Fizyka w Wicku
licznik odwiedzin:
2. Ciśnienie hydrostatyczne
Pomyślmy jakie ciśnienie wywiera ciecz w zbiorniku pod wpływem swojego własnego ciężaru. Weźmy hipotetyczny pojemnik. Wlejemy płynu o dowolnej gęstości. Pojemnik ma dno o powierzchni S.
Ciśnienie jakie wywiera płyn w naczyniu na głębokości h zgodnie z definicją ciśnienia jest równe:
Ciecz na głębokości h naciska swoim ciężarem. Siła nacisku jest równa ciężarowi ciecz, która znajduje się powyżej tej głębokości h.
Ciśnienie jakie wywiera płyn w naczyniu na głębokości h jest więc równe:
Masę naciskającego płynu wyrazimy poprzez jego gęstość.
Ciśnienie jakie wywiera płyn w naczyniu na głębokości h jest więc równe:
Objętość naciskającej wody wyznaczymy mnożąc powierzchnię przez głębokość
Ciśnienie jakie wywiera płyn w naczyniu na głębokości h jest więc równe:
Ciśnienie hydrostatyczne - jest to ciśnienie wywierane przez ciecz pod wpływem własnego ciężaru.
Ciśnienie hydrostatyczne zależy od:
- gęstości cieczy
- głębokości
- współczynnika grawitacji
Doświadczalne wyprowadzenie wzoru na ciśnienie hydrostatyczne.
1. Do wybranego pojemnika wlewamy taką samą ilość cieczy o różnej gęstości. Manometrem (przyrząd do pomiaru ciśnienia) odczytujemy ciśnienie jakie wywierają. Na wykresie zależności zmierzonego ciśnienia od gęstości cieczy zaznaczamy dane pomiarowe. Łączymy punkty. Linia prosta na wykresie świadczy o tym, że ciśnienie jest wprost proporcjonalne do gęstości cieczy.
Ciśnienie hydrostatyczne jest wprost proporcjonalne do gęstości cieczy
2. Wlewam ciecz do pojemnika i badamy manometrem jakie ta ciecz wywiera na różnych głębokościach. Dane nanosimy na wykres zależności ciśnienia hydrostatycznego w zależności od głębokości. Zależność ciśnienia hydrostatycznego od głębokości jest wprost proporcjonalna o czym świadczy liniowość wykresu.
3. Badanie zależności ciśnienia hydrostatycznego w zależności od współczynnika grawitacji jest kłopotliwe. Musimy albo wybrać się na inną planetę, albo wywołać sztuczną grawitację o innym współczynniku grawitacyjnym. Można takie doświadczenie przeprowadzić na Ziemi. W czasie gdy winda przyspiesza w dół mierzymy ciśnienie hydrostatyczne i w czasie gdy przyspiesza w górę. Gdy winda przyspiesza w dół, to jej przyspieszenie dodaje się do współczynnika grawitacji (to tak jakbyśmy byli na planecie o większej masie niż Ziemia). Musimy znać przyspieszenia windy. Wykres liniowy zależności ciśnienia hydrostatycznego od przyspieszenia grawitacyjnego świadczy o tym. iż wielkości te są wprost proporcjonalne.
PRZYKŁAD 1. Oblicz ciśnienie hydrostatyczne jakie wywiera woda w basenie. Wysokość słupa wody 2,5 m.
Dane: Rozwiązanie:
Domyślamy się, że w zadaniu należy policzyć ciśnienie hydrostatyczne wywierane
na dno basenu. Gęstość wody znajdziemy w tablicach fizycznych.
Odpowiedź: Ciśnienie hydrostatyczne wynosi 24950Pa.
PRZYKŁAD 2. Oblicz gęstość cieczy, która wywiera ciśnienie 1000 Pa na głębokości 0,5 m?
Dane: Rozwiązanie:
Gęstość cieczy wyliczymy przekształcając wzór na ciśnienie hydrostatyczne:
Odpowiedź: Gęstość cieczy wynosi
Ciśnienie atmosferyczne
Ciśnienie atmosferyczne - ciśnienie jakie wywiera powietrze na Ziemię.
Ciśnienie atmosferyczne jest wbrew pozorom bardzo duże. Za normalne ciśnienie atmosferyczne przyjmuje się 1013hPa.
Jeżeli w prognozie pogody informują nas, że jutro ciśnienie atmosferyczne wyniesie 1000hPa, tzn. że na metr kwadratowy powierzchni będzie działać siła 101300N. Ciśnienie atmosferyczne maleje wraz z wysokością.
Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego stosuje się przyrząd zwany barometrem.
Ciśnienie wywierane na pewnej głębokości h
Ciśnienie jakie panuje na głębokości h w pojemniku jest sumą ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia atmosferycznego.
PRZYKŁAD 3. Oblicz ciśnienie w zbiorniku wodnym na głębokości 2m. Ciśnienie atmosferyczne ma wartość 1000hPa?
Dane: Rozwiązanie:
Ciśnienie na głębokości 2m będzie sumą ciśnień atmosferycznego i hydrostatycznego.
Obliczamy ciśnienie hydrostatyczne (związane z ciężarem samej wody):
Obliczamy ciśnienie na głębokości 2m:
Odpowiedź: Ciśnienie na głębokości 2m wynosi 119960Pa
