Hydrostatics on fysiikan alue, joka tutkii nesteet, jotka ovat levossa. Tämä haara sisältää useita käsitteitä, kuten tiheys, paine, tilavuus ja kelluva voima.
Hydrostatiikan pääkäsitteet
Tiheys
Tiheys määrää aineen pitoisuuden tietyssä tilavuudessa.
Kehon ja nesteen tiheyden suhteen meillä on:
- Jos ruumiin tiheys on pienempi kuin nesteen tiheys, keho kelluu nesteen pinnalla;
- Jos ruumiin tiheys on sama kuin nesteen tiheys, keho on tasapainossa nesteen kanssa;
- Jos ruumiin tiheys on suurempi kuin nesteen tiheys, keho uppoaa.
Tiheyden laskemiseksi käytetään seuraavaa kaavaa:
d = m / v
oleminen,
d: tiheys
m: pasta
v: äänenvoimakkuus
Kansainvälisessä järjestelmässä (SI):
- tiheys on grammoina kuutiosenttimetriä kohti (g / cm3), mutta se voidaan ilmaista myös kilogrammoina kuutiometriä kohti (kg / m3) tai grammoina millilitrassa (g / ml);
- massa on kilogrammoina (Kg);
- tilavuus on kuutiometreinä (m3).
Lue myös Tiheys ja veden tiheys.
Paine
Paine on olennainen käsite hydrostaatista, ja tällä tutkimusalueella sitä kutsutaan hydrostaattinen paine. Se määrittää paineen, jota nesteillä on muille.
Esimerkiksi voimme ajatella paineita, joita tunnemme uidessamme. Joten mitä syvemmälle sukelamme, sitä suurempi on hydrostaattinen paine.
Tämä käsite liittyy läheisesti nesteen tiheyteen ja painovoiman kiihtyvyyteen. Siksi hydrostaattinen paine lasketaan seuraavalla kaavalla:
P = d. H. g
Missä,
P: hydrostaattinen paine
d: nestetiheys
H: nesteen korkeus astiassa
g: painovoiman kiihtyvyys
Kansainvälisessä järjestelmässä (SI):
- hydrostaattinen paine on Pascalissa (Pa), mutta käytetään myös ilmakehää (atm) ja elohopeamillimetriä (mmHg);
- nesteen tiheys on grammoina kuutiosenttimetriä kohti (g / cm3)3);
- korkeus on metreinä (m);
- painovoiman kiihtyvyys on metreinä sekunnissa neliö (m / s2).
Merkintä: Huomaa, että hydrostaattinen paine ei riipu astian muodosta. Se riippuu nesteen tiheydestä, nestepylvään korkeudesta ja sijainnin painosta.
Haluatko tietää enemmän? Lue myös Ilmakehän paine.
Kelluvuus
Työntövoima, jota kutsutaan myös työntövoimaksi, on a hydrostaattinen voima joka vaikuttaa nesteeseen upotettuun kehoon. Siten kelluva voima on tuloksena oleva voima, jonka neste antaa tiettyyn kehoon.
Esimerkiksi voimme ajatella kehoamme, joka tuntuu kevyemmältä, kun olemme vedessä, olipa uima-altaassa tai meressä.
Huomaa, että tätä nesteen kehoon kohdistamaa voimaa tutkittiin jo antiikin aikoina.
Kreikkalainen matemaatikko Archimedes suoritti hydrostaattisen kokeen, jonka avulla hän pystyi laskemaan kelluvan voiman arvon (pysty- ja ylöspäin), joka tekee kehosta kevyemmän nesteen sisällä. Huomaa, että se toimii päinvastaiseen suuntaan kuin lujuuspaino.
Kelluvan voiman ja painovoiman käyttö
Siten lausunto Archimedeksen lause tai kelluvuuslaki on:
“Jokainen nesteeseen upotettu ruumis saa alhaalta ylöspäin suuntautuvan impulssin, joka on yhtä suuri kuin nesteen tilavuuden paino nestettä siirtyneenä, vettä tiheämmät kappaleet uppoavat, kun taas vähemmän tiheät kellua”.
Kelluvan voiman osalta voimme päätellä, että:
- Jos kelluva voima (E) on suurempi kuin painovoima (P), runko nousee pintaan;
- Jos kelluvalla voimalla (E) on sama voimakkuus kuin painovoimalla (P), keho ei nouse eikä laske pysyen tasapainossa;
- Jos kelluva voima (E) on pienempi kuin painovoima (P), runko uppoaa.
Muista, että kelluva voima on a Vektorin suuruus, eli sillä on suunta, moduuli ja suunta.
Kansainvälisessä järjestelmässä (SI) työntövoima (E) ilmoitetaan Newtonissa (N) ja lasketaan seuraavalla kaavalla:
E = df. Vfd. g
Missä,
JA: kelluva voima
df: nesteen tiheys
Vfd: nesteen määrä
g: painovoiman kiihtyvyys
Kansainvälisessä järjestelmässä (SI):
- nesteen tiheys on kilogrammoina kuutiometrissä (kg / m)3);
- nesteen tilavuus on kuutiometreinä (m3);
- painovoiman kiihtyvyys on metreinä sekunnissa neliö (m / s2).
