Еще эксперименты: будем ставить стакан с водой в воду и убирать дно стакана, при этом попробуем три варианта:
А) верхний уровень воды в стакане выше уровня воды в емкости.
Б) верхний уровень воды в стакане — на уровне воды в емкости.
В) верхний уровень воды в стакане — ниже уровня воды в емкости.
Будет ли изменяться уровень воды в стакане? Как? Почему? Кто или что выполняет функцию ДНА стакана?
(Вариант: вместо стакана с убирающимся дном можно использовать стеклянную трубку, в которой функцию дна будет выполнять скользящий в ней без трения поршень. А в простейшем случае вместо сосуда можно использовать длинный шарик «Уйди-уйди» или просто прозрачную трубку — стеклянную или полиэтиленовую, а вместо дна — палец. Жидкость для наглядности можно подкрасить чернилами или марганцовкой.)
Проделаем эти эксперименты еще раз, только вместо воды в стакан нальем (разумеется, мысленно!) РТУТЬ. На каком уровне по отношению к уровню воды будут верхние уровни ртути в каждом эксперименте после того, как мы уберем дно? Вспомним, что плотность ртути — 13,55 г/см3. («Ртуть упадет на дно!» — тут же вскочил один студент. «Согласен! — ответил докладчик. — Если сосуд неглубокий. Как быть?» Договорились вместо стакана ставить трубу, и дно не убирать, а сделать скользящим, как поршень. Еще один студент предложил использовать схему первого эксперимента — ставить в воду трубу, в трубу — стакан, а уже в стакан наливать ртуть.) Как объяснить полученные результаты? Можно ли выявить здесь какую-то закономерность?
Проделаем этот эксперимент в третий раз, но опять с новыми условиями: в стакан нальем воду, но ставить его будем в емкость со ртутью. На каком уровне — по отношению к уровню ртути — будут находиться верхние уровни воды после того, как мы уберем дно? Как объяснить результаты? Можно ли и здесь выявить какую-то закономерность? Она такая же, как в предыдущем эксперименте?
А теперь вместо воды или ртути посадим в емкость АРХИМЕДА и получим его закон, так как он вытесняет (заменяет) собой верхнюю часть жидкости в емкости.
И на основе полученных представлений о действии и противодействии — вернемся к определению объекта «СТУЛ» и сформулируем его с точки зрения физики: какую функцию выполняют ножки стула? Спинка?
Проделаем еще несколько экспериментов.
Поставим на стол высокий цилиндрический сосуд, в стенке которого на разных уровнях проделаны небольшие отверстия одинакового диаметра. Закроем их и нальем в сосуд воду. Вода не выливается. Откроем одновременно все отверстия. Из них струями польется вода. Отсюда можно определить ОФ стенок сосуда — создавать противодействие давлению воды на стенки.
Обратим внимание — чем дырочка ниже, тем струя сильнее. О том, что давление вниз зависит от высоты столба — мы уже знаем. Но здесь сила «давит» вбок... Какова ее величина? Как ее измерить?
Вставим в каждое отверстие гибкую трубочку с открытым вторым концом и изогнем все трубочки вверх. Во всех трубочках уровень воды установится на уровне воды в сосуде — получаем закон СООБЩАЮЩИХСЯ СОСУДОВ.
Но одинаковые уровни означают равенство давлений в сосуде и в трубке, и величина этого давления определяется высотой столба (расположением отверстия). Следовательно, давление в жидкости направлено не только вниз, а во все стороны с одинаковой силой — получаем закон ПАСКАЛЯ. Действие этого закона можно проверить, если заталкивать в воду пустой сосуд с твердым дном и мягкими стенками и наблюдать, как эти стенки будут сминаться на разной высоте.
Какова ОФ стенок стакана? С учетом результатов этих экспериментов — дать определение объекту «СТАКАН» с точки зрения физики.
Обратим внимание, что в последних экспериментах диаметр трубочек во много раз меньше диаметра сосуда, но уровень — одинаков. Отсюда недалеко до вывода, что давление не зависит от площади сосуда, а только от высоты столба (глубины).
А теперь посмотрим, что общего есть у всех трех законов? Во всех трех законах есть давление, определяемое весом жидкости, и противодавление. Очень напоминает третий закон Ньютона в механике... Не являются ли законы гидравлики просто проявлением законов механики, но в других средах? Может быть, и другие законы — тоже «родственники»?
Проведем еще несколько экспериментов — реальных или мысленных.
Поставим стакан на стол или заменим дно стакана поверхностью стола. Уберем — мысленно! — стенки стакана. Как описать процесс растекания воды с точки зрения физики?
ebooksa