6. hydrostatyka I aerostatyka zakres wiadomości



Pobieranie 53.77 Kb.
Data09.05.2016
Rozmiar53.77 Kb.
6. HYDROSTATYKA I AEROSTATYKA

Zakres wiadomości

  • Ciśnienie

  • Ciśnienie hydrostatyczne

  • Prawo Pascala

  • Prawo Archimedesa

  • Pływanie ciał

  • Ciśnienie atmosferyczne

  • Wypór aerostatyczny – balony, siła nośna

Ciśnienie

  1. Pojęcie ciśnienia

Ciśnieniem nazywamy stosunek siły nacisku ( parcia) jednego ciała wywieranej na powierzchnię drugiego ciała. Wzór p = jednostką ciśnienia jest 1Pa = 1hPa = 100Pa

  1. Przykłady ciśnień: ciśnienie krwi, atmosferyczne, w kołach samochodu, w oku, wody w kranie, itp.

Ciśnienie hydrostatyczne

Oprócz sił zewnętrznych, które mogą oddziaływać tylko na powierzchnię swobodną cieczy, w polu grawitacyjnym Ziemi na każdą cząsteczkę cieczy działa siła ciężkości. Wynikiem działania tej siły jest powstanie w cieczy ciśnienia, zwanego ciśnieniem hydrostatycznym.

Ciśnienie hydrostatyczne to ciśnienie wywierane przez wodę lub inną ciecz na ciała znajdujące się wewnątrz tej cieczy. Ciśnienie to wzrasta wraz z głębokością . Rozpatrzmy np. powierzchnię poziomą o przekroju S, położoną na pewnej głębokości poniżej powierzchni swobodnej cieczy. Wtedy ciśnienie można obliczyć według wzoru poniżej:





Naczynia połączone

Naczynia połączone to zestaw naczyń połączonych ze sobą tak, że ciecz może swobodnie przepływać miedzy ramionami. Poziom cieczy jednorodnej w takim naczyniu jest we wszystkich ramionach jednakowy. Równowaga cieczy w dowolnej płaszczyźnie poziomej jest bowiem uwarunkowana równością ciśnień we wszystkich ramionach naczynia. Na tej zasadzie działa wiele urządzeń hydrotechnicznych np. wodowskaz, wieża ciśnień itp.

Jeżeli w naczyniach połączonych znajdują się dwie nie mieszające się ciecze o różnych gęstościach, to ich poziomy w ramionach nie są jednakowe. Oznaczając przez h1, h2 wysokości cieczy nad poziomą płaszczyzną przechodzącą przez powierzchnię ich zetknięcia, a przez ρ1, ρ2 ich gęstości, to ciśnienie p1, p2 wywierane przez ciecze w tej płaszczyźnie można wyrazić równaniami: ; ponieważ p1 =p2 to W naczyniach połączonych zawierających dwie różne ciecze wysokości słupów tych cieczy, mierzone od płaszczyzny przechodzącej przez powierzchnię ich zetknięcia, są odwrotnie proporcjonalne do gęstości tych cieczy.



Prawo Pascala


  1. Jeżeli ciecz znajduje się w zamkniętym cylindrze pod tłokiem, za pomocą którego może być wywierany na jej powierzchnię nacisk F, to zachowanie cieczy można rozpatrzeć na modelu cylindra wypełnionego małymi kulkami stalowymi. Ponieważ wewnątrz cylindra każda kulka znajduje się w stanie równowagi , więc nacisk wywierany przez tłok rozchodzi się równomiernie w całej masie kulek, które usiłując rozprężyć się wywołują skierowane jednakowo we wszystkie strony ciśnienie.

  2. Sformułowanie prawa Pascala dla cieczy i gazów:

Ciśnienie wywierane z zewnątrz na ciecz lub gaz znajdujący się w naczyniu rozchodzi się we wszystkich kierunkach równomiernie i ma jednakową wartość we wszystkich jej punktach.

  1. Wykorzystanie prawa Pascala

  • Podnośniki hydrauliczne

  • Hamulce samochodowe itp.





Prawo Archimedesa

  1. Treść prawa Archimedesa

Prawo Archimedesa związane jest ze zjawiskiem pływania ciał. Mówi, że:

Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu. Siła ta ma kierunek pionowy, zwrot do góry, przyłożona jest do ciała zanurzonego, a wartość jest równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało: FA = Fc = ρcieczy·Vciała·g

Inna wersja prawa Archimedesa: ciało zanurzone w cieczy traci pozornie na ciężarze, tyle jaki jest ciężar cieczy wypartej przez to ciało.

