Η υδροστατική είναι ένας τομέας της φυσικής που μελετά το υγρά που βρίσκονται σε ηρεμία. Αυτός ο κλάδος περιλαμβάνει διάφορες έννοιες όπως πυκνότητα, πίεση, όγκο και πλευστική δύναμη.
Κύριες έννοιες της υδροστατικής
Πυκνότητα
Η πυκνότητα καθορίζει τη συγκέντρωση της ύλης σε έναν δεδομένο όγκο.
Όσον αφορά την πυκνότητα του σώματος και του υγρού έχουμε:
- Εάν η πυκνότητα του σώματος είναι μικρότερη από την πυκνότητα του υγρού, το σώμα θα επιπλέει στην επιφάνεια του υγρού.
- Εάν η πυκνότητα του σώματος είναι ίση με την πυκνότητα του υγρού, το σώμα θα βρίσκεται σε ισορροπία με το υγρό.
- Εάν η πυκνότητα του σώματος είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα του υγρού, το σώμα θα βυθιστεί.
Για τον υπολογισμό της πυκνότητας, χρησιμοποιείται ο ακόλουθος τύπος:
d = m / ν
να εισαι,
ρε: πυκνότητα
Μ: ζυμαρικά
β: Ενταση ΗΧΟΥ
Στο διεθνές σύστημα (SI):
- η πυκνότητα είναι σε γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό (g / cm3), αλλά μπορεί επίσης να εκφραστεί σε χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (kg / m3) ή σε γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο (g / ml) ·
- η μάζα είναι σε χιλιόγραμμα (Kg) ·
- ο όγκος είναι σε κυβικά μέτρα (m3).
Διαβάστε επίσης για το Πυκνότητα και το πυκνότητα νερού.
Πίεση
Η πίεση είναι μια ουσιαστική έννοια της υδροστατικής και σε αυτόν τον τομέα μελέτης ονομάζεται υδροστατική πίεση. Προσδιορίζει την πίεση που ασκούν τα υγρά σε άλλους.
Για παράδειγμα, μπορούμε να σκεφτούμε την πίεση που νιώθουμε όταν κολυμπάμε. Έτσι όσο πιο βαθιά βουτάμε, τόσο μεγαλύτερη είναι η υδροστατική πίεση.
Αυτή η ιδέα σχετίζεται στενά με την πυκνότητα υγρού και την επιτάχυνση της βαρύτητας. Επομένως, η υδροστατική πίεση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Ρ = δ. Η. σολ
Οπου,
Π: υδροστατική πίεση
ρε: πυκνότητα υγρού
Η: ύψος υγρού στο δοχείο
σολ: επιτάχυνση της βαρύτητας
Στο Διεθνές Σύστημα (SI):
- η υδροστατική πίεση είναι στο Pascal (Pa), αλλά χρησιμοποιούνται επίσης η ατμόσφαιρα (atm) και το χιλιοστό υδραργύρου (mmHg).
- η πυκνότητα του υγρού είναι σε γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό (g / cm3);
- το ύψος είναι σε μέτρα (m) ·
- η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι σε τετραγωνικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m / sec2).
Σημείωση: Σημειώστε ότι η υδροστατική πίεση δεν εξαρτάται από το σχήμα του δοχείου. Εξαρτάται από την πυκνότητα του υγρού, το ύψος της στήλης του υγρού και τη σοβαρότητα της θέσης.
Θέλετε να μάθετε περισσότερα; Διαβάστε επίσης για το Ατμοσφαιρική πίεση.
Πλευστότητα
Η ώθηση, που ονομάζεται επίσης ώθηση, είναι μια υδροστατική δύναμη που δρα σε ένα σώμα που βυθίζεται σε ένα υγρό. Έτσι, η πλευστή δύναμη είναι η προκύπτουσα δύναμη που ασκείται από το ρευστό σε ένα δεδομένο σώμα.
Για παράδειγμα, μπορούμε να σκεφτούμε το σώμα μας που αισθάνεται ελαφρύτερο όταν είμαστε στο νερό, είτε στην πισίνα είτε στη θάλασσα.
Σημειώστε ότι αυτή η δύναμη που ασκείται από το υγρό στο σώμα μελετήθηκε ήδη στην αρχαιότητα.
