Проект по физике "Давление в жидкостях и газах"
методическая разработка (7 класс)

Оглавление

1. Введение                            

2.Основное содержание

3.Заключение

4.Литература

1.Введение.

На уроках физики мы изучили давление в твердых телах, и нам стало интересно, как явление давления происходит в жидкостях и газах,  какую роль играет давление в животном и растительном мире, в жизни  человека.

Темой нашей исследовательской работы является «Давление в жидкостях и газах». Давление окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе. Понять от чего оно зависит, изучить какую роль имеет давление в животном и растительном мире. Часто многие гениальные изобретения подсматриваются в природе в животном мире. Поэтому, изучение давления очень важно.

Практическая значимость исследования: материалы нашего исследования можно использовать на уроках физики.

Цель исследования: изучить давление в газах, жидкостях; провести эксперименты, демонстрирующие, от каких величин зависит давление, установить математическую зависимость; рассмотреть, какую роль играет давление в окружающем мире.

Задачи :

1. Изучить понятие давления в жидкостях и газах с физической точки зрения.

2. Познакомиться с популярной и занимательной литературой по данной теме.

3. Рассмотреть случаи практического применения давления в жизни человека и живой природы.

4.Исследовать давление в жидкости и газах на дно сосудов, стенки сосудов.

5.Изучить зависимость давления от различных величин.

6.Изучить методику проведения эксперимента.

7. Сделать выводы по теме исследования.

8. Оформить исследовательскую работу.

Наши  предположения: Мы предполагаем, что давление в жидкостях (газах) зависит от высоты столба жидкости (газа) и от плотности вещества.

Методы исследования:

Изучение и анализ литературы, материалов Интернета.

Отбор и обобщение  материалов по теме исследования.

Постановка экспериментов.

Обработка полученных результатов.

Анализ полученных результатов.

Исследование областей применения.

Выводы по теме.

2. Основное содержание:

1 группа «Теоретики»

Цель: Изучить природу давления в жидкостях и газах, факторы  от которых зависит давление в жидкости и газе.

Известно, что молекулы газа движутся беспорядочно. При своём движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул о стенки сосуда значительно, оно и создаёт давление газа. Итак, давление газа на стенки сосуда ( и на помещённое в газ тело ) вызывается ударами молекул газа.

При уменьшении объёма газа его давление увеличивается, а при увеличении объёма давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

В любой жидкости молекулы не связаны жёстко, и поэтому жидкость принимает форму того сосуда, куда она налита. Как и твёрдые тела, жидкость оказывает давление на дно сосуда. Но в отличие от твёрдых тел, жидкость производит давление также и на стенки сосуда. Для объяснения этого явления мысленно разделим столб жидкости на три слоя. При этом можно видеть, что и внутри самой жидкости существует давление: жидкость находится под давлением силы тяжести, и на нижние слои жидкости действует вес верхних её слоёв. Сила тяжести, действующая на верхний слой, прижимает его ко второму слою. Слой средний передаёт производимое на него давление во все стороны. Кроме того, на этот слой также действует сила тяжести, прижимающая его к третьему слою. Следовательно, в третьем сдое давление возрастает, и оно будет наибольшим у дна сосуда.

Давление внутри жидкости зависит от её плотности.

Давление, производимое на жидкость или газ, передаётся без изменения в каждую точку объёма жидкости или газа. Это утверждение называют законом Паскаля.

За единицу давления в СИ принято давление, которое производит сила 1Н на перпендикулярную к ней поверхность площадью 1м2. Эта единица называется паскалем ( Па )(Наименование единице давления дано в честь французского учёного Блёза Паскаля).

Закон Паскаля справедлив для жидкостей и газов. Однако он не учитывает одного важного обстоятельства - существования веса.

В земных условиях этого нельзя забывать. Весит и вода. Поэтому понятно, что две площадки, находящиеся на разной глубине под водой, будут испытывать разные давления.

Давление воды, обусловленное её тяжестью, называют гидростатическим. Гидростатическое  давление,  во всех местах жидкости , находящихся на одной и той же глубине , одно и то же.

В земных условиях на свободную поверхность жидкости чаще всего давит воздух. Давление воздуха называют атмосферным. Давление на глубине складывается из атмосферного и гидростатического.

Чтобы подсчитать силу давления воды, нужно знать только размер площадки, на которую она давит, и высоту столба жидкости над ней. Всё остальное в силу закона Паскаля не играет роли.

