно ограниченны в ассортименте и в количестве. Ведь добывающей промышленности не было, а камень высекали вручную. Связующих элементов типа бетон или раствор тоже не было. Приходилось использовать вместо крепления давление твердых тел. Дело в том, что чем больше давление, тем больше требуется прочность от материалов. Но с другой стороны, это и большая сила трения. А она, как известно, может иметь огромные значения. В итоге получаем, что крепеж был и не нужен, все держалось на силе тяжести и силе трения.
Теперь представьте, какое давление оказывает состав поезда на рельсы — 300000 кПа!!! При давлении специализированного гусеничного трактора — 20 кПа. Довольно интересный момент, казалось бы, тяжеленный болотный трактор, создает относительно низкое давление на грунт. Это позволяет ему передвигаться по непроходимым и болотистым местностям за счет широких гусениц. Если говорить про упомянутое выше трение, то оно бывает разных типов и определяется по формуле:
F = µ×N, [Н]
где F — сила трения [Н],
µ — коэффициент трения,
N — нормальная реакция [Н].
Сила давления как видно, имеет как положительный, так и отрицательный момент. Природа приспособилась к этому явлению. Люди от гениальных простых конструкций перешли к изобретению новых материалов и технологий. Такое явление в природе есть и с ним нужно считаться.
Одним из важных параметров, который по-разному характеризует три основных состояния материи (газ, твердое тело и жидкость), является давление. В статье рассматриваются главные вопросы физики давления твердых тел, жидкостей и газов.
Три агрегатных состояния материи
Перед тем как перейти к вопросу давления в физике, дадим определение твердым, жидким и газообразным телам, которые являются основными способами существования материи на нашей планете.
Твердое тело практически не проявляет текучести, и этот факт характеризует основное отличие твердых тел от жидкостей и газов. Составляющие твердое тело частицы (молекулы, атомы) находятся в определенных пространственных положениях и меняют их очень редко. Именно поэтому всякое воздействие внешней силы на твердое тело приводит к возникновению противодействующих сил в нем, стремящихся сохранить форму и объем.
Жидкости и газы – это текучие состояния материи, то есть даже минимальное воздействие на них внешней силы приведет к изменению их формы. Как в жидкостях, так и в газах частицы, из которых они состоят, не имеют определенного места в пространстве и постоянно перескакивают из одних положений в другие. Отличаются между собой эти текучие состояния силой взаимодействия между их частицами. Так, в жидкостях сила взаимодействия между атомами и молекулами хотя и на порядок меньше таковой в твердом теле, но все же остается значимой, чтобы сохранять занимаемый жидкостью объем. Это означает, что жидкости являются практически несжимаемыми. В газах же силой взаимодействия между образующими их частицами можно пренебречь, поэтому газы всегда занимают сколь угодно большой объем, который находится в их распоряжении.
Отметим, что существует четвертое состояние вещества – плазма, которая по своим свойствам подобна газу, но отличается от него тем, что ее характеристики во многом определяются магнитными и электрическими эффектами. Бо́льшая часть вещества во Вселенной находится именно в состоянии плазмы.
Понятие о давлении в физике
Чтобы понять, что такое давление, сначала необходимо рассмотреть концепцию силы. Под силой в физике понимают интенсивность воздействия или взаимодействия между телами. Например, при формулировке второго закона Ньютона под силой понимают физическую величину любой природы, которая способна придавать телу конечной массы некоторое ускорение. В Международной системе единиц сила измеряется в ньютонах (Н). Сила в 1 Н способна менять скорость тела массой 1 кг на 1 м за каждую секунду.
Давление – это величина, которая определяется как перпендикулярная составляющая силы, относящаяся к поверхности с некоторой площадью, то есть:
P = F/S, где
P – давление, S — площадь, F — сила.
Измерение давления в физике осуществляют в паскалях (Па), 1 [Па] = 1 [Н]/ 1 [м2].
Если сила F действует под некоторым углом к поверхности, тогда для расчета давления необходимо определить именно перпендикулярную составляющую силы к этой поверхности. Действующая по касательной к поверхности сила не создает никакого давления.
Твердые тела и давление
Поскольку для создания давления необходима сила и поверхность воздействия, то в случае твердых тел это невозможно, поскольку они находятся в равновесном состоянии. Действительно, каждая частица в твердом теле занимает определенное положение, а результирующая сила, которая действует на эту частицу со стороны ее окружения, равна нулю. Поэтому говоря о физике давления твердых тел, имеют в виду участие внешних объектов, с которыми взаимодействуют эти тела.
Например, если взять металлический брус и положить его на песок большей плоскостью, то он начнет создавать некоторое давление на поверхность песка. Теперь если этот же брус положить на песок меньшей плоскостью, тогда можно увидеть, что он погрузится в песок на некоторую глубину. Причиной этого явления будет разное давление, оказываемое металлическим брусом на песок в разных его положениях. Из формулы для давления P = F/S видно, что чем меньше площадь, тем большее давление создает твердое тело на поверхность опоры. В случае с брусом сила F оставалась постоянной во всех его положениях, и была равна весу бруса:
m × g, где
m и g – масса бруса и ускорение свободного падения, соответственно.
Давление в жидкостях
Поскольку газы и жидкости являются представителями текучей материи, то физика давления в жидкости и газе характеризуется тем, что оба состояния вещества в любом бесконечно малом их объеме оказывают во всех пространственных направлениях одинаковое давление. Однако если рассматриваемый объем будет иметь некоторые конечные размеры, то для жидкостей начнет играть роль сила тяжести, с которой верхние слои действуют на нижние. Эта сила приводит к понятию гидростатического давления.
В физике гидростатическое давление определяется как давление, с которым жидкость действует на погруженное в нее тело. Вычисляется это давление по формуле:
P = ρ × g × h, где
ρ и h – плотность жидкости и глубина, соответственно.
Давление в газообразных средах
Рассматривая газы, следует сказать, что давление в них связано исключительно с хаотическим движением атомов и молекул.
Предположим есть газ закрытый в некотором сосуде. Поскольку его частицы двигаются хаотически во всех направлениях одинаково, то достигнув стенок сосуда, они начнут ударяться о них, то есть создавать давление. Конечно же, удар одной частицы создаст очень маленькое давление, однако если учесть, что этих частиц много (порядка числа Авогадро NA= 6,02*1023), и что движутся они с большими скоростями (порядка 1 000 м/с), то оказываемое давление на стенки сосуда приобретает заметные на практике значения.
В отличие от жидкостей, частицы газов не взаимодействуют друг с другом (приближение идеального газа), поэтому говорить о давлении верхних слоев газа на нижние нет никакого смысла.
От чего зависит величина давления в газе?
Зная природу появления давления в газах можно предположить, что если увеличить число ударов частиц о стенки сосуда, и увеличить силу этих ударов, тогда давление должно возрасти. В связи с этим определяют изменение давления в газе следующие факторы.
- Концентрация частиц. Повысить ее можно путем уменьшения объема, который занимает газ. При постоянной температуре изменение объема будет обратно пропорционально сказываться на давлении.
