Перейти к содержанию
На чтение 2 мин. Просмотров 24 Опубликовано 18.07.2021
Один из распространенных научных домашних заданий – перечислить три способа увеличения давления в баллоне с газом или воздушном шаре. Это отличный вопрос, потому что ответ на него поможет вам понять, что такое давление и как ведут себя газы.
Содержание
- Что такое давление?
- Давление и закон идеального газа
- Три способа увеличить давление газа
Что такое давление?
Давление – это величина силы, прилагаемой к единице площади.
- P = F/A
- Давление = Сила, разделенная на площадь
Как вы можете видеть из уравнения, два способа увеличение давления означает увеличение силы или уменьшение площади, на которую оно действует. Как именно вы это делаете? Вот где вступает в игру закон идеального газа.
Давление и закон идеального газа
При низких (обычных) давлениях настоящие газы ведут себя как идеальные газы, поэтому вы можете использовать закон идеального газа, чтобы определить, как повысить давление в системе. Закон об идеальном газе гласит:
- PV = nRT
Где P – давление, V – объем, n – количество молей газа, R – постоянная Больцмана, а T – температура
Если мы решим для P:
- P = (nRT)/V
Три способа увеличить давление газа
- Увеличить количество газа. Это обозначено в уравнении буквой «n». Добавление большего количества молекул газа увеличивает количество столкновений между молекулами и стенками контейнера. Это повышает давление.
- Увеличьте температуру газа. В уравнении это обозначено буквой “T”. Повышение температуры добавляет энергии молекулам газа, увеличивая их движение и, опять же, увеличивая столкновения.
- Уменьшите объем газа. Это буква “V” в уравнении. По самой своей природе газы могут сжиматься, поэтому, если тот же газ можно поместить в меньший контейнер, он окажет более высокое давление. Молекулы газа будут прижиматься ближе друг к другу, увеличивая столкновения (силу) и давление.
Способы
уменьшения и увеличения давления
«Ох,
нелегкая это работа –
вездеходы
катать по болотам»
Дмитрий Зыков
В
данной теме речь пойдёт о практической пользе уменьшения или увеличения
давления.
Давление
– это отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой
поверхности. Давление измеряется в Н/м2. Такая
единица была названа Па (паскалем) в честь ученого Блеза Паскаля. Таким
образом, давление в 1 Па – это давление, которое производит сила в 1 Н,
действующая на поверхность площадью 1 м2.
Возникает
вопрос о том, как можно контролировать (то есть, увеличивать, или уменьшать)
давление? На этот вопрос нетрудно ответить, если посмотреть на формулу, по
которой вычисляется давление.
Для
увеличения давления необходимо либо увеличить силу, либо уменьшить площадь.
И, наоборот, для уменьшения давления нужно либо уменьшить силу, либо
увеличить площадь.
В
этом можно убедиться на ряде примеров. Если идти по снегу на лыжах, то человек
не проваливается, хотя без лыж, его ноги будут утопать в снегу. В этом случае,
сила, действующая на поверхность (то есть вес), остается неизменной. Но вот
площадь лыж значительно больше ступни, поэтому в лыжах человек оказывает на
снег меньшее давление, чем без лыж. Люди используют уменьшение или
увеличение давления очень часто. Шины грузовых автомобилей значительно шире,
чем шины легковых автомобилей. Это делается не только для большей устойчивости,
но и для уменьшения давления. В особенности это важно для автомобилей,
предназначенных для езды в пустыне или по бездорожью.
Даже
такие тяжелые машины, как танк или трактор не оказывают на почву значительно
большее давление, чем взрослый человек. Дело в том, что площадь гусеницы
танка во много раз превышает площадь ступни человека. Таким образом, танк
нередко может пройти по той болотистой местности, по которой не пройдет
человек.
Передвигаясь
в подобного рода местностях, люди нередко используют так называемые мокроступы.
