Тиск в рідинах і газах

Візьмемо дві  однакові банки А і Б і третю банку В, вдвічі більшу. У банку А наллємо чистої води. Якщо ми опустимо в неї сире яйце, воно відразу ж піде на дно.

У банку Б  наллємо міцного розчину солі; тут яйце буде плавати, його ніяк не потопити, тому що густина солоної води набагато більше, ніж густина прісної.

   Наллємо  тепер в банку У води з  обох маленьких банок; якщо  ми будемо потроху підливати в неї то прісної, то солоної води, скоро ми отримаємо такий розчин, в якому яйце не буде йти на дно і не буде спливати на поверхню; воно буде триматися, як підвішене, посеред розчину: вага рідини, що витісняється зануреним в неї яйцем, як раз буде дорівнює вазі яйця. Піділлємо тепер трошки прісної води - яйце потоне. Поділлям солоною - яйце спливе.

Демонстрація  «Фонтан в банці»

Приготуємо для досліду: банку, пляшечку, пробку, соломинку, свічку (або запальничку), шматок гуми, воду.

  Наповнимо  водою на три чверті невелику пляшечку з-під ліків. Пропустимо крізь пробку соломинку як можна меншого діаметру. Цією пробкою дуже щільно закупорити пляшечку. Соломинка повинна доходити майже до дна.

  Тепер накриємо  пляшечку скляною банкою, яку  потрібно попередньо потримати декілька секунд над полум'ям. Повітря у банці нагріється, розшириться і частина його вийде назовні. Банка скоро почне остигати і втягувати в себе повітря назад. Підкладемо під пляшечку шматочок гуми і щільно притиснемо банку зверху.

   Тиск  повітря в пляшечціці буде більше, ніж у банці, і тому з верхнього кінця соломинки вдарить фонтан.

Демонстрація  «Перевернутий стакан»

 Наповнимо звичайний стакан  по самі вінця водою. Накриємо  його листком паперу так, як  це показано на малюнку. Щільно прикривши його рукою, перевернемо папером вниз. Обережно приберемо руку, тримаючи склянку за дно. Вода не виливається. Чому це відбувається? Воду утримує тиск повітря. Тиск повітря поширюється в усі сторони однаково (за законом Паскаля), значить, і вгору теж. Папір служить тільки для того, щоб поверхня води залишалася абсолютно рівною.

Демонстрація  «Магдебурзькі півкулі»

У 1654 році магдебурзький  бургомістр і фізик Отто фон Геріке показав на рейхстазі в Регенсбурзі один дослід, який тепер у всьому світі називають дослідом з магдебурзькими півкулями.

 За допомогою винайденого  ним повітряного насоса Геріке викачав майже все повітря, що містилося в щільно складених мідних півкулях, що мали діаметр близько метра. Для того щоб відірвати півкулі одну від іншої, в кожну з них довелося запрягти по восьми сильних коней. Шістнадцять коней повинні були напружити всі свої сили для того, щоб подолати тиск повітря на зовнішні сторони півкулі. Цей тиск становив приблизно 7 тисяч кілограмів. Цим наочним досвідом Отто Геріке переконливо показав, що повітря також є речовина, яка здатна виявляти потужний тиск.

Проробимо схожий дослід зі склянками.

Візьмемо дві  склянки, огарок свічки, трохи газетного паперу, ножиці. Поставимо запалений недогарок свічки в одну зі склянок. Виріжемо з декількох шарів газетного паперу, покладених один на інший, коло діаметром трохи більше, ніж зовнішній край склянки. Потім виріжемо середину кола таким чином, щоб більша частина отвору склянки залишилася відкритою. Змочивши папір водою, ми отримаємо еластичну прокладку, яку і покладемо на верхній край першої склянки.

Обережно поставимо  на цю прокладку перевернутий другий стакан і притиснемо його до паперу так, щоб внутрішній простір обох склянок виявився ізольованим від зовнішнього повітря. Свічка незабаром потухне. Тепер, взявшись рукою за верхню склянку, піднімемо його. Ми побачимо, що нижня склянка неначе прилипла до верхньої і піднялася разом з нею.

     Яка причина міцності?

   Чим більше повітря вийшло зі склянок, тим сильніше стискалися вони атмосферним тиском. Проникнути всередину склянок повітрю заважає змочений водою папір.

   Цікаво, що магдебурзькі півкулі є у кожної людини - голівки стегнових кісток утримуються в тазовому суглобі атмосферним тиском.

    Демонстрація «Важка газета»

 Нам знадобляться: лінійка довжиною 50-70см, газета.

 Покладемо  на стіл лінійку довжиною так, щоб кінець її в 10 см звисав. На лінійку покладемо повністю розгорнуту газету. Якщо повільно чинити тиск на звисаючий кінець лінійки, то він опускається, а протилежний піднімається разом з газетою. Якщо ж різко вдарити по кінцю лінійки молотком, то вона ламається, причому протилежний кінець з газетою майже не піднімається.

Як пояснити спостережуване явище?

Зверху на газету чинить тиск атмосферного повітря. При повільному натисканні на кінець лінійки повітря проникає під газету і частково врівноважує тиск на неї. При різкому ударі повітря внаслідок інерції не встигає миттєво проникнути під газету. Тиск повітря на газету зверху виявляється більше, ніж внизу, і лінійка ламається.

 Демонстрація на прояв тиску газу

   Покладемо злегка надуту зав'язану повітряну кульку під ковпак повітряного насоса (а). Якщо відкачувати повітря, то об’єм кульки почне збільшуватися (б). Спробуємо розібратися чому.

    Рис.  Об’єм злегка надутої повітряної кульки (а) збільшується у разі зменшення зовнішнього тиску

    Повітря  (газ) всередині і ззовні кульки  створює тиск відповідно на  її внутрішню та зовнішню поверхні. Якщо ці тиски є однаковими, то сила тиску всередині і сила тиску ззовні кульки врівноважують одна одну і гумова плівка не розтягується. А от якщо тиск усередині кульки стає більшим від зовнішнього тиску, то кулька збільшує свій об’єм.

2.1.Розв’язування задач у навчанні фізики. Їх місце в навчальному процесі

Розв’язування задач відноситься до практичних методів навчання і як складова частина навчання фізики виконує ті ж функції, що і навчання фізики: освітню, виховну, розвиваючу, але, спираючись на активну розумову діяльність учня.

Освітня функція  задач полягає в повідомленні учням певних знань, вироблення в учнів практичних умінь і навичок, ознайомлення їх зі специфічними фізичними і загальнонауковими методами і принципами наукового пізнання.

Розв’язування задач , безумовно, вимагає активної розумової діяльності. Тому на матеріалі задач вчитель може повідомити учням нові знання, і навіть матеріал, досліджуваний теоретично, можна пояснити «на задачі».

Згідно з однією з аксіом методики, знання вважаються засвоєними тільки тоді, коли учень  може застосувати їх на практиці. Розв’язування задач - практична діяльність. Значить, задача відіграє і роль критерію засвоєння знань. За вмінням розв’язувати задачі ми можемо судити: чи розуміє учень цей закон, чи вміє він побачити в аналізованому явищі прояв будь-якого фізичного закону. А навчити цьому можна - знову ж таки - через розв’язування задач. Практика показує, що фізичний зміст різноманітних визначень, правил, законів стає дійсно зрозумілим учням лише після неодноразового застосування їх до конкретних приватним прикладів-задач.

Розв’язування задач виконує ще одну важливу освітню функцію - формування та збагачення поняття фізичної величини - одного з основних понять фізики.

Фізичні задачі відіграють також велику роль у реалізації принципу політехнізма в процесі навчання. Багато з них показують зв'язок фізики з життям, технікою, виробництвом.

Виховна функція  задач полягає у формуванні наукового  світогляду учнів. Вони дозволяють проілюструвати розмаїття явищ та об'єктів природи та здатність людини пізнавати їх.

Розв’язування задач виховує і загальнолюдські якості. Д. Пойа пише: «Навчання мистецтву розв’язувати задачі є виховання волі. Вирішуючи не дуже легку для себе задачу, учень вчиться бути наполегливим, коли немає успіху, вчиться цінувати скромні досягнення, терпляче шукати ідею рішення і зосереджуватися на неї всім своїм «я», коли ця ідея виникає. Якщо учню не представилося можливості ще на шкільній лаві випробувати перемежовані емоції, що виникають у боротьбі за розв’язання, в його математичній освіті виявляється фатальний пробіл. »(Пойа Д. Як розв’язувати задачу. - М., 1961. - С. 105.) Ці слова повною мірою можна віднести і до фізичних задач. При розв’язуванні задач у школярів виховується працелюбність, допитливість розуму, кмітливість, самостійність у судженнях, інтерес до навчання, воля і характер, завзятість у досягненні поставленої мети.

Розвиваюча функція  задач виявляється в тому, що, розв’язуючи задачу, учень включає всі розумові процеси: увагу, сприйняття, пам'ять, уяву, мислення. При розв’язуванні задач розвивається логічне і творче мислення. Однак необхідно пам'ятати, що, якщо при вивченні нової теми:

• учневі пропонують задачі тільки одного типу;

• розв’язання кожної з них зводиться до однієї і тієї ж операції (операціях);

• цю операцію учню не доводиться вибирати серед інших, які можливі в подібних ситуаціях;

• дані задачі не є для учня незвичними;

• він упевнений  у безпомилковості своїх дій,

то учень при  розв’язуванні другої або третьої задачі перестає обгрунтовувати рішення завдання, починає вирішувати задачі механічно, тільки за аналогією з попередніми задачами, прагне обійтися без міркувань. Це призводить до ослаблення розвиваючої боку вирішення задач. Тому необхідно вчити школярів розв’язуванню задач різними методами, як стандартними, так і не часто використовуються в шкільній практиці. Корисно одну і ту ж задачу вирішувати різними способами, це привчає школярів бачити в будь-якому фізичному явищі різні його боку, розвиває творче мислення.

Різноманітність і важливість функцій, які виконуються задачею, приводить до того, що зажача займає в навчальному процесі важливе місце.