Hydrostatics er et fysikområde, der studerer væsker, der er i ro. Denne gren involverer flere begreber såsom tæthed, tryk, volumen og opdrift.
Hovedbegreber for hydrostatik
Massefylde
Densitet bestemmer koncentrationen af stof i et givet volumen.
Med hensyn til legemets tæthed og væske har vi:
- Hvis legemets tæthed er mindre end væskens tæthed, flyder kroppen på overfladen af væsken;
- Hvis legemets tæthed er lig med væskens tæthed, vil kroppen være i ligevægt med væsken;
- Hvis legemets tæthed er større end væskens tæthed, vil kroppen synke.
For at beregne densiteten anvendes følgende formel:
d = m / v
være,
d: massefylde
m: pasta
v: volumen
I det internationale system (SI):
- densitet er i gram pr. kubikcentimeter (g / cm3), men det kan også udtrykkes i kg pr. kubikmeter (kg / m3) eller i gram pr. milliliter (g / ml);
- massen er i kg (kg);
- lydstyrken er i kubikmeter (m3).
Læs også om Massefylde og vandtæthed.
Tryk
Tryk er et essentielt koncept for hydrostatik, og i dette område kaldes det hydrostatisk tryk. Det bestemmer det tryk, som væsker udøver på andre.
Som et eksempel kan vi tænke på det pres, vi føler, når vi svømmer. Så jo dybere vi dykker, jo større er det hydrostatiske tryk.
Dette koncept er tæt knyttet til væsketæthed og tyngdekraftsacceleration. Derfor beregnes det hydrostatiske tryk ved hjælp af følgende formel:
P = d. H. g
Hvor,
P: hydrostatisk tryk
d: væsketæthed
H: væskehøjde i beholderen
g: tyngdekraftsacceleration
I det internationale system (SI):
- det hydrostatiske tryk er i Pascal (Pa), men atmosfæren (atm) og millimeter kviksølv (mmHg) anvendes også;
- væskens densitet er i gram pr. kubikcentimeter (g / cm3)3);
- højden er i meter (m);
- tyngdeacceleration er i meter pr. sekund i anden (m / sek2).
Bemærk: Bemærk, at det hydrostatiske tryk ikke afhænger af beholderens form. Det afhænger af væskens densitet, højden af væskesøjlen og placeringens tyngdekraft.
Vil du vide mere? Læs også om Atmosfærisk tryk.
Opdrift
Stødkraften, også kaldet stødkraften, er en hydrostatisk kraft der virker på et legeme, der er nedsænket i en væske. Således er den flydende kraft den resulterende kraft, som væsken udøver på et givet legeme.
Som et eksempel kan vi tænke på vores krop, der føles lettere, når vi er i vandet, hvad enten det er i poolen eller havet.
Bemærk, at denne kraft, som væsken udøver på kroppen, allerede var undersøgt i antikken.
Den græske matematiker Archimedes var den, der gennemførte et hydrostatisk eksperiment, der gjorde det muligt for ham at beregne værdien af den flydende kraft (lodret og opad), der gør et legeme lettere inde i en væske. Bemærk, at det fungerer i den modsatte retning af styrkevægt.
Aktivering af den kraftige kraft og vægtkraft
Således erklæringen af Archimedes 'sætning eller lov om opdrift er:
“Hvert legeme nedsænket i en væske modtager en bund-ned-impuls svarende til vægten af volumenet af væske fortrængt, derfor organer tættere end vand synke, mens de mindre tætte flyde”.
Med hensyn til den kraftige styrke kan vi konkludere, at:
- Hvis den flydende kraft (E) er større end vægtkraften (P), vil kroppen stige til overfladen;
- Hvis den kraftige kraft (E) har samme intensitet som vægtkraften (P), vil kroppen hverken stige eller falde og forblive i balance;
- Hvis den flydende kraft (E) er mindre end vægtkraften (P), vil kroppen synke.
Husk, at den kraftige kraft er en Vector storheddet vil sige, det har retning, modul og retning.