За
счет увеличения площади, эта обувь из пластика или резины позволяет передвигаться
по заболоченным местностям, не проваливаясь в грязь и трясину. Раньше
мокроступы изготавливались из древесины наподобие лаптей. Во время Великой
Отечественной Войны, такие мокроступы были использованы в ходе проведения
знаменитой операции «Багратион». Совершенно неожиданно для немецкого
командования, несколько советских армий и корпусов ударили в тыл немецкой
группы армий «Центр», пройдя через болота, которые немцы считали непроходимыми.
В результате этой крупномасштабной операции было завершено освобождение
Белоруссии, и советские войска вошли в Польшу.
Также
нередко возникает необходимость в увеличении давления. Это, как правило,
нужно для колющих и режущих инструментов, таких, как ножи, ножницы, бритвы и
так далее. Острые лезвия имеют очень маленькую площадь поверхности,
поэтому, даже небольшим усилием можно создать большое давление. Например, играя
в дартс, игроки бросают дротики с небольшой силой, но при попадании в мишень
они создают давление, которое может в несколько десятков раз превышать давление
гусеничного трактора на почву.
Подобные
примеры нередко встречаются и в природе – это зубы, когти или клювы животных.
За
счет того, что они имеют малую площадь поверхности и способны развивать
значительное усилие, создается огромное давление. Например, оса
действует своим жалом на кожу человека с силой всего в 10 мкН. Однако
площадь жала осы настолько мала, что и это усилие создает давление в
миллиарды паскалей.
Давление
также учитывается в строительстве. Например, при возведении
зданий, увеличивают площадь нижней части фундамента, чтобы грунт мог
выдержать давление, создаваемое зданием. При строительстве мостов, нагрузку
также стараются распределить, делая больше опор.
Приведем
еще пару интересных примеров. Известно, что давление под водой увеличивается по
мере погружения на большую глубину. Это происходит из-за увеличения силы
давления воды, поскольку чем глубже погружаться, тем большее
количество воды давит на аквалангиста, то есть, увеличивается сила
давления. Именно по этой причине, различные подводные обитатели не могут
опускаться ниже определенных глубин (или, наоборот, подниматься выше
определенных глубин).
Упражнения.
Задача
1.
Если человек и гусеничный трактор оказывают одинаковое давление на почву, то
почему трактор, наехав на кирпич, сломает его, а человек, встав на кирпич, не
повредит ему?
Решение:
Человек
и трактор давят на почву одинаково.
pт = pч
Это
происходит, потому что отношение веса трактора к площади его гусениц равно
отношению веса человека к площади его ступней.
PТ / SГ = PЧ / SС
Однако
когда трактор наезжает на кирпич, следует брать в расчет не площадь гусениц
трактора, а площадь кирпича, на которую трактор действует всем своим весом.
Естественно, при этом развивается многократно большее давление, чем под
действием веса человека. Если же выложить трактору полосу из кирпичей, то его
вес распределится равномерно по нескольким кирпичам и давление уменьшится.
pт ≠ pч
PТ / SГ ≠ PЧ / SС
Задача
2.
На обочине стоит припаркованный автомобиль. Площадь части шины, соприкасающейся
с дорожным покрытием, равна 0,07 м2. Рядом стоит точно такой же
автомобиль, с более широкими шинами, так что площадь части шины, соприкасающейся
с дорожным покрытием, равна 0,077 м2. Во сколько раз давление,
оказываемое первым автомобилем на почву, больше, чем давление, оказываемое
вторым автомобилем?
Основные
выводы:
–
Давление – это физическая величина, равная отношению силы, действующей
перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.
–
Для увеличения давления на опору, необходимо либо увеличить силу, либо
уменьшить площадь опоры.
–
Для уменьшения давления на опору, необходимо, либо уменьшить силу, либо
увеличить площадь опоры.
–
Уменьшение и увеличение давления часто используется людьми на практике.
План урока:
Можно ли бежать по снегу?
Способы изменения давления
Давление газа
Закон Паскаля
Давление жидкости
Сообщающиеся сосуды
Можно ли бежать по снегу?
