DANE INFORMACYJNE Gimnazjum nr 1 w Kaliszu Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Gardnie Gimnazjum nr 1 w Kaliszu ID grupy: 98/8 _MF_G1, 98/73_MF_G1 Opiekun: Lila Kluza-Howil, Małgorzata Masłowska Kompetencja: matematyczno –fizyczna Temat projektowy: „ Ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne. Prawo Pascala i Archimedesa. ” Semestr/rok szkolny: semestr III /rok szkolny 2010/2011

Cele projektu W zakresie rozwoju wiedzy: Poznanie przez uczniów zjawiska fizycznego jakim jest ciśnienie, a w szczególności ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne. Zrozumienie przebiegu zjawisk związanych z ciśnieniem, zachodzących w cieczach i gazach. Sformułowanie prawa Pascala i Archimedesa i podanie przykładów ich zastosowań. Analizowanie i porównywanie wartości sił wyporu dla ciał zanurzonych w cieczy lub gazie. Wyjaśnianie pływania ciał na podstawie prawa Archimedesa.

CELE PROJEKTU 2. w zakresie umiejętności: planowanie i wykonywanie doświadczeń; formułowanie wniosków wypływających z wykonywanych doświadczeń; wykształcenie umiejętności rozwiązywania zadań problemowych.

CELE PROJEKTU 3. w zakresie postaw: kształcenie umiejętności samodzielnego korzystania z różnych źródeł informacji, gromadzenie, selekcjonowanie i przetwarzanie zdobytych informacji; doskonalenie umiejętności prezentacji zebranych materiałów; kształcenie umiejętności pracy w grupie, również współpracy międzymiastowej; wyrabianie odpowiedzialności za pracę własną i całej grupy.

CIŚNIENIE JAKO WIELKOŚĆ FIZYCZNA

Na początek trochę teorii o ciśnieniu Aby lepiej przewidzieć skutki działania siły, fizycy wprowadzili pojęcie ciśnienia. Ciśnienie to wielkość, która informuje nas o wartości siły działającej na jednostkę powierzchni. W celu obliczenia wartości ciśnienia posługujemy się wzorem: p = F/S Znaczenie symboli:    p – ciśnienie (wyrażane w paskalach - Pa)    F – wartość siły nacisku (wyrażana w niutonach - N).    S – powierzchnia, na którą działa siła(wyrażana w metrach kwadratowych - m2)

Ciśnienie, a powierzchnia na jaką działa siła Obserwujemy, że im mniej-sza jest powierzchnia, na którą wywierany jest taki sam nacisk (ciężar ciała jest cały czas taki sam), tym większe jest ciśnienie.

PRAWO PASCALA

Francuski filozof, matematyk i fizyk. Blaise Pascal  Francuski filozof, matematyk i fizyk. Tematem jego badań były prawdopodobieństwo, próżnia, ciśnienie atmosferyczne. Na jego cześć jednostkę ciśnienia nazwano paskal oraz język programowania Pascal. ur. 19 czerwca 1623 r. - zm. 19 sierpnia 1662 r. Pascal był głęboko wierzącym chrześcijaninem. W połowie życia porzucił nauki ścisłe na rzecz filozofii i religii.

CYTATY: Zważmy zysk i stratę, zakładając, że Bóg jest - jeśli wygrasz, zyskujesz wszystko; jeśli przegrasz, nie tracisz nic. tzw. Zakład Pascala Serce ma swoje racje, których rozum nie zna. Le cœur a ses raisons que la raison ne connaît point. (fr.) Człowiek stworzony jest na to, by szukać prawdy, a nie by ją posiadać. Przypadkowe odkrycia zdarzają się tylko umysłom przygotowanym.

Prawo Pascala Ciśnienie działające z zewnątrz na płyn jest przenoszone we wszystkich kierunkach jednakowo. Płynem nazywamy ciecze i gazy.

Hamulce hydrauliczne w samochodzie Aby zatrzymać pojazd kierujący naciska nogą pedał hamulca. Układ dźwigni przenosi i wzmacnia siłę nacisku na tłoczki pompy hamulcowej. Pompa tłoczy nieściśliwy płyn hamulcowy przez przewody hamulcowe do zacisków. Tłoczki zacisków naciskają na klocki hamulcowe. Klocki hamulcowe dociskane są do bocznej powierzchni tarcz hamulcowych. Tarcze są zamocowane do piast kół. W konsekwencji tarcie klocków o tarcze powoduje hamowanie kół jezdnych.

PRAWO PASCALA 1 OPIS DOŚWIADCZENIA: Nasze doświadczenia: OPIS DOŚWIADCZENIA: Nalać do balonika wody., zawiązać go, położyć na talerzu. Nacisnąć balonik dłonią w jednym miejscu i zaobserwować jak reszta balonika równomiernie unosi się.

Nasze doświadczenia: BUM!! … i po doświadczeniu!

PRAWO PASCALA 2 Nasze doświadczenia: Martyna prezentuje wykonany ze strzykawek model podnośnika hydraulicznego, jednego z zastosowań prawa Pascala.

Zastosowanie prawa Pascala Działanie urządzeń hydraulicznych: układ hamulcowy podnośnik hydrauliczny młot pneumatyczny prasa hydrauliczna Działanie urządzeń pneumatycznych: prasa pneumatyczna hamulce pneumatyczne nożyce pneumatyczne We wszystkich pompach i siłownikach - hydraulicznych i pneumatycznych. Siłowniki - wspomaganie kierownicy, hamulce, zamki (w centralnym zamku), hamulce. pompa wodna, pompa olejowa, pompa wtryskowa. Pompowanie dętki, materaca, dmuchanie balonów.

CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE

TROCHĘ TEORII… Ciśnieniem atmosferycznym nazywamy ciśnienie wywierane przez warstwę atmosfery wokółziemskiej na przedmioty znajdujące się na powierzchni lub na pewnej wysokości nad powierzchnią Ziemi. Przyrząd służący do pomiaru ciśnienia atmosferycznego nazywamy barometrem Ciśnienie atmosferyczne zależy od wysokości względem Ziemi. Im wyżej nad Ziemią się znajdujemy, tym ciśnienie atmosferyczne jest mniejsze, np. w górach ciśnienie jest mniejsze niż nad morzem.

Słynne doświadczenia Florencja1644 r. Wynalezienie barometru przez Torricellego

Słynne doświadczenia Torricelli wykonał w roku 1643 doświadczenie wykazujące istnienie ciśnienia atmosferycznego. Napełnił on zamkniętą z jednej strony szklaną rurkę rtęcią, a następnie, obracając tak aby nic się z niej nie wylało, umieścił w naczyniu, także uprzednio napełnionym rtęcią. Torricelli zaobserwował, że poziom rtęci w próbówce obniżył się, a w jej górnej części powstała pusta przestrzeń. Było to pierwsze doświadczalne wytworzenie próżni, wcześniej zakładano, że jej istnienie jest niemożliwe („natura nie znosi próżni”). Wysokość słupa rtęci pozostałego w rurce była równa około 760 mm. Torricelli wyjaśnił, że rtęć w próbówce podtrzymywana jest przez ciśnienie atmosferyczne. Wysokość słupa rtęci zależy od wartości tego ciśnienia. Jest to zasada działania barometru rtęciowego.

Słynne doświadczenia Magdeburg 1654 r. Wykazanie istnienia ciśnienia atmosferycznego.

Słynne doświadczenia 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. 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

Normalne ciśnienie atmosferyczne Za normalne ciśnienie atmosferyczne uznaje się ciśnienie powietrza o temperaturze 0°C mierzone na poziomie morza na szerokości geograficznej 45°, które wynosi 1013 hPa. 1 hektopaskal to ciśnienie wywierane przez siłę 100 N działającą na 1 m2 powierzchni.

Wykorzystanie ciśnienia atmosferycznego Picie napojów chłodzących przez słomkę jest przykładem wykorzystania ciśnienia atmosferycznego. Wciągając do płuc powietrze ze słomki, obniżamy w niej ciśnienie powietrza, a wówczas ciśnienie atmosferyczne „wpycha” napój do słomki. Ciśnienie atmosferyczne wykorzystujemy również: - w odkurzaczu gdy nabieramy płyn do strzykawki - podczas stawiania „baniek” w celach leczniczych

Podciśnienie 1. Potrzebne przedmioty: Pompka do przeczyszczania zlewów Nasze doświadczenia: Potrzebne przedmioty: Pompka do przeczyszczania zlewów Woda Taboret Sposób wykonania: 1. Brzeg pompki zwilżyliśmy wodą. 2. Przycisnęliśmy mocno pompkę do gładkiej powierzchni taboretu.

Obserwacje: Gdy ciągniemy za uchwyt pompki, taboret się podnosi, gdyż pompka się do niego „przykleiła”. Gdy pod gumę pompki dostało się powietrze to bez problemu się ona odczepiła od taboretu. Wnioski: W zagłębieniu pompki powstaje pusta przestrzeń. Siła parcia powietrza atmosferycznego działająca z zewnątrz na pompkę, jest tak duża, że pozwala dociska pompkę do taboretu.

Podciśnienie 2. Potrzebne przedmioty: Plastikowa butelka Gorąca woda Nasze doświadczenia: Potrzebne przedmioty: Plastikowa butelka Gorąca woda Zimna woda Sposób wykonania: 1. Do butelki wlaliśmy gorącą wodę. 2. Zakręciliśmy butelkę. 3. Polaliśmy butelkę zimną wodą.

Obserwacje: Po wlaniu gorącej wody do butelki, butelka się odkształciła. Polanie butelki zimną wodą, przyspieszyło jej odkształcenie. Wnioski: Gorące powietrze ma większą objętość niż zimne powietrze, co spowodowało odkształcenie butelki. Przez polanie butelki zimną woda, objętość powietrza w niej zmniejszyła się co spowodowało przyspieszenie procesu odkształca-nia butelki.

Wyznaczanie ciśnienia atmosferycznego Nasze doświadczenia: Potrzebne przedmioty: Siłomierz, strzykawka, plastelina, linijka, nitka Sposób wykonania: 1. Wysuwamy tłoczek ze strzykawki, mierzymy jego średnicę a następnie obliczamy promień tłoka. 2. Wsuwamy tłoczek do strzykawki maksymalnie głęboko, zatykamy wylot plasteliną. 3. Do uchwytu tłoczka przyczepiamy nitką haczyk siłomierza 4. Trzymając strzykawkę poziomo odciągamy powoli siłomierz i odczytujemy wskazanie siłomierza.

Obserwacje i pomiary: Dane: promień tłoczka r = 0,8 cm Wartość siły parcia powietrza na tłok F = 20 N  = 3,14 Szukane: Powierzchnia tłoczka S = ? Ciśnienie atmosferyczne p = ?

Rozwiązanie: Wnioski: Ponieważ wylot strzykawki był zatkany plasteliną i powietrze nie mogło się dostać pod tłoczek, ciśnienie wewnątrz strzykawki było bardzo małe. Mogliśmy przyjąć, że panowała tam próżnia. Powietrze z zewnątrz działało na tłoczek siłą o wartości równej wartości siły, którą ciągnęliśmy tłoczek. Wartość ciśnienia atmosferycznego wyniosła 995,22 hPa.

Podciśnienie 3. Potrzebne przedmioty: Lejek Kartka papieru Nasze doświadczenia: Potrzebne przedmioty: Lejek Kartka papieru Sposób wykonania: 1. Na stole położyliśmy kartkę papieru. 2. Na kartce postawiliśmy pionowo lejek. 3. Górny koniec lejka przyłożyliśmy do ust i wciągnęliśmy powietrze.

Obserwacje: Po wyciągnięciu powietrza z lejka, kartka podniosła się. Wnioski: (tu trzeba napisać wniosek)

CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE

p = ρcieczy · g· h CIŚNIENIE W CIECZY Ciśnienie, jakie wywiera na otaczające lub zanurzone w niej ciała ciecz nie będąca w ruchu, nazywa się ciśnieniem hydrostatycznym.  W celu obliczenia wartości ciśnienia hydrostatycznego posługujemy się wzorem: p = ρcieczy · g· h Znaczenie symboli:    p – ciśnienie hydrostatyczne (w ukł. SI w paskalach Pa)    g – przyspieszenie grawitacyjne (ziemskie) (w ukł. SI w m/s2).    h – głębokość zanurzenia w cieczy (w ukł. SI w metrach m)

Paradoks hydrostatyczny Ciśnienie w cieczy nie zależy od kształtu naczynia, a jedynie od wysokości słupa cieczy i od jej rodzaju. Oznacza to, że w naczyniach o różnym kształcie, do których wlejemy jednakową ciecz i będzie ona miała taka samą wysokość w każdym naczyniu, ciśnienia wywierane na dno każdego naczynia będą takie same.

PRAWO ARCHIMEDESA

ARCHIMEDES Archimedes z Syrakuz (gr. Ἀρχιμήδης ὁ Συρακόσιος Archimedes ho Syrakosios; ok. 287-212 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 Hierona II.

CYTATY Dajcie mi punkt oparcia, a poruszę Ziemię. Δος μοι πα στω και ταν γαν κινήσω (Dialekt dorycki) Opis: Inne tłumaczenie: Dajcie mi wystarczająco długą dźwignię i wystarczająco mocną podporę, a sam jeden poruszę cały glob. Nie zamazuj moich kół. Noli turbare circulos meos. Opis: prawdopodobnie do legionisty rzymskiego, z którego ręki zginął. Przetnij kamień na pół, a będziesz miał dwa kamienie. Ale przetnij żabę na pół, a będziesz miał tylko jedną martwą żabę. Znalazłem! Εύρηκα! – Heureka! (gr.)

ZŁOTA KORONA KRÓLA HIERONA Korona była poświęcona bogom, więc nie wolno jej było zniszczyć. Trzeba było znaleźć sposób aby dowiedzieć się, czy złotnik nie oszukał przy wykonywaniu korony. Podobno Archimedes znalazł rozwiązanie w trakcie kąpieli, obserwując jak woda wylewa się z beczki kąpielowej w czasie wchodzenia do niej. Pomysł polegał na pomiarze sił wyporu działających na koronę i bryłę złota o tej samej masie. Gdyby korona była szczerozłota, siły byłyby równe. NIE BYŁY!!

Umarł w trakcie rozmyślań nad geometrią, zabity przez rzymskiego legionistę. Pochowano go z honorami godnymi króla.

PRAWO ARCHIMEDESA Siła wyporu działająca na ciało zanurzone w płynie jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało. Płynem nazywamy ciecze i gazy. Fwyporu = ρpłynu ∙g ∙Vzanurzona ρpłynu - gęstość płynu (cieczy, gazu) w którym zanurzone jest ciało -  [w układzie SI w kg/m3] Vzanurzona – objętość tej części ciała, która jest zanurzona w płynie (w układzie SI w m3) g – przyspieszenie ziemskie  [w układzie SI w m/s2]  

To samo inaczej: Ciśnienie hydrostatyczne wywierane na dolną powierzchnię ciała zanurzonego w cieczy jest większe niż ciśnienie wywierane na jego górną powierzchnię. Ta różnica ciśnień jest przyczyną występowania siły wyporu.

Inscenizacja o Archimedesie Archimedes u króla Hierona Tyle wody się wylało… tyle wody Archimedes i korona

Zastosowanie prawa Archimedesa Wyznaczanie gęstości cieczy - hydrometry Badanie gęstości wina hydrometr Badanie gęstości paliwa

Zastosowanie prawa Archimedesa Statki pływające po powierzchni wody Gdy jakieś ciało zanurzamy w wodzie, to wypiera ono tyle cieczy, ile wynosi objętość jego zanurzonej części. Jednocześnie na ciało zaczyna działać redukująca jego ciężar sita wyporu równa ciężarowi wypartej cieczy. Gdy pewien obiekt stopniowo zanurzamy w wodzie, to siła wyporu działająca nań zwiększa się proporcjonalnie do tego, ile wody on wypiera. Pierwszy żelazny statek zwodowano dopiero w 1790 r.

Zastosowanie prawa Archimedesa Każda jednostka pływająca posiada swoją wyporność czyli maksymalną ilość ciężaru, jaką może unieść. Statek jest bezpieczny jeśli zanurzenie nie przekracza tzw. konstrukcyjnej linii wodnicy czyli linii maksymalnego zanurzenia, namalowanej na zewnętrznej części kadłuba. wodnica

Zastosowanie prawa Archimedesa Statki te mają możliwość manewrowania siłą wyporu i siłą ciężkości, dzięki czemu są w stanie zanurzać się i wynurzać. Łodzie podwodne

Zastosowanie prawa Archimedesa Balony i sterowce Jeśli balon ma utrzymywać się na stałej wysokości należy utrzymywać wartość siły wyporu na tym samym poziomie co siła ciężkości. Manewrując ciężarem (balast) lub wartością siły wyporu (wypuszczanie gazu nośnego, lub zmiana jego ciężaru właściwego za pomocą podgrzewania) można zmieniać wysokość, na której znajduje się balon lub sterowiec. Pierwszy balon wypełniony ogrzanym powietrzem wzniósł się do góry 4 czerwca 1783 r.

Zastosowanie prawa Archimedesa Dwa podstawowe typy balonów: -zawierające gaz na stałe lżejszy od powietrza, czyli wodór lub hel - zawierające powietrze, które jest ogrzewane za pomocą palnika. Balon turystyczny unosi się dzięki palnikowi. Balon meteorologiczny wypełniony jest wodorem.

Warunki pływania ciał Ciało wypływa na powierzchnię cieczy: jeśli jego gęstość jest mniejsza od gęstości cieczy; jeśli siła wyporu działająca na nie jest większa od ciężaru ciała.

Warunki pływania ciał Ciało pływa zanurzone w cieczy: -jeśli jego gęstość jest równa gęstości cieczy; -jeśli siła wyporu działająca na nie jest równa ciężarowi ciała.

Warunki pływania ciał Ciało tonie w cieczy: jeśli jego gęstość jest większa od gęstości cieczy; jeśli siła wyporu działająca na nie jest mniejsza od ciężaru ciała.

PRAWO ARCHIMEDESA 1 Nasze doświadczenia:

Martyna i Angelika ważą kostki w powietrzu Nasze doświadczenia: Martyna i Angelika ważą kostki w powietrzu

Nasze doświadczenia: … i w wodzie.

Wyniki zapisujemy na tablicy. Nasze doświadczenia: Wyniki zapisujemy na tablicy. Siła wyporu jest różnicą między ciężarem w powietrzu a ciężarem w cieczy.

Nasze doświadczenia: WNIOSEK: Dla wszystkich kostek siła wyporu ma tę samą wartość, gdyż wszystkie miały tę samą objętość.

PRAWO ARCHIMEDESA 2 Opis doświadczenia: Nasze doświadczenia: Opis doświadczenia: Wlewamy wodę do woreczka foliowego, zawiązujemy woreczek, zaczepiamy na siłomierzu. Ważymy woreczek z woda w powietrzu. Ważymy woreczek z wodą po zanurzeniu go w wodzie. Zastanawiamy się, dlaczego siłomierz pokazuje zero…..

Nasze doświadczenia: Wniosek: Siła wyporu woreczka z wodą jest równa sile ciężkości. Wypadkowa tych sił wynosi zero!

Siły spójności w wodzie. Nasze doświadczenia: Siły spójności w wodzie. Przy okazji fotografowania doświadczeń z wodą udało nam się zrobić zdjęcie strumienia wody z kranu. Wyraźnie widać kształt kropel wody ściśniętych siłami spójności.

podsumowanie Cztery korzenie wszystkich rzeczy: ogień, powietrze, woda i ziemia. Ralph Waldo Emerson Bądź jak woda – przystosowuje się do każdego naczynia, a może zniszczyć skałę. — Bruce Lee Gdy woda sięga ust, głowa do góry! — Stanisław Jerzy Lec puknij się w głowę, może rozum ci w końcu otworzy. ~m.M ©

Katarzyna Bączkiewicz GIMNAZJUM NR 1 W KALISZU Andżelika Ratajczyk Adrianna Całka Aleksandra Sowa Kinga Kurpan Michał Woźniak Katarzyna Bączkiewicz Klaudia Biś Mariusz Rudowicz Martyna Marszałek Martyna Siegień Monika Przybył

ZESPÓŁ SZKÓŁ W GARDNIE Daria Nowak Ewa Nowak Konrad Kubiak Roksana Szczepanek Wacław Sobczak Aleksandra Kawka Natalia Marciniak Rafał Polak Mateusz Janiak Oliwia Borsuk

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ

Bibliografia R.Resnick, D.Holiday: "Fizyka" tom 1 Jay Orear: "Fizyka" tom 1 A. Czerwińska, B. Sagnowska: "Fizyka" „Fizyka jest ciekawa” moduł 1, wyd. Nowa Era – podręcznik i zeszyt ćwiczeń Strony internetowe: www.ftj.agh.edu.pl/~lenda/cicer/node4.htm www.mat.uni.torun.pl/~gabja/pascal.html http://pl.wikipedia.org