Давление воды много больше давления воздуха. На глубине 10м вода давит на 1см2 с дополнительной к атмосферному давлению силой в 1кГ(Давление в 1кГ/см2 называют технической атмосферой.). На глубине в километр - с силой в 100кГ на 1см2.

Рассмотрим, как влияет вес жидкости на распределение давления внутри покоящейся несжимаемой жидкости. При равновесии жидкости давление по горизонтали всегда одинаково, иначе не было бы равновесия. Поэтому свободная поверхность покоящейся жидкости всегда горизонтальна вдали от стенок сосуда. Если жидкость несжимаема, то ее плотность не зависит от давления. Тогда при поперечном сечении S, высоте h и плотности столба жидкости, его вес , а давление на нижнее основание

    т. е. давление изменяется линейно с высотой. Давление называется гидростатическим давлением.

Согласно формуле- сила давления на нижние слои жидкости будет больше, чем на верхние, поэтому на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, определяемая законом Архимеда.

Вывод: Жидкости и газы принимают форму сосуда, в котором они содержатся. В отличие от твердых тел, жидкости и газы давят на все стенки сосуда. Давление жидкостей и газов направлено во все стороны. Вода давит не только на дно, но и на стенки. Сам сосуд давит только вниз. Воздух давит изнутри на футбольный мяч во всех направлениях, и поэтому мяч круглый.

2 группа «Экспериментаторы»

Цель: Выяснить зависимость давления жидкости от следующих факторов:

- от направления,

- от высоты столба жидкости,

- от плотности жидкости,

-от формы сосуда.

Опыт 1. Шар Паскаля – полый шар с множеством маленьких отверстий. Шар соединён с цилиндром, в который вставлен поршень.

Шар Паскаля

Во время опыта шар наполнили  водой и с помощью поршня увеличили давление внутри него. Вода начинает выливаться из абсолютно всех отверстий в шаре. Это доказывает, что давление, которое создаёт поршень на поверхности жидкости, передаётся жидкостью одинаково по всем направлениям.

Если шар наполнить дымом, то точно так же дым будет выходить из всех отверстий шара при давлении поршня.

Вывод: Давление, которое создаёт поршень на поверхности жидкости, передаётся жидкостью одинаково по всем направлениям.

Опыт 2.

Возьмем стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой пленкой, нальем воду. Под действием веса жидкости дно трубки прогнется.
Опыт показывает, что, чем выше столб воды над резиновой пленкой, тем больше она прогибается.

Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.

Опустим трубку с резиновым дном, в которую налита вода, в другой, более широкий, сосуд с водой.

Мы увидим, что по мере опускания трубки, резиновая пленка постепенно выпрямляется. Полное выпрямление пленки показывает, что силы, действующие на нее сверху и снизу, равны. Наступает полное выпрямление пленки тогда, когда уровни воды в трубке и сосуде совпадают.

Вывод: Давление на дно сосуда зависит от высоты столба жидкости

Опыт 3.

Возьмем две  стеклянных трубки, нижние отверстия которых закрыты

 тонкой резиновой пленкой, нальем в первый сосуд воду, а во второй-

солевой  раствор. Под действием веса жидкости дно трубки с соляным

 раствором прогнется сильнее. Опыт показывает, что, чем больше плотность

жидкости, тем больше прогибается резиновая пленка.

Вывод: Давление жидкости на дно сосуда зависит от плотности жидкости.

Опыт 4.

Давление жидкости зависит от глубины

Вывод: Давление  внутри жидкости на разных высотах разное. Оно увеличивается с увеличением глубины

Опыт 5.

Рассчитать  давление жидкости в сосудах разной формы

В жизни мы встречаемся с сосудами различной формы:

банки разных размеров, бутылки, кастрюли, кружки.

Рассчитаем, какое давление на дно сосудов разной формы

оказывает столб воды.

Нальём в пятилитровую и полуторалитровую бутылку полтора литра воды и рассчитаем давление жидкости на дно сосудов. Высота столба жидкости в банках различная. В пятилитровой бутылке равна 9 см, а полуторалитровой 27 см.

Расчетная формула для нахождения давления в жидкости:

Р = ρ*g*h ρ = 1000 кг/м3 (плотность воды)

h1=0,09 м  h2=0,27 м

Давление на дно пятилитровой бутылки: Р1=900Па

Давление на дно полуторалитровой бутылки: Р2=2700Па

Вывод: В результате эксперимента мы выяснили, что одинаковое количество воды оказывает различное давление на дно сосудов и напрямую зависит только от высоты столба жидкости, а не от формы сосуда.