В соревнованиях, когда одна команда бежит на лыжах по рыхлому снегу, а другая без лыж победит, конечно же, команда с лыжами. Все дело в лыжах. Когда человек стоит на лыжах, его вес равномерно распределяется по всей площади лыж. Нетрудно сравнить площадь двух лыж и площадь подошв обуви.
Площадь лыж больше площади подошв. Если одинаковый вес человека распределить на разные площади, получится, что каждой единице площади лыж достанется веса меньше, чем такой же единице площади подошв. (Чтобы лучше понять это, надо представить простую ситуацию: на разные по размерам куски хлеба намазать по одинаковому количеству сливочного масла. На маленьком куске хлеба получится толстый слой масла, а на большом — масло размажется очень тонко).
Сила, которая давит на длинные лыжи и небольшие подошвы – это вес человека. А вот сила, которая приходится на единицу площади лыжи или подошвы – это уже не полный вес человека, а лишь маленькая часть этого веса. Эту силу в физике называют давлением.
Значит, команда на лыжах выиграла, так как оказывала на снег меньшее давление, и передвигаться ей, не проваливаясь, было легче.
Нужно отличать давление от силы давления. В примере в роли силы давления выступает вес человека, а давление – это часть веса, которая достается единице площади.
Давление принято обозначать буквой p (маленькая латинская буква) и находить по правилу:
p = F/S.
Достаточно понятная формула: «силу давления F разделить (распределить) на площадь S».
Источник
Давление измеряют и другими единицами:
Источник
Давление оказывают тела не только своим весом. Когда, например, режут хлеб или сыр на части, то нож разрезает продукты под действием мышечной силы руки.
Зная давление, можно найти силу, которая действует на поверхность:
F = p ∙ S
Способы изменения давления
Жарким летним днем, когда асфальт будто плавится, на нем остаются следы.
Какая обувь оставляет самые заметные, глубокие следы? Несомненно, ответ прост: это шпильки женских туфель. Маленькая площадь, следовательно, большое давление – и видимый результат.
Иногда давление необходимо сделать большим, иногда — маленьким.
Большое давление нужно там, где имеют дело с режущими и колющими инструментами. Необходимо, чтобы они были остро заточены, чтобы площадь соприкосновения была минимальной. Если нажать посильнее, то можно получить огромные давления. Резец токарного станка срезает стружку, оказывая давление на деталь 2,45 ∙ 109 Па.
Источник
В рукопашном бое востока преобладают колющие и рубящие удары пальцами рук, ног и ребром ладони. Обладая маленькой массой, можно нанести резкий болевой удар, ведь площадь кончиков пальцев или ребра ладони значительно меньше площади всей ладони или кулака. А значит, при одинаковой силе можно оказать большее давление на место удара.
А какое давление оказывает лезвие из дамасской стали, если легкая шелковая лента, упав на саблю, перерезается пополам!
В тех случаях, когда давление должно быть маленьким, сила должна быть тоже небольшой, а это в современных технологиях встречается редко. Тогда для уменьшения давления нужно увеличить площадь опоры.
Гусеницы тракторов, вездеходов значительно уменьшают давление на почву (всего 40 — 50 кПа), поэтому этот вид транспорта хорошо проходим даже в условиях болота. Для сравнения давление, которое оказывают колеса легкового автомобиля на дорогу равно 200 – 300 кПа, причем вес автомобиля значительно меньше, чем у трактора. Человек для прохождения по болотистой почве применяет специальные болотоходы, а по снегу – снегоходы.
Для того, чтобы дома и другие строения не давали осадку, необходимо под них подводить широкий фундамент (увеличение площади). Известная всему миру Останкинская башня, высотой 533 м, давит своим фундаментом на землю всего в 270 кПа (как легковой автомобиль). Таким же фундаментом для железнодорожных рельсов являются шпалы, уменьшающие давление вагонов на рельсы.
Для похода лучше выбирать рюкзак с широкими лямками, даже не нужно объяснять, почему.
