Какие сосуды называются сообщающимися. Примеры сообщающихся сосудов. Что мы узнали

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 $n$.

Всем известно, что нужно сделать с чайником, чтобы из его носика полилась вода, – просто наклонить. А вот вопрос, можно ли перевести корабль через гору в море или другой водоем, вызовет у нас сомнение. Чтобы ответить на него, сначала следует узнать, что из себя представляют сообщающиеся сосуды.

Закон сообщающихся сосудов

Сообщающиеся сосуды – это взаимодействующие друг с другом сосуды, которые имеют общее дно.

Рис. 1. Сообщающиеся сосуды

Закон сообщающихся сосудов гласит, что в таких сосудах, какую бы форму они не имели, поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя находятся на одном уровне, то есть давление, оказываемое на стенки на любом горизонтальном уровне является одинаковым.

Если же в сосуде жидкости разные, то уровень выше в сосуде, в котором жидкость обладает меньшей плотностью. То есть, если в один сосуд налить жидкость, обладающую одной плотностью, а во второй – другой, то при равновесии их уровни не будут одинаковыми. Следовательно отсюда можно вывести формулу:

ρ 1 /ρ 2 =h 2 /h 1

• ρ – плотность жидкости;
• h – высота столба.

Также для сообщающихся сосудов важной является формула:

p=gρ h

• g – ускорение свободного падения;
• ρ – плотность жидкости (кг/куб.м);
• h – глубина (высота столба жидкости).

Этой формулой определяется давление жидкости на дно сосуда.

Древним римлянам было неизвестно определение сообщающихся сосудов, поэтому их акведуки – водопроводы занимали огромную протяженность над поверхностью земли и строились с равномерным уклоном вниз.

Свойства сообщающихся сосудов

В сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаковый. Это происходит потому, что жидкость производит одинаковое давление на стенки сосуда. Достичь разного уровня однородной жидкости в сообщающихся сосудах можно с помощью перегородки между ними.

Перегородка перекроет сообщение между сосудами, и тогда можно в один из них долить жидкость, чтобы уровень изменился. В данной ситуации возникает напор – давление, производимое весом столба жидкости высотой, равной разности уровней. И если убрать перегородку, то именно это давление станет причиной тому, что жидкость будет перетекать в тот сосуд, где ее уровень ниже, до тех пор, пока уровни не станут одинаковыми.

В жизни очень часто можно встретить естественный напор. И таких примеров довольно много. Например, им обладает вода в горных реках, когда падает с высоты. Плотина также является примером естественного напора. Чем она выше, тем больше будет напор воды, поднятой плотиной.

Применение закона о сообщающихся сосудах

Принцип действия сообщающихся сосудов используется при сооружении фонтанов, водопроводов, шлюзов. Чайник и его носик тоже являются сообщающимися сосудами, так как вода, налитая в чайник, заполняет носик и всю остальную часть до одинаковой высоты. Применение свойств таких сосудов, могут даже помочь провести корабль через гору. И для этого как раз понадобиться шлюз. Шлюз – это лифт для судов. Если водное пространство перегорожено плотиной, то уровень воды в водохранилище выше, чем в реке ниже по течению. И чтобы добраться до этого уровня, судно должно зайти в шлюз, который отгорожен двумя водными непроницаемыми воротами. Когда шлюз полностью заполняется водой, судно выходит из шлюза и продолжает свой путь (уровень воды в шлюзе и водохранилище выравнивается по закону сообщающихся сосудов).

Рис. 2. Шлюз

Что мы узнали?

Из этой темы по физики за 7 класс можно ясно понять, какие сосуды называются сообщающимися. Ими могут называться лишь те сосуды, обладающие общим дном, где жидкость может свободно перетекать из одного сосуда в другой. Также сообщающиеся сосуды играют огромную роль в нашей повседневной жизни, облегчая ее и помогая выходить из трудных ситуаций. Принципы сообщающихся сосудов лежат в основе различных чайников, кофейников, водомерных стекол на паровых котлах.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.2 . Всего получено оценок: 387.

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.

Одно из любопытных явлений, связанное с гидростатикой - сообщающиеся сосуды. Казалось бы, всё здесь просто, но, тем не менее, они дают прекрасный повод познакомиться с примером работы атмосферного давления и окунуться в далёкое прошлое.

Чтобы освежить в памяти сведения, сообщающиеся сосуды, вспомним простой опыт, проводимый раньше на уроках физики в школе. На одной плоскости размещаются несколько разных по форме сосудов - круглых, прямоугольных, цилиндрических, в виде конуса, и соединяются трубкой на уровне дна. В один из этих сосудов начинает наливаться вода, через соединительную трубку вода будет поступать во все сосуды, и, что удивительно, во всех сосудах, независимо от формы последних, вода находится на одном уровне.

Обусловлено это тем, что все они находятся под одним атмосферным давлением, а раз они расположены на одном уровне, то и жидкость, помещённая в них, будет находиться на одном уровне, потому что во всех сосудах находится под тем же давлением.

Кстати, простейшее практическое применение сообщающихся сосудов мы получаем, когда наливаем воду из чайника. Пока чайник стоит ровно, уровень воды в самом чайнике и в его носике одинаков, т.к. чайник и носик являются сообщающимися сосудами. Уровень края носика чайника выше уровня воды. Если мы наклоняем носик чайника ниже то она начинает из него вытекать.

Существует простое следствие из изложенного. Если сообщающиеся сосуды находятся на разной высоте, то на выходе трубки, соединяющей эти сосуды, будет действовать давление. Его величина равна давлению столба воды, равного разности высот между сосудами. Всё очень просто - если сосуды расположены на разной высоте, то вода из верхнего сосуда будет перетекать в нижний.

Если посмотреть историю техники, то существует множество случаев, когда использовались сообщающиеся сосуды; физика, которая стоит за этим явлением, порой действительно позволяет творить чудеса. Как прекрасны А ведь они построены без применения сложной техники, электромоторов и прочей машинерии, которой непременно воспользовались бы сегодняшние специалисты. А здесь в чистом виде используются сообщающиеся сосуды. Пруды с водой расположены выше уровня фонтанов, что обеспечивает поступление к ним воды без всяких механизмов под давлением атмосферы. Это просто красиво, и этим нельзя не восхищаться.

Или другой пример, всем близкий и понятный. Водонапорная башня. Вода, закачанная в башню и располагающаяся на большой высоте, самотёком поступает в дома, и не только на первые этажи. Здесь опять работают сообщающиеся сосуды. Давление, величина которого обусловлена разностью высот между водонапорной башней и краном водопровода, обеспечит подачу воды и на верхние этажи.

Бедные римляне! О сообщающихся сосудах они ничего не знали и, когда строили свои акведуки для снабжения городов водой, всегда делали их с постоянным понижением от источника, хотя во многих местах могли бы следовать рельефу почвы и пускать трубы вверх по небольшим склонам. Но они всегда строили акведуки на высоте и с постоянным уклоном от источника.

А вот китайцы о сообщающихся сосудах знали и, используя их свойства, стали строить шлюзы. Принцип работы очень прост. Рядом расположены две шлюзовые камеры, соединенные между собой специальным каналом. Шлюзовые ворота закрываются, после этого открывается канал, соединяющий между собой обе камеры, и вода по закону о сообщающихся сосудах перетекает на более низкий уровень. Используя систему таких шлюзов, можно было осуществлять движение судов на участках, имеющих значительный перепад высот.

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.