действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности:Основным отличием жидкостей от твердых (упругих) тел является способность
легко изменять свою форму. Части жидкости могут свободно сдвигаться, скользя
друг относительно друга. Поэтому жидкость принимает форму сосуда, в который она
налита. В жидкость, как и в газообразную среду, можно погружать твердые тела. В
отличие от газов жидкости практически несжимаемы. На тело, погруженное в
жидкость или газ, действуют силы, распределенные по поверхности тела. Для
описания таких распределенных сил вводится новая физическая величина –
давление. Давление определяется как отношение модуля силы
действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности:
 |
В системе СИ давление измеряется в паскалях (Па):
| 1 Па = 1 Н/м2. |
Часто используются внесистемные единицы: нормальная атмосфера (атм) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.):
| 1 атм = 101325 Па = 760 мм Hg. |
Французский ученый Б. Паскаль в середине XVII века эмпирически установил закон, названный законом Паскаля:
| Давление в жидкости или газе передается во всех направлениях одинаково и не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует. |
Для иллюстрации закона Паскаля на рис. 1 изображена небольшая прямоугольная призма, погруженная в жидкость. Если предположить, что плотность материала призмы равна плотности жидкости, то призма должна находиться в жидкости в состоянии безразличного равновесия. Это означает, что силы давления, действующие на грани призмы, должны быть уравновешены. Это произойдет только в том случае, если давления, то есть силы, действующие на единицу поверхности каждой грани, одинаковы: p1 = p2 = p3 = p.
 |
| Рисунок 1. Закон Паскаля: p1 = p2 = p3 = p. |
Давление жидкости на дно или боковые стенки сосуда зависит от высоты столба жидкости. Сила давления на дно цилиндрического сосуда высоты h и площади основания S равна весу столба жидкости mg, где m = ρhS – масса жидкости в сосуде, ρ – плотность жидкости. Следовательно
 |
Такое же давление на глубине h в соответствии с законом Паскаля жидкость оказывает и на боковые стенки сосуда. Давление столба жидкости ρgh называют гидростатическим давлением. Если жидкость находится в цилиндре под поршнем (рис. 2), то действуя на поршень некоторой внешней силой F, можно создавать в жидкости дополнительное давление p0 = F / S, где S – площадь поршня. Таким образом, полное давление в жидкости на глубине h можно записать в виде:
| p = p0 + ρgh. |
Если на рис. 2 поршень убрать, то давление на поверхность жидкости будет равно атмосферному давлению: p0 = pатм.
 |
| Рисунок 2. Зависимость давления от высоты столба жидкости. |
Из-за разности давлений в жидкости на разных уровнях возникает
выталкивающая или архимедова сила 
Рис. 3 поясняет появление архимедовой силы. В жидкость погружено тело
в виде прямоугольного параллелепипеда высотой h и площадью основания S. Разность
давлений на нижнюю и верхнюю грани есть:
| Δp = p2 – p1 = ρgh. |
Поэтому выталкивающая сила 
будет направлена вверх, и ее модуль
равен
| FA = F2 – F1 = SΔp = ρgSh = ρgV, |
где V – объем вытесненной телом жидкости, а ρV – ее масса. Архимедова сила, действующая на погруженное в жидкость (или газ) тело, равна весу жидкости (или газа), вытесненной телом. Это утверждение, называемое законом Архимеда, справедливо для тел любой формы.
 |
| Рисунок 3. Архимедова сила. FA = F2 – F1 = S(p2 – p1) = ρgSh, F1 = p1S, F2 = p2S. |
Из закона Архимеда вытекает, что если средняя плотность тела ρт больше плотности жидкости (или газа) ρ, тело будет опускаться на дно. Если же ρт < ρ, тело будет плавать на поверхности жидкости. Объем погруженной части тела будет таков, что вес вытесненной жидкости равен весу тела. Для подъема воздушного шара в воздухе его вес должен быть меньше веса вытесненного воздуха. Поэтому воздушные шары заполняют легкими газами (водородом, гелием) или нагретым воздухом. Из выражения для полного давления в жидкости p = p0 + ρgh вытекает, что в сообщающихся сосудах любой формы, заполненных однородной жидкостью, давления в любой точке на одном и том же уровне одинаковы (рис. 4).
 |
| Рисунок 4. Пример сообщающихся сосудов. В правом сосуде поверхность жидкости свободна. На уровне h давление в обоих сосудах одинаково и равно p0 = F / S = ρgh0 + pатм. Давление на дно сосудов p = p0 + ρgh. |
Если оба вертикально расположенных цилиндра сообщающихся сосудов закрыть поршнями, то с помощью внешних сил, приложенных к поршням, в жидкости можно создать большое давление p, во много раз превышающее гидростатическое давление ρgh в любой точке системы. Тогда можно считать, что во всей системе устанавливается одинаковое давление p. Если поршни имеют разные площади S1 и S2, то на них со стороны жидкости действуют разные силы F1 = pS1 и F2 = pS2. Такие же по модулю, но противоположно направленные внешние силы должны быть приложены к поршням для удержания системы в равновесии. Таким образом,
 |
Если S2 >> S1, то F2 >> F1. Устройства
такого рода называют гидравлическими машинами (рис. 5). Они
позволяют получить значительный выигрыш в силе. Если поршень в узком цилиндре
переместить вниз под действием внешней силы 
на расстояние 
то
поршень в широком цилиндре переместится на расстояние 
поднимая тяжелый груз. Таким образом, выигрыш в силе в 
раз
обязательно сопровождается таким же проигрышем в расстоянии. При этом
произведение силы на расстояние остается неизменным:
| F1h1 = F2h2. |
Это правило выполняется для любых идеальных машин, в которых не действуют силы трения. Оно называется «золотым правилом механики».
 |
|
Рисунок 5. Гидравлическая машина.
|
Гидравлические машины, используемые для подъема грузов, называются домкратами. Они широко применяются также в качестве гидравлических прессов. В качестве жидкости обычно используются минеральные масла.
|
|
 |
