Закон Паскаля. Исследование давления жидкости с помощью цифровой лаборатории «Releon»

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Тугаринова В.Е. 1

---

1МАОУ Брянская СОШ им.Истомина В.И,

Кречман О.А. 1

---

1МАОУ Брянская СОШ им.Истомина В.И.

Работа в формате PDF

645.6 KB

Введение

Современный мир невозможно представить без автомобильных тормозов, подъемников, тюбиков с кремами и зубной пасты, и вообще, без пневматики и гидравлики. Все это примеры применения закона Паскаля, открытого в 1653 году французским ученым Блезом Паскалем. Закон гласит: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. В замкнутой системе это изменение действует одинаково на жидкость и стенки сосуда, что лежит в основе работы гидравлических прессов и тормозов.

Цель работы: исследование основных положений закона Паскаля и определение зависимости давления жидкости от глубины погружения тела в жидкость.

Задачи: экспериментально подтвердить закон Паскаля путем измерения давления жидкости на разных глубинах и оценить влияние плотности жидкости на величину давления.

Предмет исследования: закон Паскаля, сформулированный Блезом Паскалем, согласно которому давление, приложенное к жидкости или газу, передается равномерно во все стороны без изменения величины. Таким образом, в исследовательской работе предметом будет сам закон Паскаля, а объектом – поведение жидкостей и газов под воздействием внешнего давления.

Гипотеза: давление, оказываемое на жидкость или газ, передается одинаково во все направления без изменения величины, независимо от формы сосуда или точки приложения силы. Эта гипотеза предполагает экспериментальное подтверждение закона Паскаля путем измерения давления в разных точках жидкости или газа под действием внешней нагрузки.

Методы исследования: социологический опрос, экспериментальный, компьютерный, анализ.

Глава 1. Теоретическая часть

Закон Паскаля

В жидкостях частицы подвижны, поэтому они не имеют собственной формы, но обладают собственным объемом, сопротивляются сжатию и растяжению, не сопротивляются деформации сдвига (свойство текучести).

В покоящейся жидкости существует два вида статического давления: гидростатическое и внешнее. Вследствие притяжения к Земле жидкость оказывает давление на дно и стенки сосуда, а также на тела, находящиеся внутри нее. Давление, обусловленное весом столба жидкости, называется гидростатическим. Давление жидкостей на разных высотах различно и не зависит от ориентации площадки, на которую оно производится.¹

Пусть жидкость находится в цилиндрическом сосуде с площадью сечения S; высота столба жидкости h. Тогда:

(1)

Гидростатическое давление жидкости зависит от плотности ρ жидкости, от ускорения g свободного падения и от глубины h, на которой находится рассматриваемая точка. Оно не зависит от формы столба жидкости.

Глубина h отсчитывается по вертикали от рассматриваемой точки до уровня свободной поверхности жидкости.

В условиях невесомости гидростатическое давление в жидкости отсутствует, так как в этих условиях жидкость становится невесомой. Внешнее давление характеризует сжатие жидкости под действием внешней силы. Оно равно:

р _внеш =F_n/S

Пример внешнего давления: атмосферное давление и давление, создаваемое в гидравлических системах. Французский ученый Блез Паскаль установил: жидкости и газы передают производимое на них давление одинаково по всем направлениям (закон Паскаля).

Для измерения давлений используют манометры. Их конструкции весьма разнообразны.

Глава 2. Практическая часть

Экспериментальное доказательство закона Паскаля с помощью цифровой лаборатории «Releon»

Прежде чем приступить к исследованию, мы провели опрос среди учеников 7-11 класс нашей школы, в котором было задано три вопроса:

Вопрос первый: Знаете ли вы, что такое закон Паскаля? На этот вопрос поступили ответы: «Да, знаю – 50% . Нет, не слышал- 10%. Что-то помню, но не помню подробности- 40%». Второй вопрос: «Как бы Вы определили смысл закона Паскаля своими словами?» ответили так: Правильно передали смысл закона – 50 % опрошенных, 35% попытались сформулировать закон применимо к жидкостям, 15% - написали «Не могу передать смысл закона». И, наконец, третий вопрос «Какую роль в нашей повседневной жизни играет закон Паскаля?». Получили ответы: «Большую роль – 80%, Редко встречается – 10%, Не знаю – 10%».