Pływanie ciał

Kulka żelazna tonie. Z tego wynika, że siła ciężkości jest większa od siły wyporu, a więc gęstość ciała zanurzonego jest większa od gęstości wody: Fc > Fcieczy, ρc > ρcieczy

Kulka pingpongowa podnosi się do góry, czyli siła wyporu działa , a więc siła wyporu jest większa od siły ciężkości, czyli gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy. Fc < Fcieczy, ρc < ρcieczy

Jeżeli ciało pływałoby całkowicie zanurzone w wodzie, to znaczy, że siła ciężkości jest zrównoważona z siłą wyporu, a więc i gęstość ciała jest równa gęstości cieczy. Fc = Fcieczy, ρc = ρcieczy



Ciśnienie atmosferyczne

  1. Ciśnienie atmosferyczne

Ciśnienie atmosferyczne jest to ciśnienie wywierana na powierzchnię Ziemi lub na ciała znajdujące się na tej powierzchni przez powietrze.

  1. Pokaz z półkulami magdeburskimi

– wyciągając powietrze z wnętrza półkul nie można ich rozdzielić – co świadczy, że istnieje nacisk powietrza na zewnątrz półkul, które nie jest równoważone przez wewnętrzne ciśnienie.

  1. Zmiana ciśnienia atmosferycznego

Ponieważ ciśnienie atmosferyczne to nacisk powietrza , z tego wynika, że zależy ono od ilości powietrza, a więc maleje wraz z wysokością. Im wyżej, tym przyciąganie ziemskie jest mniejsze i warstwa powietrza jest mniej gęsta, a więc i ciśnienie jest mniejsze. Efekt ten występuje już nawet na niewielkich wysokościach, co odczuwamy jako ucisk w uszach. Należy wtedy wyrównać ciśnienie poprzez otwarcie ust i wyrównanie ciśnienia wewnątrz organizmu.

Wypór aerostatyczny – balony, siła nośna

  1. Siłę nośną można wykazać doświadczalnie w następujący sposób:

a/ dwie karki papieru trzymamy w odległości kilku centymetrów od siebie. Dmuchamy mocno między te kartki – kartki zbliżają się do siebie

b/ kartkę trzymamy za jeden koniec i dmuchamy mocno na jej górną powierzchnię – kartka unosi się do góry



  1. Wnioski z doświadczenia

  • Szybki ruch powietrza na pewnym obszarze powoduje zmniejszenie ciśnienia w tym miejscu.

  • Większe ciśnienie po drugiej stronie powoduje powstanie tzw. siły nośnej, która działa w kierunku mniejszego ciśnienia



  1. Prawo Bernoulliego mówi, że ciśnienie w szybko poruszającym się strumieniu powietrza jest mniejsze niż w powietrzu spoczywającym lub wolno poruszającym się.



  1. Budowa skrzydła samolotowego

Górna powierzchnia skrzydła jest dłuższa niż dolna, dlatego powietrze musi poruszać się szybciej, a więc z góry skrzydła panuje niższe ciśnienie niż na spodzie. Nacisk powietrza z dołu jest większy niż nacisk powietrza z góry. Powstaje więc siła wypadkowa skierowana pionowo w górę – nazywamy ją siłą nośną. Siłą ta pomaga unosić się samolotom zwłaszcza w czasie startu, gdy samolot rozpędza się , zwiększając szybkość zmniejsza się ciśnienie powietrza na górną powierzchnię skrzydeł samolotu.

A/ Zadania testowe

  1. Ciało pływa w wodzie o gęstości 1000 kg/m3 zanurzone do ½ swojej objętości. Gęstość tego ciała wynosi: a/ 1000 kg/m3 b/ 500 kg/m3 c/ 750 kg/m3 d/ 250 kg/m3 e/ 200 kg/m3 rozwiązanie: zgodnie z prawem Archimedesa siła wyporu Fw jest równa ciężarowi wypartej cieczy . Vciała = ½ V. Siłę wyporu równoważy ciężar ciała ,porównując te dwa wzory otrzymujemy, że ρ=1/2·ρc prawidłowa odpowiedź: b

