Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt."— Zapis prezentacji:

1 Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt Z FIZYKĄ, MATEMATYKĄ I PRZEDSIĘBIORCZOŚCIĄ ZDOBYWAMY ŚWIAT !!! jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA

2 Prezentacja międzyszkolnej grupy projektowej Nazwy szkół: Gimnazjum nr 58 im. Jana Nowaka Jeziorańskiego w Poznaniu Gimnazjum Towarzystwa Salezjańskiego w Szczecinie ID grup: 98/62_MF_G2 98/84_MF_G2 Kompetencja: matematyczno- fizyczna Temat projektowy: Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne. Prawo Archimedesa i Pascala Semestr/rok szkolny: semestr zimowy ; 2010/2011

3 Definicja ciśnienia Jest to stosunek siły nacisku (parcia) i powierzchni na którą ta siła działa. gdzie: p – ciśnienie, F N – siła parcia, S – pole powierzchni

4 JEDNOSTKI CIŚNIENIA Jednostką ciśnienia w układzie SI jest paskal. 1Pa = 1N/m² INNE JEDNOSTKI CIŚNIENIA milimetr słupa rtęci (Tor) atmosfera fizyczna atmosfera techniczna bar

5 CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE Ciśnieniem atmosferycznym nazywamy ciśnienie wywierane przez warstwę powietrza otaczającego Ziemię (atmosferę).

6 Ciśnienie atmosferyczne – stosunek wartości siły, z jaką słup powietrza atmosferycznego naciska na powierzchnię Ziemi, do powierzchni, na jaką ten słup naciska. Zależy od wysokości n.p.m., temperatury powietrza oraz szerokości geograficznej Na poziomie morza w przybliżeniu równe jest ciśnieniu, jakie wywiera słup rtęci o wysokości 760 mm.

7 W dobrym przybliżeniu zmiany ciśnienia atmosferycznego z wysokością n.p.m. opisuje funkcja wykładnicza, ciśnienie atmosferyczne spada do połowy swojej wartości co każde 6 km, tj. np. na wysokości 12 km stanowi 25% ciśnienia na poziomie morza. Im wyżej tym powietrze staje się coraz rzadsze i chłodniejsze. Wykres zależności ciśnienia powietrza od wysokości n.p.m

8 Mount Everest Mount Everest Przykładowo, ciśnienie na wierzchołku Mount Everest (8 848 m n.p.m.) wynosi ok. 280 hPa, czyli jest w przybliżeniu 3,5 razy mniejsze niż na poziomie morza. Natomiast połowa ciśnienia z poziomu morza, czyli 500 hPa, występuje na wysokości ok m n.p.m. Ciśnienie rzeczywiste przeliczone do wysokości poziomu morza nazywa się ciśnieniem znormalizowanym.

9 Przykłady wykorzystania w praktyce ciśnienia atmosferycznego picie płynów przez rurkę, nabieranie płynu do strzykawki i pipety, używanie przyssawek i pompek do udrażniania zlewów

10 PRZYRZĄD DO POMIARU CIŚNIENIA ATMOSFERYCZNEGO - BAROMETR Pierwszy barometr rtęciowy, został wynaleziony w 1643 roku przez E. Torricellego w związku z jego badaniami nad ciśnieniem atmosferycznym (ściśle: Torricelli opracował projekt urządzenia, a wykonał je jego współpracownik Vincenzo Viviani). Była to rurka szklana długości około 1 metra, zamknięta na jednym końcu i połączona ze zbiorniczkiem rtęci tak, że całość (rurka, zbiorniczek, powietrze) stanowiły naczynia połączone; rurka wypełniona była rtęcią. Przy pionowym ustawieniu barometru słupek rtęci w rurce opadał (nad nim wytwarzała się próżnia) do pewnego poziomu. Wysokość słupa rtęci w rurce nad poziomem rtęci w zbiorniczku odpowiadała równowadze ciśnienia słupa rtęci i ciśnienia otaczającego powietrza. Wysokość ta jest więc miarą ciśnienia atmosferycznego.

