Физика 7 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 173

   Ситуации Ивана и Лены не эквивалентны: плавание не подразумевает резких перепадов давления, как в самолёте.
   Ключевая причина боли в ушах — это изменение атмосферного давления, а не состояние носа.
   Нос и слуховая труба — вспомогательный механизм: они помогают выравнивать давление, но не являются первопричиной дискомфорта. Насморк усугубляет проблему, так как затрудняет циркуляцию воздуха через слуховую трубу.
   Чтобы снизить боль в ушах, рекомендуется жевать жевательную резинку или рассасывать леденцы. Это стимулирует глотание и открывает евстахиеву трубу и помогает выровнять давление.

Реферат: «Давление на Земле: от сверхмалых до супербольших»

Введение

   Давление — физическая величина, равная силе, действующей перпендикулярно на единицу площади поверхности: p = F/S. Оно пронизывает все сферы нашей жизни: от биологических процессов в организме до геологических явлений планетарного масштаба. Цель реферата — рассмотреть диапазон давлений на Земле, от самых малых до экстремальных, и показать их роль в природе и технике.

1. Сверхмалые давления (вакуум)

    Сверхмалое давление, или вакуум, — это состояние среды с давлением значительно ниже атмосферного (p_атм ≈ 101,3 кПа).
    Виды вакуума:
• низкий вакуум: 10⁵–10² Па;
• средний вакуум: 10²–10^{– 1} Па;
• высокий вакуум: 10^{– 1}–10^{– 5} Па;
• сверхвысокий вакуум: ниже 10^{– 5} Па.

    Где встречается:
• в верхних слоях атмосферы (экзосфере) — давление может достигать 10^{– 9} Па и ниже;
• внутри вакуумных приборов (лампы, ускорители частиц);
• в космических симуляторах и научных экспериментах.

    Применение:
• электроника (производство микросхем);
• термосы (вакуумная изоляция);
• научные исследования (моделирование космического пространства).

2. Атмосферное давление

    Атмосферное давление создаётся весом воздушного столба над поверхностью Земли.

    Характеристики:
• нормальное атмосферное давление на уровне моря: p₀ = 101,325 кПа = 760 мм рт. ст.;
• уменьшается с высотой (на высоте 5 км — около половины от нормального);
• колеблется из за погодных условий (циклоны — пониженное, антициклоны — повышенное).

    Значение:
• влияет на погоду и климат;
• важно для жизнедеятельности организмов (дыхание, кровообращение);
• учитывается в авиации, строительстве, медицине.

3. Давление в гидросфере

    Вода передаёт давление во все стороны одинаково (закон Паскаля). Давление в жидкости растёт с глубиной: p = p₀ + ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — глубина.

    Примеры:
• на глубине 10 м — около 200 кПа (вдвое больше атмосферного);
• на дне Марианской впадины (около 11 км) — около 110 Мпа (≈ 1100 атмосфер).

    Адаптации организмов:
• глубоководные рыбы имеют особое строение тела, позволяющее выдерживать огромные нагрузки;
• подводные аппараты проектируются с учётом экстремальных давлений.

4. Давление в литосфере (геологическое)

    В земной коре и мантии действуют колоссальные давления, вызванные весом вышележащих слоёв и тектоническими процессами.

    Уровни давления:
• у поверхности (в горных породах) — десятки-сотни МПа;
• на глубине 30–40 км (граница земной коры и мантии) — около 1 ГПа;
• в мантии — до 140 ГПа;
• во внутреннем ядре — до 360 ГПа.

    Последствия:
• изменение структуры минералов (полиморфные переходы);
• плавление пород, формирование магмы;
• землетрясения и горообразование.

5. Супербольшие давления (экстремальные условия)

    Экстремально высокие давления создаются искусственно или возникают при природных катастрофах.