  2. Oblicz wartość siły z jaką woda działa na okno łodzi podwodnej, znajdującej się 300 m pod powierzchnią wody. Powierzchnia okna wynosi 0,1m2, a gęstość wody 1000 kg/m3 : a/ 0,3MN b/ 600kN c/ 3000 kN d/ 0,6MN e/ 300 kN rozwiązanie: obliczamy ciśnienie hydrostatyczne ze wzoru p=ρ·g·h, gdzie ρ – gęstość wody, h- głębokość, g- przyspieszenie ziemskie . Po podstawieniu do wzoru otrzymujemy, że p = 3·106 Pa. Ciśnienie jest ilorazem wartości siły wywieranej na daną powierzchnię do wielkości tej powierzchni p=F/S, dlatego też wartość siły działającej na okno łodzi podwodnej obliczamy ze wzoru F=p·S= 0,3 MN Prawidłowa odpowiedź: a i e

  3. W kabinie statku kosmicznego ( po wyłączeniu silników rakietowych) powietrze znajduje się w stanie nieważkości. Prawdziwe jest więc stwierdzenie, że powietrze: a/ wywiera nacisk na ścianki kabiny statku, gdyż ruch cząsteczek nie zależy od sił grawitacyjnych b/ wywiera nacisk na ściany kabiny statku kosmicznego, ponieważ posiada swój ciężar c/ nie wywiera nacisku na ściany kabiny statku kosmicznego, gdyż działająca na nie siła grawitacji jest bardzo mała d/ nie wywiera nacisku na ściany kabiny statku kosmicznego, gdyż porusza się z prędkością o takiej samej wartości jak prędkość statku kosmicznego rozwiązanie: prawidłowa odpowiedź: a - cząsteczki powietrza zamknięte w kabinie statku porusza się ruchem chaotycznym i uderza na ściany wywierając nacisk mimo stanu nieważkości statku.

  4. Z łódki pływającej w basenie wyrzucamy do wody pewne ciało. Co stanie się z poziomem wody w basenie: a/ podniesie się b/ obniży się c/ pozostanie bez zmiany d/ pozostanie bez zmiany lub obniży się w zależności od gęstości ciała. Rozwiązanie: prawidłowa odpowiedź: d . Rozważmy przypadek, gdy wyrzucamy z łódki do wody ciało o gęstości większej od gęstości wody (np. kamień). Gdy ciało to znajduje się w łodzi, wypiera wodę o takiej objętości, której masa równa się masie kamienia. Skoro jednak gęstość tego ciała jest większa od gęstości wody, wobec tego ( przy tej samej masie) objętość wypartej wody jest większa od objętości tego ciała. Jeśli to ciało zostanie wyrzucone do wody to oczywiście utonie i wówczas będzie wypierało wodę o objętości równej swojej objętości ( prawo Archimedesa). Oznacza to, ze teraz objętość wypartej wody jest mniejsza niż wówczas, gdy ciało było w łódce, czyli poziom basenu obniży się. Jeżeli ciało wyrzucone z łódki do wody ma gęstość mniejszą od gęstości wody (np. kawałek drewna), wówczas objętości wypartej wody przez to ciało gdy jest ono w łodzi , a potem w wodzie – są jednakowe. Ciało pływa, gdy siła wyporu równa jest jego ciężarowi ( sytuacja będzie również podobna, gdy gęstości ciała i wody będą jednakowe). Gdy ciało znajduje się w łodzi wypiera wodę o takiej objętości, której ciężar równy jest ciężarowi tego ciała – a objętość wypartej wody równa jest objętości części zanurzonej ciała, gdy pływa ono w wodzie, czyli poziom wody w basenie nie ulegnie zmianie.



  1. Do naczynia do połowy wypełnione wodą wrzucono jednorodne ciało, które pływało do połowy zanurzone w wodzie. Wynika stąd, że gęstość ciała w stosunku do gęstości wody jest: a/ równa b/ mniejsza c/ większa d/ nie można ustalić

  2. Wodę z menzurki przelano w całości do podobnej, o mniejszej średnicy. Jak zmieniło się parcie i ciśnienie wody na dno w porównaniu do pierwszej menzurki: a/ zmalało b/ parcie wzrosło, ciśnienie zmalało c/ parcie zmalało, ciśnienie wzrosło d/ parcie nie uległo zmianie, a ciśnienie wzrosło

  3. Jeśli rośnie wartość siły nacisku ( parcie) działającej na pewną określona powierzchnię, to ciśnienie: a/ rośnie b/ maleje c/ nie zmienia się d/ może rosnąć lub maleć

  4. Ciśnienie hydrostatyczne zależy: a/tylko od gęstości cieczy b/ tylko od wysokości słupa cieczy c/ tylko od kształtu naczynia d/ od gęstości cieczy i wysokości słupa cieczy

