Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

SPIS TREŚCI BUDOWA WEWNĘTRZNA GAZÓW PARCIE I CIŚNIENIE WYWIERANE PRZEZ GAZY BUDOWA MANOMETRU SPRĘŻYNOWEGO PARCIE I CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE BAROMETR RTĘCIOWY ANEROID, BAROMETR SPRĘŻYNOWY ARCHIMEDES PRAWO ARCHIMEDESA WARUNKI PŁYWANIA CIAŁ WYZNACZANIE GĘSTOŚCI ZA POMOCĄ PRAWA ARCHIMEDESA

Cząsteczki są luźno rozrzucone w przestrzeni, Poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach z dużą prędkością, Odległości między cząsteczkami są w porównaniu z ich rozmiarami duże. oddziaływania międzycząsteczkowe są bardzo słabe. Charakterystyczną cechą gazów jest to, że nie mają określonego kształtu i przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują. Nie posiadają stałej objętości (są ściśliwe i rozprężliwe) Dlaczego gazy nie mają określonego kształtu?Cząsteczki prawie ze sobą nie oddziałują. Dlaczego można zmniejszyć ich objętość, czyli dlaczego są ściśliwe? Odległości pomiędzy cząsteczkami są bardzo duże i łatwo je zbliżyć. Jak szybko poruszają się cząsteczki gazu? Prędkość ruchu cząsteczek jest bardzo duża. np. w temperaturze pokojowej średnia prędkość cząsteczek tlenu czy azotu wynosi około 500m/s

W trakcie swego ruchu cząsteczki gazu zderzają się ze ściankami naczynia. Wypadkowa sił wywieranych na ścianki podczas zderzeń nazywana jest siłą parcia gazu( P lub Fn ). Jest to jeden z rodzajów sił nacisku. Siła parcia(podobnie jak inne siły nacisku) działa zawsze prostopadle na powierzchnię. Efekt działania siły parcia zależy od powierzchni na jaką jest ona wywierana. Ciśnienie to siła parcia wywierana na powierzchnię jednostkową. Do pomiaru ciśnienia wykorzystuje się manometry. A.Manometry sprężynowe działają na zasadzie zależności odkształcenia sprężystego od ciśnienia. B. Zasada działania manometrów cieczowych polega na pomiarze przemieszczenia się cieczy w naczyniach połączonych. Przemieszczenia te są wynikiem ustalenia się równowagi pomiędzy mierzonym ciśnieniem a hydrostatycznym ciśnieniem słupa cieczy manometrycznej. W rezultacie pomiar ciśnienia sprowadza się do pomiaru wysokości słupa cieczy oraz wyznaczenia jej gęstości.

1 - koło zębate sprzężone z wskazówką (6); 2 - dźwignia zębata; 3 - oś obrotu dźwigni zębatej (2); 4 - cięgno; 5 - sprężysta rurka wychylająca się pod wpływem ciśnienia P; 6 - wskazówka manometru; 7 - część chwytowa, umożliwiająca wkręcenie manometru w gniazdo montażowe; 8 - gwint. Budowa manometru sprężynowego

Czym jest ciśnienie atmosferyczne? Ziemia otoczona jest atmosferą, czyli mieszaniną gazów – powietrzem. Powietrze ma swój ciężar, to znaczy, że wywiera pewne ciśnienie. Na poziomie morza średnie ciśnienie wynosi około 1013 hPa ( Pa) Siła nacisku na 1m 2 powierzchni wynosi: P = p S Na każdy metr kwadratowy powierzchni działa siła odpowiadająca ciężarowi ciała o masie kg, czyli 10 ton (lub na każdy centymetr kwadratowy 1 kg)! Dlaczego ciśnienie atmosferyczne wysoko w górach jest mniejsze niż ciśnienie na poziomie morza? Ciśnienie zależy od wysokości słupa powietrza znajdującego się powyżej miejsca, w którym je mierzymy, więc wysoko w górach będzie ono niższe niż na poziomie morza. Na przykład, na szczycie Mount Everest (wysokość 8848 m n.p.m.) średnie ciśnienie jest ponad trzy razy niższe niż na poziomie morza.