Ο Έλληνας μαθηματικός Αρχιμήδης ήταν αυτός που πραγματοποίησε ένα υδροστατικό πείραμα που του επέτρεψε να υπολογίσει την τιμή της πλευστικής δύναμης (κάθετη και ανοδική) που κάνει ένα σώμα ελαφρύτερο μέσα σε ένα υγρό. Σημειώστε ότι ενεργεί στην αντίθετη κατεύθυνση βάρος δύναμης.
Ενεργοποίηση της πλευστικής δύναμης και δύναμης βάρους
Έτσι, η δήλωση του Το Θεώρημα του Αρχιμήδη ή ο νόμος της πλευστότητας είναι:
“Κάθε σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό λαμβάνει μια ώθηση από κάτω προς τα πάνω ίση με το βάρος του όγκου του Το υγρό εκτοπίζεται, επομένως, τα σώματα πυκνότερα από το νεροχύτη, ενώ το λιγότερο πυκνό φλοτέρ”.
Όσον αφορά την πλευστή δύναμη, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι:
- Εάν η πλευστή δύναμη (Ε) είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη βάρους (Ρ), το σώμα θα ανέβει στην επιφάνεια.
- Εάν η πλευστή δύναμη (Ε) έχει την ίδια ένταση με τη δύναμη βάρους (Ρ), το σώμα δεν θα ανεβαίνει ούτε θα πέσει, παραμένοντας σε ισορροπία.
- Εάν η πλευστή δύναμη (Ε) είναι μικρότερη από τη δύναμη βάρους (Ρ), το σώμα θα βυθιστεί.
Θυμηθείτε ότι η επιπλέουσα δύναμη είναι α Διάνυσμα μεγαλείο, δηλαδή, έχει κατεύθυνση, ενότητα και κατεύθυνση.
Στο Διεθνές Σύστημα (SI), η ώθηση (E) δίνεται στο Newton (N) και υπολογίζεται με τον ακόλουθο τύπο:
Ε = δφά. Βστ. σολ
Οπου,
ΚΑΙ: πλευστή δύναμη
ρεφά: πυκνότητα υγρού
Βστ: όγκος υγρού
σολ: επιτάχυνση της βαρύτητας
Στο Διεθνές Σύστημα (SI):
- η πυκνότητα υγρού είναι σε χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (kg / m3);
- ο όγκος του υγρού είναι σε κυβικά μέτρα (m3);
- η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι σε τετραγωνικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m / sec2).
Διαβάστε το φόρμουλα ώσης.
Υδροστατική κλίμακα
Η υδροστατική ισορροπία εφευρέθηκε από τον Ιταλό φυσικό, μαθηματικό και φιλόσοφο Galileo Galilei (1564-1642).
Βασισμένο στο Αρχή του Αρχιμήδη, αυτό το όργανο χρησιμεύει για τη μέτρηση της πλευστικής δύναμης που ασκείται σε ένα σώμα βυθισμένο σε ένα υγρό.
Δηλαδή, καθορίζει το βάρος ενός αντικειμένου βυθισμένο σε ένα υγρό, το οποίο με τη σειρά του είναι ελαφρύτερο από τον αέρα.
Υδροστατική κλίμακα
Διαβάστε επίσης: Αρχή του Pascal.
Θεμελιώδης νόμος της υδροστατικής
Ο Το θεώρημα του Στίβιν είναι γνωστός ως «Θεμελιώδης Νόμος των Υδροστατικών». Αυτή η θεωρία υποδηλώνει τη σχέση διακύμανσης μεταξύ όγκων υγρών και υδροστατικής πίεσης. Η δήλωσή σας εκφράζεται ως εξής:
“Η διαφορά μεταξύ των πιέσεων δύο σημείων ενός υγρού σε ισορροπία (ηρεμία) είναι ίση με το προϊόν μεταξύ της πυκνότητας του υγρού, της επιτάχυνσης της βαρύτητας και της διαφοράς μεταξύ του βάθους του πόντους.”