Эти вопросы помогли нам выявить уровень информированности респондентов о законе Паскаля и оценить понимание физических принципов, лежащих в основе повседневных приборов и явлений.

Изучив результаты тестирования, я поняла, что тема моего исследования очень актуальна, так как всего 50 % опрошенных знают, что такое закон Паскаля, и только 50% могут передать смысл закона, но 80% придают большую роль этому закону.

Об этом законе, его применении я узнала из курса физики, а также из занятий по точке роста, выполняя экспериментальные работы с помощью цифровой лаборатории «Releon».

Цифровая лаборатория «Releon» представляет собой современное средство для исследований физических явлений и экспериментов, позволяющее проводить виртуальные опыты и моделирование процессов. Используя возможности лаборатории, мы можем исследовать закон Паскаля и понятие давления жидкости.

Я много читала в интернете про этот закон и заинтересовалась этой темой.

Итак, я провела свой эксперимент. Для измерения давления применила цифровую лабораторию RELEON, которая входит в состав оборудования Центра Точка роста и является профессиональным измерителем.

Используемые средства: Цифровая лаборатория «Releon», программное обеспечение для моделирования и обработки результатов эксперимента, емкость с водой, линейка для измерения уровня жидкости

Ход эксперимента

Подготовка эксперимента:

Запустили цифровую лабораторию Releon и открыли модуль для проведения физического эксперимента. Подключили датчики давления.

Проведение измерений:

1. Установили датчик давления на дно емкости с водой и зафиксировали показания прибора.

2. Постепенно увеличивали глубину погружения датчика, сохраняя постоянный объем воды в емкости.

3. Повторили измерения для растительного масла.

Сбор данных:

Занесли результаты в таблицу, которая содержит значения h (глубина погружения), ρ (плотность жидкости) и соответствующее давление р. Обратили внимание на изменение показаний давления при изменении глубины и плотности жидкости.

Чем больше глубина погружения, тем больше давление, и наоборот, чем меньше глубина h,, тем меньше давление. Другими словами зависимость давления от глубины h прямо пропорциональная.

Чем больше плотность жидкости, тем, давление больше, и наоборот, чем меньше плотность жидкости, тем меньше давление. Другими словами зависимость давления от плотности прямо пропорциональная.

Анализ данных:

Рассчитали теоретическое значение давления по формуле р= ρgh , где g- ускорение свободного падения, равное примерно 9,8 м/с². Сравнили расчетные и экспериментальные значения давления, с учетом погрешности измерений.

Получены данные, которые указаны ниже в таблице 1.

Таблица 1

Результаты измерений и расчетов

Таблица 2

Результаты измерений и расчетов для растительного масла

Результаты эксперимента:

По результатам проведенных опытов мы подтвердили выполнение закона Паскаля: давление жидкости увеличивается пропорционально глубине погружения и плотности жидкости. Экспериментальные данные полностью соответствуют теоретическим предсказаниям с точностью до 2 Па.

Выводы: законом Паскаля действительно определяется зависимость давления жидкости от глубины и плотности среды. Полученные экспериментальные данные подтверждают справедливость основного положения гидростатики.

Заключение

Использование цифровой лаборатории «Releon» позволило наглядно продемонстрировать принцип распространения давления в жидкостях и проверить применимость закона Паскаля на практике. Исследование подтверждает надежность и точность моделируемых условий в цифровых лабораториях подобного класса.

Итак, в ходе исследования были поставлены четкие цели и задачи, которые мы выполнили. Гипотеза подтвердилась.

В заключение, можно сказать, что данное исследование не только подтвердило существующие теоретические знания о зависимости давления жидкости от глубины и плотности жидкости, но и дало возможность сформулировать практические рекомендации по выполнению экспериментальной работы. Важно, чтобы пользователи цифровой лаборатории были осведомлены о возможных рисках и знали, как минимизировать погрешность измерений давления жидкости.

В дальнейшем, возможно, стоит рассмотреть зависимость давления жидкости на разных уровнях атмосферного давления, например, на высокой горе и в шахте.

Мы предлагаем рекомендации по выполнению эксперимента, основанные на полученных результатах и анализе.

.

Список литературы:

1. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн. 1. Meханика. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 — 352 с.

2. Гирке Р., Шпрокхоф Г. Эксперимент по курсу элементарной физики.Часть 2. Жидкости и газы. Перевод с немецкого А.П. Ломана. Под редакцией Л.А. Знаменского, П.А. Рымкевича. — М.: Учпедгиз, 1959. — 368 с.

Приложение 1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА

ЗАКОНПАСКАЛЯ.ИЗМЕРЕНИЕДАВЛЕНИЯЖИДКОСТИ

Оборудование: цифровая лаборатория «Releon» с датчиком давления, штатив, емкость с водой, трубка, линейка, соль.

Цель работы: изучение закона Паскаля.

Краткиетеоретическиесведения

В жидкостях частицы подвижны, поэтому они не имеют собственной формы, но обладают собственным объемом, сопротивляются сжатию и растяжению, не сопротивляются деформации сдвига (свойство текучести).

В покоящейся жидкости существует два вида статического давления: гидростатическое и внешнее. Вследствие притяжения к Земле жидкость оказывает давление на дно и стенки сосуда, а также на тела, находящиеся внутри нее. Давление, обусловленное весом столба жидкости, называется гидростатическим. Давление жидкостей на разных высотах различно и не зависит от ориентации площадки, на которую оно производится.

Пусть жидкость находится в цилиндрическом сосуде с площадью сечения S; высота столба жидкости h. Тогда:

(1)

Гидростатическое давление жидкости зависит от плотности ρ жидкости, от ускорения g свободного падения и от глубины h, на которой находится рассматриваемая точка. Оно не зависит от формы столба жидкости.

Глубина h отсчитывается по вертикали от рассматриваемой точки до уровня свободной поверхности жидкости.

В условиях невесомости гидростатическое давление в жидкости отсутствует, так как в этих условиях жидкость становится невесомой. Внешнее давление характеризует сжатие жидкости под действием внешней силы. Оно равно:

Р _внеш =F_n/S

Пример внешнего давления: атмосферное давление и давление, создаваемое в гидравлических системах. Французский ученый Блез Паскаль установил: жидкости и газы передают производимое на них давление одинаково по всем направлениям (закон Паскаля).

Для измерения давлений используют манометры. Их конструкции весьма разнообразны.

Техника безопасности:

Приступая к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием и оборудованием. Слушайте и выполняйте все требования учителя. Не пользуйтесь приборами без его разрешения. Осторожно обращайтесь со стеклянными приборами.

Порядок проведения работы:

1. Изучить методические указания, подготовить форму отчета.

2. Собрать установку, как показано на рисунке 1.

3. Подключить датчик давления к USB разъемам мобильного планшета или компьютера.

4. Запустить программу измерений Releon Lite. Выбрать для датчика давления диапазон «Па». Запустить сбор данных кнопкой «Пуск».

5. Наполнить рабочую емкость водой.

6. Записать показания датчика давления в таблицу 1.

7. Измерить расстояние, на которое погружена трубка 4. Рассчитайте давление по формуле (1). Результаты записать в таблицу 1.

Рисунок 1 Схема установки:

1 — штатив, 2 — рабочая ёмкость, 3 — датчик давления, 4 — трубка

8. Повторить пункты 6 и 7, погрузив трубку на другую глубину.

9. Ответить на контрольные вопросы и сделать самостоятельные выводы по проведенной работе.

Таблица 1 — Результаты измерений и расчетов

Контрольные вопросы:

1. Что такое гидростатическое давление?

2. Запишите формулу расчета давления воды.

3. Сформулируйте закона Паскаля.

4. Чем измеряют давление? ”

Список использованных источников:

3. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн. 1. Meханика. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 — 352 с.

4. Гирке Р., Шпрокхоф Г. Эксперимент по курсу элементарной физики.Часть 2. Жидкости и газы. Перевод с немецкого А.П. Ломана. Под редакцией Л.А. Знаменского, П.А. Рымкевича. — М.: Учпедгиз, 1959. — 368 с.

Приложение 2

Фото 1 . Эксперимент «Закон Паскаля»

Приложение 3

Фото 2 . Эксперимент «Изменение высоты столба жидкости»

Приложение 4

Фото 3. Анализ результатов эксперимента

Приложение 5

Результаты социологического исследования