    Источники:
• ударные волны при взрывах (ядерных, химических) — до 1 ТПа;
• удар метеоритов — до нескольких ТПа;
• лабораторные установки (алмазные наковальни) — до 700 ГПа и выше.

    Эффекты:
• образование новых фаз веществ (например, превращение графита в алмаз);
• изменение электропроводности (металлизация водорода);
• синтез сверхтвёрдых материалов.

6. Биологическое давление

    Организмы создают и испытывают различные давления:
• кровяное давление человека: ∼ 16 кПа (систолическое);
• давление в клетках (тургор) — единицы кПа;
• давление челюстей хищников (крокодил — до 34 МПа).

7. Технические давления

    Человек научился создавать и использовать давления в широком диапазоне:
• низкое давление: вакуумные системы;
• среднее давление: гидравлические прессы (десятки МПа);
• высокое давление: автоклавы, паровые котлы (сотни МПа);
• сверхвысокое давление: алмазные наковальни (сотни ГПа).

    Заключение

    Диапазон давлений на Земле огромен — от сверхмалых значений в вакууме (10^{− 9} Па) до супербольших в центре планеты (360 ГПа). Эти давления:
• формируют климат и погоду;
• определяют геологическую активность;
• влияют на эволюцию живых организмов;
• используются в технологиях.

    Изучение давления помогает понять устройство мира, создавать новые материалы и предсказывать природные явления. Контроль давления — ключ к развитию науки и техники.

    Список литературы

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика. 10 класс. — М.: Просвещение, 2021.
2. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Том 6. Гидродинамика. — М.: Наука, 1986.
3. Короновский Н. В. Общая геология. — М.: КДУ, 2006.
4. Энциклопедия «Кругосвет». Статьи по физике и геологии.
5. Научные статьи в журналах «Nature», «Science» по теме высоких давлений.

1. Поилка для птиц

    Для изготовления простой автоматической поилки понадобится:
• пластиковая бутылка с крышкой;
• миска или неглубокая ёмкость;
• вода.

    Изготовление:
1. Наполните бутылку водой и плотно закройте крышкой.
2. Переверните бутылку и установите горлышком вниз в миску.
3. Откройте крышку — вода нальётся в миску до определённого уровня, затем вытекание прекратится.

    Принцип действия:
    Работает на основе атмосферного давления и баланса давлений:
    Пока уровень воды в миске закрывает горлышко бутылки, воздух не может попасть внутрь — вода не выливается.
    Когда птицы пьют и уровень воды опускается ниже горлышка, в бутылку попадает пузырёк воздуха.
    Воздух давит на поверхность воды в бутылке, вытесняя небольшое количество воды в миску.
    Как только горлышко снова оказывается под водой, процесс останавливается.

2. Умывальник (рукомойник)

    Понадобится:
• пластиковая канистра или бутылка с крышкой;
• трубка или гибкий шланг;
• ёмкость для сбора воды.

    Изготовление:
1. В крышке канистры проделайте отверстие и вставьте трубку так, чтобы она доходила почти до дна.
2. Плотно закройте крышку.
3. Подвесьте канистру на высоте, подставьте ёмкость для сбора воды внизу.
4. Чтобы пустить воду, приподнимите свободный конец трубки и опустите его — вода потечёт.

    Принцип действия:
    Основан на законе сообщающихся сосудов и атмосферном давлении:
    Когда трубка поднята, воздух не попадает в канистру, и вода не вытекает.
    При опускании трубки вода начинает стекать, а в канистру поступает воздух через трубку.
    Поток регулируется высотой подъёма свободного конца трубки.

3. Фонтан (простая модель фонтана Герона)

    Материалы:
• три пластиковые бутылки;
• трубки или гибкие шланги;
• клей или герметик для соединений;
• вода.

    Изготовление:
1. Расположите бутылки на разных уровнях: одну высоко, вторую ниже, третью — самую нижнюю.
2. Соедините их трубками:
    от дна верхней бутылки к верхней части средней;
    от дна средней бутылки к верхней части нижней (откуда будет бить фонтан);
    от дна нижней бутылки к верхней части верхней.
3. Налейте воду в верхнюю бутылку.

    Принцип действия:
    Использует давление столба жидкости и закон сообщающихся сосудов:
    Вода из верхней бутылки по трубке стекает в среднюю, создавая давление.
    Это давление вытесняет воду из средней бутылки в трубку фонтана.
    Вода падает в нижнюю бутылку, а по третьей трубке воздух передаётся обратно в верхнюю бутылку, поддерживая поток.

4. Уровень (ватерпас)

    Что нужно:
• прозрачная гибкая трубка (например, от капельницы);
• вода;
• можно добавить краситель для наглядности.

    Изготовление:
1. Заполните трубку водой, оставив небольшие воздушные пузыри.
2. Возьмите концы трубки в руки.

    Принцип действия:
    Основан на законе сообщающихся сосудов:
    Жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне, независимо от формы и расположения сосудов.
    Если расположить концы трубки на одинаковой высоте, уровень воды в них будет одинаковым.
    Если один конец поднять выше, уровень воды изменится — это покажет разницу высот.
    Используется для выравнивания поверхностей на стройке, проверки горизонтальности полок и т. д.

    Вывод:

    Все рассмотренные устройства работают на основе простых физических законов:
• атмосферного давления (поилка);
• закона сообщающихся сосудов (умывальник, фонтан, уровень);
• давления столба жидкости (фонтан).
    Изготовление таких моделей помогает наглядно понять, как эти законы действуют в повседневной жизни.

Презентация.

Слайд 1.

«Измеряем давление. Когда и для чего?».

Слайд 2.

Что такое давление?

Давление — это сила, действующая на единицу площади: F = F/S.
Единицы измерения: Паскаль (Па), мм рт. ст., атмосфера.
Примеры: давление ноги на пол, давление шины на дорогу.

Слайд 3.

Где и зачем измеряют давление?

В медицине: артериальное давление (тонометр).
В метеорологии: атмосферное давление для прогноза погоды (барометр).
В технике: давление в шинах, паровых котлах, гидравлических системах (манометры).
В быту: давление воды в трубах, давление газа.

Слайд 4.

Приборы для измерения давления

Барометр — атмосферное давление.
Манометр — давление жидкостей и газов в замкнутых системах.
Тонометр — артериальное давление.
Вакуумметр — разрежение (давление ниже атмосферного).

Слайд 5.

История измерения давления

Опыт Торричелли (ртутный барометр).
Барометр-анероид.
Современные цифровые датчики.
Иллюстрации: ртутный барометр, анероидная коробка.

Слайд 6.

Изготовление простого барометра

Материалы:
• стеклянная банка;
• воздушный шарик;
• резинка или скотч;
• соломинка или лёгкая палочка;
• клей;
• картон (шкала);
• иголка.

Этапы изготовления:
1. Натяните шарик на горлышко банки, закрепите резинкой.
2. К центру шарика приклейте соломинку (один конец — короткий, другой — длинный, как стрелка).
3. Установите шкалу из картона рядом со стрелкой.
4. Отметьте начальное положение стрелки.

    Принцип работы: при повышении атмосферного давления шарик прогибается внутрь, стрелка опускается; при понижении — шарик выгибается стрелка поднимается.

Слайд 7.

Опыты с самодельным барометром

Опыт 1. Изменение давления в помещении:

Поместите барометр в комнате, отметьте положение стрелки.
Включите обогреватель рядом с прибором — давление локально повысится, стрелка опустится.

Опыт 2. Барометр и погода:

Наблюдайте за показаниями 3 — 5 дней.
Сравните с данными прогноза погоды: перед дождём давление обычно падает.

Опыт 3. Высота и давление:

Поднимитесь с барометром на верхний этаж зжания и вниз в подвал.
Зафиксируйте изменения: на высоте давление ниже.

