Примеры сообщающихся сосудов. Сообщающиеся сосуды (Н.А

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

Реферат на тему: применение сообщающихся сосудов Подготовила: Золотова Анастасия Ученица 7 «Б»

2 слайд

Описание слайда:

Сообщающиеся сосуды - это сосуды, которые имеют связывающие их каналы, заполненные жидкостью. Другими словами, это сосуды, соединенные ниже поверхности жидкости таким образом, что жидкость может перетекать из одного сосуда в другой Чайник и его носик представляют собой сообщающиеся сосуды: вода стоит в них на одном уровне. Значит, носик чайника должен доходить до той же высоты, что и верхняя кромка сосуда, иначе чайник нельзя будет налить доверху. Когда мы наклоняем чайник, уровень воды остается прежним, а носик опускается; когда он опустится до уровня воды, вода начнет выливаться Примеры сообщающихся сосудов 1)

3 слайд

Описание слайда:

Водомерная трубка. На принципе сообщающихся сосудов устроены водомерные трубки для баков с водой. Такие трубки, например имеются на баках в железнодорожных вагонах. В открытой стеклянной трубке, присоединенной к баку, вода всегда стоит на том же уровне, что и в самом баке. Если водомерная трубка устанавливается на паровом котле, то верхний конец трубки соединяется с верхней частью котла, наполненной паром. Это делается для того, чтобы давления над свободной поверхностью воды в котле т в трубке были одинаковыми. 2) Фонтаны Петергоф - великолепный ансамбль парков, дворцов и фонтанов. Это единственный ансамбль в мире, фонтаны которого работают без насосов и сложных водонапорных сооружений. В этих фонтанах используется принцип сообщающихся сосудов - учтены уровни фонтанов и прудов-хранилищ 3)

4 слайд

Описание слайда:

Каждый день, открывая кран, Вы видите пример сообщающихся сосудов на практике, потому что действие водопровода основано на этом принципе. Принцип действия водопровода заключается в том, что на высокой башне устанавливается бак для накопления воды. От него идут трубы с ответвлениями, концы труб в квартирах домов закрыты кранами. Так как трубы и бак - сообщающиеся сосуды, то при открытии крана вода начинает течь. Такой водопровод не может подавать воду на высоту, большую, чем высота уровня воды в баке. Действие шлюза – гидротехнического устройства, с помощью которого суда проводят из водного бассейна с одним уровнем воды в другой - с иным уровнем. 4) 5)

5 слайд

Описание слайда:

Жидкостной манометр Для измерения давлений, больших или меньших атмосферного, используют манометры. В открытом жидкостном манометре жидкость устанавливается в обоих коленах на одном уровне, т.к. на её поверхность в коленах сосуда действует только атмосферное давление. При принудительном изменении давления в одном колене жидкость приходит в движение и по высоте избыточного столба можно судить об изменении давления. «Неиссякаемая» чаша Закон сообщающихся сосудов использовали и жрецы Древнего Египта для демонстрации своих «чудес», и древние греки. В одном из древнегреческих храмов, например, находилась «неиссякаемая» чаша, наполненная водой. Люди постоянно черпали из нее воду, но ее уровень не понижался. 6) 7)

6 слайд

Описание слайда:

Не зальёт ли лодку и не потонет ли она, если спустить её в воду? Решение проблемного вопроса: Отсек в лодке и русло реки представляют собой сообщающиеся сосуды. Вода, вливающаяся в отсек, не дойдёт до края борта, а будет находиться на таком же уровне, как и в реке. Лодку не зальёт и она будет плавать. Вывод: 8) Конечно, изложенное здесь не охватывает всех случаев практического применения сообщающихся сосудов, но позволяет получить представление о том, что собой представляет этот замечательный физический закон, и как он воплощается в повседневную жизнь. Казалось бы, всё здесь просто, но, тем не менее, они дают прекрасный повод познакомиться с примером работы атмосферного давления и окунуться в далёкое прошлое.

Определение

Сосуды, которые соединенные между собой и в которых жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой, называют сообщающимися сосудами (рис.1).

