Физика · 7 класс · Раздел 6. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов
Манометры. Поршневой насос. Гидравлический пресс
Как измерить давление в шине, как насос загоняет воздух через клапаны-«двери» и как одной рукой поднять автомобиль. Внутри — работающий насос и гидравлический пресс, который поднимет машину.
Давление можно не только чувствовать, но и измерять
Воздух давит атмосферным давлением, вода — на дно и стенки, газ в шине — на покрышку. Но в жизни часто важно знать не просто «давит», а насколько сильно: достаточно ли накачана шина, не слишком ли большое давление в отоплении, работает ли насос.
Манометр — это прибор для измерения давления жидкости или газа.
Манометры повсюду: на велосипедных и автомобильных насосах, компрессорах, в котельных, на газовых баллонах, в водопроводе и тормозных системах. Если где-то есть жидкость или газ под давлением — там может понадобиться манометр.
Чем манометр отличается от барометра? Барометр измеряет атмосферное давление, а манометр — давление в сосуде, трубе, шине или системе (обычно он показывает, насколько давление внутри больше атмосферного).
📋 Интерактив · Где нужен манометр?
Для каждой ситуации реши: пригодится ли здесь манометр?
Накачиваем колесо велосипеда.
Проверяем давление в системе отопления.
Смотрим цвет тетради.
Контролируем давление газа в баллоне.
Считаем количество страниц в книге.
Проверяем давление в автомобильной шине.
Как работает простой манометр
Один из самых простых — жидкостный манометр: U-образная трубка с жидкостью. Один конец соединён с сосудом, где измеряют давление, другой открыт. Если давление в сосуде больше атмосферного, газ давит на жидкость: в одном колене уровень опускается, в другом поднимается.
Чем сильнее давление — тем больше разность уровней жидкости.
🧪 Интерактив · U-образный манометр
Меняй давление газа в сосуде и смотри, как жидкость в трубке показывает его: разность уровней растёт вместе с давлением.
Давление газа в сосуде110 кПа
Разность уровней: — смГаз давит чуть сильнее атмосферы
Поршневой насос: как заставить воздух двигаться
Поршневой насос — устройство, которое с помощью поршня перемещает жидкость или газ.
Примеры: велосипедный насос, насос для мяча, водяной насос — и даже шприц устроен похоже. Главные части: цилиндр, поршень, впускной клапан, выпускной клапан.
Поршень — подвижная деталь внутри цилиндра. Его секрет: объём увеличивается → давление внутри падает; объём уменьшается → давление растёт. А клапаны — это «двери с односторонним движением»: один впускает воздух в насос, другой выпускает его в шину, назад воздух не пройдёт.
Два хода насоса
Тянем ручку назад: объём растёт, давление внутри падает — впускной клапан открывается, воздух снаружи заходит в насос.
Толкаем вперёд: объём уменьшается, воздух сжимается, давление растёт — выпускной клапан открывается, воздух идёт в шину.
🚲 Интерактив · Накачай колесо
Жми «Сделать качок» и следи за клапанами: при движении поршня назад открывается впускной (зелёный), вперёд — выпускной, и порция воздуха уходит в шину. Манометр показывает, как растёт давление — и почему качать становится труднее.
Давление в шине: 1,0 атмШина мягкая — качать легко
Проверь понимание насоса
Ты тянешь поршень назад, объём растёт. Что с давлением внутри?
Поршень тянут назад. Какой клапан откроется?
Поршень толкают вперёд. Какой клапан откроется?
Почему ручку насоса становится труднее нажимать?
Гидравлический пресс: маленькой силой — большую силу
Можно ли небольшой силой поднять автомобиль? Можно! Для этого используют гидравлический пресс.
Гидравлический пресс — устройство, в котором с помощью жидкости получают большую силу.
Он работает на законе Паскаля: давление, производимое на жидкость, передаётся ею во все стороны одинаково. Два сосуда с жидкостью соединены; в одном — маленький поршень, в другом — большой. Нажимаешь на маленький — давление через жидкость доходит до большого. А раз площадь большого поршня больше, то и сила на нём больше:
p = F / S → F = p · S
давление одинаковое, а сила на большом поршне больше — потому что площадь больше
Почему в прессе жидкость, а не воздух? Жидкости почти не сжимаются и отлично передают давление. Газ бы просто сжался, и усилие пропало бы. Поэтому в гидравлике — масло.
🚗 Интерактив · Подними машину гидравликой
Выбери силу нажатия и площадь большого поршня, потом жми «Нажать». Смотри: давление в жидкости одно и то же, а сила на большом поршне — во столько раз больше, во сколько больше площадь. И заметь, насколько маленький поршень опускается дальше, чем поднимается большой!
