Connect with us

Физика

Основные законы гидростатики

«Эврика!» («Нашел!») — такое восклицание вырвалось у древнегреческого ученого Архимеда в связи с открытием, что если какой-либо предмет опустить в жидкость или поместить в газообразное вещество, то его вытолкнет с такой силой, которую можно приравнять к весу вытесненной субстанции. Закон получил имя великого ученого и статус основы гидростатики. А между тем Архимед (287—212 до н. э.) пришел к нему совершенно случайно.

Однажды придворный ювелир по заказу своего государя — правителя Сиракуз Гиерона — смастерил венец из золота. Монарх заподозрил умельца в обмане: мол, не смошенничал ли ты, голубчик, изготовив венец не из чистого золота, а из сплава с серебром? Проверить это, не повредив изделия, мог только Архимед. Дни и ночи корпел он над венцом, пытаясь выяснить, из чего же сделано украшение, но все было впустую. Озарение снизошло на ученого лишь в купальне. Погружаясь в воду, он увидел, как вода выплескивается через край, и, осененный гениальной догадкой, с возгласом «Нашел!» помчался домой — проверять свою догадку.

На следующий день он явился ко двору и потребовал у царя емкость, до краев наполненную водой, а также золотой и медный слитки, которые по весу не отличались бы от венца. Гиерон предоставил Архимеду все необходимое, и тот начал свой эксперимент. Опустил в емкость серебро, затем вытащил слиток и измерил, какой объем жидкости вытек. После долил воды и повторил то же самое с золотом и венцом. Золотой слиток вытеснил гораздо меньше жидкости по сравнению с серебряным, а готовое изделие заняло промежуточную позицию. Так и стало ясно, что венец не чисто золотой, а с примесью.

Таким образом, Архимед не только открыл важный физический закон, но еще и придумал, как определить все элементы и их соотношение в составе изделия, не испортив последнее.

После этого прошло немало веков, и только в XVII в. с подачи французского физика и математика Блеза Паскаля (1623—1662) изыскания в области гидростатики, изучающей поведение жидкостей и газов в покое, продолжились. Именно Паскаль поставил знаменитый опыт, в ходе которого вода, льющаяся в бочку с большой высоты, попросту разорвала сосуд.

Как это произошло? Под собственным балконом ученый поставил деревянную бочку, налил в нее воды и плотно закрыл. Затем проделал в крышке дыру и через нее вставил в сосуд длинную, 4-метровую трубку. Потом поднялся на балкон и залил в трубку кружку воды. Как только вода достигла бочки — та разлетелась на дощечки: давление жидкости оказалось слишком мощным, и крепления не выдержали. Несмотря на то, что сама вода в кружке весила всего ничего, попав в трубку, она мгновенно в разы повысила давление на дно сосуда. Поток жидкости плотностью 1 г/см3 низвергся с высоты 4 м с ускорением 9,8 м/с2 — произведение этих трех величин и дало избыточное давление 0,4 атм. Зная данный показатель и учитывая метровый диаметр бочки, можно вычислить, что дно сосуда испытало натиск воды в 30 килоньютонов, а это эквивалентно весу слона. Конечно, воздух давит на воду в открытой бочке с большей силой, однако этот натиск уравновешивается давлением извне, потому сосуд не распадается.

Чуть позже Паскаль провел еще один эксперимент: надел на стеклянную трубку шарик с отверстиями, залил внутрь воду и, разместив полученную конструкцию широкой частью вниз, нажал на вставленный внутрь поршень. В тот же миг из отверстий брызнули струи воды, и ученый, измерив их напор и длину ровных отрезков, сделал вывод: раз жидкость льется одинаково из всех отверстий, то и давление в сосуде распределяется одинаково во все стороны. Для подтверждения Паскаль перевернул конструкцию вверх тормашками и повторил эксперимент. Результат оказался тот же, только вода, выпрыскиваясь, закруглялась резче, чем в предыдущем опыте, и ровная часть ее струек была короче (сказывалось действие земного тяготения). В завершение ученый поэкспериментировал с паром — и убедился, что газы ведут себя так же, как жидкости, а значит, правило равномерной передачи давления распространяется и на них.

Дальнейшие наблюдения, которые Паскаль проводил уже с барометром Э. Торричелли, взбираясь на разные возвышенности (гору, лестницу собора, башню) и фиксируя изменения уровня ртутного столба, показали: чем выше мы поднимаемся, тем меньше на нас давит воздух. Впоследствии на башне Сен-Жак, где проходил одни из этапов исследования, возвели памятник его автору.

Вот так Блез Паскаль окончательно доказал несостоятельность аристотелевской идеи «страха пустоты», которая долгое время служила единственным объяснением работы насоса и ртутного барометра. Только Паскалю удалось доказать: ртуть и вода поднимаются по трубке не потому, что пустота засасывает их, а под воздействием давления атмосферы. Более того, сформулировав основной закон гидростатики, ученый разработал гидравлический пресс, который до сих пор используется в металлургии и машиностроении.

Наш канал в Телеграм
Продолжить чтение
Click to comment

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.

История1 час назад

Духовного лидера народа шауни погубил алкоголь

История2 часа назад

Последний скандальный брак в семействе Романовых

История2 часа назад

Как Саудовская Аравия вырвалась из бедности?

История2 часа назад

Знаменитый путешественник Амундсен бросил детей на произвол судьбы

История3 часа назад

Друиды против Рима. Европу прокляли жрецы кельтов

Развитие цивилизации4 часа назад

Копейку так назвали из-за копья в руке святого Георгия

История5 часов назад

Левенгук стал первым человеком, увидевшим микроорганизмы

Города и страны2 дня назад

Мост Пон-Нёф – самая криминальная достопримечательность Парижа

Космические миссии3 дня назад

Советские космонавты пытались зачать на орбите ребенка?

Болезни5 дней назад

Контрактура Дюпюитрена: Загадочное сжатие рук

Медицина2 недели назад

Вызов на дом нарколога

История2 недели назад

Как Матильда Тосканская стала защитницей папы римского

Copyright © 2024 "Мир знаний"