- Температура. Поскольку эта величина определяет кинетическую энергию газовых частиц, то ее увеличение при прочих постоянных параметрах системы приведет к повышению давления.
Давление земной атмосферы
Поскольку атмосфера нашей планеты представляет собой смесь газов (главным образом азота и кислорода), то физика атмосферного давления ничем не будет отличаться от физики описания этой величины для газов. Так, на поверхности Земли давление воздуха составляет 101 325 Па или 100 кПа, что соответствует давлению 760 мм ртутного столба.
С увеличением высоты концентрация молекул воздуха начинает уменьшаться, поскольку уменьшается земное притяжение, и уже на высоте горы Эверест (8 848 м), давление воздуха падает до 34 кПа, что составляет 1/3 от этого давления на уровне моря. Такое уменьшение атмосферного давления является серьезной угрозой для жизни человека.
Пример решения задачи
Любое решение задачи по физике на давление осуществляется с помощью формул и понятий, которые рассмотрены в статье. Приведем пример решения одной из таких задач.
Для практических целей атмосферное давление в физике принято выражать в миллиметрах ртутного столба. Какое давление в миллиметрах ртутного столба на вершине Эвереста?
Из приведенной выше информации известно, что на вершине самой высокой горы в мире давление воздуха составляет 34 кПа. Чтобы определить, какой высоты должен быть столб ртути, дабы он уравновесил это атмосферное давление, воспользуемся формулой для гидростатического давления:
P = ρ × g × h,
откуда
h = P / (ρ × g), где
ρ = 13 540 кг/м3 – плотность ртути,
g = 9,81 м/c2.
Подставляя в формулу известные значения, получим:
h = 0,256 м = 256 мм.
Решить эту задачу можно было и другим способом. Зная, что вблизи поверхности планеты давление воздуха равно 101 кПа, и это соответствует давлению 760 мм столба ртути, получить высоту столба ртути на высоте Эвереста можно через простую пропорцию:
h = 34 × 760 / 101 = 256 мм.
Давление твердых тел
4.1
Средняя оценка: 4.1
Всего получено оценок: 75.
Обновлено 30 Июля, 2021
4.1
Средняя оценка: 4.1
Всего получено оценок: 75.
Обновлено 30 Июля, 2021
Из курса физики 7 класса известно, что давление — это мера распределения силы по некоторой площади. Такое распределение имеет некоторые особенности, в зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится тело: в газообразном, жидком или твёрдом. Рассмотрим подробнее особенности давления твердых тел, приведём формулу давления твердого тела.
Различия в приложении сил
Сила является мерой механического взаимодействия между телами.
Однако для точного моделирования такого взаимодействия нередко требуется не только величина этой силы, но и способ приложения.
К примеру, если опереться о поверхность стола рукой, то поверхность лишь едва заметно прогнётся. Если с той же силой нажать на столешницу отвёрткой, в столешнице появится более глубокий след, который не вернётся в прежнее состояние после снятия нагрузки. Наконец, если с той же силой нажать на столешницу шилом, шило глубоко войдёт в дерево, а если толщина столешницы невелика, её можно даже проколоть насквозь.
Заметим, что такое прямое приложение силы возможно лишь в случае твёрдых тел, не изменяющих свою форму. Для жидких или газообразных тел приложение силы имеет некоторые особенности. Например, при этом требуется замкнутое пространство.
Такие разные результаты получаются из-за того, что одна и та же сила в первом случае распределена по всей поверхности ладони, во втором — она приходится на небольшую площадь жала отвёртки, а в случае шила вся сила будет сосредоточена на очень малой площади острия. Именно поэтому у канцелярской кнопки с одной стороны имеется широкая «шляпка», на которую легко надавить, а с другой стороны — остриё, которое легко войдёт в дерево.
«Мера сосредоточения» силы характеризуется такой физической величиной, как давление.
Давление как мера сосредоточения силы
Очевидно, что чем больше прилагаемая сила, тем большее воздействие она оказывает при прочих равных. Следовательно, величина давления твердого тела должна быть пропорциональна силе.
С другой стороны, воздействие будет тем больше, чем меньше будет площадь, на которую распределена одна и та же сила. Значит, величина давления должна быть обратно пропорциональна площади приложения.
Из этих двух утверждений следует окончательная формула давления (используется обозначение $p$):
$$p={Fover S}$$
где:
- $p$ — давление;
- $F$ — прилагаемая сила;
- $S$ — площадь, по которой распределена прилагаемая сила.
По данной формуле можно получить единицу измерения давления. Поскольку сила в системе СИ измеряется в ньютонах, а площадь в квадратных метрах, то единицей измерения давления является ньютон на квадратный метр, или паскаль (обозначается «Па»):
$$1 Па = {1 Н over 1 кв. м.}$$
Один паскаль — это весьма небольшое давление. Такое давление создаётся алюминиевой фольгой толщиной 0,04 мм. В самом деле, алюминиевая фольга такой толщины площадью 1 кв. м. весит около 108 г. Следовательно, сила, с которой эта фольга давит на поверхность, равна 1 ньютону. Подставив в формулу площадь и силу, мы получим давление 1 паскаль.
Что мы узнали?
Давление — это мера сосредоточения силы. Она равна отношению величины силы к площади, на которую сила распределена. Единицей давления является ньютон на квадратный метр, или паскаль.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.1
Средняя оценка: 4.1
Всего получено оценок: 75.
А какая ваша оценка?
Содержание
1. Введение. …………………………………………………………………………..…………….2-3
2. Описательная часть ……………………………………..………………………………………3-22
3. Заключение……………………………………………………………………………………….23
4. Список литературы………………………………………………….………………………….24
Введение
Обоснование выбора темы, актуальность исследования:темой моей исследовательской работы является «Давление и его значение в жизни человека». Оно окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе. В начале года мы изучали на уроках физики тему «Давление твердых тел, жидкостей и газов». Меня заинтересовало значение давления в окружающем нас мире. Было интересно найти применение моих знаний в практических целях.
В классе я обратил внимание на то, что линолеум во многих местах продавлен. Почему? Мне нравятся зимние прогулки. Стало интересно: почему можно проваливаться в сугроб, стоя без лыж, а на лыжах можно скользить по любым снежным горкам. В школе, садясь на жёсткий стул, устаешь, а на мягком кресле дома можно сидеть часами. Почему? Летом полоть траву легче, когда тяпка наточена.
Разглядывая различные машины и тракторы, я обращаю внимание на различные размеры колес. Почему у большегрузных машин и больших тракторов шины очень широкие? Почему роза колется, почему кошка царапается, почему ежика не возьмешь голыми руками и еще много почему. А так же стало интересно, как влияет давление на самочувствие человека. Как течет кровь по кровеносной системе, как работают легкие. Как ведет себя организм на больших глубинах, как функционируют внутренние органы.
Чтобы дать ответы на эти вопросы, я решил исследовать давление, понять от чего оно зависит, изучить какую роль имеет давление в животном и растительном мире. Ответы на все эти и другие вопросы попытался найти в различных источниках.
