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 SIŁA NACISKU CIŚNIENIE WŁASNOŚCI CIECZY PARCIE CIECZY NA DNO NACZYNIA CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE NACZYNIA POŁĄCZONE

Jest jedną z najczęściej spotykanych w naszym, codziennym świecie sił. Siły tej nie wiążemy z jakimś konkretnym oddziaływaniem, lecz z rolą jaką pełni wobec ciał. Siła nacisku zawsze związana jest z jakąś powierzchnią. Siła nacisku jest prostopadła do powierzchni, na którą działa. N PC – siła nacisku powierzchni na ciało, podtrzymująca to ciało przed upadkiem (skierowana do góry) N CP - siła nacisku ciała na powierzchnię pod nią - przyciskający ją (skierowana w dół) Mimo iż siły te mają takie same wartości i kierunki oraz przeciwne zwroty, to nie równoważą się wzajemnie. Nie działają na to samo ciało!

Powierzchnia na której leży ciało swoim naciskiem (skierowanym do góry!), podtrzymuje je, przeciwstawiając się spadaniu. W takiej sytuacji siła nacisku powierzchni na ciało zrównoważy siłę ciężkości. Siły nacisku i ciężkości równoważą się ponieważ działają na to samo ciało, mają takie same wartości i kierunki, ale przeciwne zwroty. Siłę nacisku jaką ciecz lub gaz wywiera na daną powierzchnię nazywamy parciem Cechy siły parcia: punkt przyłożenia – w środku wybranego elementu powierzchni ciała kierunek – prostopadły do powierzchni zwrot – na zewnątrz powierzchni wartość – zależy od ilości zderzeń cząsteczek z elementem powierzchni ciała

Wartość siły nacisku wywieranej przez gaz, ciecz lub ciało stałe na jednostkę powierzchni nazywamy ciśnieniem Wartość siły nacisku Ciśnienie = Pole powierzchni p S F Wzór na ciśnienie: Jednostki ciśnienia: 1hPa = 100Pa 1kPa = 1000Pa Ciśnienie jest wielkością skalarną. Ciśnienie ma wartość 1 Pa, jeśli na powierzchnię 1 m 2 działa siła nacisku (parcia) o wartości 1 N

Przykład Oblicz jakie ciśnienie może wywierać prostopadłościenny klocek na powierzchnię, na której spoczywa. Jego ciężar wynosi 10N, a krawędzie: 5 cm, 4cm, 10cm Dane: F = 10N; a = 5cm = 0,05m; b = 4cm = 0,04m; c = 10cm = 0,1m Klocek może spoczywać na trzy sposoby: 1.powierzchnią a x b > S 1 = 0,05m 0,04m = 0,002m 2 2.powierzchnią a x c > S 2 = 0,05m 0,1m = 0,005m 2 3.powierzchnią b x c > S 3 = 0,04m 0,1m =0,004m 2 Obliczmy ciśnienia wywierane przez klocek: 1.p 1 = 10N:0,002m 2 = 5000N/m 2 = 5000 Pa 2.p 2 = 10N:0,005m 2 = 2000N/m 2 = 2000 Pa 3.p 3 = 10N:0,004m 2 = 2500N/m 2 = 2500 Pa Ciśnienie wywierane przez klocek na podłoże może mieć trzy różne wartości, w zależności od tego, na którym boku klocek spoczywa. Wynoszą one: 5000Pa, 2500Pa i 2000Pa. Kiedy wywierasz większe ciśnienie na lód? Stojąc na łyżwach czy na butach ???

Ciecze posiadają stan pośredni pomiędzy stanem stałym i gazowym. Pewne własności cieczy pokrywają się z własnościami ciał stałych, inne gazów. W porównaniu z gazami, odległości międzycząsteczkowe w cieczach są mniejsze, a siły wzajemnego oddziaływania większe. Każda cząsteczka cieczy przebywa stale w sferze oddziaływania sił przyciągających pochodzących od otaczających ją innych cząsteczek. Niezależnie od tych sił przyciągania pojawiają się także przy mniejszych odległościach siły wzajemnego odpychania. Tradycyjny, pochodzący z XVII wieku podział stanów skupienia, wyróżnia trzy stany skupienia: Podział ten wynika z podstawowych własności substancji w danym stanie: stały – trudno zmienić objętość i kształt, ciekły – trudno zmienić objętość, a kształt łatwo, gazowy – łatwo zmienić objętość i kształt, ciało zajmuje całą dostępną mu przestrzeń.

Parcie hydrostatyczne P jest to siła, z jaką ciecz pozostająca w stanie równowagi (spoczynku) działa na ograniczające ją lub zanurzone w niej powierzchnie (np. ściany zbiornika). Siła ta działa prostopadle do powierzchni, ze zwrotem ku tej powierzchni. Parcie cieczy na dno naczynia jest wywołane ciężarem cieczy w naczyniu. Wartość parcia wywieranego przez ciecz na dno naczynia zależy od: Rodzaju cieczy – gęstości cieczy (masa właściwa) ( ϱ ) Wartości pola powierzchni dna naczynia (S) Wysokości słupa cieczy(h) Parcie = gęstość x przyspieszenie ziemskie x powierzchnia x wysokość Jeśli ściany boczne naczynia nie są prostopadłe do jego dna to parcie cieczy na dno naczynia nie jest równe jej ciężarowi.