I det internationale system (SI) er stødkraften (E) angivet i Newton (N) og beregnet ved hjælp af følgende formel:
E = df. Vfd. g
Hvor,
OG: flydende kraft
df: væsketæthed
Vfd: væskevolumen
g: tyngdekraftsacceleration
I det internationale system (SI):
- væsketætheden er i kg pr. kubikmeter (kg / m3);
- væskemængden er i kubikmeter (m3);
- tyngdeacceleration er i meter pr. sekund i anden (m / sek2).
Læs trykformel.
Hydrostatisk skala
Den hydrostatiske balance blev opfundet af den italienske fysiker, matematiker og filosof Galileo Galilei (1564-1642).
Baseret på Archimedes 'princip, dette instrument tjener til at måle den flydende kraft, der udøves på et legeme nedsænket i en væske.
Det vil sige, det bestemmer vægten af en genstand nedsænket i en væske, som igen er lettere end i luften.
Hydrostatisk skala
Læs også: Pascals princip.
Grundlæggende lov for hydrostatik
O Stevins sætning er kendt som "Fundamental Law of Hydrostatics". Denne teori postulerer forholdet mellem variation mellem væskevolumener og hydrostatisk tryk. Din erklæring udtrykkes som følger:
“Forskellen mellem trykket på to punkter i en væske ved ligevægt (hviler) er lig med produktet mellem væskens tæthed, tyngdeacceleration og forskellen mellem dybden af væsken point.”
Stevins sætning er repræsenteret af følgende formel:
∆P = γ ⋅ Åh eller ∆P = d. g. Åh
Hvor,
∆P: hydrostatisk trykvariation
γ: væskens specifikke vægt
Åh: variation i flydende søjlehøjde
d: massefylde
g: tyngdekraftsacceleration
I det internationale system (SI):
- variationen af det hydrostatiske tryk er i Pascal (Pa);
- væskens specifikke vægt er i Newton pr. kubikmeter (N / m3);
- variationen i højden af væskesøjlen er i meter (m);
- densitet er i kg pr. kubikmeter (kg / m3);
- tyngdeacceleration er i meter pr. sekund i anden (m / sek2).
Hydrostatik og hydrodynamik
Mens hydrostatik studerer væsker i hvile, er hydrodynamik den gren af fysikken, der studerer bevægelsen af disse væsker.
Entréeksamen Øvelser med feedback
1. (PUC-PR) Opdrift er et meget velkendt fænomen. Et eksempel er den relative lethed, hvormed du kan rejse dig inde fra en pool i forhold til at forsøge at rejse dig op fra vandet, dvs. i luften.
I henhold til Archimedes 'princip, der definerer fremdrift, skal du markere det rigtige forslag:
a) Når et legeme flyder på vand, er den opdrift, som kroppen modtager, mindre end kroppens vægt.
b) Archimedes 'princip gælder kun for legemer nedsænket i væsker og kan ikke anvendes på gasser.
c) Et legeme helt eller delvist nedsænket i en væske oplever en opad lodret kraft, der er lig med modulet til vægten af den fortrængte væske.
d) Hvis et legeme synker i vand med konstant hastighed, er opdriften på det nul.
e) To genstande af samme volumen, når de nedsænkes i væsker med forskellige tætheder, lider lige så meget.
Alternativ c
2. (UERJ-RJ) En flåde, hvis form er en rektangulær parallelepiped, svæver på en ferskvandssø. Skrogets bund, hvis dimensioner er lig med 20 m i længden og 5 m i bredden, er parallel med den frie overflade af vandet og nedsænket i en afstand fra overfladen. Antag, at tømmerflåden er fyldt med 10 biler, der hver vejer 1.200 kg, så skrogbunden forbliver parallel med den frie overflade af vandet, men nedsænket i en afstand d fra denne overflade.
Hvis tætheden af vand er 1,0 × 103 kg / m3, variationen (d - do), i centimeter, er: (g = 10m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternativ c
3. (UNIFOR-CE) To kemisk inerte, ikke-blandbare væsker, A og B, med densiteter dA = 2,80 g / cm3 og dB = 1,60 g / cm3henholdsvis placeres i den samme beholder. Ved at vide, at volumenet af væske A er dobbelt så stort som B, densiteten af blandingen ig / cm3, OKAY:
a) 2,40
b) 2.30
c) 2.20
d) 2.10
e) 2,00
Alternativ til
For flere spørgsmål med kommenteret opløsning, se også: Hydrostatiske øvelser.