Форма сообщающихся сосудов может быть очень разной. Если давления над свободными уровнями жидкости одинаковые, то в сообщающихся сосудах однородная по плотности жидкость устанавливается на одном уровне во всех этих сосудах, и это не зависит от формы сосуда.

Объяснение этому факту простое. В жидкости в состоянии равновесия давление на одном уровне равно:

где $\rho $ - плотность жидкости; $g$ - ускорение свободного падения; $h$ - высота столба жидкости. Так как давления на одном уровне в жидкости одинаковое, то равными будут и высоты столбов жидкости.

Получается, что в равновесном состоянии свободная поверхность жидкости в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне, так как давление жидкости на любом ее горизонтальном уровне одинаково.

Сообщающиеся сосуды, в которых налиты жидкости разной плотности

Если в сообщающихся сосудах имеются жидкости с разными плотностями, то их уровни не будут находиться на одном уровне. Высоты столбов таких жидкостей разные.

Следствием закона сообщающихся сосудов является положение: в сообщающихся сосудах высоты столбиков жидкости над уровнем их раздела обратно пропорциональны плотностям этих жидкостей:

\[\frac{h_1}{h_2}=\frac{{\rho }_2}{{\rho }_1}\left(2\right),\]

где ${\rho }_1$ и ${\rho }_2$ - плотности жидкостей; $h_1$, $h_2$ - соответствующие высоты столбов этих жидкостей. При одинаковом давлении над поверхностями жидкостей, высота столба жидкости с меньшей плотностью будет больше, чем высота столба более плотной жидкости.

Применение

На практике сообщающиеся сосуды применяются часто. Давно применяют такое устройство, как гидравлический пресс. Он состоит из двух цилиндров разного диаметра с поршнями (рис.2). Пространство в цилиндрах под поршнями обычно заполняют минеральным маслом.

Пусть площадь одного поршня, с приложенной силой ${\overline{F}}_1,$ равна $S_1$, площадь второго $S_2$, к нему приложена сила ${\overline{F}}_2$. Давление, создаваемое первым поршнем, составляет:

Второй поршень давит на жидкость:

При равновесии системы $p_1$ и $p_2$ равны, запишем:

\[\frac{F_1}{S_1}=\frac{F_2}{S_2}\left(5\right).\]

Выразим величину силы, которую прикладывают к первому поршню:

Из выражения (6), видим, что величина первой силы больше модуля силы $F_2$ в $\frac{S_1}{S_2}$ раз. Следовательно, с помощью гидравлического пресса, прикладывая небольшую силу к поршню малого сечения, можно получить большую по величине силу, которая будет действовать на большой поршень.

По принципу сообщающихся сосудов, в особенности раньше, действовал водопровод. На относительно большой высоте устанавливается бак с водой, от бака идут водопроводные трубы, закрываемые кранами. Давление у кранов соответствует давлению столба воды, который равен разности высот уровень крана - уровень воды в баке.

Принципом сообщающихся сосудов пользовались, когда проектировали фонтаны (рис.4), работающие без насосов, шлюзы на реках и каналах.

Струя фонтана появляется под давлением, когда сообщающиеся сосуды находятся на разном уровне.

Чайник и лейка является примерами сообщающихся сосудов, артезианский колодец и водомерное стекло в паровом котле. Добыча нефти может проводиться при использовании закона сообщающихся сосудов.

Примеры задач на сообщающиеся сосуды

Пример 1

Задание: Барометрическая трубка, имеющая площадь сечения $S$ частично погружена в чашу с ртутью. Не вынимая нижнего конца трубки из ртути, ее наклонили на угол $\alpha $ от вертикали. Диаметр чаши равен D. Давление атмосферы нормальное. На какую высоту изменится уровень ртути в чаше при наклоне трубки?

Решение: Так как давление по условию задачи считается нормальным, то можно сказать, что мы знаем высоту столба ртути в вертикальной трубке, так нормальное давление равно 760 мм рт. ст.

Обозначим высоту столба ртути в вертикальной трубке буквой $h$.

