Хидростатиката е област на физиката, която изучава течности, които са в покой. Този клон включва няколко понятия като плътност, налягане, обем и плаваща сила.
Основни понятия за хидростатиката
Плътност
Плътността определя концентрацията на материята в даден обем.
По отношение на плътността на тялото и течността, която имаме:
- Ако плътността на тялото е по-малка от плътността на течността, тялото ще се носи на повърхността на течността;
- Ако плътността на тялото е равна на плътността на течността, тялото ще бъде в равновесие с течността;
- Ако плътността на тялото е по-голяма от плътността на течността, тялото ще потъне.
За изчисляване на плътността се използва следната формула:
d = m / v
същество,
д: плътност
м: паста
v: сила на звука
В международната система (SI):
- плътността е в грамове на кубичен сантиметър (g / cm3), но може да се изрази и в килограми на кубичен метър (kg / m3) или в грамове на милилитър (g / ml);
- масата е в килограми (Kg);
- обемът е в кубични метри (m3).
Прочетете и за Плътност и плътност на водата.
Налягане
Налягането е основна концепция на хидростатиката и в тази област на изследването се нарича хидростатично налягане. Той определя налягането, което течностите упражняват върху другите.
Като пример можем да си представим натиска, който изпитваме, когато плуваме. Така че колкото по-дълбоко се гмуркаме, толкова по-голямо е хидростатичното налягане.
Тази концепция е тясно свързана с плътността на течността и ускорението на гравитацията. Следователно хидростатичното налягане се изчислява по следната формула:
P = d. H. ж
Където,
P: хидростатично налягане
д: плътност на течността
Н: височина на течността в контейнера
ж: ускорение на гравитацията
В международната система (SI):
- хидростатичното налягане е в Pascal (Pa), но се използват и атмосферата (atm) и милиметърът живак (mmHg);
- плътността на течността е в грамове на кубичен сантиметър (g / cm3);
- височината е в метри (m);
- ускорението на гравитацията е в метри в секунда на квадрат (m / sec2).
Забележка: Имайте предвид, че хидростатичното налягане не зависи от формата на контейнера. Това зависи от плътността на течността, височината на колоната на течността и тежестта на местоположението.
Искате ли да знаете повече? Прочетете и за Атмосферно налягане.
Плаваемост
Тягата, наричана още тяга, е a хидростатична сила който действа върху тяло, потопено в течност. По този начин плаващата сила е резултатната сила, упражнявана от течността върху дадено тяло.
Като пример можем да си представим тялото си, което се чувства по-леко, когато сме във водата, независимо дали е в басейна или в морето.
Имайте предвид, че тази сила, упражнявана от течността върху тялото, е била изследвана още в древността.
Гръцкият математик Архимед е този, който извършва хидростатичен експеримент, който му позволява да изчисли стойността на плаващата сила (вертикална и нагоре), която прави тялото по-леко в течността. Имайте предвид, че той действа в посока, обратна на силова тежест.
Задействане на плаващата сила и силата на тежестта
По този начин изявлението на Теорема на Архимед или Законът за плаваемост е:
“Всяко тяло, потопено в течност, получава импулс отдолу нагоре, равен на теглото на обема на изместена течност, следователно телата по-плътни от водата потъват, докато по-малко плътните плувка”.
По отношение на плаващата сила можем да заключим, че:
- Ако плаващата сила (E) е по-голяма от силата на тежестта (P), тялото ще се издигне на повърхността;
- Ако плаващата сила (E) има същия интензитет като силата на тежестта (P), тялото няма нито да се издигне, нито да падне, оставайки в баланс;
- Ако плаващата сила (E) е по-малка от силата на тежестта (P), тялото ще потъне.
Не забравяйте, че плаващата сила е a Величие на вектор, тоест има посока, модул и посока.
В Международната система (SI) тягата (E) е дадена в Нютон (N) и се изчислява по следната формула:
E = dе. Vfd. ж
Където,
И: плаваща сила
де: плътност на течността
Vfd: обем на течността
ж: ускорение на гравитацията
В международната система (SI):
- плътността на течността е в килограми на кубичен метър (kg / m3);
- обемът на течността е в кубични метри (m3);
- ускорението на гравитацията е в метри в секунда на квадрат (m / sec2).
