Опыт бутылка с водой давление

Удивительное давление

Опыт 1. Учебник А.В. Перышкин, Физика -7, (Задание после § 40 на стр.118 )

Цель опыта: выяснить, почему вода вытекает из отверстий и проверить гипотезу, что давление жидкости увеличивается с глубиной.

Оборудование: пластиковая бутылка, скотч, вода.

Ход эксперимента: Возьмем пластиковую бутылку. Проколем шилом или толстой нагретой иголкой три отверстия на разной высоте. Заклеим их скотчем. Нальем в бутылку воды и уберем скотч. Вода начнет вытекать из отверстий. Но что мы заметим? Чем ниже расположено отверстие, тем сильнее бьет из нее вода. По мере понижения воды в бутылке дальность вытекания воды уменьшается.

Объяснение эксперимента: Почему же так происходит? На жидкости, как и на все тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести. Поэтому каждый слой жидкости, налитый в сосуд, имеет свой вес. Верхние слои воды давят своим весом на расположенные ниже слои. А ниже лежащие передают давление во все стороны, в том числе и на стенки бутылки. Под действием этого давления вода выливается из бутылки с разным напором струи: чем ниже слой, тем давление жидкости будет больше.

Вывод: Опыт показывает, что внутри жидкости существует давление и на одном уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Применение рассматриваемого явления на практике: На глубинах более 1,5 м разность между давлением воды, сжимающим грудную клетку, и давлением воздуха внутри нее возрастает настолько, что у человека уже не хватает сил увеличивать объем грудной клетки при вдохе и наполнять свежим воздухом легкие. Поэтому при погружении более чем на 1,5 м можно дышать только таким воздухом, который сжат до давления, равного давлению воды на этой глубине. Человек при специальной тренировке может без особых предохранительных средств погружаться на глубины до 80 м, давление воды на таких глубинах около 800 кПа. На больших глубинах, если не принять специальных мер защиты, грудная клетка человека может не выдержать давления воды. На глубину до 90 м водолазы могут опускаться под воду, беря с собой запас сжатого воздуха, накачанного в прочные стальные баллоны. Такое снаряжение называют аквалангом. Аквалангом пользуются и спортсмены-пловцы.

На какую глубину может погрузиться человек?

• искатели жемчуга – 30 м.
• рекордное погружение человека без специального оснащения – 124 м. Новозеландский фридайвер Уильям Трабридж установил свой 16 мировой рекорд. Близ Багамских Островов он погрузился на глубину в 124 метра.
• погружение с аквалангом – 143 м. Опытный египетский инструктор по дайвингу и профессиональный технический дайвер Ахмед Габр установил новый мировой рекорд по наибольшей глубине погружения. 18 сентября 2014 г. ему удалось достичь отметки 332,4 метров ниже поверхности воды Красного моря неподалеку от города Дахаб. Чтобы побить предыдущий рекорд, Ахмед должен был опуститься по крайней мере на 330 метров (1083 футов) – именно таким был мировой рекорд француза Паскаля Бернабе, установленный 5 июня 2005 года в Порто-Веккьо. В конце концов, Ахмед Габр благополучно удалось достичь отметки – 332,4 метров (–1 090,5 футов).
• в мягком скафандре – 180 м
• в жестком скафандре – 250 м
• в батискафе – 10 919 м.

Интересные факты

Давление воды в глубинах океана огромно. Если пустую закупоренную бутылку опустить на значительную глубину, затем извлечь вновь, то обнаружится, что давление воды вогнало пробку внутрь бутылки, и она вся будет полна воды.

Опыт 2. Учебник А.В. Перышкин, Физика -7, (Упр. 16, задание №4 на стр. 111).

Цель опыта: экспериментально доказать справедливость закона Паскаля.

Оборудование: целлофановый пакет, вода, игла.

Ход эксперимента: Возьмем целлофановый пакет, проделаем несколько отверстий. Нальем воды и немного надавим. Напор вытекающих струй увеличится. Причем вода будет вытекать из всех отверстий сразу.

Объяснение эксперимента: Почему же так происходит? Все дело в строении вещества. В отличие от твердых тел отдельные молекулы жидкости могут перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Частицы воды, находящиеся в пакете, уплотняясь при надавливании, передают давление другим слоям жидкости, заполняющей пакет. Таким образом, давление передается в каждую точку жидкости согласно закону Паскаля, который гласит, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменения во всех направлениях.

