Гідростатика й архітектура малих форм



Сторінка1/13
Дата конвертації10.06.2018
Розмір1.91 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
Позаурочний захід з фізики

Тема: Гідростатика й архітектура малих форм.

Мета: Повторити основні поняття й закони гідростатики та показати, як вони використовуються на практиці в деяких видах мистецтва. Акцентувати увагу на особливостях архітектури малих форм

Розвивати уміння узагальнювати, співставляти і застосовувати отримані знання на практиці, творчу активність, пізнавальні інтереси учнів, ерудицію. Формувати вміння працювати з додатковими джерелами інформації, виділяти головне, порівнювати, робити висновки. Формувати компетентності саморозвитку та самоосвіти.

Виховувати в учнів інтерес до фізики та повагу до науки, яка лежить в основі науково-технічного прогресу, також виховувати почуття патріотизму, національної гордості, любові до рідного краю, розширювати їхній кругозір.

Форма проведення: усний журнал з елементами практичного дослідження.

Обладнання: пластикові пляшки з підфарбованою водою, голка чи булавка, пробірки з підфарбованою та з підсоленою водою, капіляр, сполучені посудини, обладнання для демонстрації фонтана Герона.

Хід заходу.

Вступне слово викладача
Малі архітектурні форми (МАФ) - це невеликі за масштабом споруди і пристрої сезонного і цілорічного використання (стаціонарні або переносні), призначені для архітектурно-планувальної організації садів і парків, створення комфортного відпочинку відвідувачів, ландшафтно-естетичного збагачення території в цілому. Малі архітектурні форми класифікуються на такі типи (або категорії):

декоративні МАФ - скульптура, фонтани, вази, декоративні водойми, декоративні стінки, трельяжі та решітки, альпійські гірки або рокарії та ін.;

утилітарного характеру МАФ: до них відносяться пандуси, сходи, підпірні стінки, альтанки, навіси, містки, торгові кіоски, лавки, огорожі та ін.

Сьогодні ми з вами зупинимось на одній категорії МАФ – це фонтани. Також згадаємо закони гідростатики, які використовуються під час будівництва та їхньої роботи .



Краса фонтанів породжує в людей лише позитивні емоції, які являються безцінними

Різнобарвні струмені і сотні бризків, які немов зависли в повітрі - чарівні творіння - фонтани. Декоративно оформлена вода, напевно, одне з найцікавіших видовищ, які можна спостерігати в сучасних містах. Фонтани здавна шанувались людьми: біля них призначають романтичні побачення, загадують бажання або просто відпочивають, насолоджуючись прохолодою, красою і «музикою» води. Останнім часом багато фонтанів, оснащених ілюмінацією та музикою, перетворилися на справжні водні театри.



Спочатку фонтани мали лише практичне застосування. З′єднані з каналами, водогоном або акведуками, вони використовувались для забезпечення громадян питтєвою водою, а також водою для купання і миття. До кінця 19 ст. більшість фонтанів працювали таким чином: вище рівня фонтану розташовувався резервуар або акведук, що забезпечував потрібний тиск води.

Фонтани, побудовані в давні часи , являються справжніми історичними пам′ятками і до цих пір вражають нас своєю красотою та силою.

Ведучий І

Закон Паскаля

За вказівкою Паскаля міцну дубову бочку до країв наповнили водою й наглухо закрили кришкою. У невеликий отвір у кришці вставили кінець вертикальної скляної трубки такої довжини, що кінець її опинився на рівні другого поверху. Вийшовши на балкон, Паскаль взявся наповнювати трубку водою. Не встиг він вилити й десятка склянок, як раптом, на диво усіх, хто обступив бочку, бочка із тріском лопнула. Її розірвала незрозуміла сила. Паскаль переконується: так, сила, що розірвала бочку, зовсім не залежить від кількості води в трубці. Вся справа у висоті, до якої трубка була заповнена.

У цьому досліді проявляється дивна властивість води — передавати тиск, що здійснюється на її поверхні (у бочці) по всьому об’єму, кожній точці стінки або дна бочки.

Так Паскаль приходить до відкриття закону, що одержав його ім’я.



Тиск, створюваний на поверхню нерухомої рідини, передається рідиною однаково в усіх напрямках.

Закон Паскаля описується формулою тиску:



,

де р – це тиск, F – прикладена сила, S – площа посудини.

