Давление в жидкости и газе

Закон Паскаля

Возьми шар с отверстиями, наполни его водой и надави поршнем. Струйки ударят из всех дырок, а не только из нижней.

Опыт означает вот что. Давление, созданное на жидкость, передаётся в каждую точку одинаково и по всем направлениям.

Это правило называют законом Паскаля. Для газа оно тоже верно, потому что и в газе частицы свободно движутся.

В твёрдом теле такого не происходит. Частицы там связаны, и давление передаётся только по направлению силы.

Давление столба жидкости

Чем глубже, тем сильнее давит вода. На дне лежит вся тяжесть столба над этой точкой.

Считают это давление по плотности жидкости, высоте столба и числу g. Ни площадь дна, ни форма сосуда в расчёт не входят.

Отсюда следует неожиданное: узкая трубка и широкая бочка при одинаковой высоте воды дают одинаковое давление на дно.

Паскаль показал это на опыте, который потом назвали бочкой Паскаля. В плотно закрытую бочку он вставил длинную тонкую трубку и долил в неё воды. Несколько стаканов подняли давление настолько, что бочку разорвало.

Что чувствует ныряльщик

На глубине десяти метров давление воды примерно равно атмосферному. Значит, на такой глубине человека сдавливает вдвое сильнее обычного.

Уши закладывает уже на двух метрах: барабанная перепонка ощущает разницу давлений.

Глубоководный аппарат делают с толстым круглым корпусом. Шар выдерживает лучше всего, потому что давление на нём распределено равномерно.

Подводная лодка погружается, впуская воду в балластные цистерны, и всплывает, выдавливая её сжатым воздухом.

Водолазу давление мешает иначе. Дышать под водой можно только воздухом, сжатым до давления окружающей воды, иначе грудная клетка не расправится.

Сообщающиеся сосуды

Два сосуда, соединённые снизу трубкой, называют сообщающимися. Однородная жидкость стоит в них на одном уровне.

Форма и толщина сосудов не важны. Хоть чайник, хоть лейка, хоть система труб в доме.

Причина проста. Пока столбы разной высоты, давления у соединения разные, и жидкость перетекает туда, где давление меньше.

На этом свойстве работают водопровод, шлюз, фонтан и обычный уровень строителя с водой в прозрачной трубке.

Гидравлические машины

Возьми два цилиндра разной площади, соедини их и залей масло. Надави на малый поршень, и большой поднимет груз во много раз тяжелее.

Работает здесь закон Паскаля. Давление в жидкости одинаково, а сила на поршне равна давлению, умноженному на площадь.

Выигрыш в силе равен отношению площадей. За него платят путём: малый поршень проходит намного больше, чем поднимается большой.

Так устроены домкрат, пресс, тормоза автомобиля и ковш экскаватора.

Давление газа

Газ давит на стенки сосуда по той же причине: его молекулы бьются о них.

Сожми газ вдвое, и удары станут вдвое чаще, а давление вырастет. Нагрей газ, и молекулы полетят быстрее, давление вырастет снова.

Именно поэтому баллон нельзя держать у огня, а колесо велосипеда летом подкачивают осторожнее.

В отличие от жидкости, газ легко сжимается. Из-за этого в тормозах ставят жидкость: воздух в трубке спружинил бы, и педаль ушла бы в пол.

Что такое давление и как его считают для твёрдых тел, разобрано в уроке «Давление твёрдых тел». Про давление воздуха вокруг нас читай урок «Атмосферное давление».