Применение рассматриваемого явления в жизни и быту: закон Паскаля лежит в основе работы таких устройств как гидравлические прессы, гидравлические подъемники, опрыскиватели, в пневматической системе водоснабжения, водометов, а также в гидравлических тормозах автомашин. При выдавливании краски для волос при окрашивании в парикмахерских используют специальные устройства для того, чтобы выжать краску из тюбика. При надавливании рукой на тюбик краска по закону Паскаля будет передавать давление в разных направлениях, и, если не применять это устройство, то краску полностью не получиться выдавить.

1. гидравлический домкрат

2. Использование действия закона Паскаля для полива огорода

4. Приспособление для выдавливания зубной пасты

Опыт 3. Учебник А.В. Перышкин, Физика -7 (Задание №2 на стр. 125)

Цель опыта: выяснить, почему вода вытекает из отверстий только в том случае, когда крышка в бутылке открыта. В случае, когда бутылка закрыта, вода не вытекает.

Оборудование: пластиковая бутылка, вода

Ход эксперимента: Нальем воду в пластиковую бутылку. Закроем бутылку крышкой. Шилом проткнем отверстие. Что мы видим? Вода не вытекает из бутылки. Когда мы откроем крышку, вода свободно начнет выливаться из бутылки. Можно сделать вывод: вода вытекает из отверстий только в том случае, когда крышка в бутылке открыта. В случае, когда бутылка закрыта, вода не вытекать не будет.

Объяснение опыта: Это происходит потому, что на нее действует только внутреннее давление в бутылке, а оно мало по сравнению с давлением атмосферы снаружи, т.е. мало для того, чтобы вытеснить воду из бутылки. Но как только мы откроем крышку, вода начнет выливаться, так как на воду еще начнет действовать атмосферное давление, а оно уже способно вытолкнуть воду из отверстия. Такое же явление можно наблюдать при работе ливера. Принцип действия, так же как и в предыдущем опыте, основан на действии атмосферного давления. Ливер опускают в воду или любую другую жидкость, Закрывают верхнее отверстие и вынимают из жидкости. Вода не вытекает из ливера. Открываем верхнее отверстие ливера и жидкость выльется. Это происходит потому, что когда мы закрываем пальцем верхнее отверстие, то на столб жидкости, который находится в ливере, действует только внутренне давление, а оно мало, и не способно вытолкнуть жидкость. Открываем верхнее отверстие ливера и жидкость выливает. Это происходит потому, что атмосферное давление сверху на жидкость и давление жидкости, вместе взятые, больше атмосферного давления снизу на жидкость.

Применение рассматриваемого явления на практике и в быту: Данное явление используется в жизни. Зная объяснение данного явления можно изготовить простейшего румойник из пластиковой бутылки. Такой рукомойник можно использовать в походных условиях или на даче. Также это явление лежит в основе работы ливера, который используют для проведения анализов различных жидкостей, в том числе и анализе качества молока.

5. Рукомойник в походных условиях

Источник

ОПЫТЫ С БУТЫЛКАМИ

Механическое колебательное движение обычно изучают, рассматривая поведение какого-нибудь маятника: пружинного, математического или физического. Поскольку все они тела твердые, интересно создать устройство, демонстрирующее колебания жидких или газообразных тел.

Для этого можно воспользоваться идеей, заложенной в конструкцию водяных часов. Две полуторалитровые бутылки соединяют так же, как и в водяных часах, скрепив крышки. Полости бутылок соединяют стеклянной трубкой длиной 15 сантиметров, внутренним диаметром 4—5 миллиметров. Боковые стенки бутылок должны быть ровными и нежесткими, легко сминаться при сдавливании.

Для запуска колебаний бутылку с водой располагают сверху. Вода из нее начинает сразу же вытекать через трубку в нижнюю бутылку. Примерно через секунду струя самопроизвольно перестает течь и уступает проход в трубке для встречного продвижения порции воздуха из нижней бутылки в верхнюю. Порядок прохождения встречных потоков воды и воздуха через соединительную трубку определяется разницей давлений в верхней и нижней бутылках и регулируется автоматически.

О колебаниях давления в системе свидетельствует поведение боковых стенок верхней бутылки, которые в такт с выпуском воды и впуском воздуха периодически сдавливаются и расширяются. Поскольку процесс саморегулируется, эту аэрогидродинамическую систему можно назвать автоколебательной.

Все мы постоянно пребываем на дне воздушного океана под прессом тяжести его многокилометровой толщи. Но тяжесть эту мы не замечаем, как не задумываемся и о необходимости время от времени вдыхать и выдыхать этот воздух.