Przykład Naczynie prostopadłościenne o podstawie kwadratowej, o krawędzi podstawy a = 1m i wysokości h = 3m, zostało całkowicie wypełnione wodą. Oblicz siłę parcia działającą na dno naczynia. Gęstość wody ϱ = 1000kg/m 3 Dane: h = 3m; a = 1m; ϱ = 1000kg/m 3 ; g 10 N/kg a h Do naczynia o kształcie jak na rysunku wlano wodę do wysokości h = 3m. Podstawą naczynia jest kwadrat o boku a = 1m. Oblicz siłę parcia na dno naczynia. W obu przypadkach wynik jest taki sam, mimo, że w drugim przypadku użyto znacznie mniej wody. Parcia cieczy o gęstości ρ, mające taką samą wysokość h, wywierane w naczyniach na ich dna o takiej samej powierzchni S są jednakowe niezależnie od kształtu tych naczyń. Zjawisko takie nazywamy paradoksem hydrostatycznym.

W jakim stosunku mają się do siebie wartości sił parcia cieczy działających na dna naczyń ukazanych na poniższym rysunku. ϱ 1 ϱ2ϱ2 ϱ3ϱ3 V1V1 V2V2 V3V3 wszystkie naczynia mają takie samo pole powierzchni dna S taki sam słup wysokości cieczy różnią się: kształtem, objętością cieczy w naczyniu gęstością. gdyby wszystkie substancje posiadały jednakową gęstość to stosunek wartości sił parcia działających na dna naczyń wynosiłby 1:1:1. ( PRADOKS HYDROSTATYCZNY) Ciecze różnią się gęstością. Korzystając ze wzoru P= ρghS P 1 = ρ 1 ghS P 2 = ρ 2 ghS p 3 = ρ 3 ghS P 1 :P 2 :P 3 = ρ 1 :ρ 2 :ρ 3

W naczyniu o polu podstawy S znajduje się ciecz o gęstości ϱ. Ciecz wypełnia naczynie do wysokości h. Jakie ciśnienie wywiera ta ciecz na dno naczynia? Wartość siły nacisku Ciśnienie = Pole powierzchni pS F Wzór na ciśnienie Siła nacisku wywierana przez ciecz na dno naczynia Wzór na ciśnienie hydrostatyczne

Obliczamy jednostkę ciśnienia hydrostatycznego: Ciśnienie w cieczy zależy od: wysokości słupa cieczy (h) gęstości cieczy ( ϱ ) (im gęstsza ciecz, tym większe jest wywierane ciśnienie) wartości przyspieszenia grawitacyjnego.(g) Nie zależy od pola powierzchni dna naczynia Inaczej można powiedzieć, że na większych głębokościach, gdzie wysokość słupa cieczy jest większa, ciśnienie cieczy jest większe. Na ciało zanurzone na różnych głębokościach wywierane jest różne ciśnieniem głębiej, tym ciśnienie jest większe, bo słup cieczy jest wyższy..

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 Przykład Jaką wysokość musi mieć słup wody, aby jego ciśnienie było równe ciśnieniu słupa rtęci o wysokości 1m. Gęstość rtęci kg/m 3, gęstość wody 1000 kg/m 3 Dane: hr =1m; ϱ r = kg/m 3 ; ϱ w = 1000 kg/m 3 ; p rtęci = p wody szukane: hw = ? Aby znać ciśnienie wywierane przez wodę trzeba wyliczyć ciśnienie wywierane przez rtęć.

II sposób Słup wody musi mieć wysokość 13,6m. Obliczmy wysokość słupa wody przy którym ciśnienie p =136000Pa

Jeżeli naczynia zostaną połączone w taki sposób, że będzie możliwy swobodny przepływ cieczy z jednego do drugiego, wtedy o takich naczyniach mówi się naczynia połączone. W sytuacji, gdy napełnimy oba naczynia taką samą cieczą, czyli cieczą jednorodną, to ustali się jednakowy jej poziom w naczyniach, niezależnie od ich kształtu. Ciśnienie w cieczy będzie jednakowe. Wynika to z faktu, że ciecz dąży do przyjęcia takiego stanu, w którym ciśnienia w poszczególnych naczyniach są sobie równe.

Jeżeli w naczyniach połączonych znajdują się dwie ciecze o różnych gęstościach, niemieszające się ze sobą, to wysokości ich słupów są odwrotnie proporcjonalne do ich gęstości. Równowaga zaistnieje tylko wtedy, gdy p 1 = p 2 czyli gdy ρ 1 gh 1 = ρ 2 gh 2 po uproszczeniu otrzymujemy ρ 1 h 1 = ρ 2 h 2 Przykład Do naczynia wlano wodę, a następnie do jednego z ramion wlano glicerynę. Dane: h 1 = 63cm = 0,63mszukane h 2 = ? ρ 1 wody = 1000 kg/m 3 ρ 2 gliceryny = 1260 kg/m 3 p 1 = p 2 ρ 1 gh 1 = ρ 2 gh 2 h 1 ϱ 1 = h 2 ϱ 2 h 2 = h 1 ϱ 1 / ϱ 2 Wysokość słupa gliceryny wynosi 0,5m

Ciecz wywiera …………..na dno i na……….. ściany naczynia. Nazywa się ono…………………………… Ciśnienie cieczy zwane…………………… wywierane na dno i ściany boczne naczynia oraz na ciało w niej zanurzone zależy od …………………………………. czyli wysokości słupa cieczy (h) oraz od ……………………… cieczy ( ϱ )

Bibliografia Fizyka – w świecie materii Francuz, Kulawik Fizyka 6 A. Kaczorowska Kompendium gimnazjalisty E.Gaca