11 Barometr rtęciowy został ulepszony w 1665 roku przez R. Hooke´a, który wprowadził podziałkę umożliwiającą bezpośrednie odczytywanie wysokości słupka rtęci w rurce nad poziomem cieczy w naczyniu. Zasadniczo w tej postaci barometr rtęciowy przetrwał do dziś i znajduje powszechne zastosowanie w meteorologii. Jest to przyrząd stosunkowo dokładny, jednakże niewygodny w użyciu (przede wszystkim ze względu na to, że stanowi naczynie z cieczą). Wygodniejszy i dlatego znacznie bardziej rozpowszechniony jest inny typ barometru - barometr metalowy, zwany też aneroidem, wynaleziony w 1844 roku przez L. Vidiego

12 Aneroid Składa się ze szczelnie zamkniętego naczynia z nieznacznie rozrzedzonym powietrzem oraz wskazówki mechanicznie połączonej ze ścianą tego pojemnika. Przy wahaniach ciśnienia atmosferycznego powierzchnia ścianki wygina się i tym samym porusza wskazówką.Jego zasadniczą częścią jest próżniowa puszka membranowa (tzw. puszka Vidiego), której odkształcenia - spowodowane zmiennością ciśnienia atmosferycznego - są przenoszone na wskazówkę.

13 Półkule magdeburskie W 1654 burmistrz Magdeburga Otto von Guericke w obecności księcia pruskiego Fryderyka Wilhelma przeprowadził doświadczenie, podczas którego dokładnie przylegające do siebie półkule zostały opróżnione z powietrza za pomocą pompy tłokowej.

14 Półkule magdeburskie Po wypompowaniu powietrza z wnętrza kuli obydwa jej segmenty przylegały do siebie tak mocno, że szesnaście koni - osiem z każdej strony, nie było w stanie ich rozerwać. Dzięki temu eksperymentowi Guericke udowodnił nie tylko istnienie próżni, ale również istnienie ciśnienia atmosferycznego, które działając na półkule o dużych powierzchniach powoduje ich trwałe połączenie.

15 PÓŁKULE MAGDEBURSKIE

16 Archimedes z Syrakuz (gr. ρχιμήδης Συρακόσιος Archimedes ho Syrakosios; ok p.n.e.) – grecki filozof przyrody i matematyk urodzony i zmarły w Syrakuzach; wykształcenie zdobył w Aleksandrii. Był synem astronoma Fidiasza i prawdopodobnie krewnym lub powinowatym władcy Syrakuz Herona II.

17 Legenda o odkryciu prawa wyporu Władca Syrakuz, Hieron II, powziął podejrzenie, że złotnik, któremu powierzono wykonanie korony ze szczerego złota, sprzeniewierzył część otrzymanego na to kruszcu i w zamian dodał pewną ilość srebra. W celu rozwiania trapiących go wątpliwości zwrócił się do Archimedesa z prośbą o ustalenie, jak sprawa ma się naprawdę. Prośbę swą Hieron II obwarował żądaniem, którego spełnienie przekreślało, wydawałoby się, możliwość uczynienia zadość życzeniu władcy. Otóż w żadnym wypadku Archimedes nie mógł zepsuć misternie wykonanej korony, istnego arcydzieła sztuki złotniczej. Długo, aczkolwiek bezskutecznie, rozmyślał fizyk nad sposobem wybrnięcia z sytuacji.

18 Pewnego razu Archimedes, zażywając kąpieli w wannie i nieustannie rozmyślając nad powierzonym mu zadaniem, zauważył, że poszczególne członki jego ciała są w wodzie znacznie lżejsze niż w powietrzu. Nasunęło mu to myśl, że istnieje określony stosunek między zmniejszeniem się ciężaru ciała zanurzonego, a ciężarem wypartego płynu (prawo Archimedesa). Zachwycony prostotą własnego odkrycia wybiegł nago z wanny z radością krzycząc Heureka ! Heureka!, co znaczy po grecku Znalazłem!.