  5. Trzy identyczne szklanki wypełniono kolejno: olejem, wodą, rtęcią. Najmniejsze ciśnienie na dno wywiera : a/ olej b/ woda c/ rtęć d/ ciśnienie cieczy jest jednakowe we wszystkich przypadkach

  6. Przy ciśnieniu atmosferycznym 1000 hPa, na każdy metr kwadratowy płaskiej powierzchni ciała, działa siła parcia o wartości: a/ 100 N b/ 1000 N c/ 100 000 N d/ 1000 kN

  7. Czy zanurzenie statku ulega zmianie, gdy wypływa on z portu rzecznego na słone wody morza: a/ tak –maleje b/ tak – wzrasta c/ nie d/ zależy od stopnia obciążenia statku

  8. Jaka jest głębokość stawu skoro całkowite ciśnienie przy jego dnie wynosi 1200 hPa przy ciśnieniu 1000 hPa (gęstość wody = 1000 kg/m3, g=10 N/kg): a/ 12 m b/ 2,2 m c/ 2m d/ 1,2 m

  9. Ryba o masie 6 kg utrzymuje się nieruchomo w „słodkiej” wodzie jeziora. Jaka jest wartość siły wyporu działającej na rybę: a/ 0 N b/ 0,6 N c/ 6 N d/ 60 N

  10. Ciśnienie gazu wynosi 2 PA. Oznacza to, że gaz działałby siłą 2 N na płaską powierzchnię o wielkości jednego: a/ milimetra kwadratowego b/ centymetra kwadratowego c/ decymetra kwadratowego d/ metra kwadratowego

  11. Ciśnienie gazu w butli wynosi 2 kPa. Jaka jest siła parcia gazu na jej płaskie okrągłe dno o promieniu 0,1m: a/ 62,8 N b/ 200 N c/ 6 280 N d/ 20 000 N

  12. Wywołany naciskiem na tłok wzrost ciśnienia cieczy występuje: a/ bezpośrednio pod tłokiem b/ przy dnie naczynia c/ przy ścianach naczynia d/ w każdym miejscu cieczy

  13. Która równość nie jest prawdziwa: a/ 1000 hPa = 100 000 Pa b/ 1Pa = 1 N/m2 c/ 1 Pa = 0,01 N/cm2 d/ 1kPa = 1000 N/m2

  14. Do prostopadłościennego naczynia dolano wody, której ciężar wynosił 10 N. Po tej czynności parcie na dno naczynia: a/ wzrosło o 10 N b/ wzrosło o więcej niż 10 N c/ wzrosło o mniej niż 10 N d/ nie może być oszacowane bez znajomości wymiarów naczynia i wysokości słupa wody

B/Zadania tekstowe

1/ Średnia powierzchnia stopy wynosi 100cm2. Oblicz ciśnienie, jakie wywiera na podłoże człowiek o masie 80kg

2/ Jaką wartość ma siła działająca na wewnętrzną powierzchnię kotła równą 2m2 przy ciśnieniu w kotle wynoszącym 100 kPa

3/ Aneta ważąca 40kg stoi na łyżwach o wymiarach ostrza 25cm x 0,02cm, a Konrad o masie 80kg na nartach o wymiarach 2m x 0,1m. Kto wywiera większe ciśnienie na podłoże.

4/ Jakie ciśnienie wywiera telewizor o ciężarze 80N stojąc na czterech nóżkach, każda o powierzchni 2cm2

5/ Co wywiera większe ciśnienie: słup wody o wysokości h1=1,5cm, czy słup rtęci o wysokości h2= 0,1m. Gęstość wody i rtęci wynoszą odpowiednio ρw=1·103kg/m3, ρr=13,6·103kg/m3

6/ Jakie jest ciśnienie słupa wody o wysokości h = 1m na Księżycu. Gęstość wody ρw=1·103kg/m3

7/ Oblicz siłę nacisku powietrza na powierzchnię górną blatu stołu o wymiarach 1m x 0,5m przy ciśnieniu atmosferycznym 1000hPa

8/ Oblicz ciśnienie hydrostatyczne wywierane na dno butelki o powierzchni dna 50cm2 zawierającej 1 litr wody

9/ Lewy tłok podnośnika hydraulicznego ma powierzchnię S1= 1cm2, prawy S2= 100cm2. Na lewy tłok działa siła o wartości 1N. Jaka jest wartość siły działającej na prawy tłok.

