может в ближайшее время заменить устаревший платиново-иридиевый... »»»
получены изображения высокого разрешения Солнца с космической обсерватории Solar Dynamics Observatory... »»»
биография Альберта Эйнштейна - величайшего физика создавшего "Общую теорию относительности"... »»»
история создания, развития и будущее популярного оптического прибора... »»»
В твердых телах
Давление, которое производит твердое тело на поверхность опоры, может быть объяснено в понятиях взаимодействия между молекулами двух исследуемых тел. Когда две твердые поверхности плотно соприкасаются, колебания молекул приводят к пересечению электронных облаков соседних молекул в области соприкосновения и возникает сила отталкивания. Чем теснее поверхности войдут в соприкосновение, тем больше и сила отталкивания. Поскольку молекулы в твердом теле колеблются вокруг определенного среднего положения, поэтому результирующей силой, возникающей при соударениях молекул поверхности одного тела с молекулами поверхности другого, можно пренебречь. Причиной возникновения силы, которая прижимает тело к опоре, является сила притяжения его Землей.
Эта сила заставляет контактирующие молекулярные слои сблизиться друг с другом на расстояние, существенно меньшее равновесного, в результате чего появляются электромагнитные силы отталкивания между разными типами молекул. Таким образом, причиной возникновения силы, действующей на поверхность, является вес твердого тела, и в случае горизонтальной поверхности эта сила равна весу тела. Поэтому давление, производимое твердым телом, лежащим на горизонтальной поверхности, может быть подсчитано делением веса этого тела на площадь поверхности соприкосновения.
В газах
Давление, производимое весом твердого тела, находящимся на горизонтальной поверхности, резко отличается от давления газов на стенки сосуда. Здесь собственный вес молекул играет очень малую роль; причиной давления являются многочисленные соударения движущихся молекул со стенками сосуда. Когда молекула газа подходит очень близко к стенке сосуда, молекулы стенки сосуда отталкивают приближающуюся молекулу, изменяя ее импульс. Из третьего закона Ньютона следует, что приближающиеся молекулы должны производить равное и противоположно направленное воздействие на стенку сосуда. Поскольку имеет место изменение импульса тела, то возникающая сила определяется степенью этого изменения. Мы имеем дело с большим числом молекул, передвигающихся с относительно высокой скоростью, и поэтому возникающая сила также будет велика. Таким образом, соударение молекул со стенками сосуда производит достаточно большое давление.
Давление атмосферы Земли (атмосферное давление) рассмагривается как вес столба воздуха высотой в несколько сотен километров, действующий на единицу площади. Представьте металлическую банку, открытую для атмосферы, как показано на рисунке.
Атмосферное давление будет одинаковым внутри и вне этой банки. Если банку закрыть пробкой так, чтобы воздух внутри ее был изолирован от атмосферы, то давление газа по-прежнему останется равным атмосферному давлению, но ясно, что оно больше не является следствием давления столба воздуха над ней. Давление изолированного газа является следствием соударения молекул со стенками банки. Оценим, какое было бы давление газа в банке, если бы его происхождение обусловливал вес молекул воздуха, находящихся в банке. Вес воздуха составляет примерно 0,02 H, площадь внутренней поверхности стенок банки равна, например, 0,5 м2. Эти параметры определяют Давление р = 0,02 Н/0,5 м2 = 0,04 Па, которое гораздо ниже атмосферного давления (около 100 000 Па).
Продемонстрировать силу атмосферного давления.
Большая сила атмосферного давления может быть показана при нагревании до кипения некоторого количества воды в открытой жестяной банке и последующем быстром охлаждении. При кипении водяной пар замещает в сосуде воздух, и молекулы пара оказывают на стенки сосуда давление, равное атмосферному. Банка перемещается с горелки, плотно закрывается пробкой и затем быстро охлаждается струей холодной воды. Сосуд неожиданно сминается, как показано на рисунке.
Результат исследования можно объяснить так. Пар внутри сосуда быстро сконденсировался в очень малое количество воды, оставив после себя частичный вакуум, и число молекул пара на единицу объема значительно уменьшилось. Поскольку температура в сосуде была понижена, то уменьшилась и скорость молекул. Оба явления значительно уменьшают давление в сосуде. Находящиеся внутри сосуда молекулы воздуха и молекулы водяного пара не могут произвести давление, равное атмосферному. Большая разность в давлении по обе стороны стенок сосуда создает очень большую неуравновешенную силу давления, действующую внутрь банки. Поэтому большее внешнее давление сминает сосуд.
Существуют некоторые полезные применения разности давления с разных сторон поверхности сосуда, например резиновая присоска, трубочка для питья и пипетка.
Когда увлажненные края присоски прижимаются к плоской поверхности стены, воздух из нее вытесняется. При распрямлении присоски значительно уменьшается давление воздуха в отгороженном пространстве. Внешнее атмосферное давление, действуя на присоску, прижимает её к плоской поверхности. На рисунке показан мальчик, высасывающий жидкость из стакана через тонкую трубочку. Давление р2 воздуха в трубочке меньше атмосферного давления р0 действующего на поверхность жидкости. Поэтому жидкость загоняется вверх по трубочке и в рот мальчику. Давление р1 на нижнем конце трубочки больше атмосферного давления р0.