19 Stanąwszy przed obliczem Hierona, Archimedes łatwo wykazał fałszerstwo złotnika. Okazało się bowiem, że korona, niby szczerozłota, wyparła więcej cieczy, niż równa jej co do wagi bryła złota, co oznacza, że miała większą objętość, a więc mniejszą gęstość – nie była ze złota. Wbrew powszechnemu przekonaniu Archimedes nie zastosował jednak swojego nowo odkrytego prawa – nie mierzył spadku ciężaru korony, lecz ilość wypartej wody.

20 Wynik doświadczenia: Po zanurzeniu woreczka w wodzie siłomierz wskazuje około zera. Wniosek: Ciężar woreczka z wodą (równy w przybliżeniu ciężarowi wody w woreczku) został zrównoważony przez działającą na woreczek w górę siłę wyporu F w F w =F c wody w woreczku DOŚWIADCZENIE

21 objętość wody wypartej przez woreczek jest równa objętości wody w woreczku, więc F c wypartej wody = F c woreczka z wodą woreczek spoczywa więc jest spełniona dla niego I zasada dynamiki F w= F c woreczka z wodą zatem F w = F c wypartej wody Wartość siły wyporu jest równa ciężarowi wypartej wody.

22 Wartość siły wyporu Fw jest równa wartości ciężaru wody Fc wypartej przez zanurzone w niej ciało. Fw = Fc Fc = mc ·g mc= ρc ·V więc Fc = ρc ·V ·g zatem Fw = ρc ·V ·g gdzie: ρc - gęstość cieczy V – objętość wypartej cieczy=objętości zanurzonego w niej ciała g – przyspieszenie ziemskie g=10m/s 2

23 Prawo Archimedesa dotyczy również ciał zanurzonych w gazach. Prawo Archimedesa Prawo Archimedesa Na każde ciało zanurzone w cieczy działa zwrócona do góry siła wyporu F w o wartości równej wartości ciężaru cieczy wypartej przez to ciało. F w = ρ c ·V ·g gdzie: ρ c - gęstość cieczy V –objętość ciała lub jego zanurzonej części g – przyspieszenie ziemskie g=10m/s 2

24 Przykłady sił wyporu W cieczy: statki pływające po powierzchni – siła wyporu równoważy siłę ciężkości; łodzie podwodne – statki te mają możliwość manewrowania siłą wyporu i siłą ciężkości, dzięki czemu są w stanie zanurzać się i wynurzać; ryby stosują zasady takie jak łodzie podwodne; bąbelki pary unoszące się do góry podczas wrzenia są znacznie lżejsze od wody, więc wypływają na powierzchnię; lód jest lżejszy od wody, więc unosi się na jej powierzchni. Większość obiektów swobodnie pływających w wodzie ma ciężar właściwy zbliżony do ciężaru wody. Dzięki temu mogą one łatwo manewrować swoją pływalnością - wynurzać się lub zanurzać głębiej.

25 W gazie: balony, sterowce – manewrując ciężarem (balast) lub wartością siły wyporu (wypuszczanie gazu nośnego, lub zmiana jego ciężaru właściwego za pomocą podgrzewania). bańki mydlane zawierające ogrzane powietrze z płuc początkowo unoszą się do góry (chyba, że otaczająca je powłoka z mydła jest zbyt ciężka). ogrzana para wodna jest lekka, więc wznosi się do góry tworząc chmury. Po oziębieniu skrapla się i nabiera ciężaru (w sensie ciężaru właściwego), co powoduje, że ostatecznie spada w postaci deszczu.