Животным природа подарила возможность учитывать и использовать давление:
- клыки (хищники легко разрывают ими мясо);
- когти (кошки свободно забираются на дерево, спасаясь от собаки);
- острые зубы (пираньи – хищные рыбы пресных вод в считанные секунды обгладывают свои жертвы):
- клювы (дятел быстро долбит кору деревьев, находя там жучков для еды);
- острые носы (комар мгновенно протыкает кожу людей и животных и высасывает кровь);
Приведенные примеры говорят о том, как животные приспособились к борьбе за существование.
Итак, давление учитывает и человек, и природа, стремясь держать его большим или маленьким в нужных случаях.
Давление газа
Воздушные шары и мыльные пузыри знакомы всем взрослым и детям. Это обязательный атрибут игр или праздников. А как получить такой шарик? Он наполняется воздухом, который человек вдувает в шарик при выдохе. С каждым выдохом шарик растет все больше, и делается все более упругим. На резину шарика воздух давит, стараясь растянуть его в разные стороны. Силе давления противостоит сила упругости деформированного шарика, и нужно вовремя остановиться, иначе сила давления перерастет силу упругости, произойдет громкий хлопок – шарик лопнет.
Твердое тело весом давит на часть поверхности, на которой стоит (если ведро стоит на полу, то оно и давит только на пол), а газ действует во всех направлениях одинаково, поэтому мыльные пузыри имеют форму шара. Форму воздушного шара определяет резина, из которой он изготовлен. Если резина везде одинакова, то шар будет круглым. Если резина имеет в разных частях шара разную упругость, то и шар надуется по-разному, и будет иметь заданную форму.
Молекулы газообразного вещества мечутся беспорядочно и хаотично, но такой хаос большого количества частиц обеспечивает некий порядок: в любых направлениях зигзагообразными траекториями движется примерно одинаковое количество молекул. Суммарная сила удара сразу всех молекул, действующая на единицу площади, и образует давление газа.
Источник
Если накачивать насосом камеру велосипеда или мяча, то с каждым качком камера становится будто бы более твердой, потому что молекулы воздуха все прибывают и прибывают, сила суммарного удара по стенкам камеры становится все больше и больше. А значит, давление растет. Если воздух выходит, то камера на глазах «худеет», давление уменьшается. С ростом числа молекул связано увеличение массы газа, а уменьшение числа молекул ведет к уменьшению массы. Поэтому давление газа зависит от его массы, которую опытным путем гораздо легче определить, чем само давление.
С повышением температуры тела молекулы перемещаются быстрее. Чем выше скорость, тем сильнее молекулы ударяются о сосуд, в котором газ находится. Значит, чем температура выше, тем значительнее давление, оказываемое газом.
Еще интересный пример изменения давления. Надо взять бумажный пакет, надуть его и резко ударить по нему ладонью. Хлопок, и пакет разорван. Все очень быстро и просто, а ведь здесь произошли вполне объяснимые физические процессы. Кулек под ударом ладони сжимается, объем газа в нем становится меньше, количество молекул не увеличивается, но так как молекулы расположены плотнее, на единицу площади стенок их количество растет, что приводит к росту давления. Давление разрывает бумагу, резко вырвавшийся воздух является причиной звука в виде хлопка. Получается, давление газа связано и с объемом: давление становится больше с уменьшением объема газа, а если объем газа увеличивается, то давление его уменьшается.
И следующее. У разных газов молекулы различны по массе. С ростом молекулярной массы увеличивается ударная сила молекулы о поверхность, что приводит к росту давления. Поэтому различные газы в одном объеме, с одной и той же температурой оказывают неодинаковые давления.
Итак:
- давление газа определяется общими ударами большого числа молекул о поверхности, окружающие газ;
- если изменить количество молекул газа, его температуру или объем сосуда, в котором газ находится, то можно изменить давление этого газа;
- в одинаковых прочих условиях (число молекул, объем, температура) у различных газов давление неодинаково.
Закон Паскаля
Твердые тела, соприкасаясь с поверхностью, давят на нее перпендикулярно. Газы давят в различных направлениях. А как давят жидкости?