10/ Ciśnienie wywierane na podnoszącą się platformę wynosi 2MPa. Prawy tłok ma powierzchnię S2= 50cm2. Jaki jest dopuszczalny ciężar samochodu podnoszonego na tej platformie.

11/ Strzykawka lekarska o pojemności 10ml ma długość 5cm. Oblicz:

- ile cm3 lekarstwa mieści się w strzykawce

- powierzchnię tłoczka strzykawki

- siły, z jaką wyciskane jest lekarstwo z igły, jeżeli na tłoczek działa siła 5N, a pole powierzchni wewnątrz ostrza igły wynosi 0,05cm2

12/Oblicz siłę wyporu, jaka działa na zanurzony w wodzie głaz o objętości 0,3m3. Gęstość wody 1000 kg/m3.

13/ Jaka siła wyporu działa na sześcian o boku 20cm zanurzony w nafcie o gęstości 800 kg/m3.

14/ Jakiej siły należy użyć, aby podnieść pod wodą kamień o masie 200 kg i objętości 0,08 m3. Gęstość wody 1000 kg/m3

15/ Bryłę aluminium o gęstości 2700 kg/m3 i masie 2,7 kg zawieszono na siłomierzu i zanurzono całkowicie w wodzie o gęstości 1000 kg/m3. Oblicz wartość siły, którą wskaże siłomierz gdy bryła jest w powietrzu i gdy jest w wodzie.

16/ Ciężar żelaznej kuli w wodzie wynosi 50N. Jaka jest jej objętość. Gęstość wody 1000 kg/m3


17.Niektóre potrawy gotuje się w kąpieli wodnej. Do dużego garnka napełnionego wodą wkłada się drugi garnek a do niego potrawę. Mniejszy garnek pływa wtedy w wodzie wypełniającej duży garnek. Uproszczony obraz urządzenia przedstawia rysunek: Mniejszy garnek wykonany ze stali ma kształt walca. Promień dna wynosi r= 10cm, wysokość garnka h= 20cm, a masa m = 2,7 kg. A/Jak głęboko zanurzy się garnek pusty? B/ Jak głęboko zanurzy się garnek jeśli wsypiemy do niego cztery szklanki ryżu o masie 1200g i wlejemy trzy szklanki wody o masie 800g? C/ Jak dużo można wlać wody do pustego mniejszego garnka, aby garnek nie utonął? D/Dlaczego w ogóle stosujemy kąpiel wodną do przygotowywania niektórych potraw? Rozwiązanie: Ad A/ Garnek pusty przestanie się zanurzać, jeżeli siła wyporu zrównoważy siłę ciężkości , a więc: Fw = F, czyli ρw·V·g = m·g V = S·h1 stąd h1 = m/ρ·S = 0,086m Ad B/ Tym razem siła wyporu musi zrównoważyć sumę ciężarów garnka, ryżu i wody: Fw = F+Fr+Fw czyli stąd: =0,15m ad C/ W tym przypadku siła wyporu musi zrównoważyć ciężar garnka i ciężar znajdującej się w nim wody. Maksymalne zanurzenie garnka nie może przekroczyć jego wysokości. Fw=Fg + Fw czyli stąd mw = = 3,58kg ad D/ Jeżeli woda w zewnętrznym naczyniu wrze, to woda w wewnętrznym naczyniu nie osiąga temperatury 1000C, ponieważ cała energia cieplna dostarczona wrzącej wodzie idzie na przemianę fazową ( nie występuje wymiana energii między wodą w pierwszym i drugim naczyniu). Dlatego też potrawy gotowane w kąpieli wodnej przede wszystkim nie przypalają się, a poza tym nie tracą w tak dużym stopniu witamin, jak podczas gotowania w pojedynczym garnku.

C/ Problemy i Doświadczenia

  1. Do szklanki wstaw niewielki ogarek świecy. Zapal świeczkę. Nakryj szklankę zmoczoną bibułą i dociśnij z góry drugą szklanką, świeczka po chwili zgaśnie. Dlaczego rozdzielenie szklanek wymaga teraz dość znacznej siły

To doświadczenie jest podobne do doświadczenia z kulami magdeburskimi.

  1. Do rozgrzanej, stalowej, gładkiej płytki dociśnij podstawę świeczki. Do większego naczynia z gładkim płaskim dnem nalej wody. Ustaw świeczkę na dnie i mocno dociśnij. Dlaczego świeczka nie wypływa?

