Закон Паскаля

Как вы уже знаете, частицы жидкости или газа могут свободно перемещаться по всем направлениям, что обусловлено их строением (рисунок 1) — наблюдение броуновского движения подтверждает этот факт. Частицы же твердого тела находятся в строгом порядке и их движение существенно ограничено.

Вспомните, как вы охлаждаете горячий чай в вашей кружке прохладным вечером: достаточно слегка подуть, чтобы поверхность жидкости пришла в движение. По той же логике появляется рябь на поверхности моря, реки, озера, бассейна или даже обычной лужи при малейшем появлении ветра.

Как передают давление жидкости и газы?
Из вышесказанного следует, что давление, производимое на молекулы жидкости или газа, передается в каждую точку вещества, а не только в направлении действия силы.

{"questions":[{"content":"Газ передает давление[[choice-15]]","widgets":{"choice-15":{"type":"choice","options":["в каждую точку вещества","только в направлении действия силы","только в направлении, противоположном действию силы"],"answer":[0]}}}]}

Закон Паскаля

Теперь давайте рассмотрим данное явление подробнее. Почему жидкости и газы передают давление во все стороны без изменений?

На рисунке 2, а мы видим сосуд, наполненный газом (помните, что здесь мы всегда можем заменить газ на жидкость), частицы которого равномерно распределены. У сосуда имеется поршень, который мы будем двигать вверх или вниз.

Для начала приложим некоторую силу, чтобы поршень вошел глубже в сосуд. Таким образом, мы сожмем газ прямо под поршнем — теперь частицы в нем располагаются более плотно друг к другу (рисунок 2, б).

Но, так как частицы газа будут перемещаться по всем направлениям, их расположение станет вновь равномерным.

Таким образом, на рисунке 2, в мы видим более плотное расположение частиц, чем на рисунке 2, а: если мы увеличиваем давление на газ около поршня на $1 \space Па$, то давление увеличится на $1 \space Па$ во всех точках внутри газа (на стенки сосуда/на его дно/на поршень).

Так, в 1653 году французский физик и математик Блез Паскаль сформулировал закон: 

Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

{"questions":[{"content":"Как жидкости и газы передают внешнее давление, которое на них оказывают?[[choice-18]]","widgets":{"choice-18":{"type":"choice","options":["Одинаково по всем направлениям","В направлении действующего на них давления","В направлении дна сосуда, в котором находятся","Это давление не передается"],"answer":[0]}}}]}

Примеры и опыты

Рассмотрим опыты и примеры из жизни, где мы видим закон Паскаля. Где мы видим сжатие жидкости или газа под воздействием давления?

Именно так работает наш водопровод: движение молекул воды хаотично, и давление, оказываемое на стенки труб, везде одинаково.

Еще один пример. При изготовлении бутылок через трубку вдувают воздух, и расплавленное стекло принимает нужную форму (рисунок 3). Какое физическое явление здесь используют?

В этом случае тоже применяется закон Паскаля: давление в газе распространяется во все стороны равномерно. Поэтому при выдувании вазы из жидкого стекла давление увеличивается одинаково по всем направлениям. Так заготовка принимает форму шара.

Опыт №1

Теперь познакомимся с простым опытом (рисунок 4).

Если мы нальем в обычный пакет воду, завяжем его и надавим, то пакет лопнет. Заметьте, что пакет лопнет не в том месте, на которое мы оказывали давление. А если пакет лопнет в нескольких местах, напор струек жидкости будет одинаковым.

То же самое бы происходило, если бы в пакете (или в другом импровизированном сосуде), находился бы газ. 

Опыт №2

Рассмотрите опыт, представленный на рисунке 5. На нем можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами.

Здесь изображен шар, имеющий несколько узких отверстий. К шару подсоединена трубка с поршнем. Мы заполняем шар дымом. При нажатии на поршень, дым начнет выходить из отверстий равномерными струйками.

Это подтверждает, что газы и жидкости передают оказываемое на них давление по всем направлениям без изменений.

{"questions":[{"content":"В сосуд налита жидкость, и на ее поверхности плавает пробка. Как изменится давление жидкости на низ пробки, если сверху надавить на пробку пальцем?[[choice-21]]","widgets":{"choice-21":{"type":"choice","options":["Увеличится","уменьшится","не изменится"],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Посмотреть ответ

Скрыть

На рисунке 7 стрелками показано, как будет передаваться давление в этих телах.

Твердое тело будет передавать давление только вниз.
Сыпучее тело (например, песок) будет передавать давление по всем сторонам. Крупинки песка будут двигаться, расстояние между ними уменьшится. Будет возникать сила трения между песчинками, поэтому давление будет передаваться неравномерно.
Передача давления жидкому телу подчиняется закону Паскаля. Давление будет передаваться равномерно в каждую точку жидкости.

Показать ответ

Скрыть

Посмотреть ответ

Скрыть

Показать ответ

Скрыть

В нижней части пластмассовой бутылки нужно сделать несколько дырок. Можно расположить их несимметрично друг другу.

Чтобы продемонстрировать закон Паскаля, наполним эту бутылку водой и сожмем ее верхнюю часть. Струйки воды будут бить из всех сделанных нами отверстий и с одинаковым напором (рисунок 10). Это свидетельствует о том, что давление передается в жидкости равномерно по всем направлениям.