Молекулы жидкости, перемещаясь, долго не задерживаются на месте. Здесь они подобны молекулам газов. Различие лишь состоит в расстояниях между молекулами. Поэтому в жидкостях, как и газах, есть давление, которое действует в любых направлениях одинаково. Почему в ванной вода из крана течет одной струей, а эта же самая вода из душа течет большим количеством одинаковых струек? Если бы вместо душевого сита был шар с дырками, то вода лилась бы во все стороны, и даже вверх. Объясняет эти явления знаменитый закон Паскаля:
Источник
Закон Паскаля справедлив для газов тоже. Примером из жизни служит уже рассмотренное надувание воздушного шарика. Струю воздуха человек направляет прямо перед собой (он же не крутит головой, чтобы заполнить шар), а шар заполняется везде, во всех направлениях. Накачивая резиновую лодку ручным насосом, рыбак нажимает сверху вниз на насос, воздух же наполняет полностью всю форму лодки.
Этот закон давления нашел широчайшее применение в механизмах, использующих принцип работы гидравлического пресса (изобретен Б. Паскалем). Если нажать на маленький поршень S1 силой F1, давление получится p1 = F1/ S1. Это давление без изменения (по закону Паскаля) будет передаваться во всех направлениях и дойдет до поршня S2. Значит, там давление p2 = F2/S2 такое же. p1 = p2, то есть F1/ S1 = F2/S2.
Используя математику, из этого равенства можно получить следующее: F1/F2 = S1/S2. Это равенство выражает закон гидравлического пресса (гидравлический — водяной или жидкостный). Оно означает: действуя маленькой силой на небольшую площадь можно получить большую силу, действующую на большую площадь. Силы будут отличаться во столько же раз, во сколько отличаются площади. Если действовать на малую площадь маленькой силой, используя площадь в несколько раз большую, можно получить силу во столько же раз большую.
Источник
Само слово «пресс» обозначает: механизм для обработки материалов давлением.
С помощью пресса макулатуре, металлолому, сену придают формы удобные для транспортировки.
Методом прессования изготовляют детали сложнейших приборов и машин.
В водяных насосах, отбойных молотках, также используется закон Паскаля и закон гидравлического пресса. Нажимая на тормоз, шофер останавливает автомобиль. Усиленное давление по этим законам передается на тормозные колодки, которые не дают вращаться колесам. Но это, конечно, далеко не весь перечень примеров проявления и использования свойств давления.
Давление жидкости
Можно ли численно рассчитать давление жидкости? Ответ получается, если применить нетрудные математические преобразования.
По определению p = F/S. F – сила, с которой жидкость (ведь она обладает весом P) давит на дно. Дальше, вспомнив формулы веса (P = mg), массы (m = ρV), объема (V = Sh), можно получить:
p = P/S = mg/S = ρVg/S = ρShg/S. Сократить полученную дробь на S, и результат готов:
p = ρgh
Изначально в формуле была задействована площадь дна, а в результате получилось выражение, в котором давление жидкости зависит ни от формы сосуда, ни от площади его стенок и дна, а от плотности ρ и глубины h жидкости (физики называют глубину высотой столба жидкости). Число g ≈ 10 Н/кг осталось от формулы веса.
Источник Источник
А теперь самое интересное. Можно ли водой из кружки разрушить большую бочку? Тот факт, что высота столба определяет давление жидкости, позволяет ответить на этот вопрос: « Да, можно!»
Если взять несколько сосудов различной формы, одинаковой высоты и с одинаковой площадью дна, которое затянуто эластичной пленкой, наполнить сосуды водой, то дно прогнется одинаково во всех трех случаях. Хотя вес жидкости разный, сила давления возникает одинаковая (но ведь силой давления является вес!). Что происходит? А вот что:
F = p ∙ S, а p = ρgh и F = ρgh ∙ S
Одна жидкость, плотность ρ, высота h и площадь S дна — одинаковы. Значит, и сила давления одинаковая. Это явление «гидростатического парадокса».
Источник
Первое объяснение этому парадоксу (противоречие с общепринятым утверждением; перевод с греческого «докса» — «мнение», «пара» — «против») дано опять же Б.Паскалем.
Источник
Явления, связанные со стоячей жидкостью (в сосуде, в луже, в пруду) и давлением называют гидростатическими.
