ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 7 класс · § 31
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 31. Давление жидкости, обусловленное ее весом

Что определяет давление воды на глубине: ширина сосуда или высота столба?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Что определяет давление воды на глубине: ширина сосуда или высота столба?

Наблюдаем и объясняем

Зонд на глубине

Опускай датчик и меняй жидкость. Сравни гидростатическую добавку с полным давлением.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

2 м

Приняты g = 10 Н/кг и давление сверху 100 кПа. Жидкость однородная и покоится; сравниваются давление, а не полные силы на стенки.

01

Вес верхних слоёв

Покоящаяся жидкость создаёт давление вследствие тяжести. Чем глубже точка под свободной поверхностью, тем больше гидростатическая добавка давления.

Давление жидкости действует на площадки любого направления. Сила давления на стенку направлена перпендикулярно её поверхности.

Тяжесть действует на жидкость

Верхние слои нагружают нижние

Глубина растёт

Гидростатическая добавка увеличивается

Стенка или дно

Испытывают силу давления

Гидростатическое давление растёт с глубиной.

На вертикальную стенку вода давит только вниз?

Нет. Сила давления на вертикальную стенку направлена горизонтально, перпендикулярно стенке.

02

Формула для однородной жидкости

Добавка давления p = ρgh. Здесь ρ — плотность, g — сила тяжести на единицу массы, h — вертикальная глубина под свободной поверхностью.

Для воды на глубине 2 м при ρ = 1000 кг/м³ и g = 10 Н/кг добавка равна 20 000 Па. Полное давление равно pпов + ρgh; для открытого сосуда pпов — атмосферное.

Гидростатическая добавка

p = ρgh

Пример

1000 · 10 · 2 = 20 000 Па

Полное давление

pпол = pпов + ρgh

Формула ρgh даёт добавку к давлению на свободной поверхности.

На поверхности открытой воды полное давление равно нулю?

Нет. Там действует атмосферное давление; нулевая только гидростатическая добавка при h = 0.

Плотина Фостер и водохранилище

Давление воды на стену растёт с глубиной.

U.S. Army Corps of Engineers · Общественное достояние · Источник фотографии.

Мерные цилиндры разного объёма

Глубину столба измеряют вертикально от свободной поверхности.

Praphai Donphaimueang · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.

03

Что влияет на результат

На одинаковой глубине более плотная жидкость создаёт большую добавку давления. При одинаковой жидкости увеличение глубины вдвое удваивает эту добавку.

Форма и ширина сосуда в формулу не входят. Для одинаковой жидкости, одинаковой глубины и одинакового давления сверху результат одинаков в узком и широком сосудах.

Что влияет на результат: сравнение
УсловиеРезультат
Та же жидкость, глубина ×2Добавка давления ×2
Та же глубина, плотность ×2Добавка давления ×2
Меняется только ширина сосудаДавление на данной глубине прежнее

Давление в жидкости определяется глубиной, плотностью, g и давлением сверху.

Почему глубину измеряют вертикально, а не вдоль наклонной стенки?

В формуле учитывается высота столба в поле тяжести; длина наклонной стенки может быть больше этой высоты.

04

Давление и сила на дно

При одинаковом давлении сила на площадку растёт с её площадью: F = pS для равномерного давления. Поэтому одинаковое давление не гарантирует одинаковую полную силу.

В сосуде с наклонными стенками часть вертикальной нагрузки связана с действием стенок. Нельзя во всех случаях приравнивать силу давления жидкости на дно весу всей жидкости.

Давление и сила на дно: сравнение
ИскомоеЧто нужно знать
Давление на глубинеρ, g, h и давление сверху
Сила на горизонтальную площадкуДавление и площадь
Сила при разных давлениях по высотеНужно учитывать распределение давления

Давление и сила давления — разные величины.

Почему стену плотины часто делают толще внизу?

На большей глубине вода создаёт большее давление, и конструкция должна выдерживать соответствующую нагрузку.

Соберём главное

Шесть выводов

01Гидростатическое давление растёт с глубиной.
02Формула ρgh даёт добавку к давлению на свободной поверхности.
03Давление в жидкости определяется глубиной, плотностью, g и давлением сверху.
04Давление и сила давления — разные величины.
05На одном горизонтальном уровне одной покоящейся связной жидкости давление одинаково.
06В открытом сосуде полное давление включает атмосферную составляющую.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. Гидростатическая добавка давления равна…
2. Вода: ρ = 1000, g = 10, h = 2 в СИ. Добавка?
3. Глубина ×2 при той же жидкости. Добавка…
4. Плотность ×2 при той же глубине. Добавка…
5. Ширина сосуда при той же глубине и жидкости…
6. Полное давление в открытой воде равно…
7. На свободной поверхности гидростатическая добавка…
8. На вертикальную стенку сила давления направлена…
9. Одинаковое давление на вдвое большую площадку даёт силу…
10. Глубину в формуле измеряют…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 7 класс», § 31. Тема и содержание сверены с файлом «7 класс. Физика — § 31. Давление жидкости.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.

↑

Загрузка прогресса…