Для показа действия атмосферного давления нужна горячая вода, но не крутой кипяток, чтобы бутылка не деформировалась. Сто—двести граммов такой воды наливают в бутылку и несколько раз интенсивно встряхивают, прогревая тем самым находящийся в бутылке воздух. Затем воду выливают, а бутылку сразу же плотно закрывают крышкой и ставят на стол для обозрения.

В момент закупоривания бутылки давление воздуха в ней было одинаково с наружным атмосферным давлением. Со временем воздух в бутылке остывает и давление внутри нее падает. Возникшая разница давлений по обе стороны стенок бутылки приводит к ее сдавливанию, сопровождающемуся характерным хрустом.

В этом опыте демонстрируют водяную струю, вылетающую из бутылки под действием избыточного давления в ней. Основной деталью конструкции фонтана является жиклер, установленный в бутылочной крышке. Жиклер представляет собой винт, вдоль продольной оси которого имеется сквозное отверстие малого диаметра. В опытной установке удобно использовать жиклер от выработанной газовой зажигалки.

Мягкая пластиковая трубка плотно надета одним концом на жиклер, а другой ее открытый конец располагается близ дна бутылки. Примерно треть объема бутылки занимает прохладная вода. Крышка на бутылке должна быть герметично закручена.

Для получения фонтана бутылку обливают из кувшина теплой водой. Заключенный в бутылке воздух быстро прогревается, его давление повышается, и вода выталкивается наружу в виде фонтанчика на высоту до 80 сантиметров.

Этот опыт можно использовать для демонстрации, во-первых, зависимости давления газа от его температуры и, во-вторых, работы по поднятию воды, совершаемой расширяющимся воздухом.

Источник

Атмосферное давление и волшебная бутылка-непроливайка

Почему вода из перевернутой бутылки не выливается? И почему зубочистки всплывают вверх?

Предлагаем перевернуть бутылку с водой и заставить жидкость держаться внутри. В этом нам поможет фокус с давлением. Жидкость удержит сила, возникающая в среде с пониженным давлением, когда водяной столб опускается вниз.

Материалы:

Ход работы:

Обмотайте горлышко пустой бутылки небольшим отрезом бинта. Хорошо закрепите резинкой. Налейте внутрь бутылки воду из стакана — как видите, вода свободно проникает внутрь сосуда.

Затем резким движением переверните бутылку вверх дном. Если наклонять медленно, сила притяжения подействует на жидкость, и она выльется.

Но мы экспериментируем и создаем такие условия, чтобы атмосферное давление удержало воду в бутылке. Для этого мы используем бинт (он напитуеться водой и увеличивает силу поверхностного натяжения). А также резко переворачиваем бутылку в вертикальное положение, но вверх дном. В этот момент сверху образуется участок, заполненный воздухом и водяными парами. Столб воды тяготеет вниз, открывая больше пространства этой области. Там падает давление, по сравнению с атмосферным. А чем меньше давление, тем больший столб жидкости оно может держать.

То есть воздух и вода вместе давят на бинт на горлышке бутылки меньше, чем атмосферное давление извне.

После первого вывода мы решили проверить еще одно явление. Как поведет себя дерево в воде — утонет или всплывет на поверхность? Берем зубочистки, все еще держа бутылку вверх дном. Вставляем по одной зубочистке в отверстия бинта. И они начинают двигаться по водяному столбу снизу вверх!

А происходит это явление потому, что плотность воды больше, чем у дерева. Плотность воды равна 1 г/см 3 , а у большинства пород древесины этот показатель меньше. Исключения есть, например, палисандр, амазонское дерево, азобе и т. п. Такие деревья называют «железными», и они идут на дно при погружении в реку.

Источник

Атмосферное давление

Цель:

• понять, как работает атмосферное давление.
• убедиться в существовании атмосферного давления и научиться использовать полученные знания для объяснения физических явлений.
• выявить параметры, от которых зависит атмосферное давление;
• с помощью физических опытов подтвердить факт существования атмосферного давления и увидеть результаты его действия.

«Подъем воды вслед за поршнем»

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 42, «Вес воздуха. Атмосферное давление», рис. 125.)

Предметы и материалы

• Широкая емкость
• Большой демонстрационный шприц
• Вода

Проводим эксперимент

Нальем воду в широкую емкость. Возьмем шприц и опустим поршень шприца вниз, тем самым вытесним весь воздух из шприца. Затем опустим шприц в емкость с водой и медленно начнем поднимать поршень.