Сообщающиеся сосуды
Красивое зрелище – действующие фонтаны. Они всегда привлекают к себе внимание детей и взрослых. А каков же их принцип действия?
Первый человек, который это объяснил, опять был Блез Паскаль. Если взять две стеклянные трубочки и соединить их трубкой резиновой, и через воронку наливать воду в одну трубочку, то при любом положении трубочек вода в них будет на одинаковом уровне.
Эти трубочки, а на их месте могут быть любые сосуды, соединяются (сообщаются) друг с другом. Давление в обеих трубочках одинаково (по закону Паскаля), значит, и высота столбиков жидкости в этих соединенных, сообщающихся сосудах — одинакова.
Источник
Если один сосудов поднять на большую высоту, то из второго сосуда жидкость будет стремиться подняться до уровня первого сосуда, но сила тяжести, возвращает ее обратно на землю. Таков основной принцип работы фонтана. Вот его примерная схема:
Фонтан соединяется с большой башней, в которую закачивается вода с помощью насосов. Такую башню называют водонапорной. А если водонапорную башню соединить с водопроводной сетью, то вода поступит в любую квартиру, в любое здание. Водопровод — это пример применения в жизни сообщающихся сосудов.
Источник
К сообщающимся сосудам относятся насосы со шлангами, лейки, чайники, кофейники. В них по два сосуда: емкость под жидкость и носик. Звучит непривычно, но это так.
При помощи сообщающихся сосудов измеряют небольшое давление. Прибор называется жидкостным манометром. Один сосуд закрыт, а ко второму эластичной трубкой присоединена пластмассовая коробочка, затянутая пленкой. Если на пленку нажать, по закону Паскаля давление передастся на жидкость. В одном колене такого манометра жидкость опускается, а в другом поднимается. Давление тем больше, чем больше разница уровней жидкости.
Источник
Принцип сообщающихся сосудов используется в шлюзах – устройствах, пропускающих речные корабли через плотины, перегораживающие реки. Плотины обычно устраивают там, где работают гидроэлектростанции. Плотины разделяют течение реки на части: верхнее течение (там накапливается вода) и нижнее. Там, где проходят корабли, сделаны специальные огромные ворота, которые удерживают воду. Получается, что большие сообщающиеся сосуды между собой перекрыты.
Пусть корабль идет по течению реки вниз. Он попадает в верхнюю часть шлюза, где уровень воды высокий. Ворота открываются, и вода начинает перетекать в нижнюю часть, уровень воды снижается, а вместе с ним опускается и корабль (в нижней части наоборот уровень повышается). Снижение происходит до тех пор, пока не произойдет выравнивание (закон сообщающихся сосудов) верхнего и нижнего течений. Корабль может дальше двигаться по реке. Если корабль движется вверх по течению, он вначале попадает в нижнюю часть шлюза. Ворота открываются, вода из верхней части поступает в нижнюю до выравнивания уровней. В нижней части вода поднимается, и вместе с ней поднимается корабль. После выравнивания уровней корабль может двигаться дальше. Шлюзы очень больших плотин могут иметь не одни ворота, а сразу несколько. Ворота могут открываться, как обычные двери (по течению реки) или вертикально.
Источник
Если дно непрозрачного бака соединить с тонкой стеклянной трубкой снизу, расположенной вертикально ему, то можно увидеть высоту воды в баке (см. рисунок). Так устроены водомерные стекла в паровых котлах.
Важный момент. В данных примерах используется одна жидкость. А если в разные сосуды налить разные жидкости, например, воду и керосин. Что будет наблюдаться?
Давление в обоих сосудах одинаково (закон Паскаля). Но ведь плотность воды 1000 кг/м3, а керосина – 800 кг/м3, тогда столб керосина с меньшей плотностью должен быть выше, чем столб воды в 1,25 раза, т. к. плотности отличаются тоже в 1,25 раза.
Наблюдается обратно пропорциональная зависимость:
h1/h2 = ρ2/ρ1
Источник
Значит, в сообщающихся сосудах уровни одинаковы для однородной жидкости, а для разных жидкостей уровни различны.