Lue työntövoiman kaava.
Hydrostaattinen asteikko
Hydrostaattisen tasapainon keksi italialainen fyysikko, matemaatikko ja filosofi Galileo Galilei (1564-1642).
Perustuen Archimedeksen periaate, tämä instrumentti mittaa nesteeseen upotettuun kappaleeseen kohdistuvan kelluvan voiman.
Toisin sanoen se määrittää nesteeseen upotetun esineen painon, joka puolestaan on kevyempi kuin ilmassa.
Hydrostaattinen asteikko
Lue myös: Pascalin periaate.
Hydrostatiikan perustuslaki
O Stevinin lause tunnetaan nimellä "hydrostatiikan perustuslaki". Tämä teoria olettaa nestemäärien ja hydrostaattisen paineen vaihtelun suhteen. Lausuntosi ilmaistaan seuraavasti:
“Nesteen kahden tasapainopisteen (lepo) paineiden ero on yhtä suuri kuin tuote - nesteen tiheyden, painovoiman kiihtyvyyden ja pistettä.”
Stevinin lause on seuraava kaava:
∆P = γ ⋅ vai niin tai ∆P = d. g. vai niin
Missä,
.P: hydrostaattinen paineen vaihtelu
γ: nesteen ominaispaino
vai niin: nestepylvään korkeuden vaihtelu
d: tiheys
g: painovoiman kiihtyvyys
Kansainvälisessä järjestelmässä (SI):
- hydrostaattisen paineen vaihtelu on Pascalissa (Pa);
- nesteen ominaispaino on Newtonissa kuutiometriä kohti (N / m3);
- nestekolonnin korkeuden vaihtelu on metreinä (m);
- tiheys on kilogrammoina kuutiometriä kohti (kg / m3);
- painovoiman kiihtyvyys on metreinä sekunnissa neliö (m / s2).
Hydrostatics ja hydrodynamiikka
Vaikka hydrostaatit tutkivat nesteitä levossa, hydrodynamiikka on fysiikan haara, joka tutkii näiden nesteiden liikkumista.
Valintakokeen harjoitukset palautteella
1. (PUC-PR) Kelluvuus on hyvin tuttu ilmiö. Yksi esimerkki on suhteellinen helppous, jolla voit nousta altaan sisälle verrattuna yrittämään nousta vedestä, ts. Ilmassa.
Merkitse oikea ehdotus Archimedesin työntövoiman määrittelevän periaatteen mukaan:
a) Kun ruumis kelluu vedessä, kehon vastaanottama kelluvuus on pienempi kuin ruumiin paino.
b) Archimedes-periaate pätee vain nesteisiin upotettuihin kappaleisiin, eikä sitä voida soveltaa kaasuihin.
c) Nesteeseen kokonaan tai osittain upotettu runko kokee ylöspäin suuntautuvan pystysuoran voiman, joka on moduulissa yhtä suuri kuin syrjäytetyn nesteen paino.
d) Jos ruumis uppoaa veteen tasaisella nopeudella, sen kelluvuus on nolla.
e) Kaksi saman tilavuuden esinettä, kun ne upotetaan eritiheyksisiin nesteisiin, kärsivät yhtä suuresta työntövoimasta.
Vaihtoehto c
2. (UERJ-RJ) Lautta, jonka muoto on suorakulmainen suuntaissärmiö, kelluu makeanveden järvellä. Rungon pohja, jonka mitat ovat 20 metriä pitkät ja 5 metriä leveät, on yhdensuuntainen veden vapaan pinnan kanssa ja upotettuna etäisyydelle siitä pinnasta. Oletetaan, että lautalla on 10 autoa, joista kukin painaa 1200 kg, niin että rungon pohja pysyy yhdensuuntaisena veden vapaan pinnan kanssa, mutta upotettuna d etäisyydelle siitä pinnasta.
Jos veden tiheys on 1,0 × 103 kg / m3, vaihtelu (d - do) senttimetreinä on: (g = 10m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Vaihtoehto c
3. (UNIFOR-CE) Kaksi kemiallisesti inerttiä, sekoittumatonta nestettä, A ja B, joiden tiheys dA = 2,80 g / cm3 ja dB = 1,60 g / cm3vastaavasti sijoitetaan samaan astiaan. Tietäen, että nesteen A tilavuus on kaksinkertainen B: n tilavuuteen, seoksen tiheys, g / cm3, OK:
a) 2.40
b) 2.30
c) 2,20
d) 2.10
e) 2,00
Vaihtoehto
Katso myös lisäkysymyksiä kommentoidulla ratkaisulla: Hydrostaattiset harjoitukset.
