Hüdrostaatika on füüsika valdkond, mis uurib vedelikud, mis on puhkeasendis. See haru hõlmab mitmeid mõisteid, nagu tihedus, rõhk, maht ja ujuv jõud.
Hüdrostaatika peamised mõisted
Tihedus
Tihedus määrab aine kontsentratsiooni antud mahus.
Keha ja vedeliku tiheduse osas on meil:
- Kui keha tihedus on väiksem kui vedeliku tihedus, hõljub keha vedeliku pinnal;
- Kui keha tihedus on võrdne vedeliku tihedusega, on keha vedelikuga tasakaalus;
- Kui keha tihedus on suurem kui vedeliku tihedus, vajub keha ära.
Tiheduse arvutamiseks kasutatakse järgmist valemit:
d = m / v
olemine,
d: tihedus
m: pasta
v: maht
Rahvusvahelises süsteemis (SI):
- tihedus on grammides kuupsentimeetri kohta (g / cm3), kuid seda saab väljendada ka kilogrammides kuupmeetri kohta (kg / m3) või grammides milliliitri kohta (g / ml);
- mass on kilogrammides (Kg);
- maht on kuupmeetrites (m3).
Loe ka Tihedus ja veetihedus.
Rõhk
Rõhk on hüdrostaatika oluline mõiste ja selles uurimisvaldkonnas seda nimetatakse hüdrostaatiline rõhk. See määrab rõhu, mida vedelikud teistele avaldavad.
Näitena võime mõelda rõhule, mida me ujumisel tunneme. Nii et mida sügavamale sukeldume, seda suurem on hüdrostaatiline rõhk.
See kontseptsioon on tihedalt seotud vedeliku tiheduse ja raskuskiirendusega. Seetõttu arvutatakse hüdrostaatiline rõhk järgmise valemi abil:
P = d. H. g
Kus
P: hüdrostaatiline rõhk
d: vedeliku tihedus
H: vedeliku kõrgus anumas
g: raskuskiirendus
Rahvusvahelises süsteemis (SI):
- hüdrostaatiline rõhk on Pascal (Pa), kuid kasutatakse ka atmosfääri (atm) ja elavhõbeda millimeetrit (mmHg);
- vedeliku tihedus on grammides kuupsentimeetri kohta (g / cm3)3);
- kõrgus on meetrites (m);
- raskuskiirendus on meetrites sekundis ruudus (m / sek2).
Märge: Pange tähele, et hüdrostaatiline rõhk ei sõltu anuma kujust. See sõltub vedeliku tihedusest, vedeliku samba kõrgusest ja asukoha raskusest.
Kas soovite rohkem teada saada? Loe ka Atmosfääri rõhk.
Ujuvus
Tõukejõud, mida nimetatakse ka tõukejõuks, on a hüdrostaatiline jõud mis toimib kehasse, mis on sukeldatud vedelikku. Seega on ujuv jõud vedeliku antud kehale avaldatav jõud.
Näitena võime mõelda oma kehale, mis tunneb end vees olles kergemini, olgu siis basseinis või merel.
Pange tähele, et seda vedeliku kehale avaldatavat jõudu uuriti juba antiikajal.
Kreeka matemaatik Archimedes viis läbi hüdrostaatilise eksperimendi, mis võimaldas tal arvutada selle ujuva jõu (vertikaalse ja ülespoole suunatud) väärtuse, mis muudab keha vedeliku sees kergemaks. Pange tähele, et see toimib vastupidises suunas tugevuskaal.
Ujuva jõu ja raskusjõu rakendamine
Seega avaldus Archimedese teoreem või ujuvuse seadus on:
“Iga keha, mis on sukeldatud vedelikku, saab alt üles impulssi, mis võrdub vedeliku mahu kaaluga nihkunud vedelik vajub seetõttu veest tihedamast kehast, vähem tihedalt ujuk”.
Ujuva jõu osas võime järeldada, et:
- Kui ujuv jõud (E) on suurem kui raskusjõud (P), tõuseb keha pinnale;
- Kui ujuvjõul (E) on sama tugevus kui raskusjõul (P), ei tõuse ega kao keha, püsides tasakaalus;
- Kui ujuv jõud (E) on väiksem kui raskusjõud (P), vajub keha ära.
Pidage meeles, et ujuv jõud on a Vektorite ülevussee tähendab, et sellel on suund, moodul ja suund.