Nurek pracuje na dnie morza na głębokości 30m. Jakie działa na niego ciśnienie? Gęstość wody morskiej wynosi ϱ = 1025 kg/m 3. Dane: h = 30m; ϱ = 1025 kg/m 3 ; g = 10N/m 2 Na nurka działa ciśnienie 3075 hPa 3075 hPa określa tylko ciśnienie hydrostatyczne działające na nurka! Na powierzchnię morza działa ciśnienie atmosferyczne o wartości ok hPa. W rzeczywistości na nurka działa ciśnienie równe sumie ciśnień atmosferycznego i hydrostatycznego p = 3075 hPa hPa = 4088 hPa

Barometr rtęciowy Składa się z otwartego zbiornika rtęci i wstawionej weń pionowej rurki szklanej, zasklepionej u góry i próżnej. Ciśnienie wypycha rtęć do rurki do takiej wysokości, w jakiej ciężar słupka zrównoważy ciśnienie powietrza. Pierwszy barometr, tzw. barometr rtęciowy, został wynaleziony w 1643 przez E. Torricellego. Został ulepszony w 1665 przez R. Hooke'a, który wprowadził podziałkę umożliwiającą bezpośrednie odczytywanie wysokości słupa rtęci w rurce nad poziomem cieczy w naczyniu. Zasadniczo w tej postaci barometr rtęciowy przetrwał do dziś i znajduje powszechne zastosowanie w meteorologii.

Przez długi czas ciśnienie mierzono w milimetrach słupka rtęci (jednostkę tę na cześć Torricellego nazwano Torem). Jakiemu ciśnieniu (wyrażonemu w paskalach) odpowiada 760 mm słupka rtęci? Ciśnienie atmosferyczne równoważone jest przez ciśnienie wywierane przez słup rtęci o wysokości h = 760 mm = 0,76 m Korzystamy ze wzoru na ciśnienie hydrostatyczne: p = ϱ g h Gęstość rtęci ϱ = kg/m 3 Przykład

Aneroid, barometr sprężynowy Zbudowany jest z puszki metalowej w której znajduje się gaz pod niskim ciśnieniem, szczelnie zamkniętej z jednej strony odpowiednio sprężystą membraną, która się odkształca gdy zmienia się ciśnienie atmosferyczne. Te odkształcenia, za pomocą układu dźwigienek, przekazywane są na wskazówkę wskazującą wartość ciśnienia atmosferycznego. Tak zbudowany barometr nazywa się aneroidem. Ruchy wieka przenoszą się na ruch wskazówki, która na skali pokazuje wielkość ciśnienia. Barometr może być zaopatrzony dodatkowo w urządzenie piszące, które pozwala prześledzić zmiany ciśnienia w ostatnim czasie. Taki barometr to barograf (aneroid samopiszący), a zapis nazywa się barogramem.

Eureka! (gr. heurisko oznacza dosłownie "znajduję"). Wykrzyknienie tego słowa przypisuje się Archimedesowi, greckiemu filozofowi przyrody i matematykowi. Miał on wydać ów okrzyk pod wpływem odkrycia podstawowego prawa hydrostatyki, innymi słowy, podczas kąpieli, kiedy to zauważył, że przedmioty zanurzone w wodzie stają się lżejsze o tyle, ile waży wypierana przez nie woda. Archimedes wybiegł rzekomo prosto na ulicę, powodując zainteresowanie przechodniów ateńskich. Jego krzyk również został zapamiętany, a dziś eureka oznacza radość z odkrycia lub dobrego pomysłu. ARCHIMEDES GRECKI FIZYK I MATEMATYK Urodzony: 287r. p.n.e. Syrakuzy - Sycylia Zmarł ok. 212r. p.n.e.

1.Naczynie jest wypełnione cieczą o gęstości ϱ c 2.Na górną powierzchnię działa siła parcia cieczy P 1 = ϱ c h 1 g S – zwrot w dół 3.Na dolną powierzchnię działa siła parcia P 2 = ϱ c h 2 g S – zwrot do góry Wypadkowa tych sił nazwana jest siłą wyporu Fw S to pole podstawy zanurzonego prostopadłościanu h = h 2 – h 1 to wysokość prostopadłościanu czyli h S = V – objętość prostopadłościanu Pamiętajmy, że objętość wypartej cieczy równa jest objętości zanurzonego w niej ciała !!!

ρ c V= m to masa wypartej cieczy m g – to ciężar wypartej cieczy PRAWO ARCHIMEDESA Na każde ciało zanurzone w cieczy (lub gazie) działa siła wyporu o kierunku pionowym i zwrocie w górę, równa co do wartości ciężarowi wypartej cieczy (gazu) V - objętość zanurzonego ciała lub jego zanurzonej części ρ c - gęstość cieczy, w której zanurzono ciało. g - wartość przyspieszenia ziemskiego Cechy siły wyporu: A.punkt przyłożenia – w ciele B.kierunek – pionowy C.zwrot – do góry D.wartość - ϱ c g V =m c g

Oblicz siłę wyporu działającą na zanurzony w wodzie żelazny sześcian o boku 30 cm, jeśli gęstość wody wynosi 1000 kg/m 3. Przykład Dane: a = 30 cm = 0,3 m - długość boku sześcianu ρ c = 1000 kg/m 3 g = 10 N/kg - przyspieszenie ziemskie Korzystamy z prawa Archimedesa: Objętość sześcianu V = a 3 V =(0,3m) 3 = 0,027 m 3 F w = 0, [m 3 N/kg kg/m 3 = N] F w = 270 N Na ciało działa siła wyporu o wartości 270 N

Na ciało ciągle działa niezmienna siła ciężkości (F G ) o tym samym kierunku co (F w ) lecz o przeciwnym zwrocie Rozpatrzmy 3 przypadki: 1.Ciężar ciała jest większy od wartości siły wyporu. 2.Ciężar ciała jest równy sile wyporu 3.Ciężar ciała jest mniejszy od siły wyporu Przypadek 1 Gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy Ciało tonie

Przypadek 2 Gęstość ciała równa gęstości cieczy. Przypadek 3 Gęstość ciała mniejsza gęstości cieczy. Ciało wynurza się z cieczy dotąd, aż zmniejszona siła wyporu zrównoważy jego ciężar Ciało może pływać zanurzone w cieczy częściowo (statki, łodzie) lub całkowicie.(stwory morskie, łodzie podwodne)

Ciało tonie gdy ciężar ciała jest większy od siły wyporu cieczy (gęstość ciała > gęstości cieczy) Ciało wypływa gdy ciężar ciała jest mniejszy od siły wyporu cieczy (gęstość ciała < gęstości cieczy) Ciało pływa na dowolnej głębokości całkowicie zanurzone, gdy ciężar ciała jest równy sile wyporu cieczy (gęstość ciała = gęstości cieczy) W naczyniu wypełnionym wodą na pewnej głębokości umieszczona została kulka o objętości 20 cm 3 i gęstości 4000 kg/m 3. Co stanie się z tą kulką w przyszłości. Kulka utonie, gdyż jej gęstość jest większa od gęstości wody. Przykład

Ciało w kształcie kulki zawieszamy na wadze sprężynowej i odczytujemy wartość jego ciężaru F 1 = 15 N. Następnie zanurzamy je w glicerynie (ρ c = gęstość gliceryny wynosi 1260 kg/m 3 ). Po zanurzeniu ciężar ciała wynosi F 2 = 7 N. Oblicz gęstość zanurzonego ciała. Znając Prawo Archimedesa wiemy, że przyczyną zmiany ciężaru jest siła wyporu, która działa na ciało po umieszczeniu go w cieczy. Wartość siły wyporu jest różnicą pomiędzy wartością pierwszego ciężaru, a wartością drugiego ciężaru. F W = F 1 – F 2 Z prawa Archimedesa: 1. Wyznaczamy V (objętość wypartej cieczy = objętości ciała) ρ gl g V = F 1 – F 2 V = F 1 – F 2 / ϱ gl g V = (15N – 7N) : (1260kg/m 3 10 N/kg) V = 0,00064 m 3 WYZNACZANIE GĘSTOŚCI ZA POMOCĄ PRAWA ARCHIMEDESA

2. Wyznaczamy masę ciała Ciężar ciała: F 1 = m g to m = F 1 /gm = 15N/ 10N/kg m = 1,5 kg 3. Mając daną masę i objętość obliczamy gęstość:: Gęstość ciała wynosi ok..

Przykłady sił wyporu W cieczy: statki pływające po powierzchni - siła wyporu równoważy siłę ciężkości drobiny pary unoszące się do góry podczas wrzenia są znacznie lżejsze od wody, więc wypływają na powierzchnię lód jest lżejszy od wody, ponieważ przy zamarzaniu zwiększa swoją objętość, więc unosi się na jej powierzchni W gazie: 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.

Bibliografia Repetytorium Gimnazjalisty wyd. Greg Hydrostatyka R. M Polak