В жизни мы встречаем газообразное состояние вещества, когда чувствуем запахи. Запах очень легко распространяется, потому что газ не имеет ни формы, ни объема (он занимает весь предоставленный ему объем), состоит из хаотично движущихся молекул, расстояние между которыми больше, чем размеры молекул.
Агрегатных состояния точно три?
На самом деле, есть еще четвертое — плазма. Звучит, как что-то из научной фантастики, но это просто ионизированный газ — газ, в котором помимо нейтральных частиц, есть еще и заряженные. Ионизаторы воздуха как раз строятся на принципе перехода из газообразного вещества в плазму.
Получай лайфхаки, статьи, видео и чек-листы по обучению на почту
Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Давление газа
Мы только что выяснили, что молекулы газа беспорядочно движутся. Во время движения они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором этот газ находится. Поскольку молекул много, ударов тоже много.
Например, в комнате, в которой вы сейчас находитесь, на каждый квадратный сантиметр за 1 с молекулами воздуха наносится столько ударов, что их количество выражается двадцати трехзначным числом.
Хотя сила удара отдельной молекулы мала, действие всех молекул о стенки сосуда приводит к значительному давлению. Это как если бы один комар толкал машину, то она бы и не сдвинулась с места, а вот пару сотен миллионов комаров вполне себе способны эту машину сдвинуть.
Курсы подготовки к ОГЭ по физике помогут снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.
Зависимость давления от других величин
Зависимость давления от объема
В механике есть формула давления, которая показывает: давление прямо пропорционально силе и обратно пропорционально площади, на которую эта сила оказывается.
Давление
p = F/S
p — давление [Па]
F — сила [Н]
S — площадь [м^2]
То есть, если наши двести миллионов комаров будут толкать легковую машину, они распределятся по меньшей площади, чем если бы они толкали грузовой автомобиль (просто потому что легковая меньше грузовика).
Из формулы давления следует, что давление на легковой автомобиль будет больше из-за меньшей площади.
Давайте рассмотрим аналогичный пример с двумя сосудами разной площади.
Давление в левом сосуде будет больше, чем во втором, по аналогичной схеме — потому что площадь меньше. Но если площадь основания меньше, то и объем меньше. Это значит, что давление будет зависеть от объема следующим образом: чем больше объем, тем меньше давление — и наоборот.
При этом зависимость будет не линейная, а примет вот такой вид (при условии, что температура постоянна):
Такая зависимость называется законом Бойля-Мариотта.
Она экспериментально проверяется с помощью такой установки.
Объем шприца увеличивают с помощью насоса, а манометр измеряет давление. Эксперимент показывает, что при увеличении объема давление действительно уменьшается.
Зависимость давления от температуры
Рассмотрим зависимость давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Эти исследования были впервые произведены в Жаком Шарлем.
Газ нагревался в большой колбе, соединенной с ртутным манометром в виде узкой изогнутой трубки. Пренебрегая ничтожным увеличением объема колбы при нагревании и незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке.
Таким образом, можно считать объем газа неизменным. Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, измеряли температуру газа по термометру, а соответствующее давление — по манометру.
Этот эксперимент показал, что давление газа увеличивается с увеличением температуры. Это связано с тем, что при нагревании молекулы газа движутся быстрее, из-за чего чаще ударяются о стенки сосуда.
С температурой все проще. Зависимость давления от температуры при постоянных объеме и массе будет линейно:
Эта зависимость называется законом Шарля.
Хранение и транспортировка газов
Если нужно перевезти значительное количество газа из одного места в другое, или когда газы необходимо длительно хранить — их помещают в специальные прочные металлические сосуды. Из-за того, что при уменьшении объема увеличивается давление, газ можно закачать в небольшой баллон, но он должен быть очень прочным.
Сосуды, предназначенные для транспортировки газов, выдерживают высокие давления. Поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.
Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать. Например, держать под прямыми лучами солнца или любым способом пытаться сделать в них отверстие, даже после использования.