Hydrostatika je oblast fyziky, která studuje kapaliny, které jsou v klidu. Tato větev zahrnuje několik konceptů, jako je hustota, tlak, objem a vztlaková síla.
Hlavní pojmy hydrostatiky
Hustota
Hustota určuje koncentraci hmoty v daném objemu.
Pokud jde o hustotu těla a tekutin, máme:
- Pokud je hustota těla menší než hustota tekutiny, bude tělo plavat na povrchu tekutiny;
- Pokud se hustota těla rovná hustotě tekutiny, bude tělo v rovnováze s tekutinou;
- Pokud je hustota těla větší než hustota kapaliny, tělo klesne.
Pro výpočet hustoty se používá následující vzorec:
d = m / v
bytost,
d: hustota
m: těstoviny
proti: objem
V mezinárodním systému (SI):
- hustota je v gramech na kubický centimetr (g / cm3), ale lze jej vyjádřit také v kilogramech na metr krychlový (kg / m3) nebo v gramech na mililitr (g / ml);
- hmotnost je v kilogramech (kg);
- objem je v metrech krychlových (m3).
Přečtěte si také o Hustota a hustota vody.
Tlak
Tlak je základním pojmem hydrostatiky a v této oblasti studia se mu říká hydrostatický tlak. Určuje tlak, který kapaliny vyvíjejí na ostatní.
Jako příklad si můžeme představit tlak, který cítíme, když plaveme. Čím hlouběji se potápíme, tím větší je hydrostatický tlak.
Tento koncept úzce souvisí s hustotou kapaliny a gravitačním zrychlením. Proto se hydrostatický tlak vypočítá pomocí následujícího vzorce:
P = d. H. G
Kde,
P: hydrostatický tlak
d: hustota kapaliny
H: výška kapaliny v nádobě
G: gravitační zrychlení
V mezinárodním systému (SI):
- hydrostatický tlak je v Pascalech (Pa), ale používá se také atmosféra (atm) a milimetr rtuti (mmHg);
- hustota kapaliny je v gramech na kubický centimetr (g / cm3);
- výška je v metrech (m);
- gravitační zrychlení je v metrech za sekundu na druhou (m / s2).
Poznámka: Pamatujte, že hydrostatický tlak nezávisí na tvaru nádoby. Závisí to na hustotě kapaliny, výšce kolony kapaliny a gravitaci místa.
Chcete vědět více? Přečtěte si také o Atmosférický tlak.
Vztlak
Tah, nazývaný také tah, je a hydrostatická síla který působí na tělo ponořené do tekutiny. Vztlaková síla je tedy výsledná síla vyvíjená tekutinou na dané tělo.
Jako příklad si můžeme představit naše tělo, které se cítí lehčí, když jsme ve vodě, ať už v bazénu nebo v moři.
Všimněte si, že tato síla vyvíjená kapalinou na tělo byla studována již ve starověku.
Řecký matematik Archimedes byl tím, kdo provedl hydrostatický experiment, který mu umožnil vypočítat hodnotu vztlakové síly (svislé a vzhůru), díky níž je tělo uvnitř tekutiny lehčí. Působí opačným směrem pevnostní váha.
Ovládání vztlakové síly a síly hmotnosti
Tak, prohlášení Archimédova věta nebo zákon o vztlaku je:
“Každé tělo ponořené do tekutiny dostává impuls zdola nahoru, který se rovná hmotnosti objemu tekutina vytlačená, proto jsou těla hustší než voda, zatímco méně hustá plovák”.
Pokud jde o vztlakovou sílu, můžeme dojít k závěru, že:
- Pokud je vztlaková síla (E) větší než tíha hmotnosti (P), tělo vystoupí na povrch;
- Pokud má vznášející se síla (E) stejnou intenzitu jako váhová síla (P), tělo nebude ani stoupat, ani klesat a zůstat v rovnováze;
- Pokud je vztlaková síla (E) menší než tíha hmotnosti (P), tělo se potopí.
Pamatujte, že vztlaková síla je a Vektorové velikosti, to znamená, že má směr, modul a směr.
V mezinárodním systému (SI) je tah (E) uveden v Newtonu (N) a vypočítán podle následujícího vzorce:
E = dF. PROTIfd. G
Kde,
A: vztlaková síla
dF: hustota kapaliny
PROTIfd: objem kapaliny
G: gravitační zrychlení
V mezinárodním systému (SI):
- hustota kapaliny je v kilogramech na metr krychlový (kg / m3);
- objem kapaliny je v metrech krychlových (m3);
- gravitační zrychlení je v metrech za sekundu na druhou (m / s2).
