Сполучені посудини. Манометри

Мета: сформувати знання про сполучені посудини, про рівень вільної поверхні рідини в спо­лучених посудинах для однорідної та неоднорідної рідин; розглянути практичне застосування спо­лучених посудин; формувати вміння розв’язувати якісні та розрахункові задачі; розвивати критичне мислення, увагу, пам’ять та творчі здібності учнів.

Основні поняття: сполучені посудини, мано­метри, тиск.

Обладнання: кубик із написами, «чарівна паличка», сполучені посудини різної форми, манометри (рідинний та металеві), вода, олія, картина «Водогінні споруди Стародавнього Риму в їх по­чатковому вигляді».

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Не той дурний, хто не знає…,

але той, хто знати не хоче.

Г. Сковорода

Хід уроку

І. Розминка

Відгадати загадку

На стіні висить тарілка, По тарілці ходить стрілка. Стрілка ця наперед Нам погоду пізнає.            (Барометр.)

II. Актуалізація опорних знань

Інтерактивна вправа «Чарівна паличка без повторення»

По естафеті в класі передається «чарівна палич­ка». Передаючи паличку, учень повинен до одного і того самого слова дібрати такі слова, щоб вийшло правильне словосполучення, але повторюватися не можна.

Наприклад, дано слово «Торрічеллі». Перший учень додає слово «вчений». Він отримує паличку і підходить до іншого учня. Простягає йому па­личку, вимовляючи початкове слово «Торрічеллі». Другий учень промовляє: «Придумав дослід». Якщо це правильно, то паличка переходить далі.

У вправі використовують кілька початкових слів:

1. Тиск. 2. Атмосферний тиск. 3. Барометр.

Можна вправу проводити між учнями одного ряду для першого слова, учнями другого – для другого й учнями третього – для третього.

III. Мотивація навчальної діяльності

Мешканці сучасного Риму досі користуються залишками водогону, що побудований ще давніми римлянами. (Проілюструвати картину «Водогінні споруди давнього Риму в їх початковому вигляді».) Погляньте на картину і скажіть, чим відрізняється цей водогін від сучасного?

Звичайно, набагато простіше було прокладати труби в землі, але римські інженери в ті часи не зна­ли про закон сполучених посудин. Вони боялися, що у водоймищах, з’єднаних дуже довгою трубою, вода не встановиться на одному рівні. Довжина однієї з римських труб, Аква Марції, 100 км, хоча пряма відстань між її кінцями вдвічі менша. Римляни надавали водогінним трубам рівномір­ного ухилу вниз на всьому шляху, тому часто їм доводилося прокладати труби в обхід. Півсотні кілометрів камінної кладки довелося прокласти через незнання елементарного закону фізики.

То якого ж закону не знали римляни? Ми сьогодні дізнаємося. (Оголошення теми уроку.)

IV. Сприйняття навчального матеріалу

1. Сполучені посудини

Якщо дві або більше посудини сполучають­ся між собою трубками або протоками, то вони утворюють сполучені посудини. Демонструємо дві посудини, сполучені між собою гумовою трубкою. Гумову трубку на середині затиснемо і в одну із трубок наливаємо воду. Потім відкриємо затискач, і вода почне перетікати в другу трубку доти, доки поверхні води в обох трубках не будуть на одному рівні. Чому вода перетікає? Може, хтось зможе пояснити.

Тепер закріпимо одну трубку в штативі, а другу будемо піднімати, опускати.

2. Обґрунтування дослідів

Що ви спостерігаєте в цьому випадку? Як це можна пояснити?

Який висновок можна зробити? (У сполучених посудинах будь-якої форми поверхні однорідної рідини встановлюються на однаковому рівні.)

Оскільки рідина в спокої не переміщується з однієї посудини в іншу, отже, тиск її в обох посу­динах на будь-якому рівні однаковий.

Визначимо тиск у правій посудині: тp₁ = ρgh₁,

Визначимо тиск у лівій посудині: p₂ = ρgh₂,

Оскільки тиск в обох посудинах однаковий, то: ρgh₁ = ρgh₂    або   h₁ = h₂

Ця формула справедлива у випадку, коли ріди­на однорідна і зовнішній тиск однаковий.

3. Різні рідини в сполучених посудинах

В одну зі сполучених посудин, наповне­них водою, наллємо деяку кількість олії. Рідини в посудинах установилися на різних рівнях. Чому?

Відповідно до закону Паскаля тиск обох стовп­чиків однаковий:

p₁ = ρ₁gh₁, p₂ = ρ₂gh₂ ρ₁gh₁ = ρ₂gh₂   

тоді:При однакових тисках висота стовпчика рідини з більшою густиною буде менша за висоту стовп­чика рідини з меншою густиною.

4. Використання сполучених посудин

Сполучені посудини широко використовуються в побуті й техніці. Ось послухайте вірш про спо­лучені посудини:

То скажіть, де використовуються сполучені по­судини?

Наведіть свої приклади (шлюзи, артезіанський колодязь, фонтани тощо).

5. Рідинний манометр

Рівень рідини в сполучених посудинах зале­жить від зовнішнього тиску. Це явище використано для побудови рідинних манометрів – приладів для вимірювання тиску. Демонструємо дію рідинного манометра та визначаємо за допомогою нього тиск.

6. Металеві манометри

У техніці застосовують металеві манометри (демонструємо металевий манометр). Основною части­ною манометра є плоска трубка, зігнута дугою невеликого радіуса. Один кінець запаяний, а інший з’єднаний із трубкою, що веде до резервуара, де ви­мірюється тиск. Якщо тиск у трубці буде зростати, то трубка починає розгинатися. Металеві манометри не такі чутливі, як водяні, але надійність їх значно вища.

V. Осмислення об’єктивних зв’язків

Розв’язування задач

1. На дошці намалювати два чайники однакової ширини: один високий, другий – низький, але верхня частина носиків на одному рівні. В який із чайників можна налити більший об’єм води?

2.  Нижню частину сполучених посудин запо­внили ртуттю. У ліве коліно налили гас, а в праве – воду, висота стовпчика якої 48 см. Якої висоти має бути стовпчик гасу, щоб ртуть залишилася на тому самому рівні?

3. Яка густина рідини, налитої в ліве коліно труб­ки (мал.)?

VI. Узагальнення знань

VII. Домашнє завдання

1. § 26,28  (підручник В. Сиротюк);

2. Прочитати § 25, 29 (підручник В. Сиротюк);

Приклади розв’язування задач:

Задача 1. Визначте тиск води у найглибшому місці Світового океану – у Маріанській западині в Тихому океані, де глибина становить 11,035 км.

Задача 2. Яка товщина шару гасу, налитого в посудину, якщо він чинить на дно тиск 4 кПа?