Давление жидкостей. Закон Паскаля.

Разработка урока

по теме:

«Давление жидкостей. Закон Паскаля»

Тема: Давление жидкостей. Закон Паскаля.

Цель: Выяснить от чего зависит давление жидкости и научиться рассчитывать его. Научиться решать задачи на расчет давления и силы давления.

Развитие логического мышления, сообразительности, умения решать задачи.

Формирование материалистического мировоззрения, самостоятельности, расширение кругозора, трудолюбия, привитие любви к предмету.

Оборудование: плакаты, карточки.

Слово учителя: Наш урок будет проходить в игровой форме. Представьте себе, что мы путешественники и наше путешествие будет необычным. Мы будем плыть на корабле по морям и океанам.

Проплывем мы много

Океанов и морей.

Сделаем открытия

Для себя и для друзей.

Мы выучим все формулы

И сложные законы.

Узнаем мы про глубину,

Про плотность и про воду.

Мы очень любознательны.

Мы всюду побываем.

И все секреты – хитрости

Мы в физике узнаем!

Мы любим путешествовать

По суше, по воде.

Скажу, что побываем мы,

Везде, везде, везде!

Через все трудности и преграды, встретившиеся на нашем пути во время плаванья, нас будет вести за собой капитан. Как старшая по рангу, я назначаю капитаном Юлю Куранду.

Капитан наш смел, отважен.

Шторм ему совсем не страшен.

Дружно все мы поплывем

И от трудностей уйдем.

Одолеем все невзгоды:

Ветры, бури, непогоды.

Справимся с любой бедой

Вместе с Юлей Курандой.

Капитан расскажет нам, как рассчитать давление воды на дно и стенки нашего корабля. Для удобства расчета, корабль представим в виде прямоугольного параллелепипеда высотой h и площадью основания S.

Ученица выводит формулу зависимости давления жидкости от плотности жидкости и высоты столба жидкости.

p = F/S,

где S – площадь основания,

F – сила, с которой вода давит на дно сосуда

Т.к. F = mg, m = ρV, V = Sh, то p = gρSh/S = ρgh

Вывод: Давление жидкости зависит только лишь от плотности жидкости и высоты столба жидкости.

При расчете давления по данной формуле ρ измеряется в кг/м³, h – в м,

g = 10 Н/кг, тогда р будет выражаться в Па.

Мы любим купаться в реке и на море

Но формулу надо нам выучить в школе

Хотите узнать вы секретный пароль наш

Звучит очень просто он: вот ρgh!

Задача № 1

Определите давление воды в море на глубине 90 м.

h = 90 м ρ = 1030 кг/м3 g = 10 Н/кг	р = ρgh	[p] = [Па] = [кг/м3 * Н/кг * м = Н/м2 = Па] р = 1030*10*90 = 927000 Па = 927 кПа
р - ?

Ответ: Давление воды на глубине 90 м равно 927 кПа.

У капитана есть помощники, которые будут помогать ему вести корабль в трудном и опасном плавании.

Помощник капитана тоже хоть куда.

Он такой же смелый, как Юля Куранда.

Он раскрое тайны океанов и морей.

Расскажет много нового для нас – своих друзей.

Ответит на вопросы: что, как и почему.

Любые тайны моря ему все по плечу.

Слушаем сообщение «Исследование морей и океанов».

Мы много иль мало на лодке проплыли.

На рифы нечаянно вдруг наскочили.

Чтоб участь Титаника не повторить

Большую пробоину надо закрыть.

А закрывать эту пробоину будут водолазы, которые есть на корабле. Но прежде чем водолаз опустится на дно, надо рассчитать какую силу давления испытывает водолаз при погружении.

Задача № 2

С какой силой давит вода на тело водолаза при его погружении на глубину 90 м, если площадь поверхности тела водолаза 2 м².

h = 90 м ρ = 1030 кг/м3 g = 10 Н/кг S = 2 м2	p = F/S F = p*S p = ρgh F = ρghS	[F] = [H] = [кг/м3 * Н/кг * м * м2 = H] F = 1030*10*90*2 = 1854000 Па = 1,854 МПа
F - ?

Ответ: На глубине 90 м сила давления на водолаза составляет 1,854 МПа

Теперь, зная с какой силой вода давит на водолаза он может опуститься на дно и произвести нужные ремонтные работы.

Наш водолаз опустился на дно.

Туда, где страшно и кромешно темно.

Не тратя времени на промедленье

Принял нужное решенье:

Пробоину надо заделать быстрей,

Чтоб в лодке нам всем стало жить веселей.

Задачи № 3

Какой площади пластырь надо взять, чтобы заделать пробоину, образовавшуюся на корабле на глубине 90 м, если вода давит с силой 1,854 МПа.

h = 90 м ρ = 1030 кг/м3 g = 10 Н/кг F = 1,854 МПа	p = F/S S = F/p p = ρgh S = F/ρgh	[S] = [м2] = [H/ кг/м3 * H/кг*м = м2] S = 1854000/1030*10*90 = 2 м2
S - ?