Практическая значимость исследования: материалы моего исследования можно использовать на уроках физики, биологии, на классных часах, на внеклассных мероприятиях, при подготовке к ОГЭ.
Цель исследования: изучить давление в газах, жидкостях и твёрдых телах; провести эксперименты, демонстрирующие от каких величин зависит давление; рассмотреть какую роль играет давление в окружающем мире.
Задачи исследования:
Изучить зависимость давления от различных величин.
Провести собственный эксперимент по изучению давления.
Рассмотреть случаи практического применения давления в жизни человека и живой природы.
Исследовать закономерности проявления давления, применяя математические навыки.
Сделать выводы по теме исследования.
Создать демонстрационный прибор для кабинета физики.
Методы исследования:
Изучение и анализ литературы, материалов Интернета.
Отбор и обобщение и материалов по теме исследования.
Постановка экспериментов.
Практическая реализация.
Обработка полученных результатов.
Анализ полученных результатов.
Сбор фотоматериалов.
Исследование областей применения.
Выводы по теме.
2. Описательная часть
Что такое давление. История развития представления о давлении
О существовании давления люди догадывались еще во времена Аристотеля и Демокрита. Вклад в развитие атмосферного давления внесли Древние атомисты Демокрит, Эпикур и Лукреций. Они не сомневались в материальной природе воздуха, атомы которого, по их мнению, обладают подвижностью и круглой формой.
Первыми, кто практически измерил давление воздушного океана, были итальянские ученые. Галилей считал, что предельная высота водяного столба 18 локтей является мерой «боязни пустоты» (т. е. сила атмосферного давления). Она уравновешивается либо весом водяного столба в 10 метров, либо весом медного столба высотой в 1,12 метра, составляя, по оценке Галилея, около 1 кг на см2. Таким образом, практики с достаточной точностью оценили силу атмосферного давления. Необходимо было сделать дальнейший шаг в развитии представления о давлении. Его сделал Торричелли.
Ему пришла в голову мысль измерить вес атмосферы весом ртутного столба. В 1643 году по его указанию эксперимент был произведен. Опыт оправдал все ожидания, ртуть остановилась на заданной высоте, над нею образовалась «торричеллиева пустота».
Таким образом, трубка Торричелли стала первым барометром. Именно с этого опыта началось научное наблюдение за погодой, важнейшими характеристиками которой являлись давление и температура.
Итак, что же такое «давление»?
Давление — это величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1Н, действующая на поверхность площадью 1 м2, перпендикулярно этой поверхности.
Давление принято обозначать буквой р. Поэтому можно записать формулу, используя буквенные обозначения (вспомним, что сила обозначается буквой F, а площадь –S):
Давление показывает, какая сила действует на единицу площади поверхности тела. Единица давления – Паскаль (Па). Давление в один Паскаль оказывает сила в один Ньютон на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/1м².
Силу, которая создаёт давление на какую-либо поверхность, называют силой давления.
Если умножить давление на величину площади поверхности, то можно вычислить силу давления:
сила давления = давление * площадь,
или то же самое в буквенных обозначениях:
F = p∙ S
Чтобы уменьшить давление, достаточно увеличить площадь, на которую действует сила. Например, увеличивая площадь нижней части фундамента, тем самым уменьшают давление дома на грунт. У тракторов большая опорная площадь гусениц, поэтому, несмотря на значительный вес, их давление на грунт не так велико.
В случаях, когда необходимо увеличить давление, уменьшают площадь поверхности (при этом сила давления остаётся той же). Так, для увеличения давления затачивают колющие и режущие инструменты – ножницы, ножи, иглы, кусачки.
Виды давления.
Воздух давит на поверхность Земли — и мы говорим об атмосферном давлении. Опускаясь в морские глубины, мы испытываем давление воды. В земных недрах тоже есть давление. Действуя со всех сторон, давление позволяет расплавленному земному ядру сохранять форму. На глубине 300 километров под его воздействием атомы углерода теснее прижимаются друг к другу, спрессовываются — и образуются алмазы.
И за пределами Земли существует давление. Газ внутри Солнца сильно сжат. Такое давление преобразуется в колоссальную тепловую энергию.
Давление в газах
Давление воздушных масс человек не ощущает, хоть и живет на дне «воздушного моря». Ведь воздух, как и вода, давит не только сверху, а со всех сторон.
Всякое вещество можно взвесить. Оказывается, что масса 1 м3 воздуха на уровне моря примерно 1 кг 300 г. Воздух давит на предметы, с которыми соприкасается. Я провел ряд экспериментов, которые доказывают существование атмосферного давления.
Эксперимент № 1
Первое доказательство существования атмосферного давления
Цель работы: доказать с помощью эксперимента существование атмосферного давления.
Я взял широкогорлую бутылку из-под сока и сваренное вкрутую, очищенное яйцо. Яйцо в бутылку не проходило.
После того, как с помощью горящей бумаги я нагрел воздух в бутылке, яйцо втянулось в неё.
Произошло это потому, что внутри бутылки воздух начал остывать, давление внутри бутылки стало меньше, чем снаружи и под действием
атмосферного давления яйцо вошло в бутылку.
Вывод: атмосферное давление существует, и оно вдавило яйцо в бутылку.
Атмосферное давление в жизни человека
Мне захотелось узнать, как связано давление с жизнью человека, на что оно влияет.
Оказывается, что кости в суставах плотно приближены друг к другу благодаря атмосферному давлению. Высоко в горах, где давление воздуха ниже, связь между костями слабее. Конечности плохо слушаются, часто случаются вывихи.
Мы, наверное, никогда не задумывались над тем, как мы пьём. А стоит задуматься! При питье мы «втягиваем» жидкость в себя. Почему же жидкость устремляется к нам в рот? При питье мы расширяем грудную клетку и тем разряжаем воздух во рту; под давлением наружного воздуха жидкость устремляется в то пространство, где давление меньше, и таким образом проникает к нам в рот.
На существовании атмосферного давления основан механизм вдоха и выдоха.Легкие расположены в грудной клетке и отделены от нее и от диафрагмы герметичной полостью, называемой плевральной. С увеличением объема грудной клетки объем плевральной полости увеличивается, а давление воздуха в ней уменьшается, и наоборот. При вдохе давление становится меньше атмосферного, и воздух через воздухоносные пути устремляется в легкие. При выдохе объем грудной клетки уменьшается, за счет чего давление в плевральной полости увеличивается, что вызывает уменьшение объема легких. Давление воздуха в них становится выше атмосферного, и воздух из лёгких устремляется в окружающую среду.
Пока люди не знали о существовании давления, многие загадки казались неразрешимыми. Почему так тяжело вытащить поршень из насоса с закрытым отверстием? Сейчас мы знаем: мешает давление воздуха. Простой насос — это цилиндр с поршнем. Когда отверстие насоса открыто, поршень испытывает одинаковое давление изнутри и снаружи. Стоит закрыть отверстие, и баланс нарушается. На поршень действует только давление извне. Наших сил не хватает, чтобы его преодолеть. Шприц – это простой насос. Рассмотрим принцип действия шприцов.
Влияние атмосферного давления на самочувствие человека
Внешнее атмосферное давление компенсируется внутренним давлением человека. Артериальное давление — один из важнейших параметров, характеризующих работу кровеносной системы. Давление крови определяется объёмом крови, перекачиваемым в единицу времени сердцем и сопротивлением сосудистого русла. Наибольшее давление крови будет на выходе крови из сердца (в левом желудочке), несколько меньшее давление будет в артериях, ещё более низкое в капиллярах, а самое низкое в венах и на входе сердца (в правом предсердии).
Артериальное давление зависит от многих факторов: времени суток, психологического состояния человека (при стрессе давление повышается), приёма различных стимулирующих веществ (кофе, чай, амфетамины) или медикаментов, которые повышают или понижают давление.
Наиболее легко в измерении артериальное давление. Его можно измерить с помощью прибора тонометра. В течение месяца я проводил измерения атмосферного давления и давления человека. Моими объектами исследования были я и бабушка.
Эксперимент № 2
Зависимость атмосферного давления и артериального давления человека
Цель работы: определить зависимость артериального давления человека от атмосферного давления.
|
Дата исследования |
Атмосферное давление |
Давление объекта 1 |
Давление объекта 2 |
|
05.03 |
741 |
124/72 |
93/55 |
|
06.03 |
738 |
115/69 |
88/58 |
|
07.03 |
744 |
137/75 |
93/61 |
|
09.03 |
744 |
135/73 |
92/56 |
|
10.03 |
743 |
131/69 |
89/58 |
|
11.03 |
740 |
131/73 |
94/57 |
|
12.03 |
738 |
125/63 |
89/56 |
|
13.03 |
736 |
116/61 |
84/48 |
|
14.03 |
734 |
127/65 |
82/55 |
|
15.03 |
738 |
123/67 |
94/58 |
|
16.03 |
740 |
134/64 |
96/61 |
|
17.03 |
742 |
115/59 |
90/61 |
|
21.03 |
740 |
137/64 |
91/53 |
|
22.03 |
730 |
125/64 |
118/65 |
|
23.03 |
750 |
106/50 |
85/50 |
|
25.03 |
754 |
124/63 |
98/59 |
|
26.03 |
760 |
106/50 |
106/50 |
|
27.03 |
758 |
125/59 |
102/65 |
Объект 1- бабушка 65 лет.
Объект 2 –мальчик 14 лет.
Для построения диаграммы я взял данные для атмосферного давления и вычел из каждого значения 600 мм рт. ст. Это позволило мне выстроить диаграмму зависимости атмосферного давления и давления человека.
Вывод: давление человека зависит от атмосферного давления. Чаще всего получается, что с уменьшением атмосферного давления уменьшается и давление человека.
На организм человека влияет как пониженное, так и повышенное атмосферное давление.
При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений. С понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода. В результате этого кровь недостаточно насыщается кислородом и не обеспечивает в полном объеме доставку его органам и тканям, что приводит к кислородному голоданию.
Роль давления в животном мире
Давление есть повсюду. Некоторые живые организмы извлекают из его существования пользу. У летучих мышей есть внутренний измеритель давления. Биологи полагают, что он находится в слуховом аппарате мышей. Животные покидают свои жилища, когда атмосферное давление падает. Ведь чем ниже давление, тем активнее ведут себя насекомые — добыча летучих мышей.
Благодаря атмосферному давлению мухи могут ползать по потолку. На их лапках есть присоски. Между присоской и поверхностью потолка образуется вакуум. Давление воздуха воздействует на присоску только снаружи, и муха не падает.
Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.
Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.
Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.
Роль давления в растительном мире
Под большим давлением древесные соки добираются до макушек гигантских секвой. И чем выше ствол дерева, тем выше должно быть давление. Биологи выяснили, что давление, которое обеспечивает деревья питанием, в то же время мешает им расти «до бесконечности». Когда давление становится слишком высоким, в стволе дерева образуются «тромбы». Они преграждают сокам путь наверх, и верхушка дерева не получает достаточно питания. Рост прекращается.
Давление в жидкостях
Давление в жидкости зависит от плотности жидкости и от глубины погружения.
р=ρgh
В жидкостях и газах действует закон Паскаля, который говорит, что давление, производимое на жидкость или газ передаётся без изменения в любую точку жидкости или газа.
Эксперимент № 3
Доказательство закона Паскаля
Цель работы: доказать с помощью эксперимента, что давление предаётся в любую точку жидкости или газа без изменения.
В пластиковой бутылке я сделал несколько отверстий. Отверстия заклеил скотчем. Бутылку заполнил водой. Открыл отверстия. Из бутылки с завинченной крышкой вода не вытекала, т. к. внутреннее давление компенсируется внешним атмосферным давлением.
После того, как я открутил крышку, вода стал равномерно выливаться изо всех отверстий. На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому каждый слой жидкости своим весом создаёт давление на другие слои, которое по закону Паскаля передаётся по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление.
Вывод: давление в жидкости и газе передаётся в любую точку одинаково.
Я провел серию опытов и определил зависимость давления от высоты столба жидкости.
Мощное давление выбрасывает вверх струи фонтанов. Самый большой фонтан находится в Женеве. Когда-то на его месте была водозаборная станция, подававшая воду в ремесленные мастерские. Вечерами потребление воды уменьшалось. Ее избыток струей изливался в Женевское озеро. В 1891 году водопровод старой водозаборной станции превратили в декоративный фонтан.
Давление в жидкости в жизни человека
Человек, оказавшийся под водой, естественно, тоже испытывает ее давление. При погружении в воду без акваланга легкие сильно сжимаются. На глубине 162 метров — это мировой рекорд погружения без акваланга — легкие уменьшаются до размеров яблока. Казалось бы, у ныряльщика должны сломаться все кости. Но скелет справляется с этой нагрузкой, так как давление воды воздействует на него равномерно со всех сторон.
Кроме того, меняется при изменении давления и скорость многих химических реакций, вследствие чего меняется и химическое равновесие организма. При увеличении давления происходит усиленное поглощение газов жидкостями тела, а при его уменьшении — выделение растворенных газов. При быстром уменьшении давления вследствие интенсивного выделения газов кровь как бы закипает, что приводит к закупорке сосудов, нередко со смертельным исходом. Этим определяется максимальная глубина, на которой могут производиться водолазные работы (как правило, не ниже 50 м).
Роль давления в животном мире
Меня заинтересовал вопрос, как могут жить рыбы глубоко под водой?
Почему некоторые рыбы могут существовать на большой глубине — до 5 тысяч метров, а иногда и глубже? Ведь там на каждый квадратный сантиметр их тела приходится вес, равный весу вагона пассажирского поезда! Дело в том, что ткани и кости глубоководных рыб пропитаны водой. Поэтому рыбы испытывают одинаковое давление изнутри и снаружи. Но если глубоководную рыбу вытащить на поверхность, баланс внешнего и внутреннего давления нарушится. Рыба раздуется, и погибнет. Некоторые бактерии, живущие в воде, способны выдержать давление в 16 тысяч раз большее, чем нормальное атмосферное. Но как им это удается, ученые пока объяснить не могут.
Рыбу-каплю обитающую на глубине от 600 до 1200 м вблизи австралийского побережья и Тасмании, по праву считают одной из самых непривлекательных океанических рыб. Удивительной особенностью рыбы-капли, является отсутствие плавательного пузыря и мускулатуры, которые бы просто не выдержали глубинного давления, в 80 раз превышающего нормальное давление атмосферы.
Именно поэтому рыбка, длина которой, не более 30 см, больше напоминает невыразительную студенистую массу, чем владычицу глубин. Дополняет необычно-печальный образ лишенная чешуи серо-бежевая склизкая кожа и крупная складка на передней части головы, смахивающая на человеческий нос.
Марианская впадина — самое глубокое место на земле. Туда не попадает солнечный свет. Там огромное давление, которое оказывает столб воды высотой 11000 м. Неужели там возможна жизнь? Оказывается да!!!
Несколько лет назад на дне Марианской впадины обнаружили гигантских 10-ти сантиметровых амеб, называемых ксенофиофоры.
Эти одноклеточные организмы, вероятно, стали такими большими из-за среды, в которой они обитают на глубине 10,6 км. Холодная температура, высокое давление и отсутствие солнечного света, скорее всего, способствовали тому, что эти амебы приобрели огромные размеры.
Кроме того, ксенофиофоры обладают невероятными способностями. Они устойчивы к воздействию множества элементов и химических веществ, включая уран, ртуть и свинец, которые убили бы других животных и людей.
Сильное давление воды в Марианской впадине не дает шанса на выживание ни одному животному с раковиной или костями. Однако в 2012 году в желобе возле серпентиновых гидротермальных источников были обнаружены моллюски. Серпентин содержит водород и метан, который позволяет формироваться живым организмам.
Каким образом моллюски сохранили свою раковину при таком давлении, остается неизвестным.
Кроме того, гидротермальные источники выделяют другой газ – сероводород, который смертелен для моллюсков. Однако они научились связывать сернистое соединение в безопасный белок, что позволило популяции этих моллюсков выжить.
Давление в твердых телах
Мне приходилось наблюдать, как пчела легко прокалывает кожу своим жалом. Лоси могут свободно передвигаться по болоту, там, где человек не сможет пройти. Чем острее нож, тем легче им нарезать продукты.
Эти и множество других примеровпоказывают, что результат действия силы зависит не только от её численного значения, но и площади поверхности, одна и та же сила оказывает разное давление.
Давлением называют отношение силы, действующей на поверхность тела перпендикулярно этой поверхности, к площади этой поверхности
Давление показывает, какая сила действует на единицу площади поверхности тела. Единица давления – Паскаль (Па). Давление в один Паскаль оказывает сила в один Ньютон на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/1м².
Силу, которая создаёт давление на какую-либо поверхность, называют силой давления.
Если умножить давление на величину площади поверхности, то можно вычислить силу давления:
F = p∙ S
Я решил вычислить зависимость давления от силы, действующей перпендикулярно поверхности. Для этого, сравнил давление человека, стоящего на лыжах, и давление, которое оказывает на пол.
Чтобы рассчитать давление человека, которое он оказывает, стоя на лыжах воспользуемся формулой:
p =
Моя масса равна 36 килограммов. Зная, что сила тяжести рассчитывается по формуле Fт = mg ; основная формула примет следующий вид: p = ; где S– площадь обеих лыж, зная размеры лыж, вычислим её.
Размеры лыжи 1,6м * 0,07 м; то S1 = 1,6 0,07 = 0,112 (м ²) (Это площадь одной лыжи, а у нас их две). В результате конечная расчетная формула будет иметь следующий вид:
p = == 1607 = 1607Па
Теперь рассчитаем давление, которое я оказываю, стоя на полу. Вычислим размеры подошвы обуви с помощью палетки
S2 = 0,002м² (это площадь одной подошвы, у нас их две). В результате конечная расчетная формула будет иметь следующий вид:
Р2 = = 90000 Па
В результате полученных вычислений выяснили – давление на лыжах равно 1607Па, а давление без лыж на опору 90000 Па.
Р 1 < Р 2
1607Па < 90000 Па в 56 раз
В результате полученных вычислений площадь лыж равна 0,224м², а площадь подошвы равна 0,004м².
S1 > S2
0,224м² > 0,004 м² в 56 раза.
Отсюда можно сделать следующий вывод: во сколько раз увеличиваем площадь опоры, во столько же раз уменьшается давление, которое мы создаем на опору.
Практическое применение изменения давления человеком
Давление необходимо учитывать и в машиностроении, и в архитектуре, и на транспорте. Существуют машины, деформирующие почву. Они наносят непоправимый вред экологии. Например, при освоении Крайнего Севера гусеничными тракторами были уничтожены огромные площади ягеля — основного корма оленей, что отрицательно сказалось на их популяции. Чтобы избежать этого, необходимо уменьшить давление, т.е. либо уменьшить силу давления, либо увеличить площадь. Уменьшить силу сложно: для этого нужно уменьшать массу, применяя более лёгкие материалы. Но эти вещества либо непрочные, либо очень дорогие. Поэтому чаще всего используют именно увеличение площади. Сделать это можно разными способами: применение гусениц на тракторах, увеличение диаметра шин, использование парных колёс. Большое значение имеет и то, как накачены шины, ведь от этого тоже зависит площадь соприкосновения. Гусеницы значительно снижают давление, повышая проходимость механизма, но при этом сильно повреждают верхние слои почвы.
Очень важен учёт давления и в архитектуре, строительстве. Фундамент здания используется для снижения давления. С древних времён при строительстве использовали полые колонны. Имея достаточную прочность, они гораздо легче сплошных, и, следовательно, и создаваемое давление тоже меньше.
Исходя из данных выводов и наблюдений, я решил создать интересный демонстрационный прибор для кабинета физики и подарить его школе для других классов. Прибор сделан для демонстрации зависимости давления от площади и силы. Чем больше площадь поверхности, тем меньше создаваемое давление.
Изменение давления в животном мире
Рассмотрим, как животные не зная законов физики, не применяя никаких расчётов увеличивают и уменьшают давление.
Ящерица василиск – редчайшее существо, которое передвигается, соблюдая равновесие между водой и воздухом.
По краям пальцев задней конечности этого животного находятся перепонки, которыми оно шлепает по воде. Эти перепонки складываются на суше. Если же животное оказывается в опасности, то начинает с большой скоростью бежать по поверхности проточной воды или прудика. В этот момент перепонки ног натягиваются, что обеспечивает дополнительную площадь для быстрого передвижения по поверхности воды.
Лось — самый древний и крупный представитель из семейства оленей. Поражает способность этих больших зверей жить в болотах, нередко в настоящих трясинах, где не пройдет ни лошадь, ни человек.
