Temat

Prawo Pascala

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

V. Właściwości materii. Uczeń:
5) posługuje się prawem Pascala, zgodnie z którym zwiększenie ciśnienia zewnętrznego powoduje jednakowy przyrost ciśnienia w całej objętości cieczy lub gazu.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Zna treść prawa Pascala.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Podanie treści prawa Pascala.

2. Określanie sposobu zastosowania prawa Pascala.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- podaje treść prawa Pascala,

- podaje przykłady urządzeń w których zastosowano prawo Pascala.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Współpraca między uczniami i nauczycielem.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie 1

Odpowiedz na pytania:

1. Podaj definicję ciśnienia.
2. Podaj jednostkę ciśnienia.
3. Czy ciśnienie panujące w dętce koła rowerowego w każdym punkcje tej dętki jest takie samo?
4. Czy cząsteczki w cieczach i gazach są w ruchu czy w spoczynku?

Odpowiedź:

1. Ciśnienie jest to stosunek działającej siły nacisku do pola powierzchni, na którą ta siła działa. Siłę nacisku nazywamy parciem.
2. Jednostką ciśnienia jest paskal.
3. Jest takie samo w każdym punkcie dętki koła roweru.
4. W cieczach i gazach cząsteczki są w ruchu. Ruch cząsteczek jest chaotyczny Oddziaływania między cząsteczkami w cieczach są silniejsze niż w gazach.

Realizacja lekcji

Polecenie 2

Obserwuj pokaz doświadczenia przeprowadzonego przez nauczyciela.

Doświadczenie pokazowe:

Problem badawczy:
Czy ciśnienie wywołane siłą zewnętrzną jest takie samo w całej objętości cieczy?

Hipoteza:
Jeżeli na ciecz lub gaz będziemy wywierać parcie z zewnątrz, to wytworzy ono w cieczy lub gazie dodatkowe ciśnienie jednakowe w całej objętości tej cieczy lub gazu.

Pomoce:

- strzykawka z grubą igłą;
- igła lub szpilka;
- woda;
- piłeczka pingpongowa.

Przebieg:

1. Za pomocą szpilki wykonaj otwory w piłeczce – równomiernie na całej jej powierzchni.
2. Nabierz wodę do strzykawki.
3. Przebij powierzchnię piłeczki igłą i wsuń ją dość głęboko.
4. Napełnij piłeczkę wodą ze strzykawki. Jeśli wody w strzykawce nie wystarczy, odłącz ją od igły, nabierz do niej ponownie wodę, połącz z igłą i napełniaj piłeczkę, aż ta będzie pełna.
5. Gdy piłeczka i strzykawka zostaną wypełnione wodą, naciśnij tłok strzykawki.
6. Obserwuj strumienie wody tryskające z otworów na powierzchni piłeczki.

Obserwacja:
Widzimy, że z każdego otworka w piłeczce woda tryska tak samo.

[Ilustracja 1]

Wniosek:
Siła z jaką naciskamy na tłok strzykawki, wytwarza takie samo ciśnienie w całej objętości cieczy. Z każdego otworu piłeczki (położonego na dole, z boku, u góry) woda tryska tak samo. Pokazuje to, że ciśnienie, wywołane naciskaniem tłoka jest takie samo w każdym z otworów niezależnie od tego czy otwór jest na dole, z boku czy u góry piłeczki.

Treść prawa Pascala:
Jeżeli na ciecz lub gaz będziemy wywierać parcie z zewnątrz, to wytworzy ono w cieczy lub gazie dodatkowe ciśnienie jednakowe w całej objętości tej cieczy lub tego gazu.

Polecenie 3

Obejrzyj przedstawiony model urządzenia:

[Ilustracja 2]

Polecenie 4

Odpowiedz na pytania:

a) Jak zachowa się większy z tłoków, jeżeli będziemy naciskać ręką mniejszy tłok?
b) Czy ciśnienie panujące w obu ramionach naczynia jest takie samo?
c) Czy w przedstawionym modelu mamy do czynienia z prawem Pascala?

Odpowiedzi:

a) Większy tłok przemieści się do góry.
b) Ciśnienie panujące w tych ramionach jest takie samo.
c) W modelu tym mamy do czynienia z prawem Pascala.

Polecenie 5

Obejrzyj rysunek:

[Ilustracja 3]

$\overrightarrow{F_1}$ – siła parcia działająca na mniejszy tłok,
$\overrightarrow{F_2}$ – siła parcia działająca na większy tłok,
SIndeks dolny 1₁ – pole powierzchni mniejszego tłoka,
SIndeks dolny 2₂ – pole powierzchni większego tłoka,
p – pole powierzchni większego tłoka $p=p_1=p_2=\frac{F_1}{S_1}=\frac{F_2}{S_2},$
pIndeks dolny 1₁ - ciśnienie wywierane przez mniejszy tłok $p=p_1=p_2=\frac{F_1}{S_1}=\frac{F_2}{S_2},$
pIndeks dolny 2₂ - ciśnienie wywierane przez ciecz na większy tłok $p=p_1=p_2=\frac{F_1}{S_1}=\frac{F_2}{S_2}.$

$\left[Pa=\frac{N}{m^2}\right]$

Polecenie 6

Zapoznaj się z praktycznym wykorzystaniem prawa Pascala w praktyce przemysłowej, pokaz slajdów „Prasa hydrauliczna - tłoczenie blachy samochodowej” i w życiu codziennym w odniesieniu do działania samochodów, pokaz slajdów „Prawo Pascala w zastosowaniu do hamulców hydraulicznych”.

[Slideshow 1]

[Slideshow 2]

Podsumowanie lekcji

Jeżeli na ciecz lub gaz będziemy wywierać parcie z zewnątrz, to wytworzy ono w cieczy lub gazie dodatkowe ciśnienie jednakowe w całej objętości tej cieczy lub tego gazu. Mówimy, że ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz rozchodzi się we wszystkich kierunkach jednakowo. Prawo to sformułował Blaise Pascal i od jego nazwiska nosi nazwę prawa Pascala.

Prawo Pascala znalazło szerokie zastosowanie m.in. w konstrukcji pras, podnośników, pomp i hydraulicznych układów hamulcowych.

Zasada działania prasy hydraulicznej wykorzystuje prawo Pascala. Zadaniem prasy jest zwielokrotnienie zewnętrznej siły nacisku i wykorzystanie jej do wykonania pracy.

Wartość siły $\overrightarrow{F_2}$ uzyskanej za pomocą prasy jest tyle razy większa od siły $\overrightarrow{F_1}$ działającej z zewnątrz na tłok, ile razy powierzchnia SIndeks dolny 2₂ większego tłoka jest większa od powierzchni SIndeks dolny 1₁ mniejszego tłoka.