26 Statki służą człowiekowi od wieków, ale mimo to nie każdy wie w jaki sposób unoszą się one na wodzie. Otóż o tym, czy ciało pływa, decyduje powiązanie między jego objętością a masą. Jeżeli objętość części statku zanurzonej w wodzie będzie wystarczająco duża, będzie on pływał, niezależnie od materiału z jakiego został wykonany

27 Dzieje się tak za sprawą prawa Archimedesa, które mówi, że na ciało zanurzone w cieczy działa zwrócona pionowo w górę siła wyporu, której wartość jest równa ciężarowi wypartej cieczy przez to ciało. Dlatego też im kadłub jest bardziej zanurzony, tym więcej wypiera wody, co powoduje wzrost siły wyporu. Gdy siła ta jest większa lub równa sile ciężkości statek może unosić się na wodzie.

28 Linia wody

29

30

31 Film

32 Nurek Kartezjusza

33 Zmniejszamy ciśnienie zewnętrzne

34 Ciśnienie hydrostatyczne To ciśnienie spowodowane ciężarem cieczy. Jeśli w naczyniu lub zbiorniku znajduje się słup cieczy o wysokości h, to wywiera on na dno ciśnienie hydrostatyczne o wartości: p h = d g h gdzie: d - gęstość cieczy, g - przyspieszenie ziemskie, h- wysokość słupa cieczy Wzór powyższy można wyprowadzić ze wzoru definiującego ciśnienie

35 Wykres zależności ciśnienia hydrostatycznego od wysokości słupa wody w zbiorniku

36 Od czego zależy ciśnienie hydrostatyczne?

37 NACZYNIA POŁĄCZONE Poziom cieczy we wszystkich naczyniach jest taki sam, podobnie jak wysokość słupa wody h. Ciśnienie hydrostatyczne jest zatem identyczne w każdym z naczyń i nie zależy ono od kształtu naczynia.

38 Na większej głębokości ciśnienie hydrostatyczne jest większe, dlatego z najniższego otworu wypływa ciecz z prędkością o większej wartości Otwory są na tej wysokości, więc ciśnienie hydrostatyczne jest jednakowe

39 Prawo Pascala Ciśnienie spowodowane działaniem z zewnątrz sił na ciecz lub gaz jest przekazywane we wszystkich kierunkach bez zmiany jego wartości. Z prawa tego korzystamy, budując urządzenia hydrauliczne i pneumatyczne: prasy, podnośniki, a także hamulce. My wykorzystaliśmy je do budowy dziadka do orzechów

40 Jak działa nasz nietypowy dziadek do orzechów? Potrzebne przedmioty: Dwie strzykawki napełnione wodą z tłokami o różnych średnicach połączone gumową rurką i odpowiednio przymocowane, orzechy, podkładka.

41 Obserwacje: Orzechy zgniatało się łatwo jeśli zostały umieszczone pod tłokiem o większej średnicy. Wniosek: Z prawa Pascala wynika, że w całym układzie jest jednakowe ciśnienie. Zatem F 1 /S 1 =F 2 /S 2 Gdy na tłok o mniejszej powierzchni S 1 zadziałamy siłą F 1 to na powierzchnię większą S 2 =nS 1 będzie działała większa siła F 2 =nF 1, która umożliwi nam zgniecenie orzecha

42 ZADANIE Oblicz siłę F 2 działającą na orzech jeśli Jan naciska na tłok o r 1 =0,25cm siłą o wartości F 1 =10N, a r 2 =2cm. Pomiń siłę grawitacji oraz opory ruchu. Przyjmij π= 3,14.

43 Dane: Szukane: Wzór: r 1 = 0,25cm=0,0025m F2 p=F 1 :S 1 r 2 =2cm=0,02m F 2 = pS 2 F 1 =10N S= πr 2 Rozwiązanie: S 1 =3,14 (0,0025m) 2 S 1 =0, m 2 S 2 =3,14 (0,02m) 2 S 2 = 0,001256m 2 p= 10N : 0, m 2 p Pa F Pa 0,001256m 2 F2 640N Odpowiedź: Siła jaka działa na orzech wynosi 640N.

44 Źródła informacji: Świat fizyki pod redakcją Barbary Sagnowskiej Fizyka wokół nas – P.W.Hewitt


Pobierz ppt "Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt."

Podobne prezentacje


Reklamy Google