Гипотеза

Действительно ли вода начнет подниматься за поршнем вверх, заполняя шприц.

Объясняем

В момент, когда мы опускали поршень и вытесняли воздух из шприца, там не осталось совсем молекул воздуха. На воду, находящуюся в емкости действует атмосферное давление. Когда мы опустили шприц в емкость с водой и начали поднимать поршень, то между поршнем и водой образовалось безвоздушное пространство. А так как атмосферное давление очень велико и оно продолжает действовать на воду, то вода начинает двигаться в зону наименьшего давления, тем самым заполняя шприц.

Предметы и материалы

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 44, «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли», задание после параграфа № 1)

• Широкая емкость
• Стеклянный стакан
• Вода

Проводим эксперимент

Нальем воду в широкую емкость. Возьмем стакан и начнем опускать его в воду. Погрузив стан в воду, перевернем его под водой вверх дном и затем медленно начнем вытаскивать его из воды.

Гипотеза

Действительно ли вода останется в стакане пока до тех пор, пока края стакана находятся под водой.

Объясняем

Воздух, окружающий нашу Землю, давит на все предметы, находящиеся на ней (и, конечно, на нас с вами), с такой же силой, какую создает килограммовая гиря на один квадратный сантиметр.

Пока края стакана находятся под водой, вода остается в стакане, потому что давление столба воды в стакане будет компенсироваться атмосферным давлением.

Это очень большое давление: выходит, на один квадратный метр поверхности давит сила, которую создает груз в десять тонн! Но мы этого давления совсем и не замечаем, занимаемся своими делами – учимся, работаем, развлекаемся, – совершенно не думая о колоссальном атмосферном давлении, которое испытываем. Все дело в том, что наружное атмосферное давление уравновешено таким же точно давлением, которое существует и внутри нас (впрочем, и внутри всех живых организмов).

Предметы и материалы

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 44, «Измерение атмосферного давления. Опыт Торричелли», упражнение 21(2), рис. 132)

• Два одинаковых стакана
• Свеча
• бумага

Проводим эксперимент

Возьмем один стакан и поставим в него свечу. Возьмем несколько тетрадных листов бумаги, сделаем в середине небольшое отверстие. Затем немного смочим листы бумаги водой и накроем этими листами первый стакан со свечей. После этого аккуратно поместим второй стакан на первый, стараясь совместить края, перевернув вверх дном.

Гипотеза

Поднимется ли первый стакан вместе со вторым, как приклеенный, когда потухнет свеча.

Объясняем

До того как мы накрыли нижний стакан, свеча нагрела находившийся в нем воздух, и часть его вышла наружу. То же произошло и с воздухом второго стакана, когда мы поместили его на нижний. Поэтому, когда стаканы были прижаты друг к другу, в них оставалось меньше воздуха, чем до начала опыта. Соответственно и давление было меньше атмосферного. Затем свеча «съела» весь оставшийся в пространстве между сомкнутыми стаканами кислород, что так же понизило там давление. Наконец, когда свеча погасла и газ вокруг нее остыл, образовалось разряженное пространство, давление в котором гораздо меньше наружного, атмосферного. Оно – то и прижало стаканы один к другому.

«Пластиковая бутылка с отверстием на дне»

(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 42, «Вес воздуха. Атмосферное давление», рис. 127, задание после параграфа номер 2)

Предметы и материалы

• Вода
• Небольшая пластиковая будылка

Проводим эксперимент

1. На дне пластиковой бутылки сделаем отверстие. Зажмем отверстие пальцем и нальем в бутылку воды, закроем горлышко крышкой. Осторожно отпустим палец.
2. Откроем осторожно крышку.

Гипотеза

1. Действительно ли вода из бутылки выливаться не будет.
2. Действительно ли вода из бутылки начнет выливаться.

Объясняем

Вода из бутылки с закрученной пробкой выливаться не будет, потому что на нее действует только внутреннее давление в бутылке, а оно мало, для того чтобы выдавить воду. Как только мы откроем крышку, то вода начнет выливаться, так как на воду еще начнет действовать атмосферное давление, а оно уже много больше и способно вытолкнуть воду из отверстия.

Применение на практике

• Воздушние шарики
• Дыхание
• При наборе лекарств в шприцы, пипетки
• Автоматические поилники для домашних животных
• Поршневые жидкостные насосы
• Когда человек пьет различную жидкость
• Соки с трубочками
• Фонтаны
• Игрушки и устройства на присосках

Атмосферное давление лежит в основе многих приспособлений. Например, когда у человека насморк, он применяет капли в нос, используя пипетку. Капли попадают в пипетку именно благодаря давлению воздуха.