Вимірюється тиск у паскалях (Па)
Властивість рідин і газів передавати тиск у всіх напрямках широко використовується в техніці та повсякденному житті. Якби закон Паскаля не виконувався, ми не могли б чути — повітря не передавало б звук, не працювала б наша серцево-судинна система, — адже незважаючи на те, що наші кровоносні судини мають велику кількість вигинів, тиск, створюваний серцем, передається в будь-яку частину нашого тіла. Саме на законі Паскаля ґрунтується дія водогону, системи гальмування багатьох транспортних засобів, системи відкривання дверей, гідравлічних пресів, домкратів і насосів.
Дослід 1. ( Демонстрація закону Паскаля)

Ведучий ІІ

Гідростати́чний тиск

Внаслідок притягання до Землі і завдяки власній плинності рідина створює тиск як на дно, так і на стінки посудини, в якій вона міститься. Рідина створює тиск і на будь-яке тіло, занурене в неї. Тиск нерухомої рідини називають гідростатичним тиском.



  • Рідина знаходиться в полі тяжіння Землі.

  • На кожну частинку діє сила тяжіння.

  • Під дією цієї сили верхній шар тисне на нижній.

  • Тиск на різних рівнях різний.

  • Тиск в рідинах зумовлений її вагою

Формула для визначення гідростатичного тиску — тиску, який чинить нерухома рідина на дно посудини:

p = ρgh

Як бачимо, гідростатичний тиск залежить тільки від густини рідини та висоти стовпа рідини в посудині.

Гідростатичний тиск залежить від глибини занурення. Вимірюється в одиницях висоти стовпа рідини або в одиницях тиску (Па).

Гідростатичний тиск має такі властивості:


  • завжди діє по нормалі (перпендикулярно) до площини та є стискаючим;

  • в будь-якій точці всередині рідини в усіх напрямках однаковий, т.б. не залежить від кута нахилу площини, на яку діє.

Якщо в закритій посудині ми змінимо тиск на наповнюючу посудину рідину або газ, то зміну тиску відчують на собі абсолютно всі стінки цієї посудини.

Дослід 2. ( Демонстрація дії тиску в рідині)

Дослід 3. (Залежність тиску від густини рідини)
Ведучий ІII

Атмосферний тиск

Повітря має масу. Через притягання Землі верхні шари повітряної обо- лонки Землі — атмосфери — тиснуть на нижні. Тиск повітря на поверхню Землі і на всі тіла поблизу неї називають атмосферним тиском. Точне вимірювання атмосферного тиску забезпечує ртутний барометр (барометр Торрічеллі). Тиск стовпа ртуті висотою 760 мм (101325 Па ≈ 100 кПа) — це нормальний атмосферний тиск.

Атмосферний тиск зумовлює існування всмоктування — підняття рідини за поршнем (у насосах, шприцах, авторучках тощо) . Якщо піднімати поршень, то атмосферний тиск, діючи на вільну поверхню рідини в посудині, нагнітатиме рідину вгору, в порожнечу під поршнем. Іззовні все має такий вигляд, наче рідина піднімається за поршнем сама по собі.
Ведучий І

Сполучені посудини

Посудини, що мають загальну частину, що з’єднує їх, називають сполученими.

Нерухома однорідна рідина у сполучених посудинах будь-якої форми встановлюється на одному рівні.

Зако́н сполу́чених посу́дин — закон гідростатики, який встановлює співвідношення між рівнями рідин у сполучених посудинах.

Рівень рідини в посудинах, сполучених між собою — однаковий.

Закон сполучених посудин є наслідком закону Паскаля

Вільні поверхні рідини встановлюються на одному рівні не лише у двох, але у й будь-якій кількості сполучених посудин, незалежно від того, яку форму вони мають і як розташовані в просторі

Застосування сполучених посудин

Сполучені посудини широко застосовуються в побуті медицині, техніці, будівництві. Шлюзи на каналах і річках, водогін, водомірні трубки на парових котлах, артезіанські колодязі, фонтани, чайники, лійки, крапельниці — все це приклади сполучених посудин.

За принципом сполучених посудин діють системи водопроводів. Обов’язковим елементом такої системи є водонапірна вежа — резервуар, піднятий на таку висоту, щоб рівень води в ньому був вище споруд, до яких подається вода.

Неподалік від С.-Петербурга знаходиться Петергоф — ансамбль парків, палаців і фонтанів. Це єдиний ансамбль у світі, фонтани якого (їх понад 100) працюють без насосів і складних водонапірних споруджень. Тут використовується принцип сполучених посудин — різниця в рівнях, на яких розташовані фонтани й ставки-водосховища.


Дослід 4. ( Дія закону сполучених посудин)
Ведучий ІI
Гідравлічні машини. Насоси

Як уже відомо, тиск, створюваний на поверхню нерухомої рідини, передається рідиною однаково в усіх напрямках (закон Паскаля). Цю властивість рідин широко використовують у гідравлічних машинах.