Мы знаем, что площадь сечения трубки равна $S$, значит объем ртути в трубке при ее вертикальном положении равен:

Когда мы наклоняем трубку, внешнее давление атмосферы не изменяется, значит, высота столбика ртути в трубке останется неизменной, но объем ртути в трубке изменится. Длина столбика ртути ($l$) равна:

Объем ртути в наклоненной трубке равен:

Найдем изменение объема ртути в трубке:

\[\Delta V=V"-V=S\frac{h}{{cos \alpha \ }}-Sh\ \left(1.4\right).\]

На объем $\Delta V$ уменьшается объем ртути в чаше. Диаметр чаши равен D, следовательно, площадь чаши равна:

Высота на которую уменьшится уровень ртути в чаше найдем как:

\[\Delta h=\frac{\Delta V}{S_s}=4\frac{\left(S\frac{h}{{cos \alpha \ }}-Sh\right)}{\pi D^2}=4Sh\left(\frac{1-{cos \alpha \ }}{{cos \alpha \cdot \ }\pi D^2}\right).\]

Ответ: $\Delta h=4Sh\left(\frac{1-{cos \alpha \ }}{{cos \alpha \cdot \ }\pi D^2}\right)$

Пример 2

Задание: Кой площади необходимо сделать малый поршень в гидравлическом прессе, для того, чтобы выигрыш в силе получился равным $n$? Площадь большого поршня равна S.

Решение: Гидравлический пресс - это два цилиндрических сообщающихся сосуда. Если площадь большого поршня, с приложенной силой ${\overline{F}}_1,$ равна $S$, площадь малого поршня $S"$ к нему приложена сила ${\overline{F}}_2$, то из закона Паскаля имеем:

\[\frac{F_1}{S}=\frac{F_2}{S"}\left(2.1\right).\]

Выразим $S"$ из (2.1), имеем:

так как по условию выигрыш в силе ($\frac{F_1}{F_2}$) должен быть равен $n$.

В ходе этого урока вы познакомитесь с поведением жидкостей в сообщающихся сосудах, то есть двух или нескольких сосудах, соединенных друг с другом в нижней части так, что жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой.

Тема: Давление твердых тел, жидкостей и газов

Урок: Сообщающиеся сосуды

Объектом нашего изучения может быть чайник с нашего кухонного стола, лейка, с помощью которой мы поливаем цветы, или более сложные устройства, такие, как артезианский колодец, водомерное стекло в паровом котле и даже водопровод. Все это устройства, работающие по принципу сообщающихся сосудов (Рис. 1).

Рис. 1. Примеры сообщающихся сосудов: чайник, садовая лейка, водомерное стекло парового котла

Простейшие сообщающиеся сосуды - это две трубки, соединенные между собой резиновым шлангом. Если налить жидкость в одну из этих трубок, то можно видеть, что уровень жидкости в обеих трубках (или, как принято говорить, в обоих коленах сообщающихся сосудов) установится на одной высоте. С чем это может быть связано?

На предыдущем уроке мы выяснили, что давление жидкости на дно и стенки сосуда зависит от плотности жидкости и высоты ее столба. Поскольку в левом и правом коленах находится одна и та же жидкость и высота столба жидкости в левом и правом коленах также одинакова, то и давление жидкости в обоих коленах одинаково. Следовательно, жидкость находится в равновесии.

Если изменять расположение колен в сообщающихся сосудах, поднимая или опуская одно из них, или даже наклоняя, то жидкость будет перетекать из одного колена в другое до тех пор, пока ее уровень в обоих коленах снова не установится на одной и той же высоте (Рис. 2).

Рис. 2. Уровни однородной жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаются на одной высоте

Таким образом, уровни однородной жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаются на одной высоте .

Это утверждение называют законом сообщающихся сосудов .

Данный закон выполняется не только для двух, но и для любого количества сообщающихся сосудов, независимо от того, какую форму они имеют и как расположены в пространстве (Рис. 3). Единственно, что необходимо - чтобы во всех сосудах находилась одна и та же (однородная) жидкость.

