Ciśnienie - FIZYKA W GIMNAZJUM ABC UCZNIA

Szukaj 
Idź do spisu treści

Menu główne:

Ciśnienie

Kinematyka

Ciśnienie.

Ciśnienie to nacisk podzielony przez powierzchnię:



Jeśli nacisk rozłoży się na dużą powierzchnię to ciśnienie będzie małe i odwrotnie jeśli skupi się na małej powierzchni to ciśnienie będzie duże.
Jednostką ciśnienia w układzie SI jest paskal.



Nacisk jest to siła mierzona w niutonach i podzielona przez jednostkę powierzchni stanowi jednostkę ciśnienia paskal.

Zwykłe ciśnienie atmosferyczne to około 100 000Pa =1000hPa =100kPa =0,1MPa.
W praktyce okazuje się, że jednostka ciśnienia 1Pa jest zbyt mała i często w podawaniu prognozy pogody możemy spotkać jednostkę 1atm.
Oficjalna wartość "normalnego ciśnienia atmosferycznego " nie jest równa 100 000Pa a wynosi 101 325Pa- i to jest właśnie 1atm.
Jeszcze jedną jednostką ciśnienia jes 1bar = 100 000Pa.
Oraz milimetry słupa rtęci 760mmHg = 1atm = 101 325Pa.

Przykładowe ciśnienia.

Próżnia - nie powinno być tam żadnego ciśnienia, jednak w warunkach ziemskich jest to prawie nieosiągalne.
Zwykłe ciśnienie atmosferyczne zawiera się w granicach 960hPa-1030hPa.
W oponach samochodowych ciśnienie wynosiokoło 2atm takie jak np: w butelce szampana lub aerozolach.
W przemyśle wykorzystuje się ciśnienie setek lub nawet tysięcy atmosfer.
W laboratoriach uzyskuje się ciśnienia rzędu milionów atmosfer. Takie ciśnienia panują w środku Ziemi. Pod takimi ciśnieniami materia zachowuje się inaczej niż pod zwykłym ciśnieniem. Ciała zmieniają swoje własności fizyczne i chemiczne (mają inną gęstość, temperaturę topnienia, zdolność do wchodzenia w reakcje chemiczne).

Ciśnienie w cieczach.




Poziom cieczy w naczyniach połączonych jest równy.





PRAWO ARCHIMEDESA

Prawo Archimedesa – podstawowe prawo hydro- i aerostatyki określające siłę wyporu. Nazwa prawa wywodzi się od jego odkrywcy Archimedesa z Syrakuz.
Wersja współczesna: Na ciało zanurzone w płynie (cieczy, gazie lub plazmie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła ta jest wypadkową wszystkich sił parcia płynu na ciało.
Stara wersja prawa: Ciało zanurzone w cieczy lub gazie traci pozornie na ciężarze tyle,
ile waży ciecz lub gaz wyparty przez to ciało.

PRAWO PASCALA

Prawo Pascala - jeżeli na płyn (ciecz lub gaz) w zbiorniku zamkniętym wywierane jest ciśnienie zewnętrzne, to (pomijając ciśnienie hydrostatyczne) ciśnienie wewnątrz zbiornika jest wszędzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrznemu.


Prawo to zostało sformułowane w połowie XVII w. [1] przez Blaise'a Pascala, jest prawdziwe wówczas, gdy można pominąć siły grawitacji i inne siły masowe oraz ciśnienia wywołane przepływem płynu. Prawo to wynika z tego, że cząsteczki płynu mogą poruszać się w dowolnym kierunku, wywieranie nacisku z jednej strony zmienia ruch cząstek we wszystkich kierunkach.

Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym. Analogiczne ciśnienie w gazie określane jest mianem ciśnienia aerostatycznego. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:




gdzie
ρ– gęstość cieczy – w układzie SI w kg/m3
g – przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne) – w układzie SI w m/s2
h– głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego) – w układzie SI w metrach (m).
Całkowite ciśnienie panujące w cieczy jest sumą ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia zewnętrznego. W przypadku zbiorników otwartych ciśnienie zewnętrzne jest ciśnieniem atmosferycznym.