Číst tahový vzorec.
Hydrostatická stupnice
Hydrostatickou rovnováhu vynalezl italský fyzik, matematik a filozof Galileo Galilei (1564-1642).
Na základě Archimédův princip, tento přístroj slouží k měření vztlakové síly vyvíjené na tělo ponořené do tekutiny.
To znamená, že určuje hmotnost předmětu ponořeného do kapaliny, která je zase lehčí než ve vzduchu.
Hydrostatická stupnice
Přečtěte si také: Pascalův princip.
Základní zákon o hydrostatice
Ó Stevinova věta je známý jako „Základní zákon o hydrostatice“. Tato teorie předpokládá vztah variace mezi objemem kapaliny a hydrostatickým tlakem. Vaše prohlášení je vyjádřeno takto:
“Rozdíl mezi tlaky dvou bodů tekutiny v rovnováze (v klidu) se rovná součinu mezi hustotou kapaliny, gravitačním zrychlením a rozdílem mezi hloubkami bodů.”
Stevinova věta je reprezentována následujícím vzorcem:
∆P = γ ⋅ Ach nebo ∆P = d. G. Ach
Kde,
∆P: změna hydrostatického tlaku
γ: měrná hmotnost kapaliny
Ach: změna výšky sloupce kapaliny
d: hustota
G: gravitační zrychlení
V mezinárodním systému (SI):
- změna hydrostatického tlaku je v Pascalech (Pa);
- měrná hmotnost kapaliny je v Newtonech na metr krychlový (N / m3);
- změna výšky kolony kapaliny je v metrech (m);
- hustota je v kilogramech na metr krychlový (kg / m3);
- gravitační zrychlení je v metrech za sekundu na druhou (m / s2).
Hydrostatika a hydrodynamika
Zatímco hydrostatika studuje kapaliny v klidu, hydrodynamika je odvětví fyziky, které studuje pohyb těchto tekutin.
Cvičení na přijímací zkoušky se zpětnou vazbou
1. (PUC-PR) Vztlak je velmi známý jev. Jedním z příkladů je relativní snadnost, s jakou můžete vstávat z bazénu, ve srovnání se snahou vstávat z vody, tj. Ze vzduchu.
Podle Archimedova principu, který definuje tah, označte správný návrh:
a) Když tělo plave na vodě, vztlak, který tělo dostává, je menší než jeho hmotnost.
b) Archimédův princip platí pouze pro těla ponořená do kapalin a nelze jej použít na plyny.
c) Tělo zcela nebo částečně ponořené do kapaliny zažívá vzhůru vertikální sílu, která se v modulu rovná hmotnosti vytlačené kapaliny.
d) Pokud se tělo ponoří do vody konstantní rychlostí, vztlak na něm je nulový.
e) Dva předměty stejného objemu, pokud jsou ponořeny do kapalin různé hustoty, trpí stejným tahem.
Alternativní c
2. (UERJ-RJ) Na sladkovodním jezeře pluje vor, jehož tvar je obdélníkový rovnoběžnostěn. Základna jeho trupu, jehož rozměry jsou 20 m na délku a 5 m na šířku, je rovnoběžná s volným povrchem vody a ponořena ve vzdálenosti od tohoto povrchu. Předpokládejme, že na voru je naloženo 10 automobilů, z nichž každý váží 1 200 kg, takže základna trupu zůstává rovnoběžná s volným povrchem vody, ale ponořena ve vzdálenosti d od tohoto povrchu.
Pokud je hustota vody 1,0 × 103 kg / m3, variace (d - do) v centimetrech je: (g = 10 m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternativní c
3. (UNIFOR-CE) Dvě chemicky inertní, nemísitelné kapaliny, A a B, s hustotou dA = 2,80 g / cm3 a dB = 1,60 g / cm3jsou umístěny ve stejné nádobě. S vědomím, že objem kapaliny A je dvakrát větší než objem B, hustota směsi, vg / cm3, OK:
a) 2,40
b) 2,30
c) 2,20
d) 2.10
e) 2,00
Alternativa k
Další otázky s komentovaným rozlišením najdete také: Hydrostatická cvičení.