Слайд 8.

Практическое значение измерения

Прогноз погоды: падение давления — к дождю, повышение — к ясной погоде.
Безопасность: контроль давления в котлах, шинах, газопроводах.
Здоровье: измерение артериального давления помогает диагностировать гипертонию/гипотонию.
Авиация и альпинизм: барометры используются для определения высоты.

Слайд 9.

Интересные факты

Нормальное атмосферное давление — 760 мм рт. ст. или 101 325 Па.
На высоте 5 км давление в 2 раза ниже, чем на уровне моря.
У пауков и насекомых давление в теле помогает поддерживать форму.
Глубоководные рыбы выдерживают огромное давление воды.

Слайд 10.

Заключение

   Давление это важная физическая величина, влияющая на погоду, здоровье и технику.
   Измерение давления помогает предсказать природные явления и обеспечивать безопасность.
   Простые приборы можно сделать своими руками и использовать для наблюдений.

Презентация.

Слайд 1.

«Гидравлические машины на службе у человека»

Слайд 2.

Что такое гидравлическая машина?

Определение: механизм, действие которого основано на законах движения и равновесия жидкостей.
Основной закон: закон Паскаля — давление, производимое на жидкость, передаётся в любую точку без изменений во всех направлениях.
Формула выигрыша в силе: 𝐹₂/𝐹₁ = 𝑆₂/𝑆₁, где F — сила, S — площадь поршня.

Слайд 3.

Устройство гидравлической машины

Схема: два цилиндра разного диаметра с поршнями, соединённые трубкой.
Компоненты: жидкость (масло или вода), поршни, соединительные трубки.
Объяснение: малое усилие на малом поршне создаёт большое усилие на большом поршне.

Слайд 4.

Примеры гидравлических машин

Гидравлический пресс: для прессования металлов, масла из семян, сена.
Гидравлический домкрат: подъём автомобилей.
Гидравлические тормоза: в автомобилях.
Спецтехника: экскаваторы, краны, погрузчики.

Слайд 5.

Преимущества гидравлических машин

Огромный выигрыш в силе.
Плавность и точность работы.
Надёжность и долговечность.
Возможность передачи силы на расстояние.
Компактность при высокой мощности.

Слайд 6.

Изготовление модели гидравлического пресса

Материалы:
• два медицинских шприца разного объёма (5 мл и 20 мл);
• гибкая трубка от капельницы;
• вода или масло (без воздушных пузырьков);
• клей или скотч;
• небольшая платформа для груза.

Этапы изготовления:
1. Соедините шприцы трубкой — это замкнутая система.
2. Заполните систему жидкостью (вода / масло) без воздушных пузырьков.
3. Закрепите шприцы вертикально: малый шприц — «управляющий», большой — «рабочий».
4. Установите платформу на поршень большого шприца для размещения грузов.

    Принцип работы: при нажатии на малый поршень давление передаётся жидкости и действует на большой поршень с увеличенной силой.

Слайд 7.

Опыты с моделью

Опыт 1. Выигрыш в силе:

положите груз в платформу большого шприца.
нажмите на поршень малого шприца — груз поднимается.
сравните усилие на малом поршне с весом груза.

Опыт 2. Передача давления:

наполните систему подкрашенной водой.
нажмите на малый поршень — наблюдайте, как жидкость равномерно передаёт давление и двигает большой поршень.

Опыт 3. Зависимость от площади:

используйте шприцы разных диаметров.
измерьте, как меняется усилие при изменении соотношения площадей поршней.

Слайд 8.

Применение в разных отраслях

Строительство: гидравлические экскаваторы, подъёмные краны.
Автомобилестроение: тормоза, рулевое управление. домкрат.
Сельское хозяйство: прессы для масла, гидравлические прицепы.
Медицина: гидравлические кресла, тренажёры.
Авиация: шасси, управление поверхностями.