Рис. 3. Уровни однородной жидкости устанавливаются на одной высоте в сообщающихся сосудах любой формы

Что произойдет, если жидкость, заполняющая колена сообщающихся сосудов, не будет однородной? Например, пусть в левое колено налито подсолнечное масло, а в правое - подкрашенная вода. Эти жидкости не смешиваются между собой.

Оказывается, что уровень подсолнечного масла расположится на большей высоте, чем уровень воды (Рис. 4). Это связано с тем, что плотность подсолнечного масла меньше, чем плотность воды. Вспомним формулу давления жидкости на дно сосуда

Из этой формулы видно, что чем меньше плотность жидкости ρ , тем больше должна быть высота ее столба h , чтобы создать одно и то же давление.

Рис. 4. Уровень жидкости с меньшей плотностью устанавливается в сообщающихся сосудах на большей высоте

Таким образом, в сообщающихся сосудах уровень жидкости с меньшей плотностью устанавливается на большей высоте.

Итак, однородная жидкость в коленах сообщающихся сосудов будет устанавливаться на одной высоте, какой бы формы и сечения не были колена.

В случае неоднородной жидкости, имеет значение плотность жидкости, находящейся в коленах. Чем плотность жидкости больше, тем высота столба жидкости меньше.

Список литературы

1. Перышкин А. В. Физика. 7 кл. - 14-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2010.
2. Перышкин А. В. Сборник задач по физике, 7-9 кл.: 5-е изд., стереотип. - М: Издательство «Экзамен», 2010.
3. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразовательных учреждений. - 17-е изд. - М.: Просвещение, 2004.

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().

Домашнее задание

1. Лукашик В. И., Иванова Е. В. Сборник задач по физике для 7-9 классов №536-538, 540, 541.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное

Учреждение муниципального образования Плавский район

Применение

Сообщающихся сосудов

Подготовила: Лаврова Татьяна

Ученица 7 класса, 15.07.2004г.р

Проверила: учитель физики

Шевцова Л.Н.

2018 г.

Цели и задачи:

Изучить свойства сообщающихся сосудов.

Показать широкое применение сообщающихся сосудов в быте, технике и природе.

Краткая теория

Сообщающиеся сосуды - это сосуды, соединенные ниже поверхности жидкости, так что жидкость может перетекать из одного сосуда в другой. В таких сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне, а разные по плотности жидкости имеют разную высоту столба. Кроме того, не важно, какую форму будут иметь такие сосуды - уровень однородной жидкости остаётся одинаковым!!

Сообщающиеся сосуды нужны для того, чтобы перекачивать воду в любом направлении без насоса. Если бы не сообщающиеся сосуды, то для каждого фонтана требовались бы насосы. В Петергофе, к примеру, все фонтаны естественные и без насосов, это заслуга сообщающихся сосудов.

Применение сообщающихся сосудов .

В ПРИРОДЕ

1. Все моря и океаны мира являются сообщающимися сосудами. Ведь они соединены между собой проливами.

1. Акведук – это водяной желоб, поддерживаемый мостами. Вода бежит по акведуку над впадинами, холмами под действием собственного веса – от горных потоков к городам, расположенных в долине.

1. Артезианская скважина.

Такая скважина работает по принципу сообщающихся сосудов.Под слоем почвы в низких местах скапливается вода.
После бурения скважины вода поднимается вверх до уровня верхних горизонтов грунтовых вод

1. Кровеносно-сосудистая система человека или животного состоит из сообщающихся сосудов.

1. Водонасыщенные пласты горных пород с системой колодцев (гейзеры)

К примеру, горячий фонтан в местечке Гейзер в Исландии. От названия этого местечка возник термин “гейзер”.

В МЕДИЦИНЕ

1. Капельница, разновидность клизмы.

В БЫТУ

1. Использование всех видо сифонов в бытовых устройствах, где используется вода.