3 группа «Практики»

Цель: выяснить, какую роль играет давление в жидкостях  и газах  в окружающем нас  мире.

Роль давления в животном мир

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.

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.

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.

Роль давления в жизни человека

Тело человека приспособлено к атмосферному давлению и плохо переносит его понижение. При подъеме высоко в горы неподготовленный человек чувствует себя очень плохо. Становится трудно дышать, из ушей и носа нередко идет кровь, можно потерять сознание. Так как благодаря атмосферному давлению суставные поверхности плотно прилегают друг к другу (в суставной сумке, охватывающей суставы, давление понижено), то высоко в горах, где атмосферное давление резко падает, действие суставов расстраивается, руки и ноги слушаются плохо, легко получаются вывихи.

Тенсинг Нордгей, один из первых покорителей Эвереста, делился воспоминаниями, что самые трудные были последние 30м, ноги были чугунными, каждый шаг приходилось делать с трудом. Он установил для себя норму: четыре шага – отдых, четыре шага – отдых.

Почему так трудны восхождения? Это связано с низким атмосферным давлением и его влиянием на организм человека. Как вести себя в горах и при восхождении? (Акклиматизация, следить за весом рюкзака, пища, богатая витаминами и калием для работы сердца, равномерно распределять нагрузки).

Альпинисты, летчики при высотных подъемах берут с собой кислородные приборы и перед подъемом усиленно тренируются. В программу подготовки входит обязательная тренировка в барокамере, которая представляет собой герметически закрывающуюся стальную камеру, соединенную с мощным откачивающим насосом.

Атмосферное давление сказывается при передвижении по болотистой местности. Под ногой, когда мы ее приподнимаем, образуется разреженное пространство и атмосферное давление препятствует вытаскиванию ноги. Если по трясине передвигается лошадь, то твердые копыта ее действуют как поршни. Сложные же копыта, например, свиней, состоящие из нескольких частей, при вытаскивании ноги сжимаются и пропускают воздух в образовавшееся углубление. В этом случае ноги таких животных свободно вытягиваются из почвы.

А как мы пьем? Приставив стакан к губам, начинаем тянуть жидкость в себя. Втягивание жидкости вызывает расширение грудной клетки, воздух в легких и полости рта разряжается и атмосферное давление «загоняет» туда очередную порцию жидкости. Так организм приспосабливается к атмосферному давлению и использует его.

Задумывались ли вы над тем, как мы дышим? Механизм дыхания заключается в следующем: мышечным усилием мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается и атмосферное давление вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит обратный процесс. Наши легкие действуют как насос при вдохе как разряжающий, а при выдохе − как нагнетающий.

Оказывается искусственное понижение или повышение атмосферного давления в специальных помещениях – барокамерах – используют в лечебных целях. Одним из методов баротерапии (греч. «терапия» - лечение) является постановка стеклянных медицинских банок в домашних условиях.

Выводы: В ходе выполненной работы мы узнали понятие «Давление в жидкостях и газах» с физической точки зрения. Рассмотрели его применение в различных жизненных ситуациях, в природе и жизни человека. Узнали значимость этого понятия для животного мира, рассмотрели случаи практического применения давления в жизни человека и живой природы.

3. Заключение

             В ходе выполненной работы мы  изучили понятие «Давления» с физической точки зрения. Рассмотрели его применение в различных жизненных ситуациях, в природе и жизни человека. Узнали значимость этого понятия для животного мира, рассмотрели случаи практического применения давления в жизни человека и в живой природе. Рассчитали, применяя математические навыки, и изучили закономерности проявления давления.

             В результате исследований были получены следующие выводы:

1. В жидкостях и газах давление во все стороны передаётся одинаково.
2. Давление зависит от высоты столба жидкости и газа .
3. Давление в жидкостях и газах не зависит от геометрических форм предметов.

4. Литература:

1. Перышкин А.В. Физика 7 класс. – М.: Дрофа, 2013

2. Буров В.А.,Покровский А. Демонстрационный эксперемент по физике7-8 классах.. — М.: Просвещение, 1967

3. Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике – М.: Просвещение, 2009

4. Ланина И.Я. не уроком единым: Развитие интереса к физике. – М.: Просвещение, 2011. – 223с.: ил

5. Википедия — свободная энциклопедия (http://ru.wikipedia.org)

6. http://onlinegdz.net.

7.http://www.hintfox.com/article/davlenie-v-zhidkosti-i-gazah.html