Prawo Pascala i jego zastosowanie Prasy hydrauliczne. Prasa hydrauliczna. Przykłady problemów z rozwiązaniami

Klasa 7 Lekcja nr 41 Data

Temat: Prawo Pascala. Prasa hydrauliczna.

Typ lekcji: Lekcja dotycząca uczenia się nowego materiału.

Cele i zadania lekcji:

· Cel edukacyjny - wprowadzić prawo Pascala , poszerzyć i pogłębić wiedzę uczniów na temat „Ciśnienie”, omówić różnicę między ciałami stałymi, cieczami i gazami; wprowadzić nową koncepcję „Prasa hydrauliczna”, pomóc uczniom zrozumieć Praktyczne znaczenie, przydatność zdobytej wiedzy i umiejętności.

· Cel rozwojowy – tworzyć warunki dla rozwoju umiejętności badawczych i twórczych; umiejętności komunikacji i współpracy.

· Cel edukacyjny – przyczynić się do zaszczepienia kultury pracy umysłowej, stworzyć warunki do zwiększenia zainteresowania studiowanym materiałem.

Sprzęt:

· prezentacja, klipy wideo

karty z indywidualnymi zadaniami

Podczas zajęć.

1. Org. za chwilę.

Przygotowanie uczniów do pracy na zajęciach. Przyjęcie „Uśmiech”

2. Motywacja i wyznaczanie celów i zadań lekcji.

Pokaz slajdu ze zdjęciami. Cele naszej lekcji są następujące:

Dzisiaj na zajęciach będziemy studiować jedno z najważniejszych praw natury, prawo Pascala. Cel naszej lekcji: studiować prawo, a także nauczyć się wyjaśniać szereg zjawiska fizyczne korzystając z prawa Pascala. Zobacz stosowanie prawa w praktyce.

Przestudiować fizyczne podstawy konstrukcji i działania maszyny hydraulicznej;

Podaj pojęcie prasy hydraulicznej i pokaż jej praktyczne zastosowanie.

3. Przestudiuj nowy temat

Wszystkie ciała składają się z cząsteczek i atomów. Przyjrzeliśmy się trzem różnym stan skupienia substancji i ze względu na swoją strukturę różnią się właściwościami. Dzisiaj zapoznamy się z wpływem ciśnienia na substancje stałe, ciekłe i gazowe. Spójrzmy na przykłady:

Wbijamy gwóźdź w deskę młotkiem. Co widzimy? W jakim kierunku działa ciśnienie?

(Pod naciskiem młotka gwóźdź wchodzi w deskę. W kierunku działania siły. Deska i gwóźdź stanowią integralne ciała stałe.)

Weźmy piasek. Jest to stała, ziarnista substancja. Napełnij rurkę z tłokiem piaskiem. Jeden koniec rurki pokryty jest gumową folią. Naciskamy na tłok i obserwujemy.

(Piasek naciska na ścianki folii nie tylko w kierunku działania siły, ale także na boki.)

Zobaczmy teraz, jak zachowuje się ciecz. Napełnijmy rurkę płynem. Naciskamy na tłok, obserwujemy i porównujemy z wynikami poprzedniego eksperymentu.

(Folia ma kształt kuli, cząsteczki cieczy dociskają się jednakowo w różnych kierunkach.)

Spójrzmy na przykład gazu. Napompujmy piłkę.

(Ciśnienie jest przenoszone równomiernie przez cząsteczki powietrza we wszystkich kierunkach.)

Zbadaliśmy wpływ ciśnienia na substancje masowe stałe, ciekłe i gazowe. Jakie podobieństwa zauważyłeś?

(W przypadku cieczy i gazów ciśnienie działa jednakowo w różnych kierunkach, co jest konsekwencją losowego ruchu ogromnej liczby cząsteczek. W przypadku stałych substancji sypkich ciśnienie działa w kierunku siły i na boki.)

Wyjaśnijmy bardziej szczegółowo proces przenoszenia ciśnienia przez ciecze i gazy.

Wyobraź sobie, że rurka z tłokiem jest wypełniona powietrzem (gazem). Cząsteczki gazu są równomiernie rozmieszczone w całej objętości. Naciskamy na tłok. Cząstki znajdujące się pod tłokiem ulegają zagęszczeniu. Dzięki swojej mobilności cząsteczki gazu będą poruszać się we wszystkich kierunkach, w wyniku czego ich układ ponownie stanie się jednolity, ale bardziej gęsty. Dlatego wszędzie wzrasta ciśnienie gazu. Oznacza to, że ciśnienie jest przenoszone na wszystkie cząsteczki gazu.

Zróbmy doświadczenie z piłką Pascala. Weźmy pustą kulę, która ma wąskie otwory w różnych miejscach i połączmy ją z rurką z tłokiem.

Jeśli napełnisz rurkę wodą i naciśniesz tłok, woda wypłynie ze wszystkich otworów w kuli w postaci strumieni. (Dzieci wyrażają swoje domysły.)

Sformułujmy wniosek ogólny.

Tłok naciska na powierzchnię wody w rurze. Cząsteczki wody znajdujące się pod tłokiem, zagęszczając się, przenoszą swoje ciśnienie na inne, położone głębiej warstwy. W ten sposób ciśnienie tłoka przenoszone jest na każdy punkt cieczy wypełniającej kulkę. W rezultacie część wody jest wypychana z kuli w postaci strumieni wypływających ze wszystkich otworów.

Ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz jest przenoszone bez zmiany na każdy punkt objętości cieczy lub gazu. To stwierdzenie nazywa się prawem Pascala.

4. Konsolidacja: odpowiedz na pytania

1. Jeśli wystrzelisz z wiatrówki jajko na twardo, kula zrobi w nim jedynie dziurę przelotową, reszta pozostanie nienaruszona. Ale jeśli strzelisz do surowego jajka, rozpadnie się ono na kawałki. (Podczas strzelania do gotowanego jajka kula przebija ciało stałe, więc przebija w kierunku lotu, ponieważ ciśnienie jest przenoszone w tym kierunku.)

2.Dlaczego eksplozja muszli pod wodą jest destrukcyjna dla organizmów żyjących w wodzie? (Ciśnienie eksplozji cieczy, zgodnie z prawem Pascala, rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach i zwierzęta mogą z tego powodu umrzeć)

3. Zły dżin, znajdujący się w stanie gazowym w zakorkowanej butelce, wywiera silny nacisk na jej ścianki, dno i korek. Dlaczego dżin kopie na wszystkie strony, skoro w stanie gazowym nie ma rąk ani nóg? Jakie prawo mu na to pozwala? (cząsteczki, prawo Pascala)

4. Dla astronautów żywność przygotowywana jest w postaci półpłynnej i umieszczana w tubach o elastycznych ściankach. Co pomaga astronautom wyciskać jedzenie z tubek?

(Prawo Pascala)

5. Spróbuj wyjaśnić proces wytwarzania naczyń szklanych, gdy do kropli roztopionego szkła wdmuchuje się powietrze?

(Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie wewnątrz gazu będzie przenoszone równomiernie we wszystkich kierunkach i płynne szkło nadmuchuje się jak balon.)

Zastosowanie prawa Pascala w praktyce

Motywacja do studiowania tego tematu: „Prasa hydrauliczna”

Zapewne zaobserwowałeś taką sytuację: przebita jest opona, kierowca za pomocą urządzenia bez problemu podnosi samochód i wymienia uszkodzone koło, mimo że auto waży ok. 1,5 tony.

Odpowiedzmy sobie wspólnie na pytanie: dlaczego jest to możliwe?

Używa podnośnika. Podnośnik jest maszyną hydrauliczną.

Mechanizmy działające za pomocą jakiegoś płynu nazywane są hydraulicznymi (gr. „gidor” – woda, ciecz).

Prasa hydrauliczna to maszyna do obróbki materiałów pod ciśnieniem, napędzana sprężoną cieczą.

Odpowiedz na pytania.

v Czy cylindry i tłoki są takie same? Jaka jest różnica?

v Co to znaczy: każdy tłok robi swoje?

v Na jakim prawie opiera się działanie prasy hydraulicznej?

Konstrukcja prasy hydraulicznej opiera się na prawie Pascala. Dwa połączone naczynia napełnia się jednorodną cieczą i zamyka dwoma tłokami, których obszary to S1 i S2 (S2 > S1). Zgodnie z prawem Pascala w obu cylindrach mamy równe ciśnienie: p1=p2.

p1=F1/S1, P2=F2/S2, F1/S1= F2/S2, F1 S2=F2 S1

Kiedy działa prasa hydrauliczna, powstaje przyrost siły równy stosunkowi powierzchni większego tłoka do powierzchni mniejszego.

F1/ F2 = S1/ S2.

Zasada działania prasy hydraulicznej.

Wytłoczony korpus umieszczany jest na platformie połączonej z dużym tłokiem. Mały tłok wytwarza duże ciśnienie na cieczy. Ciśnienie to jest przenoszone bez zmian do każdego punktu cieczy wypełniającej cylindry. Dlatego to samo ciśnienie działa na większy tłok. Ponieważ jednak jego powierzchnia jest większa, siła działająca na niego będzie większa niż siła działająca na mały tłok. Pod wpływem tej siły większy tłok uniesie się. Kiedy tłok podnosi się, korpus opiera się o nieruchomą górną platformę i jest ściskany. Manometr, który mierzy ciśnienie cieczy, jest zaworem bezpieczeństwa, który otwiera się automatycznie, gdy ciśnienie przekroczy dopuszczalną wartość. Z małego cylindra do dużego, ciecz jest pompowana poprzez powtarzające się ruchy małego tłoka.

Prasy hydrauliczne stosuje się tam, gdzie wymagana jest większa siła. Np. do wyciskania oleju z nasion w olejarniach, do tłoczenia sklejki, tektury, siana. W zakładach metalurgicznych prasy hydrauliczne wykorzystywane są do produkcji stalowych wałów maszynowych, kół kolejowych i wielu innych wyrobów. Nowoczesne prasy hydrauliczne mogą wytwarzać setki milionów niutonów siły.

Miliony samochodów są wyposażone w hamulce hydrauliczne. Dziesiątki i setki tysięcy koparek, spycharek, dźwigów, ładowarek i podnośników wyposażonych jest w napęd hydrauliczny.

Podnośniki hydrauliczne i prasy hydrauliczne są wykorzystywane w ogromnych ilościach do różnych celów – od wciskania opon na koła wagonów po podnoszenie kratownic mostów zwodzonych, aby umożliwić statkom przepływanie przez rzeki.

Demonstracja klipu wideo

5. Sprawdzanie zrozumienia: Odpowiedz na pytania testowe.

	1 opcja	Opcja 2
	Praca B) ciśnienie	A) Dżul B) Pascal B) Newtona


	A) zmniejszyć; mniej; mniej B) zmniejszyć; więcej; więcej B) wzrost; więcej; więcej D) wzrost; mniej; więcej	A) zmniejszyć; więcej; mniej B) zmniejszyć; więcej; więcej B) zmniejszyć; mniej; mniej D) wzrost; więcej; więcej
	C) koła zastąpiono gąsienicami	A) ostrza noży są naostrzone D) noże zastępuje się żyłką

	Podaj błędne stwierdzenie.	B) na dno naczynia D) we wszystkich kierunkach
		A) 1300 kg/m3

7. Wzajemna kontrola: wymień zeszyty i sprawdź

Opcja 1: 1c, 2b, 3a, 4d, 5d, 6d, 7d, 8a

Opcja 2: 1b, 2d, 3a, 4a, 5d, 6b, 7d, 8c

6. Podsumowanie. Praca domowa. ξ 44,45, zrób tabelę porównawczą: „Ciśnienie ciała stałe, ciecze i gazy”

Odpowiedz na pytania testowe.

	1 opcja	Opcja 2
	Który wielkość fizyczna określone wzorem p = F/S? Praca B) ciśnienie	Która z poniższych jednostek jest podstawową jednostką miary ciśnienia? A) Dżul B) Pascal B) Newtona
	Która z poniższych wartości może wyrażać ciśnienie?	Wyraź ciśnienie równe 0,01 N/cm2 w Pa.
	Jakiego wzoru można użyć do obliczenia siły nacisku?	Jakiego wzoru można użyć do obliczenia ciśnienia?
	Wskaż liczbę brakujących słów. Narzędzia skrawające ostrzy się w celu…docisku, ponieważ…obszar podparcia,…docisku. A) zmniejszyć; mniej; mniej B) zmniejszyć; więcej; więcej B) wzrost; więcej; więcej D) wzrost; mniej; więcej	Wskaż liczbę brakujących słów. Ściany budynków instalowane są na szerokim fundamencie w celu… nacisku, ponieważ… obszar podparcia,… nacisku. A) zmniejszyć; więcej; mniej B) zmniejszyć; więcej; więcej B) zmniejszyć; mniej; mniej D) wzrost; więcej; więcej
	Znajdź błędną odpowiedź. Próbują zmniejszyć ciśnienie w następujący sposób: A) zwiększyć powierzchnię dolnej części fundamentu B) opony ciężarówek są szersze C) koła zastąpiono gąsienicami D) Zmniejsz liczbę kolumn podtrzymujących platformę	Znajdź błędną odpowiedź. Próbują zwiększyć ciśnienie w następujący sposób A) ostrza noży są naostrzone B) szczypce zastępuje się szczypcami C) latem poruszaj się wózkiem, zimą saniami D) noże zastępuje się żyłką
	Skrzynia o masie 0,96 kN ma powierzchnię podparcia 0,2 m2. Oblicz ciśnienie w pudełku.	Podczas szycia na igłę działa siła 2 N. Oblicz nacisk wywierany przez igłę, jeśli powierzchnia końcówki wynosi 0,01 mm2.
	Podaj błędne stwierdzenie. A) Ciśnienie gazu powstaje w wyniku uderzeń losowo poruszających się cząsteczek B) gaz wywiera ciśnienie jednakowe we wszystkich kierunkach C) jeśli masa i temperatura gazu pozostają niezmienione, to wraz ze zmniejszaniem się objętości gazu wzrasta ciśnienie d) jeśli masa i temperatura gazu pozostają niezmienione, to wraz ze wzrostem objętości gazu ciśnienie się nie zmienia	Prawo Pascala mówi, że ciecze i gazy przenoszą wywierane na nie ciśnienie... A) w kierunku działającej siły B) na dno naczynia B) w kierunku siły wypadkowej D) we wszystkich kierunkach
	Ciśnienie 4 kPa odpowiada ciśnieniu...	Która z poniższych wartości może wyrazić ciśnienie hydrostatyczne? A) 1300 kg/m3

Definicja

Prasa hydrauliczna to maszyna działająca w oparciu o prawa ruchu i równowagi płynów.

Prawo Pascala leży u podstaw zasady działania prasy hydraulicznej. Nazwa tego urządzenia pochodzi od greckiego słowa hydraulika – woda. Prasa hydrauliczna to maszyna hydrauliczna służąca do prasowania (wyciskania). Prasę hydrauliczną stosuje się tam, gdzie potrzebna jest większa siła, np. przy wyciskaniu oleju z nasion. Stosując nowoczesne prasy hydrauliczne, można osiągnąć siły do (10)^8$niutonów.

Podstawą maszyny hydraulicznej są dwa cylindry o różnych promieniach z tłokami (rys. 1), które są połączone rurą. Przestrzeń w cylindrach pod tłokami jest zwykle wypełniona olejem mineralnym.

Aby zrozumieć zasadę działania maszyny hydraulicznej należy pamiętać czym są naczynia połączone i jakie jest znaczenie prawa Pascala.

Statki komunikacyjne

Naczynia połączone to naczynia połączone ze sobą, w których ciecz może swobodnie przepływać z jednego naczynia do drugiego. Kształt naczyń połączonych może być inny. W naczyniach połączonych ciecz o tej samej gęstości ustala się na tym samym poziomie, jeśli ciśnienia nad swobodnymi powierzchniami cieczy są takie same.

Z ryc. 1 widzimy, że konstrukcyjnie maszyna hydrauliczna składa się z dwóch połączonych naczyń o różnych promieniach. Jeśli na tłoki nie działają żadne siły, wysokości słupów cieczy w cylindrach będą takie same.

Prawo Pascala

Prawo Pascala mówi nam, że ciśnienie wywierane przez siły zewnętrzne na płyn jest na niego przekazywane bez zmiany wszystkich jego punktów. Działanie wielu urządzeń hydraulicznych opiera się na prawie Pascala: prasy, układy hamulcowe, napędy hydrauliczne, wspomagacze hydrauliczne itp.

Zasada działania prasy hydraulicznej

Jednym z najprostszych i najstarszych urządzeń opartych na prawie Pascala jest prasa hydrauliczna, w której niewielka siła $F_1$ przyłożona do tłoka nie powoduje Duża powierzchnia$S_1$, jest przekształcane na dużą siłę $F_2$, która działa na dużym obszarze $S_2$.

Ciśnienie wytwarzane przez tłok numer jeden wynosi:

Ciśnienie drugiego tłoka na ciecz wynosi:

Jeżeli tłoki są w równowadze, to ciśnienia $p_1$ i $p_2$ są sobie równe, zatem możemy przyrównać prawe strony wyrażeń (1) i (2):

\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\lewo(3\prawo).\]

Ustalmy, jaki będzie moduł siły przyłożonej do pierwszego tłoka:

Ze wzoru (4) widzimy, że wartość $F_1$ jest większa od modułu siły $F_2$ o $\frac(S_1)(S_2)$ razy.

I tak za pomocą prasy hydraulicznej można zrównoważyć znacznie większą siłę małą siłą. Stosunek $\frac(F_1)(F_2)$ pokazuje przyrost siły.

Tak działa prasa. Korpus, który należy skompresować, umieszczony jest na platformie opartej na dużym tłoku. Za pomocą małego tłoka na ciecz wytwarza się wysokie ciśnienie. Duży tłok wraz ze ściśniętym korpusem unosi się, opiera się o umieszczoną nad nimi nieruchomą platformę, korpus jest ściskany.

Z małego cylindra do dużego, ciecz jest pompowana poprzez wielokrotny ruch tłoka o małej powierzchni. Robią to w następujący sposób. Mały tłoczek podnosi się, zawór otwiera się, a ciecz zostaje zassana do przestrzeni pod małym tłokiem. Kiedy mały tłok obniża ciecz, wywierając nacisk na zawór, zamyka się, co otwiera zawór, co umożliwia przepływ cieczy do dużego naczynia.

Przykłady problemów z rozwiązaniami

Przykład 1

Ćwiczenia. Jaki będzie przyrost siły w prasie hydraulicznej, jeżeli działając na mały tłok (powierzchnia $S_1=10\ (cm)^2$) siłą $F_1=800$ N, siła uzyskana na dużym tłoku ($S_2=1000 \ (cm)^2$) równe $F_2=72000\ $ N?

Jaki przyrost siły osiągnęłaby ta prasa, gdyby nie było sił tarcia?

Rozwiązanie. Wzmocnienie siły to stosunek modułów siły otrzymanej do przyłożonej:

\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(72000)(800)=90.\]

Korzystając ze wzoru otrzymanego dla prasy hydraulicznej:

\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\lewo(1.1\prawo),\]

Znajdźmy przyrost siły przy braku sił tarcia:

\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(S_2)(S_1)=\frac(1000)(10)=100.\]

Odpowiedź. Przyrost wytrzymałości w prasie w obecności sił tarcia jest równy $\frac(F_2)(F_1)=90.$ Bez tarcia byłby równy $\frac(F_2)(F_1)=100.$

Przykład 2

Ćwiczenia. Korzystanie z hydrauliki mechanizm podnoszący, powinieneś podnieść ładunek o masie $m$. Ile razy ($k$) należy opuścić mały tłoczek w czasie $t$, jeżeli jednocześnie obniży się on o odległość $l$? Stosunek pól tłoków podnoszących jest równy: $\frac(S_1)(S_2)=\frac(1)(n)$ ($n>1$). Sprawność maszyny wynosi $\eta $, gdy moc jej silnika wynosi $N$.

Rozwiązanie. Schemat Działanie podnośnika hydraulicznego pokazano na rys. 2, przypomina ono działanie prasy hydraulicznej.

Jako podstawę do rozwiązania zadania używamy wyrażenia łączącego moc i pracę, ale jednocześnie bierzemy pod uwagę wydajność windy, wówczas moc jest równa:

Praca jest wykonywana w celu podniesienia ładunku, co oznacza, że znajdziemy ją jako zmianę energii potencjalnej ładunku; energię ładunku rozważymy w punkcie, w którym zaczyna się on podnosić ($E_(p1 )$=0) aby mieć zerową energię potencjalną, mamy:

gdzie $h$ jest wysokością, na którą podniesiono ładunek. Przyrównując prawe strony wzorów (2.1) i (2.2) znajdujemy wysokość, na jaką został podniesiony ładunek:

\[\eta Nt=mgh\to h=\frac(\eta Nt)(mg)\left(2.3\right).\]

Obliczamy pracę wykonaną przez siłę $F_0$ podczas przesuwania małego tłoka jako:

\[A_1=F_0l\ \lewo(2.4\prawo),\]

Praca wykonana przez siłę, która przesuwa duży tłok do góry (ściskając hipotetyczny korpus) jest równa:

\[A_2=FL\ .\] \[A_1=A_2\to F_0l=FL\] \[\frac(F_0)(F)=\frac(L)(l)=\frac(S_1)(S_2)\ lewo(2,5\prawo),\]

gdzie $L$ jest odległością, na jaką duży tłok porusza się w jednym skoku. Z (2.5) mamy:

\[\frac(S_1)(S_2)=\frac(L)(l)\to L=\frac(S_1)(S_2)l\ \left(2.6\right).\]

Aby obliczyć liczbę skoków tłoka (ile razy opuści się mały tłok lub podniesie się duży), wysokość obciążenia należy podzielić przez odległość, na jaką porusza się duży tłok w jednym skoku:

Odpowiedź.$k=\frac(\eta Ntn)(mgl)$

Na tym opiera się działanie prasy Prawo Pascala. Prasa hydrauliczna składa się z dwóch połączonych naczyń wypełnionych cieczą (najczęściej olejem technicznym) i zamkniętych tłokami o różnych rozmiarach S 1 i S 2 (rys. 1).

Zewnętrzna siła działająca na mały tłok wytwarza ciśnienie

Zgodnie z prawem Pascala jest on przenoszony przez ciecz we wszystkich kierunkach bez zmian. Dlatego na drugi tłok od strony cieczy działa siła

(1)

Prasa hydrauliczna daje przyrost siły tyle razy, ile powierzchnia większego tłoka przekracza powierzchnię małego tłoka.

Siła F 1 zmienia także energię potencjalną płynu w prasie. Ale ponieważ ciężar tej cieczy jest znacznie mniejszy niż siła F 1. uważaliśmy, że ciecz jest nieważka. W związku z tym należy zauważyć, że w warunkach rzeczywistych równanie (1) jest spełnione tylko w przybliżeniu.

Prasa nie daje żadnych korzyści w pracy. Rzeczywiście, kiedy mały tłok jest opuszczony, siła działa A 1 = F 1 h 1, gdzie h 1 jest skokiem małego tłoka. Część cieczy z wąskiego cylindra zostaje przesunięta do szerokiego, a duży tłok podnosi się o h 2. Praca siły F 2

(2)

Ale ciecz jest nieściśliwa. W rezultacie objętości cieczy przenoszonych z jednego cylindra do drugiego są równe, tj.

Podstawiając to równanie i równanie (1) do (2), otrzymujemy A 1 = A 2 .

Prasa hydrauliczna pozwala wytworzyć kolosalne siły i służy do prasowania wyrobów (z metalu, plastiku, z różnych proszków), do wypychania otworów w blachach, do badania wytrzymałości materiałów, do podnoszenia ciężarów, do wyciskania oleju z nasion w oleju młyny, do prasowania sklejki, tektury, siana. W zakładach metalurgicznych prasy hydrauliczne służą do wykonywania stalowych wałów maszyn, kół kolejowych i wielu innych wyrobów.

Klasa 7 Lekcja nr 41 Data

Temat: Prawo Pascala. Prasa hydrauliczna.

Typ lekcji: Lekcja dotycząca uczenia się nowego materiału.

Cele i zadania lekcji:

Cel edukacyjny - wprowadzić prawo Pascala, poszerzyć i pogłębić wiedzę uczniów na temat „Ciśnienie”, omówić różnicę między ciałami stałymi, cieczami i gazami; wprowadzić nowe pojęcie „Prasa hydrauliczna”, pomóc uczniom zrozumieć praktyczne znaczenie i użyteczność zdobytej wiedzy i umiejętności.

Cel rozwojowy – tworzyć warunki dla rozwoju umiejętności badawczych i twórczych; umiejętności komunikacji i współpracy.

Cel edukacyjny – przyczynić się do zaszczepienia kultury pracy umysłowej, stworzyć warunki do zwiększenia zainteresowania studiowanym materiałem.

Sprzęt :

prezentacja, klipy wideo

indywidualne karty zadań

Podczas zajęć.

1. Org. za chwilę.

Przygotowanie uczniów do pracy na zajęciach. Przyjęcie „Uśmiech”

2. Motywacja i wyznaczanie celów i zadań lekcji.

Pokaz slajdu ze zdjęciami. Cele naszej lekcji są następujące:

- Dzisiaj na zajęciach będziemy studiować jedno z najważniejszych praw natury, prawo Pascala. Cel naszej lekcji: poznanie prawa, a także nauczenie się wyjaśniania szeregu zjawisk fizycznych za pomocą prawa Pascala. Zobacz stosowanie prawa w praktyce.

Przestudiować fizyczne podstawy konstrukcji i działania maszyny hydraulicznej;

Podaj pojęcie prasy hydraulicznej i pokaż jej praktyczne zastosowanie.

3. Przestudiuj nowy temat

Wszystkie ciała składają się z cząsteczek i atomów. Zbadaliśmy trzy różne stany skupienia materii i ze względu na budowę różnią się one właściwościami. Dzisiaj zapoznamy się z wpływem ciśnienia na substancje stałe, ciekłe i gazowe. Spójrzmy na przykłady:

Wbijamy gwóźdź w deskę młotkiem. Co widzimy? W jakim kierunku działa ciśnienie?

(Pod naciskiem młotka gwóźdź wchodzi w deskę. W kierunku działania siły. Deska i gwóźdź stanowią integralne ciała stałe.)

Weźmy piasek. Jest to stała, ziarnista substancja. Napełnij rurkę z tłokiem piaskiem. Jeden koniec rurki pokryty jest gumową folią. Naciskamy na tłok i obserwujemy.

(Piasek naciska na ścianki folii nie tylko w kierunku działania siły, ale także na boki.)

Zobaczmy teraz, jak zachowuje się ciecz. Napełnijmy rurkę płynem. Naciskamy na tłok, obserwujemy i porównujemy z wynikami poprzedniego eksperymentu.

(Folia ma kształt kuli, cząsteczki cieczy dociskają się jednakowo w różnych kierunkach.)

Spójrzmy na przykład gazu. Napompujmy piłkę.

(Ciśnienie jest przenoszone równomiernie przez cząsteczki powietrza we wszystkich kierunkach.)

Zbadaliśmy wpływ ciśnienia na substancje masowe stałe, ciekłe i gazowe. Jakie podobieństwa zauważyłeś?

Wyjaśnijmy bardziej szczegółowo proces przenoszenia ciśnienia przez ciecze i gazy.

Zróbmy doświadczenie z piłką Pascala. Weźmy pustą kulę, która ma wąskie otwory w różnych miejscach i połączmy ją z rurką z tłokiem.

mi Jeśli napełnisz rurkę wodą i naciśniesz tłok, woda wypłynie ze wszystkich otworów w kuli w postaci strumieni.(Dzieci wyrażają swoje domysły.)

Sformułujmy wniosek ogólny.

Ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz jest przenoszone bez zmiany na każdy punkt objętości cieczy lub gazu. To stwierdzenie nazywa się prawem Pascala.

4. Konsolidacja: odpowiedz na pytania

2.Dlaczego eksplozja muszli pod wodą jest destrukcyjna dla organizmów żyjących w wodzie? (Ciśnienie wybuchu w cieczy, zgodnie z prawem Pascala, przenosi się równomiernie we wszystkich kierunkach i zwierzęta mogą z tego powodu umrzeć)

3. Zły dżin, który w środku jest w stanie gazowym butelki, wywiera silny nacisk na jej ścianki, dno i korek. Dlaczego dżin kopie na wszystkie strony, skoro w stanie gazowym nie ma rąk ani nóg? Jakie prawo mu na to pozwala? (cząsteczki, prawo Pascala)

4. Dla astronautów żywność przygotowywana jest w postaci półpłynnej i umieszczana w tubach o elastycznych ściankach. Co pomaga astronautom wyciskać jedzenie z tubek?

(Prawo Pascala)

5. Spróbuj wyjaśnić proces wytwarzania naczyń szklanych, gdy do kropli roztopionego szkła wdmuchuje się powietrze?

(Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie wewnątrz gazu będzie przenoszone równomiernie we wszystkich kierunkach, a płynne szkło nadmucha się jak balon.)

Zastosowanie prawa Pascala w praktyce

Motywacja do studiowania tego tematu: „Prasa hydrauliczna”

Zapewne zaobserwowałeś taką sytuację: przebita jest opona, kierowca za pomocą urządzenia bez problemu podnosi samochód i wymienia uszkodzone koło, mimo że auto waży ok. 1,5 tony.

Odpowiedzmy sobie wspólnie na pytanie: dlaczego jest to możliwe?

Używa podnośnika. Podnośnik jest maszyną hydrauliczną.

Nazywa się mechanizmy działające przy użyciu pewnego rodzaju cieczy hydrauliczny (Greckie „gidor” - woda, płyn).

Prasa hydrauliczna to maszyna do obróbki materiałów pod ciśnieniem, napędzana sprężoną cieczą.

Odpowiedz na pytania.

Czy cylindry i tłoki są takie same? Jaka jest różnica?

Co to znaczy: każdy tłok robi swoje?

Na jakim prawie opiera się działanie prasy hydraulicznej?

Konstrukcja prasy hydraulicznej opiera się na prawie Pascala. Dwa połączone naczynia są wypełnione jednorodną cieczą i zamknięte dwoma tłokami, których powierzchnia wynosi S 1 i S 2 (S 2 > S 1 ). Zgodnie z prawem Pascala w obu cylindrach mamy równe ciśnienie: p 1 = p 2 .

p1=F1/S1, P2=F2/S2, F1/S1= F2/S2, F1 S2=F2 S1

Kiedy działa prasa hydrauliczna, powstaje przyrost siły równy stosunkowi powierzchni większego tłoka do powierzchni mniejszego.

F 1/ F 2 = S 1/ S 2.

Zasada działania prasy hydraulicznej.

Miliony samochodów są wyposażone w hamulce hydrauliczne. Dziesiątki i setki tysięcy koparek, spycharek, dźwigów, ładowarek i podnośników wyposażonych jest w napęd hydrauliczny.

Demonstracja klipu wideo

5. Sprawdzanie zrozumienia : Odpowiedz na pytania testowe.

P = F/ S?

Praca

B) siła

B) ciśnienie

A) Dżul

B) Pascal
B) Newtona

A) 40 mg

B) 0,1 kPa

B) 5 kN

2, w Pa.

A) 1000 Pa

B) 10 Pa

B) 10 000 Pa

D) 100 Pa

A) F= pS

B) F = mg

B) F= kx

A ) F= pS

B ) p = F/S

B) P=pgh

A) zmniejszyć; mniej; mniej

B) zmniejszyć; więcej; więcej

B) wzrost; więcej; więcej

D) wzrost; mniej; więcej

A) zmniejszyć; więcej; mniej

B) zmniejszyć; więcej; więcej

B) zmniejszyć; mniej; mniej

D) wzrost; więcej; więcej

A) ostrza noży są naostrzone

D) noże zastępuje się żyłką

2 . Oblicz ciśnienie w pudełku.

A) 4800 Pa

B) 135 Pa

B) 13500 Pa

D) 480 Pa

2 .

A) 100 Pa

B) 200 mPa

B) 300 kPa

D) 0,5 Pa

B) na dno naczynia

D) we wszystkich kierunkach

A) 4000 Pa

B) 0,4 Pa

B) 0,004 Pa

D) 400 Pa

A) 1300 kg/m 3

B) 500m

B) 1500 Pa

D) 600 J

7. Wzajemna kontrola: wymień zeszyty i sprawdź

Opcja 1: 1c, 2b, 3a, 4d, 5d, 6d, 7d, 8a

Opcja 2: 1b, 2d, 3a, 4a, 5d, 6b, 7d, 8c

6. Podsumowanie. Praca domowa. ξ 44,45 , sporządzić tabelę porównawczą: „Ciśnienie ciał stałych, cieczy i gazów”

Odpowiedz na pytania testowe.

Opcja 2

Jaką wielkość fizyczną określa wzórP = F/ S?

Praca

B) siła

B) ciśnienie

Która z poniższych jednostek jest podstawową jednostką miary ciśnienia?

A) Dżul

B) Pascal
B) Newtona

Która z poniższych wartości może wyrażać ciśnienie?

A) 40 mg

B) 0,1 kPa

B) 5 kN

Wyraź ciśnienie jako 0,01 N/cm 2, w Pa.

A) 1000 Pa

B) 10 Pa

B) 10 000 Pa

D) 100 Pa

Jakiego wzoru można użyć do obliczenia siły nacisku?

A) F= pS

B) F = mg

B) F= kx

Jakiego wzoru można użyć do obliczenia ciśnienia?

A ) F= pS

B ) p = F/S

B) P=pgh

Wskaż liczbę brakujących słów. Narzędzia skrawające ostrzy się w celu…docisku, ponieważ…obszar podparcia,…docisku.

A) zmniejszyć; mniej; mniej

B) zmniejszyć; więcej; więcej

B) wzrost; więcej; więcej

D) wzrost; mniej; więcej

Wskaż liczbę brakujących słów.CCienie budynków są instalowane na szerokim fundamencie w celu…nacisku, ponieważ…obszar podparcia,…nacisku.

A) zmniejszyć; więcej; mniej

B) zmniejszyć; więcej; więcej

B) zmniejszyć; mniej; mniej

D) wzrost; więcej; więcej

Znajdź błędną odpowiedź. Próbują zmniejszyć ciśnienie w następujący sposób:

A) zwiększyć powierzchnię dolnej części fundamentu

B) opony ciężarówek są szersze

C) koła zastąpiono gąsienicami

D) Zmniejsz liczbę kolumn podtrzymujących platformę

Znajdź błędną odpowiedź. Próbują zwiększyć ciśnienie w następujący sposób

A) ostrza noży są naostrzone

B) szczypce zastępuje się szczypcami

C) latem poruszaj się wózkiem, zimą saniami

D) noże zastępuje się żyłką

Skrzynia o masie 0,96 kN ma powierzchnię podparcia 0,2 m 2 . Oblicz ciśnienie w pudełku.

A) 4800 Pa

B) 135 Pa

B) 13500 Pa

D) 480 Pa

Podczas szycia na igłę działa siła 2 N. Oblicz nacisk wywierany przez igłę, jeśli powierzchnia końcówki wynosi 0,01 mm 2 .

A) 100 Pa

B) 200 mPa

B) 300 kPa

D) 0,5 Pa

Podaj błędne stwierdzenie.

A) Ciśnienie gazu powstaje w wyniku uderzeń losowo poruszających się cząsteczek

B) gaz wywiera ciśnienie jednakowe we wszystkich kierunkach

C) jeśli masa i temperatura gazu pozostają niezmienione, to wraz ze zmniejszaniem się objętości gazu wzrasta ciśnienie

d) jeśli masa i temperatura gazu pozostają niezmienione, to wraz ze wzrostem objętości gazu ciśnienie się nie zmienia

Prawo Pascala mówi, że ciecze i gazy przenoszą wywierane na nie ciśnienie...

A) w kierunku działającej siły

B) na dno naczynia

B) w kierunku siły wypadkowej

D) we wszystkich kierunkach

Ciśnienie 4 kPa odpowiada ciśnieniu...

A) 4000 Pa

B) 0,4 Pa

B) 0,004 Pa

D) 400 Pa

Która z poniższych wartości może wyrazić ciśnienie hydrostatyczne?

A) 1300 kg/m 3

B) 500m

B) 1500 Pa

D) 600 J

Uwaga! Administracja witryny nie ponosi odpowiedzialności za treść zmian metodologicznych, a także za zgodność rozwoju z federalnym stanowym standardem edukacyjnym.

Uczestnik: Kolesnikow Maksym Igorevich
Kierownik: Szczerbinina Galina Gennadievna

Cel pracy: eksperymentalne potwierdzenie prawa Pascala.

Wstęp

Prawo Pascala stało się znane w roku 1663. To właśnie to odkrycie stało się podstawą do stworzenia superpras o ciśnieniu ponad 750 000 kPa, z napędem hydraulicznym, co z kolei doprowadziło do powstania automatyki hydraulicznej sterującej nowoczesnymi odrzutowcami, statki kosmiczne, maszyny sterowane numerycznie, mocne wywrotki, kombajny górnicze, prasy, koparki... Zatem prawo Pascala znalazło ogromne zastosowanie w nowoczesny świat. Wszystkie te mechanizmy są jednak dość złożone i uciążliwe, dlatego chciałem stworzyć urządzenia oparte na prawie Pascala, aby przekonać się na własne oczy i przekonać kolegów, z których wielu uważa, że głupio jest tracić czas na „starożytność”, kiedy jesteśmy otoczony nowoczesne urządzeniaże temat ten jest nadal interesujący i aktualny. Ponadto stworzone przez siebie urządzenia z reguły budzą zainteresowanie, skłaniają do myślenia, fantazjowania, a nawet patrzenia na odkrycia „głębokiej starożytności” innymi oczami.

Obiekt Moje badania dotyczą prawa Pascala.

Cel pracy: eksperymentalne potwierdzenie prawa Pascala.

Hipoteza: znajomość prawa Pascala może być przydatna przy projektowaniu sprzętu budowlanego.

Praktyczne znaczenie pracy: Moja praca przedstawia eksperymenty do demonstracji na lekcjach fizyki w 7 klasie szkoły średniej. Opracowane eksperymenty można zademonstrować zarówno na zajęciach, podczas studiowania zjawisk (mam nadzieję, że pomoże to w kształtowaniu pewnych koncepcji na studiach z fizyki), jak i jako pracę domową dla uczniów.

Proponowane instalacje mają charakter uniwersalny, w jednej instalacji można przeprowadzić kilka eksperymentów.

Rozdział 1. Cała nasza godność tkwi w zdolności myślenia

Blaise Pascal (1623-1662) – francuski matematyk, mechanik, fizyk, pisarz i filozof. Klasyk literatury francuskiej, jeden z założycieli Analiza matematyczna, teoria prawdopodobieństwa i geometria rzutowa, twórca pierwszych przykładów techniki obliczeniowej, autor podstawowych praw hydrostatyki. Pascal wszedł do historii fizyki ustanawiając podstawowe prawo hydrostatyki i potwierdzając założenie Toricelliego o istnieniu ciśnienia atmosferycznego. Jednostka ciśnienia w układzie SI została nazwana na cześć Pascala. Prawo Pascala stwierdza, że ciśnienie wywierane na ciecz lub gaz przenosi się do dowolnego punktu bez zmiany we wszystkich kierunkach. Nawet słynne prawo Archimedesa jest szczególnym przypadkiem prawa Pascala.

Prawo Pascala można wyjaśnić wykorzystując właściwości cieczy i gazów, a mianowicie: cząsteczki cieczy i gazu uderzając w ścianki pojemnika, wytwarzają ciśnienie. Ciśnienie wzrasta (maleje) wraz ze wzrostem (spadkiem) stężenia cząsteczek.

Istnieje powszechny problem, który można wykorzystać do zrozumienia działania prawa Pascala: po wystrzale z karabinu w gotowanym jajku powstaje dziura, ponieważ ciśnienie w tym jajku przenoszone jest tylko w kierunku jego ruchu. Surowe jajko rozpada się na kawałki, gdyż ciśnienie pocisku w cieczy, zgodnie z prawem Pascala, rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.

Swoją drogą wiadomo, że sam Pascal, korzystając z prawa, które odkrył w trakcie swoich eksperymentów, wynalazł strzykawkę i prasę hydrauliczną.

Praktyczne znaczenie prawa Pascala

Działanie wielu mechanizmów opiera się na prawie Pascala, z drugiej strony takie właściwości gazu, jak ściśliwość i zdolność do przenoszenia ciśnienia we wszystkich kierunkach jednakowo znalazły szerokie zastosowanie w projektowaniu różnych urządzenia techniczne.

W ten sposób sprężone powietrze jest wykorzystywane w łodzi podwodnej do podnoszenia go z głębokości. Podczas nurkowania specjalne zbiorniki wewnątrz łodzi podwodnej napełniane są wodą. Ciężar łodzi wzrasta i tonie. Aby podnieść łódź, do tych zbiorników wpompowuje się sprężone powietrze, które wypiera wodę. Ciężar łodzi maleje i łódź unosi się.

Ryc.1. Okręt podwodny na powierzchni: główne zbiorniki balastowe (CBT) nie są napełnione

Ryc.2. Okręt podwodny w pozycji zanurzonej: Szpital Central City został napełniony wodą

Urządzenia wykorzystujące sprężone powietrze nazywane są pneumatycznymi. Należą do nich na przykład młot pneumatyczny, który służy do kruszenia asfaltu, spulchniania zamarzniętej gleby i kruszenia skał. Pod wpływem sprężonego powietrza szczyt młota pneumatycznego wykonuje 1000-1500 uderzeń na minutę o dużej niszczycielskiej sile.

W produkcji do kucia i obróbki metali wykorzystuje się młot pneumatyczny i prasę pneumatyczną.

Hamulce pneumatyczne stosowane są w samochodach ciężarowych i pojazdach szynowych. W wagonach metra drzwi otwiera się i zamyka za pomocą sprężonego powietrza. Zastosowanie układów powietrznych w transporcie wynika z faktu, że nawet jeśli z układu wycieknie powietrze, to w wyniku pracy sprężarki zostanie ono uzupełnione i układ będzie działał prawidłowo.
Działanie koparki opiera się również na prawie Pascala, gdzie do napędzania wysięgników i łyżki wykorzystywane są cylindry hydrauliczne.

Rozdział 2. Duszą nauki jest praktyczne zastosowanie jej odkryć

Eksperyment 1 (wideo, sposób modelowania zasady działania tego urządzenia na prezentacji)

Działanie prawa Pascala można zaobserwować w działaniu laboratoryjnej prasy hydraulicznej, składającej się z dwóch połączonych cylindrów lewego i prawego, równomiernie wypełnionych cieczą (wodą). Korki (ciężarki) wskazujące poziom płynu w tych cylindrach są podświetlone na czarno.

Ryż. 3 Schemat prasy hydraulicznej

Ryż. 4. Zastosowanie prasy hydraulicznej

Co tu się stało? Wcisnęliśmy korek w lewym cylindrze, co wypchnęło płyn z tego cylindra w stronę prawego cylindra, w wyniku czego korek w prawym cylindrze podnosząc się pod ciśnieniem płynu od dołu. W ten sposób ciśnienie przenoszone przez płyn.

Ten sam eksperyment, tylko w nieco innej formie, przeprowadziłem w domu: demonstracja eksperymentu z dwoma połączonymi ze sobą cylindrami - połączonymi ze sobą strzykawkami medycznymi i napełnionymi cieczą-wodą.

Budowę i zasadę działania prasy hydraulicznej opisano w podręczniku dla klasy VII dla szkół ponadgimnazjalnych,

Eksperyment 2 (wideo, wykorzystujące metodę modelowania w celu zademonstrowania montażu tego urządzenia podczas prezentacji)

Rozwijając poprzednie doświadczenie, aby zademonstrować prawo Pascala, złożyłem także model drewnianej minikoparki, której podstawą są cylindry tłokowe wypełnione wodą. Co ciekawe, jako tłoki podnoszące i opuszczające wysięgnik oraz łyżkę koparki, dla potwierdzenia jego prawa użyłem strzykawek medycznych wynalezionych przez samego Blaise'a Pascala.

Tak więc system składa się ze zwykłych strzykawek medycznych o pojemności 20 ml (funkcja dźwigni sterujących) i tych samych strzykawek o pojemności 5 ml (funkcja tłoków). Napełniłem te strzykawki płynem – wodą. Do połączenia strzykawek zastosowano system kroplomierza (zapewnia szczelność).

Aby ten układ zadziałał, wciskamy dźwignię w jednym miejscu, ciśnienie wody przekazywane jest na tłok, na korek, korek podnosi się - koparka zaczyna się poruszać, wysięgnik koparki i łyżka są opuszczane i podnoszone.

Eksperyment ten można zademonstrować, odpowiadając na pytanie po § 36, strona 87 podręcznika A.V. Peryszkina dla 7. klasy: „Jakie doświadczenie można wykorzystać, aby wykazać osobliwość przenoszenia ciśnienia przez ciecze i gazy?” Eksperyment jest również interesujący z punktu widzenia z punktu widzenia dostępności stosowanych materiałów i praktycznego zastosowania prawa Pascala.

Doświadczenie 3 (wideo)

Przymocujmy wydrążoną kulkę (pipetę) z wieloma małymi otworami do rurki z tłokiem (strzykawką).

Napełnij balon wodą i naciśnij tłok. Ciśnienie w rurze wzrośnie, woda zacznie wylewać się przez wszystkie otwory, a ciśnienie wody we wszystkich strumieniach wody będzie takie samo.

Ten sam rezultat można uzyskać, jeśli zamiast wody użyjesz dymu.

Eksperyment ten jest klasyczną demonstracją prawa Pascala, jednak wykorzystanie materiałów dostępnych każdemu uczniowi czyni go szczególnie skutecznym i zapadającym w pamięć.

Podobne doświadczenie opisano i skomentowano w podręczniku dla 7. klasy szkoły średniej, pt.

Wniosek

Przygotowując się do konkursu:

przestudiowałem materiał teoretyczny na wybrany przeze mnie temat;
stworzył domowe urządzenia i przeprowadził eksperymentalny test prawa Pascala na modelach: modelu prasy hydraulicznej, modelu koparki.

wnioski

Prawo Pascala, odkryte w XVII wieku, jest aktualne i szeroko stosowane w naszych czasach przy projektowaniu urządzeń technicznych i mechanizmów ułatwiających pracę człowieka.

Mam nadzieję, że zebrane przeze mnie instalacje zainteresują moich znajomych i kolegów z klasy oraz pomogą mi lepiej zrozumieć prawa fizyki.