Ходить по болотам им помогает особое устройство копыт. Их широкие копыта при погружении в тину раздвигаются, образуя развилку. На каждый квадратный сантиметр поверхности широкого копыта лося приходится всего около 400 г веса животного, что и дает лосю возможность передвигаться по заболоченным участкам тайги.
Глубокий и рыхлый снежный покров затрудняет передвижение животных. Однако многие звери и к этому приспособились. У зайца-беляка, рыси и росомахи широкие лапы. Кроме того, зимой на лапах у них вырастают длинные жесткие волосы, и они ходят по снегу не проваливаясь.
Тот, кто ничего не знает про слонов, может подумать, что это шумные и неуклюжие животные. На самом деле слон ступает легко, мягко, очень проворно и тихо. Длина окружности стопы слона достигает 1,5 метра. Широкие ступни действуют, словно гигантские амортизаторы, принимая на себя огромный вес животного. Когда слон опирается на ногу, подошва расширяется, увеличивая опорную поверхность. А когда тяжесть переносится на другую ногу, подошва принимает первоначальную форму. Кожа на подошвах толстая, покрытая трещинами и рубцами. Благодаря этому ступни не скользят на покатой земле. Давление производимое слоном 77 кПа.
3. Заключение
В ходе выполненной работы я изучил понятие «Давления» с физической точки зрения. Рассмотрел его применение в различных жизненных ситуациях, в природе и технике. Узнал значимость этого понятия для животного мира, рассмотрел случаи практического применения давления в жизни человека и в живой природе. Рассчитал, применяя математические навыки, и изучил закономерности проявления давления.
В результате исследований были получены следующие выводы:
С изменением атмосферного давления меняется внутреннее давление человека.
В жидкостях и газах давление во все стороны передаётся одинаково.
Давление зависит от высоты столба жидкости.
В твёрдых телах давление можно уменьшить, увеличив площадь опоры.
Увеличить давление можно, уменьшив площадь опоры и увеличив силу.
По результатам исследований был изготовлен демонстрационный прибор для кабинета физики.
4. Список литературы
Б Донат. Физика в играх. – М.: Центрполиграф, 2011г.
Н. В. Гулиа. Удивительная физика.- М.: — Энас, 2008 г.
Л. В. Тарасов. Физика природных явлений.- М.: Мнемозина, 2013 г.
Я. И. Перельман. Занимательная физика. – М.: Центрполиграф, 2010 г.
А. И. Семке. Нестандартные задачи по физике. – Ярославль, Академия развития, 2007 г.
И. Г. Кириллова Книга для чтения по физике – М.: Просвещение, 1996 г.
М. М.Колтун Мир физики – М.: Просвещение, 2008 г.
Электронные ресурсы
http://www.slideboom.com/
https://www.google.ru/#newwindow=1&q=ehjr+lfdktybt+%3Bblrjcnb
Википедия — свободная энциклопедия (http://ru.wikipedia.org)
Видеоресурсыhttp://www.youtube.com/watch?v=sbCW2RydyLU
Видеоресурсы http://community.livejournal.com/shutmusicup/88751.html
Материалы с сайта www.fizika.ru
Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/309522-davlenie-i-ego-znachenie-v-zhizni-cheloveka
Давление тел, жидкостей и газов
Силу, действующую перпендикулярно опоре, называют силой давления.
Давлением (р) называют отношение модуля F силы давления, действующей на опору, к площади S поверхности этой опоры: p = F / S
В СИ единица давления носит название паскаль (Па): 1 Па = 1 Н/м2.
Давление – физическая величина, равная отношению силы к площади поверхности, перпендикулярно которой эта сила действует. Давление характеризует силу, приходящуюся на каждую единицу площади её приложения.
Давление газа
Все газы вне зависимости от того, находятся они в сосуде или нет, постоянно оказывают давление на окружающие их тела. Давление газа в закрытом сосуде возрастает при увеличении плотности или температуры газа.
Состояние газа при низком давлении называется вакуумом.
Закон Паскаля (для газа): Воздух передаёт оказываемое на него давление во всех направлениях одинаково.
Атмосферное давление
Сила, с которой столб атмосферного воздуха давит на земную поверхность, равна силе тяжести: Р = M*g, где М — масса столба воздуха.
Давление воздуха на поверхность Земли (на уровне моря) почти не изменяется и в среднем равно: ратм = 101 325 Н/м2 = 0,1 МПа. Это давление называют нормальным атмосферным давлением. Его существование объясняется притяжением атмосферного воздуха к Земле.
Давление жидкости. Гидростатика
Давление жидкости на покоящееся в ней тело называют гидростатическим давлением. Оно прямо пропорционально плотности и высоте слоя (столба) жидкости. Науку, изучающую давление жидкостей, называют гидростатикой.
Гидростатическое давление на глубине h равно p = pатм + p*g*h
Закон Паскаля: давление, оказываемое на покоящиеся жидкости или газы, передается без изменения во все части этих жидкостей или газов. Жидкость и газ передают оказываемое на них давление во всех направлениях одинаково.
Вне зависимости от формы и размеров сосуда давление внутри жидкости на одной и той же глубине одинаково.
Приборы для измерения давления
Барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Нормальным атмосферным давлением называют такое давление, которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм рт.ст. при температуре 0°С: ратм = 0,1 МПа. Существуют ртутные барометры и барометры-анероиды (безжидкостные барометры)
Понижение атмосферного давления, как правило, предвещает ухудшение погоды и наоборот. По мере подъёма над поверхностью Земли атмосферное давление понижается приблизительно на 1 мм рт. ст. на каждые 10,5 м подъёма. Приборы для измерения давлений ниже атмосферного, называются вакуумметрами.
Манометр – прибор для измерения давления внутри закрытых сосудов. Как правило, манометр измеряет разность давления в сосуде и атмосферного давления. Существуют открытые U-образные жидкостные манометры, а также безжидкостные (деформационные) манометры.
Жидкостные манометры основаны на измерении разности высот столбов однородной жидкости в сообщающихся сосудах, один из которых находится под действием атмосферного давления. Измеряемая разность давлений равна p1 – pатм = p*g*D*h
Решение задач
Практика: Задачи на давление твердых тел с ответами и решениями.
Практика: Задачи на давление жидкостей с ответами и решениями.
Таблицы и схемы по теме «Давление тел, жидкостей и газов»
Конспект всех уроков по теме «Давление тел, жидкостей и газов».
Следующая тема «Закон Архимеда»
Муниципальное казенное образовательное учреждение
средней общеобразовательной школы №4 г. Аша
Тема
проекта:
Физика
в живой природе.
Давление
жидкостей, газов и твердых тел в живой природе
Автор проекта: Чистяков Владислав,
обучающийся 7 класса
МКОУ «СОШ №4» г.Аши
Челябинской области
Наставник
проекта: Шалашова Татьяна Борисовна
Учитель
физики
Аша – 2018 г.