Grawitacja w przypadku obu rodzajów ciśnień – hydrostatycznego i aerostatycznego – wywołuje zmianę ciśnienia w zależności od głębokości – im niżej tym większe ciśnienie. Jest ono skutkiem nacisku (ciężaru) ze strony słupa płynu położonego nad danym punktem – im wyższy słup, typ większy nacisk. Np. na Ziemi ciśnienie w wodzie (ciśnienie hydrostatyczne) zwiększa się co 10 m o jedną atmosferę techniczną. Ciśnienie powietrza na poziomie morza jest równe atmosferze fizycznej, jest ona w przybliżeniu równa atmosferze technicznej. Wynika stąd, że ciężar słupa powietrza nad powierzchnią ziemi jest w przybliżeniu równy ciężarowi słupa wody o wysokości 10 m (10 ton wody na metr kwadratowy).

Jeżeli uwzględni się zarówno ciśnienie zewnętrzne, jak i ciśnienie hydrostatyczne, wówczas całkowite ciśnienie w płynie wyraża wzór:




gdzie:

– zewnętrzne ciśnienie wywierane na ciecz na poziomie uznanym za zerowy (h = 0). Dla zbiorników otwartych jest to ciśnienie atmosferyczne na powierzchni cieczy (w warunkach normalnych 1013 hPa).
Na każde 10m zanurzenia (w wodzie) ciśnienie rośnie o 100kPa (czyli 1 atmosferę).

Wersja uproszczona:

Ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz lub gaz znajdujące się w naczyniu zamkniętym rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.

W literaturze angielskiej za prawo Pascala uważa się prawo rozszerzone o wpływ grawitacji: Ciśnienie w płynie na tym samym poziomie jest jednakowe. Różnicę ciśnień między dwiema wysokościami opisuje wzór:





gdzie ρ to gęstość płynu, g - przyspieszenie ziemskie, a h1, h2 to wysokości. Intuicyjna interpretacja tej prawidłowości to: ciśnienie na danej głębokości wywołuje ciężar słupa płynu o jednostkowym przekroju, który jest nad danym punktem.

Przykładowe zastosowania prawa Pascala:
pompowanie dętki, materaca, układy hamulcowe, dmuchanie balonów, młot pneumatyczny, działanie urządzeń pneumatycznych (prasa pneumatyczna)
działanie urządzeń hydraulicznych (układ hamulcowy, podnośnik hydrauliczny, prasa hydrauliczna, pompa hydrauliczna,)






 
 

Siła wyporu – siła działająca na ciało zanurzone w płynie czyli w cieczy lub gazie w obecności ciążenia. Jest skierowana pionowo do góry - przeciwnie do ciężaru. Wartość siły wyporu jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało.



gdzie:

ρ– gęstość płynu
g – przyspieszenie grawitacyjne, zazwyczaj przyjmuje się przyspieszenie ziemskie (9,81 m/s2)
V – objętość wypieranego płynu równa objętości części ciała zanurzonego w płynie.
Zależność ta stanowi treść prawa Archimedesa.

Dzięki sile wyporu statki wodne i inne ciała unoszą się na powierzchni wody, a balony i sterowce unoszą w powietrzu.



Paradoks hydrostatyczny - paradoks związany z mechaniką płynów, polegający na tym, że ciśnienie na dnie naczynia nie zależy wprost od ciężaru cieczy zawartej w naczyniu a zależy od wysokości słupa cieczy nad dnem. Natomiast parcie cieczy na dno naczynia zależy od pola powierzchni dna, wysokości słupa cieczy i ciężaru właściwego cieczy. Wynika z tego, że parcie cieczy na dno w naczyniach o różnych kształtach będzie takie samo, jeżeli pole powierzchni dna każdego z tych naczyń i wysokość słupa cieczy w tych naczyniach będą równe.

Fakt ten, stwierdzony po raz pierwszy przez holenderskiego uczonego Simona Stevina w XVI w., wydawał się wówczas paradoksalny, dlatego i dziś często nazywany jest paradoksem. Nazywany bywa także paradoksem Pascala, ponieważ Blaise Pascal w roku 1648 spopularyzował go demonstrując publicznie rozsadzenie beczki przy pomocy niewielkiej ilości wody (zobacz ilustrację). Doświadczenie to ilustrowało równocześnie prawo odkryte przez Pascala i nazwane jego imieniem

Zależność siły ciężkości od siły wyporu cieczy

Jeśli siła ciężkości przeważa (jest większa od siły wyporu) to ciało tonie.

Jeśli siła ciężkości jest równa sile wyporu to ciało pływa zanurzone do połowy.

Jeśli siła ciężkości jest mniejsza od siły wyporu to ciało pływa.



 
 
 
 
 

COPYRIGHT© FIZYKA W GIMNAZJUM 2013-2014

Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego