§ 44. Гідростатичний тиск. Виштовхувальна сила. Плавання тіл

 

Пригадуємо

Поміркуйте
  1. Для чого на річках будують греблі?
  2. Чому цеглина у воді тоне, а дерев’яна дошка плаває?

Пригадайте
  1. Що таке тиск? Що він характеризує?
  2. Що таке густина?

Природнича загадка

У водоймах плавають судна, корпус яких виготовлений зі сталі. Проте відомо, що сталевий цвях тоне, а не плаває на поверхні. Як це можна пояснити?

Завдання 1

Завдання 2

 

Вивчаємо нове

1. Гідростатичний тиск

Перш ніж розглянути поняття гідростатичного тиску, проведемо такий дослід.

Візьміть пластикову пляшку від питної води. Зробіть у бічній стінці три отвори на різній висоті. Налийте в пляшку воду. Завдяки плинності вода почне виливатися з отворів (мал. 44.1). 

Під час спостереження можна побачити, що з нижнього отвору пляшки вода витікає з більшою швидкістю, ніж з інших. Це відбувається тому, що біля нижнього отвору тиск води вищий, ніж біля верхнього. Вода має вагу й тисне на дно та стінки посудини. У міру заглиблення цей тиск, що називають гідростатичним тиском, зростає. Якщо замінити воду іншою рідиною, то вийде той самий результат. Отже, гідростатичний тиск — це тиск рідини на дно та стінки посудини, зумовлений тим, що рідина має вагу.

Ураховувати дію гідростатичного тиску важливо в підводних дослідженнях. Під час занурення на кожні 10 м тиск, що діє на людину або підводні човни, зростає на значення тиску, який чинить атмосфера Землі на всі тіла на її поверхні. Уявіть, який тиск відчувається на глибині 100 м, 1 км, 10 км!

Під час будівництва гребель на річках піднімається рівень води у водосховищах. Це збільшує гідростатичний тиск і силу, з якою вода тисне на греблю. Завдяки дії цієї сили на гідроелектростанціях отримують електроенергію.

2. Виштовхувальна сила

Із власного досвіду ви знаєте: щоб занурити м’яч у посудину з водою, потрібно докласти певних зусиль. Чому? На будь-яке тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила. Саме вона створює опір вашим зусиллям занурити м’яч (мал. 44.2). 

Цю силу відкрив давньогрецький природознавець і математик Архімед. Тому виштовхувальну силу називають також архімедовою силою, або силою Архімеда.

Причиною виникнення сили Архімеда є те, що рідина діє з більшою силою на нижню поверхню зануреного тіла, ніж на верхню, унаслідок наявності гідростатичного тиску. Різниця цих сил і є силою Архімеда.

Прояв дії виштовхувальної сили можна спостерігати, підіймаючи під водою важкий камінь. У воді це зробити значно легше.

3. Плавання тіл

Якщо в посудину з водою кинути дерев’яний і металевий бруски, то дерев’яний брусок плаватиме на поверхні, а металевий потоне (мал. 44.3).

Чому деревина плаває, а метал тоне? Густи­на деревини менша за густину води, а густина металу — більша.

Отже, ми визначили умову плавання тіл у рідинах: тіло плаває на поверхні рідини, якщо його густина менша за густину рідини.

Під час визначення густини будь-якого не­однорідного тіла, наприклад судна, необхідно обчислити її середнє значення. Оскільки всередині судна є трюми й інші приміщення, що містять багато повітря, середня густина судна буде меншою за густину води. Якщо судно отримує пробоїну, то внутрішні приміщення наповнюються водою. Середня густина судна стане більшою за густину води, і воно потоне.

Завдання 3

Завдання 4

Завдання 5

Завдання 6

 

Підсумовуємо

Завдання 7

Завдання 8

Ключові ідеї

Через те, що рідини притягуються силою земного тяжіння і мають вагу, вони створюють гідростатичний тиск. Сила, з якою рідина тисне на нижню поверхню тіла, більша за силу, що діє на його верхню поверхню. Це зумовлює появу виштовхувальної сили, або сили Архімеда. Якщо густина тіла менша за густину рідини, то тіло плаває на поверхні. Якщо густина тіла більша за густину рідини — тіло тоне.

Запитання і завдання
  1. Що таке гідростатичний тиск? Чому він виникає?
  2. Поясніть причину виникнення гідростатичного тиску.
  3. Чому на тіла в рідині діє виштовхувальна сила?
  4. Визначте умову плавання тіл.
  5. Чому під час будування морських суден обов’язково враховують їхню середню густину?
  6. Наповніть водою велику посудину та опустіть на поверхню води невелику металеву миску так, щоб вона плавала. Почніть поступово наливати в миску воду. Спостерігайте, як змінюється глибина занурення миски в міру додавання до неї води. Що трапиться з мискою, якщо продовжувати додавати воду? Зробіть висновки.