Содержание:
Введение……………………………………………………..2
1.Теоретическая часть………………………………………3
1.1.Давление в твёрдых телах………………………………3
1.2.Давление в жидкостях…………………………………..4
1.3.Давление в газах…………………………………………5
2.Практическая часть………………………………………..8
2.1.Опыты по определению давления………………………8
2.2.Давление в живой природе………………………………10
Заключение……………………………………………………15
Список литературы…………………………………………..15
Введение
Выбранная
мною тема проекта, а именно «Давление в живой природе» очень интересна и
увлекательна. С самого рождения мы можем наблюдать давление, происходящее в
живой природе. Например, когда мы видим, как муха спокойно держится на
потолке, мы не придаём этому особого значения. Но держится она за счёт
давления. Если бы давления не было, многое бы в нашем мире изменилось.
Цель: Выяснить, какую роль играет давление
в природе.
Задачи:
1.Изучить вопрос давления в газах,
жидкостях и твёрдых телах, используя научную литературу
2.Провести опыты про определение давления
тел
3.Показать на примере действие давления в
живой природе
4.Подготовить презентацию по теме
1.Теоретическая
часть
1.1.Давление
в твёрдых телах
Результат действия силы
зависит не только от ее модуля, направления и точки приложения, но и от площади
той поверхности, перпендикулярно которой она действует.
Подтверждается
это утверждение с помощью различных опытов и явлений, которые человек
достаточно часто наблюдает в своей собственной жизни.
Давление- это величина,
равная отношению силы, действующей
перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
Несложно сделать вывод: чем больше площадь поверхности, на которую действует
сила, тем меньшее будет результат действующей силы. Причем во всех случаях сила
действует перпендикулярно поверхности.
Давление измеряется в паскалях.
За один паскаль принимается такое давление, которое производит сила в 1
Н, действующая на поверхность площадью 1 м2 .
1.2.Давление
в жидкостях
В жидкостях частицы подвижны, поэтому они не имеют собственной
формы, но обладают собственным объемом, сопротивляются сжатию и растяжению.
В покоящейся жидкости существует два вида статического
давления: гидростатическое и внешнее. Вследствие
притяжения к Земле жидкость оказывает давление на дно и стенки сосуда, а также
на тела, находящиеся внутри нее. Давление, обусловленное весом столба жидкости,
называется гидростатическим. Давление жидкости на разных высотах различно и не
зависит от ориентации площадки, на которую оно производится.
Пусть жидкость находится в цилиндрическом сосуде с площадью
сечения S; высота столба жидкости h. Тогда
Гидростатическое давление жидкости зависит от плотности р жидкости, от
ускорения g свободного падения и от глубины h, на которой находится
рассматриваемая точка. Оно не зависит от формы столба жидкости.
Глубина h отсчитывается по вертикали от рассматриваемой точки до
уровня свободной поверхности жидкости.
В условиях невесомости гидростатическое давление в жидкости
отсутствует, так как в этих условиях жидкость становится невесомой. Внешнее
давление характеризует сжатие жидкости под действием внешней силы. Оно равно:
Пример внешнего давления: атмосферное давление и давление,
создаваемое в гидравлических системах. Французский ученый Блез Паскаль
(1623-1662) установил: жидкости и газы передают производимое на них давление одинаково по
всем направлениям (закон Паскаля). Для измерения давлений
используют манометры.
Их конструкции весьма разнообразны. В качестве примера рассмотрим
устройство жидкостного манометра. Он представляет собой U-образную трубку, один
конец которой соединяется с резервуаром, в котором измеряют давление. По
разности столбов в коленах манометра можно определять давление.
1.3.Давление в газах
Абсолютно все вещества состоят из
мельчайших, не видимых глазу частиц – молекул. Эти молекулы находятся в
беспрерывном хаотичном движении. И если в твердых телах это лишь небольшое
колебание на одном месте, то в жидкостях и газах это движение происходит в
любых направлениях, молекулы сталкиваются друг с другом, летят в новом
направлении, вновь сталкиваются и так далее, рисуя немыслимые траектории и
пересекая неисчислимое расстояние. Удар при столкновении одной молекулы очень и
очень мал, но, как известно, молекул невероятное множество, двигаются они очень
быстро, а потому действие всех молекул – это довольно значительная величина. То
есть, многочисленные удары беспорядочно движущихся молекул и создают
давление газа на стенки сосуда или на помещенное в газ тело.
Именно
потому, когда мы надували воздушный шарик, мы наполняли его все новыми и новыми
порциями воздуха, то есть газа, и, будучи накачиваемым все в большем
количестве, он создавал все большее давление на стенки шарика, растягивая его.
А так как из-за хаотического движения молекулы равномерно распределяются по
всему объему, создавая равномерное давление газа на стенки сосуда, то и шарик
равномерно раздувался во все стороны.
Зависимость давления газа от температуры
Если же мы уменьшаем объем сосуда при
постоянной массе и температуре газа, то его давление на стенки уменьшается. Это
и понятно, так как при увеличении объема расстояние между молекулами становится
больше и количество соударений уменьшается. Существует также зависимость
давления газа от температуры. Чем выше температура, тем выше
скорость молекул газа и, соответственно, количество соударений и их сила
увеличивается. Поэтому категорически нельзя нагревать баллоны со сжиженным
газом, так как от увеличения давления внутри они могут не выдержать и
взорваться. Для измерения давления газа существуют специальные приборы, самый
известный из которых – это барометр, который позволяет нам узнать величину
атмосферного давления и, исходя их этих данных, одеваться на улицу
соответственно.
2.Практическая
часть
2.1.Опыты
по определению давления
Возьмем сосуд, дно которого
может отпадать. Опустим его в банку с водой. Дно при этом окажется плотно
прижатым к краю сосуда и не отпадет. Его прижимает сила давления воды,
направленная снизу вверх.
Будем осторожно наливать воду
в сосуд и следить за его дном. Как только уровень воды в сосуде совпадет с
уровнем воды в банке, оно отпадет от сосуда.
В момент отрыва на дно давит
сверху вниз столб жидкости в сосуде, а снизу вверх на дно передается давление
такого же по высоте столба жидкости, но находящейся в банке. Оба эти давления
одинаковы, дно же отходит от цилиндра вследствие действия на него собственной
силы тяжести.
Выше были описаны опыты с
водой, но если взять вместо воды любую другую жидкость, результаты опыта будут
те же.
Итак, опыты показывают,
что внутри жидкости существует давление, и на одном и том же уровне оно
одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.
Газы в этом отношении не
отличаются от жидкостей, ведь они тоже имеют вес. Но надо помнить, что
плотность газа в сотни раз меньше плотности жидкости. Вес газа, находящегося в
сосуде, мал, и его «весовое» давление во многих случаях можно не
учитывать.
Расчет давления жидкости на
дно и стенки сосуда.
Рассмотрим, как можно
рассчитывать давление жидкости на дно и стенки сосуда. Решим сначала задачу для
сосуда, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда.
Сила F, с которой
жидкость, налитая в этот сосуд, давит на его дно, равна весу P
жидкости, находящейся в сосуде. Вес жидкости можно определить, зная ее массу m.