2. Современный водопровод

1. Шлюзовые камеры, разного рода доки на судоремонтных предприятиях, гидравлические домкраты, чернильцы – непроливашки, некоторые картриджи струйных принтеров,

6.Водонапорная башня

Кроме уже упомянутых леек и чайников, вода в наши дома поступает именно благодаря этому закону. Как мы добываем чистую воду из-под земли? Выкачиваем насосом. Но нельзя же подключить по насосу к каждому крану и к каждой квартире. Поэтому придумали следующую схему – воду накачивают в водонапорную башню, представляющую из себя, по сути, огромный бак на большой высоте. А оттуда по закону сообщающихся сосудов вода под давлением течет в наши дома и льется их кранов, стоит только их открыть.

6. Использование водяного уровня при строительстве

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель урока: формирование понятия о сообщающихся сосудах и их свойствах.

Задачи образовательные: изучить поведение однородной и неоднородной жидкости в сообщающихся сосудах, научиться объяснять результат с использованием понятия “давление жидкости на дно сосуда”.

Задачи развивающие: продолжить развитие навыков и умения работать с физическими приборами, умения анализировать, сравнивать результаты, самостоятельно делать выводы, развивать речь, находить примеры сообщающихся сосудов в быту, технике, природе.

Задачи воспитательные: продолжить воспитание уважительного отношения к ученым и их открытиям, показать возможность использования полученных знаний на практике.

Оборудование и ТСО: мультимедийный комплекс, презентация, сообщающиеся сосуды, гидроуровень, штатив, сосуд с водой, растительное масло, чайник со смотровым стеклом.

Ход урока

1. Орг. момент, постановка цели, актуализация знаний (слайд 2).

Учитель: Сегодня на уроке мы познакомимся с сообщающимися сосудами, их свойствами и практическим применением, но сначала повторим необходимый нам для этого материал.

2. Проверка выполнения домашнего задания (слайд 3):

• Ответить на вопрос: По какой формуле рассчитывается давление жидкости на дно и стенки сосуда? Какая буква в это формуле что обозначает и в чём измеряется?

Проверка решения задачи 2 из упр 15

3. Изучение нового материала

• Постановка проблемного вопроса (слайд 4, 5):
• Что общего между чайником, гидроуровнем, шлюзом? (обсуждение)

Введение понятия сообщающихся сосудов (слайд 6):

Сообщающиеся сосуды - это сосуды, имеющие общую, соединяющую их часть. (демонстрация различных видов сообщающихся сосудов, перечисление основных элементов сообщающихся сосудов).

• Проведение эксперимента с однородной жидкостью, вывод (слайд 7).
• Проведение эксперимента с сосудами разной формы и разной площадью поперечного сечения, вывод (слайд 8)
• Проведение эксперимента с изменением положения колен сообщающегося сосуда, вывод (слайды 9, 10)
• Обсуждение проблемного вопроса (слайд 11):

Если одно колено сообщающегося сосуда соединить с какой-либо ёмкостью, содержащей газ, то поведение жидкости в сообщающемся сосуде может быть таким, как показано на рисунках. От чего это зависит? Вывод (слайд 12).

• Эксперимент с разнородными жидкостями, вывод (слайды 13, 14)
• Решение задачи (слайд 15)
• Обобщение и систематизация знаний (слайд 16)
• Первичный контроль знаний

1) Опираясь на полученные знания найти сообщающиеся сосуды и их элементы в следующих приборах:

Фонтан (демонстрация опыта, слайд 17)

Чайник, лейка, водосборник дождевой воды (демонстрация чайника с водомерным стеклом, слайд 18)

Гидравлический тормоз, пресс, домкрат (слайд 19)

Водомерное стекло парового котла, гидроуровень (слайд 20)

При добыче нефти, отводящие трубы раковины (слайд 21)

Водоснабжение дома от горного ключа (слайд 22)

Шлюзы (слайд 23)

Водопровод (слайды 24-26)

2) Ответить на контрольные вопросы (слайд 27)

3) объяснить принцип действия артезианского колодца (слайд 28)

4) ответить на проблемный вопрос (слайд 29):

Два сообщающихся сосуда заполнены водой при температурах Т 1 и Т 2 (Т 1 >Т 2). Что произойдёт, если открыть кран К? В каждом сосуде есть устройство, которое может очень быстро изменять температуру попадающей в сосуд воды.

Подведение итогов урока.