Рассмотрим подробнее, что представляет собой один из основных параметров состояния – давление P. Ещё в XVIII веке Даниил Бернулли предположил, что давление газа есть следствие столкновения газовых молекул со стенками сосуда. Именно давление чаще всего является единственным сигналом присутствия газа.
Итак, находящиеся под давлением газ или жидкость действуют с некоторой силой на любую поверхность, ограничивающую их объем. В этом случае сила действует по нормали к ограничивающей объем поверхности. Давление на поверхность равно:
,
где ΔF – сила, действующая на поверхность площадью ΔS.
Можно также говорить о давлении внутри газа или жидкости. Его можно измерить, помещая в газ или жидкость небольшой куб с тонкими стенками, наполненный той же средой (рис. 1.1).
Рис. 1.1
Поскольку среда покоится, на каждую грань куба со стороны среды действует одна и та же сила ΔF. В окрестности куба давление равно ΔF/ΔS, где ΔS – площадь грани куба. Из этого следует, что внутреннее давление является одним и тем же во всех направлениях и во всем объеме независимо от формы сосуда. Этот результат называется законом Паскаля: если к некоторой части поверхности, ограничивающей газ или жидкость, приложено давление P0, то оно одинаково передается любой части этой поверхности.
Допустим, автомобиль поднимается гидравлическим домкратом, состоящим, как показано на рисунке 1.2, из двух соединенных трубкой цилиндров с поршнями. Диаметр большого цилиндра равен 1 м, а диаметр малого – 10 см. Автомобиль имеет вес F2. Найдем силу давления на поршень малого цилиндра, необходимую для подъема автомобиля.
Рис. 1.2
Поскольку оба поршня являются стенками одного и того же сосуда, то в соответствии с законом Паскаля они испытывают одинаковое давление. Пусть – давление на малый поршень, а – давление на большой поршень. Тогда, т.к. P1 = P2, имеем:
,
Отсюда F1=F2(S1/S2)=0,01F2
Таким образом, для подъема автомобиля достаточно давить на малый поршень с силой, составляющей лишь 1 % веса автомобиля.
Объяснение:
Во всех приведенных примерах может наблюдаться сразу несколько физических явлений:
а) при прослушивании радио, это явление распространения радиоволн, явление электромагнитного резонанса, явление протекания электрического тока, явление распространения звуковых колебаний.
б) при включении электрического света, это явление протекания электрического тока по проводнику, явление нагревания проводника при протекании по нему электрического тока, явление излучения нагретым телом инфракрасного и видимого излучения.
в) при включении телевизора, это явление распространения радиоволн, явление электромагнитного резонанса, явление протекания тока, явление отклонения заряженных частиц в магнитном поле (кинескоп), явление поляризации (жидкокристаллические телевизоры), явление термоэлектронной эмиссии (эмиссия электронов катодами ламп в старых телевизорах) явление распространения звуковых колебаний.