Прочетете формула на тягата.
Хидростатична скала
Хидростатичният баланс е изобретен от италианския физик, математик и философ Галилео Галилей (1564-1642).
Базиран на Принцип на Архимед, този инструмент служи за измерване на плаващата сила, упражнявана върху тяло, потопено в течност.
Тоест, определя теглото на обект, потопен в течност, която от своя страна е по-лека, отколкото във въздуха.
Хидростатична скала
Прочетете също: Принципът на Паскал.
Основен закон на хидростатиката
О Теорема на Стевин е известен като „Основният закон на хидростатиката“. Тази теория постулира връзката на вариацията между обемите течности и хидростатичното налягане. Вашето изявление се изразява по следния начин:
“Разликата между наляганията в две точки на флуида в равновесие (в покой) е равна на продукта между плътността на флуида, ускорението на гравитацията и разликата между дълбочините на точки.”
Теоремата на Стевин е представена със следната формула:
∆P = γ ⋅ о или ∆P = d. ж. о
Където,
∆P: изменение на хидростатичното налягане
γ: специфично тегло на течността
о: изменение на височината на течната колона
д: плътност
ж: ускорение на гравитацията
В международната система (SI):
- варирането на хидростатичното налягане е в Pascal (Pa);
- специфичното тегло на течността е в нютон на кубически метри (N / m3);
- вариацията във височината на колоната с течност е в метри (m);
- плътността е в килограми на кубически метри (kg / m3);
- ускорението на гравитацията е в метри в секунда на квадрат (m / sec2).
Хидростатика и хидродинамика
Докато хидростатиката изследва течности в покой, хидродинамиката е клонът на физиката, който изучава движението на тези течности.
Упражнения за приемни изпити с обратна връзка
1. (PUC-PR) Плаваемостта е много познато явление. Един пример е относителната лекота, с която можете да станете от басейна в сравнение с опитите да станете от водата, т.е. във въздуха.
Съгласно принципа на Архимед, който определя тягата, маркирайте правилното предложение:
а) Когато тялото плава по вода, плаваемостта, получена от тялото, е по-малка от теглото на тялото.
б) Принципът на Архимед е валиден само за тела, потопени в течности и не може да се прилага за газове.
в) Тяло, потопено изцяло или частично в течност, изпитва вертикална сила нагоре, равна по модул на теглото на изместената течност.
г) Ако тялото потъне във вода с постоянна скорост, плаваемостта върху него е нулева.
д) Два обекта с еднакъв обем, когато са потопени в течности с различна плътност, страдат от еднаква тяга.
Алтернатива c
2. (UERJ-RJ) Сал, чиято форма е правоъгълен паралелепипед, плава върху сладководно езеро. Основата на корпуса му, чиито размери са равни на 20 m дължина и 5 m ширина, е успоредна на свободната повърхност на водата и е потопена на разстояние от тази повърхност. Да приемем, че салът е натоварен с 10 автомобила, всеки с тегло 1200 кг, така че основата на корпуса да остане успоредна на свободната повърхност на водата, но потопена на разстояние d от тази повърхност.
Ако плътността на водата е 1,0 × 103 kg / m3, вариацията (d - do) в сантиметри е: (g = 10m / s2)
а) 2
б) 6
в) 12
г) 24
д) 22
Алтернатива c
3. (UNIFOR-CE) Две химически инертни, несмесваеми течности, A и B, с плътност dA = 2,80 g / cm3 и dB = 1.60g / cm3, съответно, се поставят в същия контейнер. Знаейки, че обемът на течността A е два пъти по-голям от B, плътността на сместа, в g / cm3, ДОБРЕ:
а) 2.40
б) 2.30
в) 2,20
г) 2.10
д) 2,00
Алтернатива на
За повече въпроси, с коментирана резолюция, вижте също: Хидростатични упражнения.