Сила на малом поршне F₁50 Н
Площадь большого поршня S₂ (S₁ = 10 см²)100 см²
Давление в жидкости: 5 Н/см² (везде одинаковое!)Сила на большом поршне: 500 НХватит, чтобы поднять 50 кг
Почему это не магия
Нажали слабо — получили большую силу. Физика обманула природу? Нет! Пресс даёт выигрыш в силе, но проигрыш в расстоянии: маленький поршень проходит большой путь вниз, а большой поднимается лишь чуть-чуть. Ты видел это в интерактиве. Это как рычаг: выигрываешь в силе — проигрываешь в расстоянии.
Малый поршень опустился на 10 см, большой поднялся на 1 см, зато сила выросла. Выбери правильную мысль:
Что лучше залить в гидравлический пресс?
Где работает гидравлика
Автомобильный домкрат: небольшой силой руки поднимают автомобиль.
Тормоза автомобиля: нажал педаль — давление через тормозную жидкость дошло до всех колёс.
Пресс на заводе: сжимает металл, выдавливает детали.
Подъёмник в автосервисе, экскаваторы, гидравлические ножницы.
🎯 Интерактив · Угадай устройство
Манометр измеряет, насос перемещает, пресс усиливает. Что нужно в каждой ситуации?
Нужно узнать давление в велосипедной шине.
Нужно накачать мяч.
Нужно поднять автомобиль в автосервисе.
Два шприца соединили трубкой с водой и нажали на левый поршень. Что сделает правый?
Мини-опыт дома
Собери настоящую гидравлическую машину из двух шприцев.
💉 Шприцы как гидравлика
Что нужно
Два медицинских шприца без игл (лучше разного размера), гибкая трубочка, вода. Делай с помощью взрослого.
Как сделать
Наполни шприцы и трубочку водой почти без воздуха, соедини их трубочкой. Нажми на поршень одного шприца.
Второй поршень выдвигается: вода передаёт давление. Если шприцы разного размера — увидишь идею пресса: маленький поршень ходит далеко, большой — чуть-чуть, зато с большей силой.
Мини-задачи
Задача 1 · Манометр на насосе
Манометр показывает, что давление в шине растёт. Что это значит?
В шине становится больше воздуха — он сильнее давит на стенки.
Задача 2 · Клапаны
Почему в насосе нужны клапаны?
Они пропускают воздух только в нужном направлении и не дают ему возвращаться.
Задача 3 · Поршни пресса
Малый поршень — 2 см², большой — 20 см². Во сколько раз больше сила на большом поршне?
20 : 2 = 10. При одинаковом давлении сила в 10 раз больше.
Задача 4 · Жидкость, не газ
Почему пресс заполняют жидкостью, а не газом?
Жидкость почти не сжимается и хорошо передаёт давление, а газ легко сжимается.
Задача 5 · Резкий толчок
Что произойдёт с давлением воздуха в цилиндре насоса, если поршень резко толкнуть вперёд?
Объём уменьшится, воздух сожмётся — давление увеличится.
Частые ошибки
1
«Манометр измеряет атмосферное давление». Атмосферное — барометр. Манометр — давление в сосуде, трубе, шине, системе.
2
«Насос засасывает воздух сам по себе». Точнее так: поршень увеличил объём → давление внутри упало → воздух зашёл из-за разности давлений.
3
«Гидравлический пресс увеличивает давление». Давление передаётся жидкостью одинаково; сила растёт на большом поршне из-за большей площади.
4
«Сила выросла — энергия появилась из ниоткуда». Нет: выигрыш в силе сопровождается проигрышем в расстоянии.
Проверь себяВопрос 1 из 10
правильных ответов из 10
Главное
Манометр измеряет давление жидкости или газа (а барометр — атмосферное).
Поршневой насос: объём растёт — давление падает, воздух входит; объём уменьшается — давление растёт, воздух выходит в шину. Клапаны пропускают воздух только в одну сторону.
Гидравлический пресс работает на законе Паскаля: жидкость передаёт давление во все стороны одинаково.
Давление одинаковое, а сила на большом поршне больше — потому что площадь больше (F = p·S).
Выигрыш в силе = проигрыш в расстоянии. Энергия из ничего не берётся.
В гидравлике — жидкость, потому что она почти не сжимается.
Материал подготовил: Безносов М.Н., учитель математики и физики. Объяснение адаптировано для учеников 7 класса.