Το θεώρημα του Stevin's αντιπροσωπεύεται από τον ακόλουθο τύπο:
ΔP = γ ⋅ Ω ή ΔP = d. σολ. Ω
Οπου,
ΔΡ: διακύμανση υδροστατικής πίεσης
γ: ειδικό βάρος του υγρού
Ω: διακύμανση ύψους στήλης υγρού
ρε: πυκνότητα
σολ: επιτάχυνση της βαρύτητας
Στο Διεθνές Σύστημα (SI):
- η διακύμανση της υδροστατικής πίεσης είναι στο Pascal (Pa) ·
- το ειδικό βάρος του υγρού είναι σε Newton ανά κυβικά μέτρα (N / m3);
- η διακύμανση του ύψους της στήλης του υγρού είναι σε μέτρα (m) ·
- η πυκνότητα είναι σε χιλιόγραμμα ανά κυβικά μέτρα (kg / m3);
- η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι σε τετραγωνικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m / sec2).
Υδροστατική και υδροδυναμική
Ενώ η υδροστατική μελετά υγρά σε ηρεμία, η υδροδυναμική είναι ο κλάδος της φυσικής που μελετά την κίνηση αυτών των υγρών.
Εξετάσεις Ασκήσεις με Ανατροφοδότηση
1. (PUC-PR) Η πλευστότητα είναι ένα πολύ γνωστό φαινόμενο. Ένα παράδειγμα είναι η σχετική ευκολία με την οποία μπορείτε να σηκωθείτε από μέσα σε μια πισίνα σε σύγκριση με την προσπάθεια να σηκωθείτε από το νερό, δηλαδή στον αέρα.
Σύμφωνα με την αρχή του Αρχιμήδη, η οποία καθορίζει την ώθηση, σημειώστε τη σωστή πρόταση:
α) Όταν ένα σώμα επιπλέει στο νερό, η πλευστότητα που λαμβάνει το σώμα είναι μικρότερη από το βάρος του σώματος.
β) Η αρχή του Archimedes ισχύει μόνο για σώματα βυθισμένα σε υγρά και δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε αέρια.
γ) Ένα σώμα πλήρως ή μερικώς βυθισμένο σε ένα ρευστό βιώνει μια ανοδική κάθετη δύναμη ίση σε δομοστοιχείο με το βάρος του εκτοπισμένου υγρού.
δ) Εάν ένα σώμα βυθίζεται σε νερό με σταθερή ταχύτητα, η πλευστότητα πάνω του είναι μηδέν.
ε) Δύο αντικείμενα του ίδιου όγκου, όταν βυθίζονται σε υγρά διαφορετικής πυκνότητας, έχουν ίση ώθηση.
Εναλλακτική γ
2. (UERJ-RJ) Μια σχεδία, του οποίου το σχήμα είναι ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο, επιπλέει σε μια λίμνη γλυκού νερού. Η βάση της γάστρας της, της οποίας οι διαστάσεις είναι ίσες με 20 m σε μήκος και 5 m σε πλάτος, είναι παράλληλη με την ελεύθερη επιφάνεια του νερού και βυθίζεται σε απόσταση από αυτήν την επιφάνεια. Ας υποθέσουμε ότι η σχεδία είναι φορτωμένη με 10 αυτοκίνητα, το καθένα βάρους 1.200 kg, έτσι ώστε η βάση του κύτους να παραμένει παράλληλη με την ελεύθερη επιφάνεια του νερού, αλλά βυθισμένη σε απόσταση d από αυτήν την επιφάνεια.
Εάν η πυκνότητα του νερού είναι 1,0 × 103 kg / m3, η παραλλαγή (d - do), σε εκατοστά, είναι: (g = 10m / s2)
Α2
β) 6
γ) 12
δ) 24
ε) 22
Εναλλακτική γ
3. (UNIFOR-CE) Δύο χημικά αδρανή, μη αναμίξιμα υγρά, A και B, με πυκνότητες dA = 2,80g / cm3 και dB = 1,60g / cm3, αντίστοιχα, τοποθετούνται στο ίδιο δοχείο. Γνωρίζοντας ότι ο όγκος του υγρού Α είναι διπλάσιος του Β, η πυκνότητα του μίγματος, σε g / cm3, ΕΝΤΑΞΕΙ:
α) 2.40
β) 2.30
γ) 2.20
δ) 2.10
ε) 2.00
Εναλλακτική λύση για
Για περισσότερες ερωτήσεις, με σχολιασμένη ανάλυση, δείτε επίσης: Υδροστατικές ασκήσεις.