Гідравлічний прес — це найпростіша гідравлічна машина, яка використовується для створення великих сил стиснення. Гідравлічний прес складається з двох сполучених циліндрів різного діаметра, які заповнені робочою рідиною (частіше машинним мастилом) і закриті рухомими поршнями. Якщо до поршня меншого циліндра прикласти силу F1, то ця сила створить на поверхню рідини певний додатковий тиск p:

, де S1 — площа меншого поршня. Відповідно до закону Паскаля, цей тиск передаватиметься в усі точки рідини, що заповнює сполучені циліндри. Отже, рідина почне тиснути на поршень більшого циліндра з певною силою F2.

Сила, що діє з боку рідини на великий поршень, є більшою від сили, що діє на малий поршень, у стільки разів, у скільки разів площа великого поршня більша від площі малого:



Найпершими гідравлічними машинами, які застосовували ще в стародавні часи, були всмоктувальні та нагнітальні поршневі насоси. У всмоктувальному насосі внаслідок підняття поршня тиск у резервуарі під поршнем зменшується і клапан а відкривається. Через цей відкритий клапан вода під впливом атмосферного тиску піднімається в резервуар під поршнем. Коли поршень почне рухатися вниз, клапан а закриється, а клапан b відкриється, і вода виливатиметься через кран насоса. У разі дальшого руху поршня вгору все повторюється.

У нагнітальному насосі під час руху поршня вгору тиск над поверхнею рідини над клапаном a і під клапаном b зменшується. Унаслідок цього клапан a відкривається, а клапан b — закривається. Під дією сили атмосферного тиску pа вода піднімається за поршнем через відкритий клапан a. Потім, коли поршень почне рухатися вниз, через збільшення тиску під поршнем клапан a закриється, а клапан b відкриється. Поршень витисне через клапан b воду у вертикальну трубу c. Під час наступного руху поршня вгору клапан b буде закритий і вода з вертикальної труби c не потраплятиме назад у насос.
Ведучий ІІI
Закон Архімеда

На тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхуваль­на сила, яка дорівнює вазі рідини або газу в об’ємі зануреної частини тіла:

Fарх = ρ рід (газу)g V зан

Згідно із законом Архімеда вага всякого тіла в повітрі менша за вагу його в пустоті на величину, рівну вазі витісненого повітря.

Якщо сила тяжіння тіла Fтяж більша виштовхувальної (архімедової) сили Fарх , тобто Fтяж > Fарх, то тіло тоне. Якщо Fтяж = Fарх, то тіло знаходиться в спокої на тій глибині, на яку воно занурено(плаває).

Саме архімедова сила допомагає нам піднімати у воді важкі камені або інші предмети, адже частина сили тяжіння, що діє на ці тіла, зрівноважується не силою наших рук, а архімедовою силою. Однак є випадки, коли вода не допомагає підняти тіло, а навпаки — заважає. Це трапляється, коли тіло лежить на дні й щільно до нього прилягає. Вода не може потрапити під нижню поверхню тіла і допомогти своїм тиском підняти його. Щоб відірвати тіло від дна, слід подолати силу тяжіння, яка діє на тіло, а також силу тиску води на верхню поверхню тіла. (До речі, саме з цим ми маємо справу, коли намагаємося витягти пробку з наповненої водою ванни.) Слід зауважити, що зазначене явище може призвести й до трагедії: якщо підводний човен опуститься на глинисте дно і витіснить із-під себе воду, самотужки спливти він не зможе.

Цей закон також допомагає пояснити поведінку тіла частково зануреного у рідину (плаваюче тіло). Тіло частково занурене у рідину має центр ваги і центр плавучості. При зміні кута нахилу центр плавучості переміщається, і тіло може повернутися у вихідне положення (стабільний стан) або відхилятись повністю (нестійкий стан).


Ведучий І
Рівняння Бернуллі

Рівняння Бернуллі — рівняння гідродинаміки, яке визначає зв'язок між швидкістю течії v, тиском p та висотою h певної точки в ідеальній рідині.



Рівняння Бернуллі можна сформулювати так: в стаціонарному потоці ідеальної нестискуваної рідини сума статичного, динамічного і гідростатичного тисків є сталою на довільному поперечному перерізі потоку.

Із рівняння Бернуллі для течії горизонтальної трубки видно, що при течії рідини в горизонтальній трубці, що має різні перерізи, швидкість рідини більша в місцях звуження трубки, а тиск більший в місцях, де площа поперечного перерізу трубки більша.

Рівняння Бернуллі є наслідком закону збереження енергії. Якщо рідина не ідеальна, то її механічна енергія розсіюється і тиск вздовж трубопроводу, яким тече така рідина, спадає.



Рівняння Бернуллі широко застосовують для розв'язання багатьох гідравлічних задач .


Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка