Исследовательская работа "Давление в окружающем нас мире"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ШКОЛА № 12» ГОРОДА САРОВ

Исследовательская  работа по физике

«Давление в окружающем нас мире»

Выполнил: учащийся 7А класса

МБОУ Школы № 12

Ломтев Никита

Руководитель: учитель физики Т. А. Чуваткина

Саров

2017г.

Содержание

1.Введение.…………………………………………………………………………3

2.Что такое давление.……………………………………………………………..4

2.1 Давление в газах……………………………………………………………… 4

2.1.1 Сила давления…………………………………………………………........5

2.1.2 Применение атмосферного давления ……………………………….........5

2.2 Давление в жидкости ………………………………………………..............6

3. Заключение……………………………………………………………………25

4. Литература…………………………………………………………………….26

1. Введение

 Темой моей исследовательской работы является «Давление в окружающем нас мире». Совсем недавно на уроках физики мы изучили тему «Давление твердых тел, жидкостей и газов». Меня заинтересовала его роль в нашей жизни, ведь оно окружает нас повсюду: на поверхности земли, в воде, в воздухе. Давлением обладает воздух, окружающий нас. Когда мы рисуем, кончик карандаша давит на бумагу. Мы слышим звуки потому, что звуковые волны оказывают давление на барабанные перепонки в ушах.

Однако разные источники сообщают нам о разном давлении: синоптики говорят об атмосферном давлении, врачи – об артериальном, водители проверяют давление в шинах своих автомобилей, работники коммунальных служб заботятся о давлении воды в трубах и так далее. Принято считать, что любая сфера человеческой жизни и деятельности не обходится без влияния на нее атмосферного давления.

Человеку необходимы знания о давлении, чтобы двигать прогресс вперед, делать новые открытия и изобретения.

Своей работой я хочу показать, что знания о давлении необходимы в жизни человека.

Цель исследования: Изучить давление в газах и жидкостях; провести эксперименты, демонстрирующие существование давления, рассмотреть какую роль играет давление в жизни человека.

Актуальность данного исследования я вижу в том, что тема «Давление» является одной из важных понятий в курсе физики, значит, полученные мною знания можно будет применить на уроках физики, биологии, ОБЖ.

Задачи исследования:

1. Изучить давление в газах и жидкостях.

2. Изучить методику проведения эксперимента.

3. Провести собственные эксперименты по изучению давления.

4. Узнать практическое применение.

5. Сделать выводы по теме исследования.

6. Оформить исследовательскую работу.

7. Создать мультимедийное приложение к исследовательской работе.

Методы исследования:

1. Изучение и анализ литературы, материалов Интернета.

2. Отбор и обобщение материалов по теме исследования.

3. Постановка экспериментов.

4. Практическая реализация.

5. Обработка и анализ полученных результатов.

6. Сбор фотоматериалов.

7. Исследование областей применения.

8. Выводы по теме.

2. Что такое давление

Давление - это величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. За единицу давления принимается такое давление, ко­торое производит сила в 1Н, действующая на поверхность площадью 1 м², перпендикулярно этой поверхности.

Воздух давит на поверхность Земли - и мы говорим об атмосферном давлении. Опускаясь в морские глубины, мы испытываем давление воды. В земных недрах тоже есть давление. Действуя со всех сторон, давление позволяет расплавленному земному ядру сохранять форму. И за пределами Земли существует давление. Газ внутри Солнца сильно сжат. Такое давление преобразуется в колоссальную тепловую энергию.

1. Атмосферное давление

Задумывались ли вы над тем, как мы дышим? Механизм дыхания заключается в следующем: мышечным усилием мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается и атмосферное давление вталкивает туда порцию воздуха. При выдыхании происходит обратный процесс. Наши легкие действуют как насос при вдохе как разряжающий, а при выдохе − как нагнетающий.

А как мы пьем? Приставив стакан к губам, начинаем тянуть жидкость в себя. Втягивание жидкости вызывает расширение грудной клетки, воздух в легких и полости рта разряжается и атмосферное давление «загоняет» туда очередную порцию жидкости. Так организм приспосабливается к атмосферному давлению и использует его.

2.1.1 Сила атмосферного давления

Воздух давит на нас с огромной силой, на среднего по размерам человека со стороны атмосферного давления действует сила давления около 150 кН.

То, что это давление так велико было доказано с помощью исторического опыта.

В 1654 году немецкий физик Отто фон Герике проделал опыт, поразивший его современников. Для этого он использовал два плотно прижатых друг к другу металлических полушария диаметром около 14 дюймов (это приблизительно 35,5 см), на каждом из которых имелось прочное железное кольцо. Две восьмёрки лошадей, впряжённых в эти кольца, тянули в разные стороны, пытаясь разъединить полушария, но это им не удалось. Это было удивительно!

В чём разгадка опыта? Когда полушария сложили вместе, между ними поместили кожаное кольцо, не оставившее между полушариями даже малейшей щели. Затем с помощью насоса откачали воздух из пространства между полушариями. Какая же сила сжимала полушария, противодействуя силе шестнадцати коней? Этой силой было действие атмосферного воздуха. Чем больше воздуха выкачивали из полости между полушариями, тем сильнее они сжимались снаружи атмосферным давлением. Оно, оставаясь постоянным, тем больше превышало давление внутри шара, чем меньше там оставалось воздуха.

Когда же в полость между полушариями впускали воздух, они распадались безо всякого внешнего усилия. Этот опыт вошёл в историю физики как «Опыт с магдебургскими полушариями». Сегодня этот опыт часто используется учителями физики на уроке изучения атмосферного давления.

Любопытно, что «магдебургские полушария» имеются у каждого человека. Это тазобедренное сочленение. Можно обнажить это сочленение от мускульных и хрящевых связей, и все-таки бедро не выпадает: его прижимает атмосферное давление, так как в межсуставном пространстве воздуха нет.

Атмосферное давление настолько сильно, что способно мять металл. Чтобы в этом убедиться, я провел следующий эксперимент.

Эксперимент №1 Я взял металлическую банку, сделал в ее крышке круглое отверстие под резиновую пробку. Налил в нее немного воды и поставил на электрическую плитку. Довел воду до кипения и кипятил в течение нескольких минут, чтобы водяные пары полностью вытеснили весь воздух из банки. Снял банку с плитки и закрыл отверстие резиновой пробкой. Затем для быстрейшего охлаждения облил банку холодной водой. Банка при этом деформировалась. Что за невидимая сила ее сплющила?

Под действием холодной воды пар в банке превратился обратно в воду. Таким образом внутри банки образовалась пустая область – вакуум. Внешний воздух стремиться заполнить эту пустоту, оказывая давление со всех сторон.

Так как мы закрыли входное отверстие банки пробкой, то воздуху ничего не остается как давить на стенки. Внутри банки давления уже недостаточно, чтобы противостоять такому напору. В итоге происходит быстрое сплющивание банки внешним давлением.

В 1967 г. в журнале "Наука и жизнь" была опубликована заметка, которую прислал инженер П. Фейет. Он писал: «В цистерне был мазут. Чтобы опорожнить цистерну, мазут нужно было разогреть. Разогревали горячим паром, который подавался прямо в цистерну. Когда мазут слили, люк цистерны закрыли, не дав ей как следует охладиться... Пар в цистерне сконденсировался, давление в ней резко понизилось, и атмосферный воздух раздавил цистерну».

Почему же мы не ощущаем этого давления?

Мы справляемся с такой нагрузкой, т.к. внешнее атмосферное давление уравновешивается давлением жидкости внутри нашего организма.

2.1.2 Применение атмосферного давления

Где же применяется атмосферное давление?

Принцип действия медицинских шприцов.

Эксперимент № 2 Я взял медицинский шприц, опустил его в емкость с подкрашенной водой и, потянув поршень шприца вверх, увидел, что вода поднимается вверх по шприцу. Воздух давит на любой предмет и тело на поверхности, а, следовательно, и на находящуюся в емкости воду. Когда мы тянем поршень шприца вверх, то уменьшаем давление внутри шприца, и вода под действием атмосферного давления устремляется в область пониженного давления, то есть, в шприц. Тот же принцип позволяет нам набирать жидкости пипеткой.

Вывод: я рассмотрел принцип действия медицинских шприцов и выяснил, что лекарство поднимается за поршнем благодаря атмосферному давлению.

Лечение с помощью медицинских банок основано на применении атмосферного давления.

Чтобы в этом убедиться, я провел следующий эксперимент.

Эксперимент №3 Я вырезал резиновую прокладку и прикрепил ее кнопками к дощечке. В литровую стеклянную банку бросил горящую ватку, смоченную спиртом. Дал ей недолго погореть, закрыл банку дощечкой. Огонь погас. Через 1—2 сек я начал поднимать дощечку. Вместе с ней поднимается банка, в которую втянулась резина.

Это произошло потому, что внутри банки воздух начал остывать, давление в ней стало меньше, чем снаружи, и под действием атмосферного давления происходит втягивание резины в банку.

Еще пример из жизни.

Эксперимент №4 Я изготовил модель автоматической поилки для птиц и мелких домашних животных. Бутылку с подкрашенной водой опустил в миску, в которой тоже находится вода. Под действием атмосферного давления вода из бутылки не выливается вся, так как над ней образуется зона безвоздушного пространства, лишенная давления. Затем я понизил уровень воды в миске, и когда пузырек воздуха попал внутрь бутылки, то часть воды вылилась наружу.

Это объясняется тем, что на воду в миске давит атмосферное давление, и, по закону Паскаля, это давление передается на столб воды в бутылке. Если горлышко бутылки выйдет из воды, то атмосферное давление перестанет компенсировать давление воды в бутылке, и она выльется.

Действием атмосферного давления объясняется принцип действия Геронова фонтана.

Эксперимент №5 Я изготовил упрощенную модель Геронова фонтана. Для этого я взял бутылку и наполнил ее на половину подкрашенной водой. В крышку я вставил трубку от капельницы с колесиком, которое пережимает ее. Ртом накачал воздух в бутылку и сразу перекрыл трубку колесиком. После того, как я «открыл» трубку, из бутылки забила фонтаном вода.

Это произошло потому, что при накачивании внутри бутылки создается повышенное давление воздуха на воду. Под действием этого давления вода бьет фонтаном. Аналогичное явление используется в практике при добыче нефти.

На нефтяных промыслах для повышения давления нефти под землю накачивают воду или газ. В результате фонтанирование нефти усиливается.

1. Давление в жидкости

На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому каждый слой жидкости, налитой в сосуд, своим весом создаёт давление на другие слои, которое по закону Паскаля передаётся по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление. В этом можно убедиться на опыте.

Доказательство существования давления внутри жидкости.

Эксперимент №6. Я вырезал из плотного картона кружок таких размеров, чтобы он закрывал отверстие стеклянной трубки. Приложил его к краям трубки и погрузил в воду, как показано на фото. Чтобы кружок не отпал при погружении, я его придерживал ниткой, протянутой через его центр. Погрузив трубку до определенной глубины, я отпустил нитку, так как заметил, что кружок хорошо держится и сам: его подпирает вода, давящая на него снизу вверх (Фото1).

Затем я стал осторожно наливать в трубку подкрашенную воду, и как только уровень ее в трубке приблизился к уровню воды в бутылке, кружок отпал от трубки (Фото2).

Фото1 Фото2

Это произошло потому, что в момент отрыва на кружок давит сверху вниз столб жидкости в трубке, а снизу вверх на кружок передается давление такого же по высоте столба жидкости, но находящейся в бутылке. Оба эти давления одинаковы, кружок же отходит от трубки вследствие действия на него собственной силы тяжести.

Свойство жидкостей передавать давление используют в технике при устройстве различных гидравлических машин.

Устройство автомобильного гидравлического тормоза схематически показано на рисунке. 

В нерабочем состоянии возвратная пружина (5) держит тормозные колодки (4) на некотором расстоянии от вращающегося барабана (6). Давление в тормозной магистрали (2), при нажатии на педаль тормоза (1), раздвигает поршни колесного цилиндра (3), и вместе с ними раздвигаются тормозные колодки (4). Колодки прижимаются к барабану (6)— возникает трение, которое и замедляет вращение колеса.

Широкое применение в человеческой жизнедеятельности нашел закон сообщающихся сосудов: "В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне".

В основе водоснабжения жилых домов лежит принцип сообщающихся сосудов. Насосная станция закачивает воду в водонапорную башню, которая выше самого высокого дома. Из резервуара, который находится в водонапорной башне, по подземным трубам вода попадает в водопроводы домов, где стремится подняться на такую же высоту, на которой находится резервуар водонапорной башни.

Во многих древних городах существовали системы водоснабжения и даже декоративные фонтаны. Вода поступала в них из артезианских скважин.

Артезианскую скважину можно пробурить там, где слой проницаемой водоносной породы лежит между двумя слоями непроницаемой породы. Дожди, выпадающие на окрестные холмы, заполняют пористый слой породы водой. Лежащий под ней непроницаемый слой не дает ей уйти ниже. В верхнем слое водонепроницаемой породы бурят отверстие, ведущее к слою пористой породы. Давление воды в пористой породе, по принципу сообщающихся сосудов, выталкивает воду, и она бьет из отверстия природным фонтаном.

Неподалеку от С.- Петербурга находится Петергоф — ансамбль парков, дворцов и фонтанов. Это единственный ансамбль в мире, фонтаны которого (их более 100) работают без насосов и сложных водонапорных сооружений. Здесь используется принцип сообщающихся сосудов — разница в уровнях, на которых расположены фонтаны и пруды- водохранилища.

Интересно использование принципа сообщающихся сосудов в системе шлюзов канала, который соединяет водоём с высоким уровнем воды с водоёмом с более низким уровнем воды. Заполняя или сливая секции шлюза, можно менять положение корабля, находящегося в секции, относительно уровня водоема.

Панамский канал соединяет Панамский залив в Тихом океане с Атлантическим океаном. Уровень воды в Атлантическом океане выше, чем в Тихом океане, поэтому в канале возведены шлюзы. Два шлюза ограничивают небольшой участок канала. Если корабль отправляется вниз, то медленно открывается верхний шлюз, и пространство между шлюзами заполняется водой. Корабль проходит мимо шлюза, и верхний шлюз закрывается. Затем медленно открывается нижний шлюз. Вода вытекает, и уровень воды понижается до уровня, находящегося за нижним шлюзом. Корабль может продолжать путь.

3. Заключение

В ходе выполненной работы я изучил понятие «Давление» с физической точки зрения. Рассмотрел его применение в различных жизненных ситуациях, в природе и технике.

В результате исследований были получены следующие выводы:

- Существованием атмосферного давления и давления в жидкости могут быть объяснены многие явления в окружающем нас мире.

- Знания законов давления находят широкое применение в технике и нашей повседневной жизни.

4.Литература

1. Я. И. Перельман. Занимательная физика. Книга 1. “Наука”; Москва; 1979

2. Я. И. Перельман. Занимательная физика. В 2-х книгах. Книга 2 «Наука»; Москва; 1983

3. Л. А. Горев. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах. Пособие для учителей. М., «Просвящение», 1977 г.

Электронные ресурсы

1. Википедия — свободная энциклопедия (http://ru.wikipedia.org)

2. Видеоресурсы http://www.youtube.com

3. Материалы с сайта http://www.fizika.ru/