Siła wyporu nie powstaje „sama z siebie”, tylko jest różnicą ciśnień hydrostatycznych na obie – górną i dolną powierzchnię zanurzonego ciała. Dlatego jeśli między dnem naczynia a zanurzonym ciałem nie warstewki wody – siła wyporu nie powstaje i świeczka nie wypływa.

3a. Przy krawędzi stołu kładziemy dwie książki, odległość między nimi powinna wynosić około 12 cm. Nakrywamy książki kartką papieru, budując coś w rodzaju tunelu Dmuchamy silnie do wnętrza tunelu. Jak można wyjaśnić zachowanie kartki

3b. Dmuchamy silnie między dwie kartki znajdujące się w pewnej odległości od siebie

3c. Puszczamy silny strumień powietrza na stromy dach domku – następuje zerwanie dachu

3d. Przy wylocie rury od włączonego odkurzacza umieść piłeczkę pingpongową.

Te doświadczenia tłumaczymy prawem Bernoulliego – ciśnienie poruszającego się strumienia powietrza jest mniejsze niż ciśnienie nieruchomego powietrza. W strudze powietrza poruszającego się prędkość gazu nie jest jednakowa – największa jest w środku strumienia i maleje ku brzegom strugi. Ciśnienie jest najmniejsze w środku strugi powietrza



4a. Sprawdzanie doświadczalne prawa Archimedesa

  • Odczytujemy ciężar ciała zawieszonego na siłomierzu

  • Odczytujemy poziom wody w menzurce

  • Zanurzamy ciało w menzurce

  • Odczytujemy poziom wody i ciężar ciała zanurzonego

  • Odczytane liczby zapisujemy w tabelce:

V1

V2

Vcieczy=V2 –V1

F1

F2

F=F2 – F1

Fcieczy= ρcieczy·Vcieczy·g
































































4b. Sprawdź, czy wartość siły wyporu zależy od objętości części ciała zanurzonego w cieczy. Jakie przyrządy będą potrzebne. Wykonaj wykres zależności siły wyporu od objętości zanurzonej części ciała

Przyrządy: menzurka z wodą, siłomierz, prostopadłościan, statyw

Postępujemy tak jak w części a, dzielimy mazakiem prostopadłościan na 4 części i zanurzamy każdą część. Otrzymane wyniki przedstawiamy na wykresie.

4c. Wykorzystując siłomierz i odważnik o znanej gęstości wyznacz gęstość jakiejkolwiek cieczy.



  1. W koniec zapałki ( lub patyczka) wbij jako przedłużenie szpilkę. Zapałka wrzucona do wody powinna pływać prawie całkowicie zanurzona w wodzie w pozycji pionowej. Napełnij butelkę całkowicie wodą i wrzuć do niej zapałkę. Zatkaj butelkę palcem i przyciśnij, a po pewnym czasie usuń palec. Co zaobserwujesz? Jak to można wyjaśnić?

  1. Listewkę połóż na stole tak, aby jej kawałek (około 1/5) wystawał poza krawędź stołu. Część listewki leżącą na stole nakryj kartką papieru. Lekko naciśnij wystający kawałek listewki. Zaobserwuj co się stanie. Powtórz doświadczenie mocno uderzając z góry w wystającą część listewki. Co się stanie w tym przypadku? Wyjaśnij zaobserwowane zjawiska i opisz zaobserwowane różnice. Oszacuj wartość siły jakiej należy użyć, aby przy mocnym uderzeniu udało się podnieść kartkę.

Rozwiązanie: Przy powolnym naciskaniu na linijkę powietrze znad gazety ustępuje bez stawiania większego oporu, jednocześnie dostając się pod gazetę. Na linijkę działa jedynie siła ciężkości gazety, dlatego podnosimy ją bez trudu w górę. Gdy usiłujemy to samo zrobić, ale bardzo szybkim ruchem uderzając w wystający koniec linijki, spotykamy się z siłą bezwładności. Nad każdym cm2 powierzchni gazety znajduje się ok. 1kg powietrza. Przy typowych wymiarach gazety 29 cmX39 cm daje to masę ponad 1000 kg. Nie jesteśmy w stanie, nawet bardzo silnym uderzeniem, wprawić w ruch przyspieszony tak wielkiej masy. Aby oszacować wartość siły, należy skorzystać z zależności F=PS, p=1013hPa, S = 0,29x0,36m2 = 0,1131m2 , stąd F= 11457N. Masę tego powietrza obliczamy dzieląc otrzymaną wartość siły przez przyspieszenie ziemskie m=F/g = 1168 kg, czyli masa powietrza przekracza 1 tonę powietrza


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna