Dane INFORMACYJNE Nazwy szkół: ZESPÓŁ SZKÓŁ IM. KAROLA MARCINKOWSKIEGO PUBLICZNE GIMNAZJUM W CZŁOPIE ID grup: 98_33_MF_G1 98_7_MF_G2 Kompetencja: MATEMATYCZNO - FIZYCZNA Temat projektowy: CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE I HYDROSTATYCZNE Semestr/rok szkolny: 5/ 2011/2012

SPIS TREŚCI WSTĘP TEORETYCZNY CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE OD CZEGO ZALEZY CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE? CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE – WZÓR CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE W UKŁADZIE SŁONECZNYM CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE NA INNYCH CIAŁACH NIEBIESKICH BAROMETR – PRZYRZĄD DO POMIARU CIŚNIENIA POWIETRZA CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE – JEDNOSTKI DOŚWIADCZENIE TORRICLLEGO DOŚWIADCZENIE Z PÓŁKULAMI CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE NA RÓŻNYCH WYSOKOŚCIACH DOŚWIADCZENIE 1 DOŚWIADCZENIE 2 DOŚWIADCZENIE 3 DOŚWIADCZENIE 3 - ZDJĘCIA ZADANIE 1 CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE – C.D PARADOKS HYDROSTATYCZNY BLAISE PASCAL BIBLIOGRAFIA.

SPIS TREŚCI PRAWO PASCALA PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA PRAWA PASCALA ARCHIMEDES LEGENDA O ODKRYCIU PRAWA WYPORU PRAWO ARCHIMEDESA WARUNKI PŁYWANIA CIAŁ DLACZEGO BALON LATA? DLACZEGO STATEK PŁYWA? NACZYNIA POŁĄCZONE ZADANIE 2 ZADANIE 3 ZADANIE 4 BIBLIOGRAFIA

1. Wstęp teoretyczny W pracy naszej zajęliśmy się badaniem ciśnienia atmosferycznego i hydrostatycznego. Wykonaliśmy szereg ciekawych doświadczeń, które przybliżyły nam nieco te dwa zagadnienia. Rozwiązywaliśmy zadania związane z ciśnieniem atmosferycznym i hydrostatycznym. Na koniec wszystko to zebraliśmy w całość i chcemy przedstawić Wam w postaci tej prezentacji.

2. Ciśnienie atmosferyczne Ciśnienie atmosferyczne – ciśnienie, jakie wywiera powietrze atmosferyczne na powierzchnię Ziemi i na wszystkie znajdujące się w nim ciała. Jest ono na danym poziomie równe ciężarowi słupa powietrza o jednostkowej podstawie znajdującego się ponad tym poziomem, na poziomie morza średnia wartość ciśnienia atmosferycznego, tzw. ciśnienie normalne, wynosi 1013,25 hPa. Na podstawie średniej wielkości ciśnienia atmosferycznego na Ziemi na poziomie morza wprowadzono jednostkę ciśnienia – atmosferę – równą 1013,25 hPa. Ciśnienie atmosferyczne może się jednak zmieniać pod wpływem zjawisk pogodowych.

3. Od czego zależy ciśnienie atmosferyczne? Ciśnienie atmosferyczne zależy od wielu czynników, np. od wysokości nad poziomem morza i temperatury powietrza. Zmiany ciśnienia atmosferycznego mają też wpływ na pogodę, np. na ilość opadów. Ciśnienie atmosferyczne zależy również od wysokości słupa powietrza. Im wyżej (nad poziomem morza), tym ciśnienie atmosferyczne jest mniejsze. Najwyższe na świecie ciśnienie atmosferyczne zarejestrowano 19 grudnia 2001 roku w miejscowości Tosontsengel w Mongolii – wyniosło wtedy 1086 hPa. Natomiast najniższe znormalizowane ciśnienie atmosferyczne, wynoszące 870 hPa, spowodowane przejściem tajfunu Tip, zarejestrowano 12 października roku 1979 na Północnym Pacyfiku.

4. Ciśnienie atmosferyczne - wzór Wzór na ciśnienie atmosferyczne: p= F/s p – ciśnienie (N/m2) = (Pa) F – siła (N) s – powierzchnia (m)

5. Ciśnienie atmosferyczne w układzie słonecznym W Układzie Słonecznym wśród planet skalistych ciśnienie atmosferyczne większe od śladowego mają tylko trzy ciała: Wenus – ciśnienie na powierzchni jest znacznie większe niż na Ziemi – prawie sto razy. Aby znieść ciśnienie atmosferyczne panujące na Wenus, człowiek musiałby skorzystać z urządzenia podobnego do batyskafu. Atmosfera drugiej planety do Słońca ma ciśnienie takie, jakie można spotkać w ziemskich oceanach na głębokości 900 m. Ziemia Mars – ciśnienie jest 100 razy mniejsze niż na Ziemi. W takich warunkach woda paruje i dlatego na tej planecie ciecz niezbędna dla istnienia życia obecnie istnieje tylko w postaci lodu na biegunach oraz śladowych ilości pary.

6. Ciśnienie atmosferyczne na innych ciałach niebieskich Ciało niebieskie Ciśnienie atmosferyczne (hPa) Wenus 93000 Ziemia 1013,25 Mars 7 – 9 Jowisz 70 Saturn 140 Tytan 1467 Uran 120 (poziom chmur) Neptun ~1010 (powierzchnia)

7. Barometr – przyrząd do pomiaru ciśnienia powietrza

8. Ciśnienie atmosferyczne - jednostki Jako pierwszy pomiaru ciśnienia atmosferycznego dokonał Torricelli w 1643 roku. Torricelli uważany jest też za twórcę pierwszego barometru rtęciowego. Jednostki ciśnienia atmosferycznego - milimetry słupa rtęci - milibary - hektopaskale - 1 mm Hg = 1,33 hPa - 1 hPa = 0,75 mm Hg - 1 hPa = 1mbar

9. DOŚWIADCZENIE Torricllego 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.

10. Doświadczenie z półkulami 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.

11. CIŚNIENIE ATMOSFERYCZNE NA RÓŻNYCH WYSOKOŚCIACH

12. Doświadczenie 1 Przyrządy: • Butelka z dużym otworem (np. po soku „Kubuś”) • Jajko kurze ugotowane na twardo (bez skorupki) Wykonanie: • Położyć jajko na otworze butelki i sprawdzić, czy jajko się mieści w butelce. • Zdjąć jajko i wrzucić do butelki kawałek palącej się gazety. • Gdy gazeta zacznie gasnąć położyć na otwór butelki jajko.

13. Doświadczenie 2 Wykonanie doświadczenia: • Nalać do dwóch szklanek gorącej wody i poczekać, aby szklanki ogrzały się. • Wylać wodę i szybko przyłożyć szklanki otworami do średnio nadmuchanego balonika, tak, by balon znajdował się między szklankami. • Skierować na balon ze szklankami strumień zimnej wody. • Po chwili, trzymając za jedną szklankę, można za pośrednictwem balonika, unieść drugą szklankę.

14. Doświadczenie 3 Jak usunąć wodę z talerza, tak żeby wydobyć monetę bez zamoczenia palców? (woda w eksperymencie została zabarwiona atramentem, żeby efekt był bardziej widoczny) Żeby usunąć wodę, należy do pustej szklanki wrzucić kawałek papierowego ręcznika, zapalić go, a następnie odwrócić szklankę do góry dnem i postawić na talerzu obok monety. Po pewnym czasie płomień zgaśnie, a ciśnienie oziębiającego się wewnątrz szklanki powietrza zmaleje. Ciśnienie atmosferyczne wepchnie wówczas wodę do środka szklanki, pozostawiając odkrytą monetę na talerzu.

15. Doświadczenie 3 – zdjęcia

16. Zadanie 1 Oblicz ciśnienie wywierane na podłoże przez pojazd gąsienicowy o masie 5t poruszający się na gąsienicach o szerokości 25cm, jeśli gąsienica styka się z powierzchnią ziemi na długości 4 m. DANE: SZUKANE: WZÓR: m = 5 t = 5000 kg p=? p= Fn/S a = 25 cm = 0,25 m S = 2ab b = 4 m Fn = m · g OBLICZENIA: Fn = 5000 · 10=50000 N S = 5 · 4 · 0,25=5 m² p = 50000 N/kg : 5 m² = 10000 Pa Odp.: Ciśnienie wywierane przez ciągnik na podłoże wynosi 10000 Pa.

17. CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie to określa wzór: p = ρgh, gdzie: ρ – gęstość cieczy – w układzie SI: w kg/m³, g – przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne) – w układzie SI: w m/s², h – wysokość słupa cieczy odpowiadająca np. głębokości zanurzenia – w układzie SI: w metrach (m).

18. CIŚNIENIE HYDROSTATYCZNE – c.d. Całkowite ciśnienie panujące w cieczy jest sumą ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia zewnętrznego. W przypadku zbiorników otwartych ciśnienie zewnętrzne jest ciśnieniem atmosferycznym. Ciśnienie hydrostatyczne zmienia się 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, tym większy nacisk. Ciężar słupa powietrza nad powierzchnią ziemi jest w przybliżeniu równy ciężarowi słupa wody o wysokości 10 m (10 ton wody na metr kwadratowy).

19. PARADOKS HYDROSTATYCZNY 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.

20. BLAISE PASCAL Blaise Pascal (ur. 19 czerwca 1623 w Clermont-Ferrand, zm. 19 sierpnia 1662 w Paryżu) – francuski filozof, matematyk, pisarz i fizyk. Tematem jego badań były prawdopodobieństwo, próżnia, ciśnienie atmosferyczne, oraz apologetyka, teodycea i fideizm. Na jego cześć nazwano jednostkę ciśnienia paskal oraz język programowania Pascal. Główne osiągnięcia: - sformułował Prawo Pascala dotyczące ciśnienia atmosferycznego i hydrostatyki - jeden z twórców rachunku prawdopodobieństwa - stworzył podwaliny do dalszych prac nad rachunkiem różniczkowym - opracował zasadę indukcji materiałów.

21. PRAWO PASCALA Prawo Pascala mówi, że 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.

22. Przykłady zastosowania prawa pascala Prasa hydrauliczna – urządzenie techniczne zwielokrotniające siłę nacisku dzięki wykorzystaniu zjawiska stałości ciśnienia w zamkniętym układzie hydraulicznym. Inne zastosowania tego prawa to: pompowanie dętki, materaca, układy hamulcowe, dmuchanie balonów, młot pneumatyczny, działanie urządzeń pneumatycznych (prasa pneumatyczna), układ hamulcowy, podnośnik hydrauliczny, pompa hydrauliczna).

23. Archimedes Archimedes urodził się w r. 287 przed Chr. w Syrakuzach. Jeden z najwybitniejszych (być może najgenialniejszy) greckich matematyków i fizyków starożytności, odkrył wiele praw matematycznych i fizycznych, sformułował ważne zasady mechaniczne. Zajmował się różnymi dziedzinami nauki, m.in. hydrostatyką, arytmetyką, geometrią, astronomią, mechaniką, optyką. Część pism Archimedesa zachowała się do naszych czasów. Zginął w 212r. Odkrycia i dokonania Archimedesa: prawo Archimedesa, aksjomat Archimedesa, zasada dźwigni, prawa równi pochyłej, wprowadził pojęcie siły, stworzył podstawy hydrostatyki, podał metody obliczania objętości brył i pól figur.

24. Legenda o odkryciu prawa wyporu Władca 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. W żadnym wypadku Archimedes nie mógł zepsuć misternie wykonanej korony, istnego arcydzieła sztuki złotniczej. Długo rozmyślał fizyk nad sposobem wybrnięcia z sytuacji. 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 !, co znaczy po grecku Znalazłem!. Stanąwszy przed obliczem Hierona, Archimedes łatwo wykazał fałszerstwo złotnika.

25. PRAWO ARCHIMEDESA Prawo Archimedesa – podstawowe prawo hydro- i aerostatyki określające siłę wyporu. 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. Fwyporu = ρpłynu ∙g ∙Vzanurzona gdzie: 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]

26. WARUNKI PŁYWANIA CIAŁ Ciało tonie - siła ciężkości jest większa od siły wyporu, gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy np. kamień leżący na dnie. Ciało pływa - siała ciężkości równoważy się z siłą wyporu, ciało może znajdować się w dowolnym miejscu pod powierzchnią, gęstość płynu i gęstość ciała są równe. Ciało unosi się na powierzchni - siła wyporu jest większa od siły ciężkości, gęstość ciała jest mniejsza od gęstości płynu, np. pływająca łódź.

27. DLACZEGO balon LATA? Balonu unoszą się w powietrzu ponieważ siła wyporu na nie działająca może być większa niż siła ciężkości. Jeśli chcemy aby balon się wznosił, musimy zwiększyć siłę wyporu (np. podgrzewając gaz w balonie), albo zmniejszyć siłę ciężkości (np. wyrzucając balast). Niestety, nie można balonem wznieść się dowolnie wysoko, ponieważ w górnych partiach atmosfery powietrze jest tak rzadkie (a więc i lekkie), że wyprodukowanie gazu od niego lżejszego staje się prawie niemożliwe. Opuszczenie balonu wymagać będzie z kolei oziębienia gazu w balonie, lub wypuszczenia części tego gazu. Jeśli balon ma utrzymywać się na stałej wysokości należy utrzymywać wartość siły wyporu na tym samym poziomie co siła ciężkości.

28. DLACZEGO STATEK PŁYWA? Każdy statek składa się z różnych części stalowych, drewnianych, plastikowych i powietrza wypełniającego pomieszczenia. W takim przypadku oblicza się gęstość średnią statku. Ponieważ średnia gęstość statku jest mniejsza niż gęstość wody, dlatego może on pływać częściowo zanurzony, mimo, iż jego części są wykonane z żelaza, które tonie w wodzie.

29. NACZYNIA POŁĄCZONE Naczynia połączone - co najmniej dwa naczynia skonstruowane tak, że ciecz może swobodnie między nimi przepływać, na przykład przez połączenie znajdujące się w dnie każdego z nich. W obecności jednorodnego pola grawitacyjnego wlewając do któregokolwiek z naczyń połączonych jednolitą ciecz, jej poziom w każdym z naczyń ustali się na tej samej wysokości. Wypełniając poszczególne naczynia połączone niemieszającymi się cieczami o różnych gęstościach, ich poziomy ustalą się na różnych wysokościach, dążąc do równowagi ciśnień.

30. ZADANIE 2 Oblicz siłę wyporu działającą na sześcienną kostkę o krawędzi 5cm zanurzoną w alkoholu etylowym. Rozwiązanie: 5cm = 0,05m ƍae= 791 kg/m3 V = 0,05m * 0,05m * 0,05m = 0,000125m3 Fw = 791kg/m3 * 10N/kg * 0,000125m3 = 0,98875N ≈ 1N Odpowiedź: Siła wyporu wynosi około 1N.

31. ZadaniE 3 Jak zmieni się zanurzenie statku, który wpływa rzeką do morza? Rozwiązanie: Ponieważ woda w morzu jest słona, a w rzece słodka, więc zanurzenie statku zmniejszy się, gdyż w morzu zadziała na niego większa siła wyporu.

32. ZadaniE 4 Jakie ciśnienie hydrostatyczne wywierane jest na dno naczynia o wysokości h=0,7m które jest po brzegi wypełnione wodą. Rozwiązanie: p = ƍ‧g‧h p = 1000kg/m3 ‧ 10N/kg ‧ 0,7m = 7000Pa = 7kPa Odpowiedź: Ciśnienie hydrostatyczne wywierane na dno naczynia wynosi 7kPa.

33. BIBLIOGRAFIA Strony internetowe: http://pl.wikipedia.org/wiki/Ci%C5%9Bnienie_hydrostatyczne http://pl.wikipedia.org/wiki/Paradoks_hydrostatyczny http://eszkola.pl/baza-danych/czytaj/2966 http://pl.wikipedia.org/wiki/Prawo_Pascala http://pl.wikipedia.org/wiki/Prasa_hydrauliczna http://www.historia.info.pl/postacie/archimedes.html http://pl.wikipedia.org/wiki/Si%C5%82a_wyporu http://atomowy.com/ciecze_gazy,87,Si%C5%82a_wyporu_p%C 5%82ywanie_cia%C5%82

34. BIBLIOGRAFIA http://www.bank-zdjec.com/foto/15496/ http://pl.wikipedia.org/wiki/Naczynia_po%C5%82%C4%85czone www.wikipedia.pl www.ściaga.pl Podręcznik do fizyki „Świat fizyki” część 2 Encyklopedia multimedialna