Слайд 9.

Интересные факты

Первые гидравлические прессы появились в XVIII веке.
Современные гидравлические системы могут развивать усилие в сотни тонн.
В человеческом теле есть «гидравлический принцип»:
Ликвор в позвоночнике защищает спинной мозг от ударов.
Гидравлика используется в роботах в жкзоскелетах.

Слайд 10.

Заключение

Гидравлические машины — основа современной техники.
Закон паскаля позволяет получать огромный выигрыш в силе.
Простые модели помогают понять сложные механизмы.
Изучение гидравлики открывает путь к инженерный профессиям.

   Цель проекта — изучить действие выталкивающей силы на примере двух моделей: воздушного фонарика и воздушного змея. В рамках проекта вы изготовите макеты и объясните физические принципы их полёта.

Часть 1. Воздушный фонарик

Принцип действия
Полёт фонарика основан на законе Архимеда и явлении конвекции:
Горелка нагревает воздух внутри купола.
Тёплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный окружающий воздух.
Возникает выталкивающая сила F_A = ρ_возд ⋅ g ⋅ V_тела, которая превышает силу тяжести — и фонарик взлетает.

Материалы для модели:
тонкая рисовая бумага или лёгкие пластиковые пакеты (для купола);
тонкая проволока (для каркаса);
сухой спирт или маленькая свеча (в качестве горелки);
лёгкий шнур или нить.

Этапы изготовления:
Сформируйте купол: склейте листы бумаги/пакетов в форме шара или капли (диаметр 1 – 1,5 м).
Из проволоки сделайте лёгкое основание-кольцо.
Закрепите горелку в центре основания.
Соедините купол с основанием.
Проверьте общий вес — он должен быть минимальным для взлёта.

Демонстрация и объяснение:
Зажгите горелку, дайте воздуху внутри купола прогреться.
Отпустите фонарик — он начнёт подниматься.
Объясните зрителям: тёплый воздух легче, поэтому выталкивающая сила больше силы тяжести.

Часть 2. Воздушный змей

Принцип действия
В отличие от фонарика, здесь работает не сила Архимеда, а аэродинамическая подъёмная сила:
Воздушный поток ударяется о плоскость змея под углом (угол атаки).
Давление воздуха снизу становится выше, чем сверху.
Разница давлений создаёт подъёмную силу, которая поднимает змея вверх.
Хвост обеспечивает стабильность полёта, предотвращая вращение.

Материалы для макета:
деревянные рейки (2 – 3 шт., длина 0,5 – 1 м) или лёгкие пластиковые трубки;
прочная нить или леска;
полиэтилен или лёгкая ткань (для паруса);
скотч или клей;
шнур для уздечки и хвоста.

Этапы изготовления:
Соберите каркас: скрепите рейки в форме креста или дельты.
Натяните полотно (парус) и закрепите его по краям.
Привяжите уздечку (3 – 4 нити, соединённые в одной точке) для управления углом атаки.
Прикрепите длинный хвост из лент или ткани для стабилизации.
Привяжите основной шнур для запуска.

Демонстрация и объяснение:
Запустите змея при умеренном ветре.
Покажите, как угол наклона влияет на подъёмную силу.
Объясните: без ветра полёт невозможен — нужна движущаяся воздушная масса.

Заключение и выводы

В ходе проекта вы: Изготовили две модели, демонстрирующие разные виды выталкивающих сил.
Увидели, что сила Архимеда работает за счёт разницы плотностей (фонарик), а аэродинамика — за счёт движения воздуха (змей).
Поняли, как простые физические законы применяются в реальных конструкциях.

Ключевые выводы:

Выталкивающая сила действует не только в жидкостях, но и в газах.
Для подъёма тела в воздухе можно использовать либо нагрев (уменьшение плотности), либо обтекание потоком (разницу давлений).
Практическое применение этих принципов — от воздушных шаров до самолётов.