Массу, как известно, можно вычислить по формуле: m = ρ·V. Объем
жидкости, налитой в выбранный нами сосуд, легко рассчитать. Если высоту столба
жидкости, находящейся в сосуде, обозначить буквой h, а площадь дна
сосуда S, то V = S·h.
Опыт №1
Я рассчитал
давление воды на дно стакана.
Высота
воды в стакане 0.07 м, а ее плотность 1000 кг/
.
Пользуясь
формулой р= ρgh,
получаем р = 700Па.
Опыт
№2
Проведем
опыт по выяснению зависимости давления твердого тела от площади поверхности.
Проведем
его в три этапа:
1.Ученик
стоит на двух ногах.
2.Ученик
стоит на одной ноге.
3.Ученик
сидит на стуле.
Площадь
ноги я определил методом палетки, подсчитав количество клеточек и переведя в см2.
|
F ,Н |
A ,м |
B ,м |
S , |
P ,Па |
Задачи |
|
500 |
0,40 |
0,40 |
0,16 |
3125 |
Сидя |
|
500 |
0.025 |
20000 |
Стоя на одной ноге |
||
|
500 |
0.05 |
10000 |
Стоя на двух ногах |
Вывод:
Чем меньше площадь поверхности, тем больше давление тела.
 |
2.2.Давление
в живой природе
2.2.Давление
в живой природе
Изменяя площадь опоры можно увеличить
или уменьшить давление твёрдого тела. Природа еще до появления человека знала
об этом. В нелёгком процессе эволюции выживают лишь те виды, которые лучше
смогли приспособиться к окружающему миру. В животном и растительном мире
встречаются как очень маленькие, так и очень большие значения давлений.
Одна из основных задач –
выжить, защитить себя от врагов. И здесь очень кстати ,и острые шипы роз ,и
кактусов, и колючки ежа ,и дикобраза. Длина колючек у некоторых видов кактусов
достигает 15 см, а прочность их такова, что с помощью этих колючек можно
проигрывать пластинки. Рассмотрим эти приспособления с точ
ки зрения физики.
Очень малая площадь шипов и колючек обеспечивает огромное давление
даже при незначительной силе. Попробуйте взять в руки ежа или веточку розы – и
вы сами убедитесь в этом.
По такому же принципу устроены
острые зубы и клыки хищников, клювы и лапы птиц. Эти приспособления не только
врага устрашат, но и пищу добывать помогают. Моржи, например, своими огромными
бивнями раскапывают на морском дне моллюсков. Львица острыми клыками способна
мгновенно умертвить свою жертву, а остальные зубы выполняют роль острых ножниц,
отрезающих куски мяса.
 |
Самое крупное сухопутное
животное – это слон. Его масса огромна, и если бы не четыре массивных ноги с
крупными подошвами, нелегко бы ему пришлось при ходьбе! Слоны – отличные ходоки
и бегуны, они способны взбираться на скалистые склоны и не боятся даже болот.
Всё это возможно благодаря особому строению ступни: под кожей подошвы у них
имеется желеобразная прослойка с эластичными волокнами. Когда слон наступает,
эта пружинящая масса принимает на себя вес тела и расширяется, площадь
увеличивается и давление на землю при этом уменьшается. При вытягивании из
трясины ступня снова сжимается, что облегчает ходьбу.
Среди хищников
самое малое давление создаёт росомаха. Ступни её ног
имеют большую площадь, что позволяет ей легко бегать по рыхлому снегу, загоняя
даже лося. А вот на плотном снегу она свои преимущества уже теряет.
 |
|||
 |
|||
|
Заяц |
Росомаха |
Волк |
Лось |
Слон |
Оса |
|
1.2кПа |
2.1кПа |
12кПа |
50кПа |
6*103 кПа |
33*106кПа |
Деревья
тоже живут в соответствии с законами физики – чем
выше дерево, тем толще
его основание, а расходящиеся в
стороны корни
создают дополнительную опору, уменьшая
давление на грунт.
Кстати,
именно давление служит одним из
ограничивающих
рост факторов. Ведь если дерево станет
слишком большим,
оно разрушит себя своим весом
 |
|||
 |
|||
Насекомые отлично «знают» физику: тонкие жала комаров, ос, пчёл
создают огромное давление, прокалывая кожу. Рекордсменом является комар – при
укусе он создает давление до 100 000 000 000 кПа!
 |
Однако
иногда высокое давление только мешает. Например, при движении. Вспомним
верблюдов, их называют кораблями пустынь. Масса взрослого верблюда составляет
500-600 кг, а его скорость – от 5 до 15 км/ч. По сыпучим пескам пустыни без
специальных приспособлений далеко не уйдёшь. Посмотрите на фото – ноги верблюда
заканчиваются широкими ступнями, а сама подошва толстая, без роговых копыт.
Именно это позволяет значительно уменьшить давление на почву. Похожее строение
имеет нога страуса, что позволяет ему развивать скорость до 70 км/ч.
 |
|||
 |
|||
Рыбу-каплю,
обитающую на глубине от 600 до 1200м вблизи австралийского побережья и
Тасмании, по праву считают одной из самых непривлекательных океанических рыб.
Удивительной особенностью рыбы-капли, является отсутствие плавательного пузыря
и мускулатуры, которые бы просто не выдержали глубинного давления, в 80 раз
превышающего нормальное давление атмосферы.
Именно
поэтому рыбка, длина которой, не более 30см, больше напоминает невыразительную
студенистую массу, чем владычицу глубин. Дополняет необычно-печальный образ- лишенная
чешуи серо-бежевая склизкая кожа и крупная складка на передней части головы,
смахивающая на человеческий нос.
 |
Ящерица
василиск — редчайшее существо, которое передвигается, соблюдая равновесие между
водой и воздухом.
По
краям пальцев задней конечности этого животного находятся перепонки, которыми
оно шлепает по воде. Эти перепонки складываются на суше. Если же животное
оказывается в опасности, то начинает с большой скоростью бежать по поверхности
проточной воды или прудика. В этот момент перепонки ног натягиваются, что
обеспечивает дополнительную площадь для быстрого перемещения по поверхности
воды.
 |
 |
||
Глубокий
и рыхлый снежный покров затрудняет передвижение животных. Однако многие звери и
к этому приспособились. У зайца-беляка, рыси и росомахи широкие лапы. Кроме
того, зимой на лапах у них вырастают длинные жесткие волосы, и они ходят по
снегу, не проваливаясь.
 |
|||
 |
|||
Заключение
В
ходе выполненной работы я изучил с физической точки зрения понятие «Давления».
Рассмотрел его применение в различных жизненных ситуациях, в природе и технике.
Узнал значимость этого понятия для животного мира, рассмотрел случаи
практического применения давления в жизни человека и в живой природе.
Рассчитал, применяя математические навыки, и изучил закономерность проявления
давления.
Список литературы
1.Е.Безденежный, И.Брикман «Физика в живой природе и медицине»
2.Б.Донат. «Физика в играх»
3. https://www.wikipedia.org
4. https://pedportal.net
5. http://phscs.ru