Rahvusvahelises süsteemis (SI) antakse tõukejõud (E) Newtonis (N) ja arvutatakse järgmise valemiga:
E = df. Vfd. g
Kus
JA: ujuv jõud
df: vedeliku tihedus
Vfd: vedeliku maht
g: raskuskiirendus
Rahvusvahelises süsteemis (SI):
- vedeliku tihedus on kilogrammides kuupmeetri kohta (kg / m3);
- vedeliku maht on kuupmeetrites (m3);
- raskuskiirendus on meetrites sekundis ruudus (m / sek2).
Loe tõukejõu valem.
Hüdrostaatiline skaala
Hüdrostaatilise tasakaalu leiutas Itaalia füüsik, matemaatik ja filosoof Galileo Galilei (1564-1642).
Põhineb Archimedese põhimõte, selle vahendi abil mõõdetakse vedelikku sukeldatud kehale avaldatavat ujuvat jõudu.
See tähendab, et see määrab vedelikku sukeldatud eseme massi, mis on omakorda õhust kergem.
Hüdrostaatiline skaala
Loe ka: Pascali põhimõte.
Hüdrostaatika põhiseadus
O Stevini teoreem on tuntud kui "hüdrostaatika põhiseadus". See teooria postuleerib vedelike mahu ja hüdrostaatilise rõhu varieerumise seose. Teie avaldust väljendatakse järgmiselt:
“Vedeliku kahe tasakaalu (puhkeoleku) rõhu erinevus on võrdne korrutisega vedeliku tiheduse, raskuskiirenduse ja veepinna sügavuste erinevuse vahel punkte.”
Stevini teoreemi esindab järgmine valem:
∆P = γ ⋅ oh või ∆P = d. g. oh
Kus
.P: hüdrostaatiline rõhumuutus
γ: vedeliku erikaal
oh: vedeliku kolonni kõrguse muutus
d: tihedus
g: raskuskiirendus
Rahvusvahelises süsteemis (SI):
- hüdrostaatilise rõhu muutus on Pascal (Pa);
- vedeliku erikaal on Newtonis kuupmeetri kohta (N / m3);
- vedeliku samba kõrguse muutus on meetrites (m);
- tihedus on kilogrammides kuupmeetri kohta (kg / m3);
- raskuskiirendus on meetrites sekundis ruudus (m / sek2).
Hüdrostaatika ja hüdrodünaamika
Kui hüdrostaatika uurib vedelikke puhkeseisundis, on hüdrodünaamika füüsika haru, mis uurib nende vedelike liikumist.
Tagasisidega sisseastumiseksami harjutused
1. (PUC-PR) Ujuvus on väga tuttav nähtus. Üks näide on see, kui hõlpsasti saate basseini seest üles tõusta, võrreldes veest välja, st õhku tõusmisega.
Vastavalt Archimedese tõukejõudu määratlevale põhimõttele märkige õige lause:
a) Kui keha ujub vee peal, on keha saadud ujuvus väiksem kui keha kaal.
b) Archimedese põhimõte kehtib ainult vedelikku sukeldatud kehade kohta ja seda ei saa rakendada gaasidele.
c) Täielikult või osaliselt vedelikku sukeldatud keha kogeb ülespoole suunatud vertikaalset jõudu, mis moodulites võrdub tõrjutud vedeliku massiga.
d) Kui keha vajub püsiva kiirusega vette, on selle ujuvus null.
e) Erineva tihedusega vedelikku sukeldatuna kannatavad kaks sama mahuga objekti ühtlast tõukejõudu.
C alternatiiv
2. (UERJ-RJ) Magistraaljärvel hõljub parv, mille kuju on ristkülikukujuline rööptahukas. Selle kere põhi, mille mõõtmed on võrdsed 20 m pikkuse ja 5 m laiusega, on paralleelne vee vaba pinnaga ja sukeldunud sellest pinnast kaugusele. Oletame, et parv on koormatud 10 autoga, millest igaüks kaalub 1200 kg, nii et kere põhi jääb paralleelselt vee vaba pinnaga, kuid on sukeldunud sellest pinnast d kaugusele.
Kui vee tihedus on 1,0 × 103 kg / m3, variatsioon (d - do) sentimeetrites on: (g = 10m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
C alternatiiv
3. (UNIFOR-CE) Kaks keemiliselt inertset, mitte segunevat vedelikku, A ja B, tihedusega dA = 2,80g / cm3 ja dB = 1,60 g / cm3vastavalt asetatakse samasse anumasse. Teades, et vedeliku A maht on kaks korda suurem kui B maht, on segu tihedus g / cm23, OKEI:
a) 2.40
b) 2.30
c) 2,20
d) 2.10
e) 2,00
Alternatiiv
Lisaküsimuste ja kommenteeritud lahenduste korral vaadake ka: Hüdrostaatilised harjutused.