Когда нам делают уколы, врач выталкивает воздух из шприца поршнем и набирает лекарство, которое попадает в шприц под действием атмосферного давления.

Применение в природе

• Уталение жажды диких животных (Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову в воду, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот)
• Копыта животных (при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разреженное пространство. Давление выравнивается сверху и снизу, и нога вынимается из болота без особого труда.)
• Мухи и древесные лягушки могут держаться на оконном стекле благодаря крошечным присоскам, в которых создается разрежение, и атмосферное давление удерживает присоску на стекле.
• Метеорология (для составления прогноза погоды)
• Рыбы-прилипалы имеют присасывающую поверхность, состоящую из ряда складок, образующих глубокие «карманы». При попытке оторвать присоску от поверхности, к которой она прилипла, глубина карманов увеличивается, давление в них уменьшается и тогда внешнее давление еще сильнее прижимает присоску.

Интересные факты о рассматриваемом явлении

Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже. Всего выделено 7 зон. Экватор – зона низкого давления. Далее, по обе стороны от экватора вплоть до тридцатых широт – область высокого давления. От 30° до 60° – опять низкое давление. А от 60° до полюсов – зона высокого давления. Между этими зонами и циркулируют воздушные массы. Те, что идут с моря на сушу, несут дожди и ненастье, а те, что дуют с континентов – ясную и сухую погоду. В местах, где воздушные течения сталкиваются, образуются зоны атмосферного фронта, которые характеризуются осадками и ненастной, ветреной погодой. Давление меняется не только по вертикали, но и по горизонтали. Особенно это чувствуется при прохождении циклонов. Если бы атмосфера Земли не вращалась вместе с Землей вокруг ее оси, то на поверхности Земли возникли бы сильнейшие ураганы. Что произошло бы на Земле, если бы воздушная атмосфера вдруг исчезла? — на Земле установилась бы температура приблизительно –170 °С, замерзли бы все водные пространства, а суша покрылась бы ледяной корой — наступила бы полная тишина, так как звук в пустоте не распространяется; небо стало бы черным, поскольку окраска небесного свода зависит от воздуха; не стало бы сумерек, зорь, белых ночей . — прекратилось бы мерцание звезд, а сами звезды были бы видны не только ночью, но и днем (днем мы их не видим из-за рассеивания частичками воздуха солнечного света); — погибли бы животные и растения.

«Атмосферное давление и тело человека»: на тело человека, поверхность которого при массе в 60 кг и росте, в среднем, 165 см, примерно равна 1,6 м 2 , действует сила в 160 кН, обусловленная атмосферным давлением. Каким же образом выдерживает организм такие огромные нагрузки?

Это достигается за счет того, что давление жидкостей, заполняющих сосуды тела, уравновешивает внешнее давление.

С этим же вопросом тесно связана возможность нахождения под водой на большой глубине. Дело в том, что перенесение организма на другой высотный уровень вызывает расстройство его функций. Это объясняется, с одной стороны, деформацией стенок сосудов, рассчитанных на определенное давление изнутри и снаружи. Кроме того, меняется при изменении давления и скорость многих химических реакций, вследствие чего меняется и химическое равновесие организма. При увеличении давления происходит усиленное поглощение газов жидкостями тела, а при его уменьшении – выделение растворенных газов. При быстром уменьшении давления вследствие интенсивного выделения газов кровь как бы закипает, что приводит к закупорке сосудов, нередко со смертельным исходом. Этим определяется максимальная глубина, на которой могут производиться водолазные работы (как правило, не ниже 50 м). Опускание и поднятие водолазов должно происходить очень медленно, чтобы выделение газов происходило только в легких, а не сразу во всей кровеносной системе.

Самое высокое атмосферное давление 815 мм. рт. ст. (или 1133 мб.) было зарегистрировано 12 декабря 1968 года в пос. Акапа (Сибирь, Россия ). Самое низкое в мире давление (870 гПа) зарегистрировано в 482 км к западу от острова Гуам, Тихий океан, на 16 44 с.ш. и 137 46 в.д. 12 октября 1979 г. Во время урагана Джимбер в Тихом океане 12 сентября 1988 года было зафиксировано атмосферное давление (на уровне моря) 645 мм.рт.ст. (или 860 мб.)

Источник