Ответ: Чтобы заделать пробоину необходим пластырь площадью 2 м².

Наш водолаз быстро взялся за дело.

Пробоину вмиг он заделал умело.

Теперь не страшны нам ни буря, ни град.

Спаситель наш счастлив от похвал и наград.

А наградой водолазу будет хвалебная песня:

О, славный водолаз!

Ты нас, ты нас

От страшной смерти спас.

Ты в добрый час увидел нас.

От напастей, стихий,

От гибели нас спас.

О, славный водолаз!

Вот нету и щелки.

Вся лодка цела.

Всех нас она к берегу

В миг принесла.

Рыба плавает по дну

От чего и почему?

Я хотела бы как рыба

В синем море плыть бы, плыть бы.

Плыть так долго под водой,

И увидеть все самой.

Лодку надо мне построить,

Ловко дело так устроить,

Чтоб не страшась давления

Плыть без опасения.

А стоить лодку и плыть в ней без опасения будет второй помощник капитана. Слушаем сообщение «Глубоководные животные».

Плывет, плывет кораблик.

Кораблик не простой.

Везет, везет оценки,

Оценки нам с тобой.

Подводим итог урока. Выясняем, что изучали на сегодняшнем уроке. Выставляем оценки.

«Глубоководные животные»

Поверхность Земли на две трети покрыта водой, но и по сей день мы мало что знаем о населяющих ее существах. Это кажется удивительным, но еще недавно было принято считать, что океанское дно представляет собой безжизненную пустыню. Невозможно было представить, что есть существа, способные выдержать такое громадное давление воды.

В наше время океанографы убедительно доказали, что в Мировом океане сейчас нет воды без населяющих ее живых существ. Даже на глубине свыше 10 000 м были найдены живые организмы.

На глубине больше километра царят тьма, холод (2-3 градуса Цельсия), огромное давление: на глубине 1 километра — 100 атмосфер, 3,5 километров — около 400, на глубине 11 километров — 7000. Уже на глубине 1000 метров кусок дерева сжимается вдвое.

Но глубоководные обитатели отлично приспособились к условиям жизни на глубине. Известно, что при давлении вода сжимается очень мало, а тела морских животных содержат большое количество воды. Поэтому давление внутри организма животного легко уравновешивается давлением окружающей среды.

В глубинах океана сохранились условия жизни такими же, какими они были десятки миллионов лет назад. И обитатели темных глубин обладают удивительной внешностью, подчас совершенно не похожей на любые вымыслы фантастов.

Телескопические глаза, иногда более одной пары – как у рыбы-утюга – или полное отсутствие глаз, замененных на инфракрасные рецепторы на спине, способность содержать пищу целой в желудке, а переваривать в кишечнике, вспыхивать огнями, отпугивая хищника, и приманивать добычу светящимися шариками на гибких отростках. Или способность проглотить за один присест добычу сильно превышающую размеры хищника – ведь если удалось поймать добычу, то надо успеть съесть ее, не дожидаясь конкурентов. Это и многое другое могут глубоководные обитатели.

Глубоководные животные по-разному добывают пищу — одни фильтруют воду, выбирая частицы органики, другие процеживают ил, третьи активно охотятся.

Свет солнца не может проникнуть на глубину, но многие живущие там давно приспособились испускать свой свет благодаря специальным органам – фотофорам. Фотофоры содержат огромное количество люминисцирующих бактерий, которые поглощают сахар и кислород из тела хозяина, а взамен вырабатывают свет.

Некоторые рыбы могут похвастаться целыми рядами «бортовых огней» вдоль туловища, а, например, у удильщиков – которых известно почти 120 видов – фотофоры расположены на концах длинных усиков-удилищ. Этот коварный свет приманивает добычу. У светящихся анчоусов фотофоры играют защитную, маскировочную роль и расположены на хвосте и вокруг глаз. Кто-то из хищников обзавелся даже целой светящейся пастью, а рыба-черт щеголяет длинным светящимся плавником, который привлекает маленьких рыбок.

Еще одним из приспособлений к жизни в темноте стали телескопические глаза. У многих рыб, например у гигантур, они держатся на стебельках, что позволяет им различать излучения других рыб. А у угря-глотателя огромный рот, открывающийся на манер змеиного, что позволяет ему заглатывать добычу, превосходящую его по размерам.

Еще ниже, с полным исчезновением света, глаза у многих видов атрофируются.

Встречаются полностью слепые организмы, охотящиеся с помощью чувствительных усиков, как макрурсы-крысохвосты, или боковой линии, как тифлонусы, у которых нет даже хвостового плавника. Здесь особую важность приобретают органы слуха — ведь в воде звуки распространяются в 5 раз быстрее, чем в воздухе.

На дне мы встречаем рыб, которые не могут плавать. Морских нетопырей, ползающих по дну при помощи грудных и брюшных плавников, голотурий, которые питаются, пропуская через себя большие порции грунта в поисках органических веществ и бактерий.

Чем глубже опускаться, тем меньше будет встречаться хороших и быстрых пловцов, и все более студенистыми и неплотными будут становиться их тела. Глубоководные охотники имеют слабую мускулатуру, огромные зубы и не меньший запас терпения. Кого-то пассивно влечет медленными подводными течениями, кто-то предпочитает лежать на дне и ждать добычу.

Человеку понадобилось несколько столетий, чтобы поверхностно познакомиться с Мировым океаном, с его коварными течениями, приливами и отливами. А с живыми организмами, населяющими его глубины, человечество продолжает знакомиться до сих пор. И, несмотря на повсеместное изучение тайн Мирового океана, он до сих пор преподносит нам удивительные сюрпризы.

«Исследование морей и океанов»

Из формулы гидростатического давления следует, что во всех местах жидкости, находящихся на одной и той же глубине, давление жидкости одно и то же. С увеличением глубины оно возрастает. Особенно больших значений оно достигает на дне морей и океанов. Например, на глубине 10 км давление воды составляет около 100 миллионов паскалей!

Несмотря на огромное давление, существующее на таких глубинах, и здесь обитают некоторые животные: различные иглокожие, ракообразные, моллюски, черви, а также глубоководные рыбы. Организм этих животных приспособлен к существованию в условиях большого давления, и точно такое же давление имеется внутри их.

Сюда не доходит солнечный свет (он угасает уже на глубине 180 м), и потому здесь царствует мрак. Обитатели глубин либо слепые, либо, наоборот, имеют очень развитые глаза. Некоторые из глубоководных животных светятся собственным светом.

Человек начал осваивать подводный мир еще в глубокой древности. Опытные, хорошо тренированные ныряльщики (ловцы жемчуга, собиратели губок), задерживая дыхание на 1-2 мин, погружались без всяких приспособлений на глубину 20-30 (а иногда и более) метров.

Опускаться на очень большие глубины человек без специального снаряжения не может. Этому мешает как отсутствие воздуха, так и огромное гидростатическое давление, прогибающее ребра грудной клетки настолько, что они могут не выдержать и сломаться.

Для увеличения времени пребывания под водой люди вначале использовали дыхательные трубки из тростника, кожаные мешки с запасом воздуха, а также "водолазный колокол" (в верхней части которого при погружении в воду образовывалась "воздушная подушка", из которой человек и получал воздух).

Следует иметь в виду, однако, что дышать через трубку, выступающую над поверхностью воды, можно лишь тогда, когда глубина погружения не превышает 1,5 м.

На больших глубинах разность между давлением воды, сжимающим грудную клетку, и давлением воздуха внутри ее возрастает настолько, что у человека уже не хватает сил увеличивать объем грудной клетки при вдохе и наполнять свежим воздухом легкие.

На глубине, превышающей 1,5 м, можно дышать только таким воздухом, который сжат до давления, равного давлению воды на данной глубине.

В 1943 г. французами Ж. Кусто и Э. Ганьяном был изобретен акваланг - специальный аппарат со сжатым воздухом, предназначенный для дыхания человека под водой. Благодаря этому изобретению плавание под водой стало увлекательным и распространенным видом спорта.

Акваланг позволяет находиться под водой от нескольких минут (на глубине около 40 м) до часа и более (на небольших глубинах). Спуски с аквалангом на глубины более 40 м не рекомендуются, так как вдыхание воздуха, сжатого до большого давления, может привести к азотному наркозу. У человека нарушается координация движений, мутится сознание.

При подводных работах на разных глубинах используют специальные водолазные скафандры. Если скафандр мягкий (резиновый), то глубина погружения обычно не превосходит нескольких десятков метров.

На больших глубинах человек может работать только в жестком ("панцирном") скафандре. В последнем случае глубина погружения может доходить до 300 м.

Для исследования морей и океанов на больших глубинах используют батисферы и батискафы.

Батисферу опускают с надводного судна с помощью троса. Впервые она была использована итальянцем Бальзамелло в 1892 г.

Глубина погружения тогда составляла 165 м; впоследствии она превысила 1 км.

Батискаф не связан тросом с кораблем и представляет собой автономный (самоходный) аппарат. Первый батискаф был построен и испытан швейцарским ученым О. Пиккаром в 1948 г. В январе 1960 г. сын ученого Ж. Пиккар вместе с Д. Уолшем достигли на батискафе дна Марианского желоба в Тихом океане. Его максимальная глубина (измеренная в 1957 г. исследовательским советским судном "Витязь") составляет 11 022 м.

15