הידרוסטטיקה היא תחום בפיזיקה החוקר את נוזלים שנמצאים במנוחה. ענף זה כולל מספר מושגים כגון צפיפות, לחץ, נפח וכוח צף.
המושגים העיקריים של הידרוסטטיקה
צְפִיפוּת
צפיפות קובעת את ריכוז החומר בנפח נתון.
לגבי צפיפות הגוף והנוזל יש לנו:
- אם צפיפות הגוף קטנה מצפיפות הנוזל, הגוף יצוף על פני הנוזל;
- אם צפיפות הגוף שווה לצפיפות הנוזל, הגוף יהיה בשיווי משקל עם הנוזל;
- אם צפיפות הגוף גדולה מצפיפות הנוזל, הגוף ישקע.
כדי לחשב את הצפיפות, משתמשים בנוסחה הבאה:
d = m / v
להיות,
ד: צפיפות
M: פסטה
v: כרך
במערכת הבינלאומית (SI):
- הצפיפות היא בגרמים לסנטימטר מעוקב (גרם / ס"מ3), אך הוא יכול לבוא לידי ביטוי גם בקילוגרמים למ"ק (ק"ג / מ ')3) או בגרמים למיליליטר (גרם / מ"ל);
- המסה בקילוגרמים (ק"ג);
- הנפח הוא במטר מעוקב (מ '3).
קרא גם על ה- צְפִיפוּת וה צפיפות מים.
לַחַץ
לחץ הוא מושג חיוני של הידרוסטטיקה, ובתחום מחקר זה מכנים אותו לחץ הידרוסטטי. זה קובע את הלחץ שהנוזלים מפעילים על אחרים.
כדוגמה, אנו יכולים לחשוב על הלחץ שאנו חשים כשאנחנו שוחים. כך שככל שאנו צוללים עמוק יותר כך הלחץ ההידרוסטטי גדול יותר.
מושג זה קשור קשר הדוק לצפיפות נוזלים ולהאצת כוח הכבידה. לכן, הלחץ ההידרוסטטי מחושב לפי הנוסחה הבאה:
P = ד. ח. ז
איפה,
פ: לחץ הידרוסטטי
ד: צפיפות נוזלים
ה: גובה הנוזל במיכל
ז: האצת כוח הכבידה
במערכת הבינלאומית (SI):
- הלחץ ההידרוסטטי הוא בפסקל (Pa), אך משתמשים גם באטמוספירה (כספומט) ובמילימטר כספית (mmHg);
- צפיפות הנוזל היא בגרמים לסנטימטר מעוקב (גרם / ס"מ)3);
- הגובה הוא במטרים (מ ');
- תאוצת הכבידה היא במטר לשנייה בריבוע (m / sec2).
הערה: שימו לב כי הלחץ ההידרוסטטי אינו תלוי בצורת המיכל. זה תלוי בצפיפות הנוזל, בגובה עמוד הנוזל ובכובד המיקום.
רוצים לדעת יותר? קרא גם על ה- לחץ אטמוספרי.
צִיפָה
הדחף, הנקרא גם הדחף, הוא א כוח הידרוסטטי שפועל על גוף שטבול בנוזל. לפיכך, הכוח הצף הוא הכוח המתקבל שמפעיל הנוזל על גוף נתון.
כדוגמא, אנו יכולים לחשוב על גופנו שמרגיש קל יותר כשאנחנו במים, בין אם בבריכה או בים.
שים לב שכוח זה שהפעיל הנוזל על הגוף כבר נחקר בעת העתיקה.
המתמטיקאי היווני ארכימדס היה זה שביצע ניסוי הידרוסטטי שאפשר לו לחשב את ערך הכוח הצף (אנכי ומעלה) שהופך גוף קל יותר בתוך נוזל. שים לב שהוא פועל בכיוון ההפוך מזה משקל כוח.
הפעלת הכוח הצף וכוח המשקל
לפיכך, האמירה של משפט ארכימדס או חוק ציפה הוא:
“כל גוף השקוע בנוזל מקבל דחף מלמטה למעלה השווה למשקל נפח ה נוזלים עקורים, אם כן, הגופים צפופים יותר מאשר מים שוקעים, בעוד שפחות צפופים לָצוּף”.
באשר לכוח הצף, אנו יכולים להסיק כי:
- אם הכוח הצף (E) גדול מכוח המשקל (P), הגוף יעלה אל פני השטח;
- אם לכוח הצף (E) יש עוצמה זהה לכוח המשקל (P), הגוף לא יעלה ולא ייפול, וישאר באיזון;
- אם הכוח הצף (E) נמוך מכוח המשקל (P), הגוף ישקע.
זכרו שהכוח הצף הוא א גדולת וקטורכלומר יש לו כיוון, מודול וכיוון.
במערכת הבינלאומית (SI), הדחף (E) ניתן בניוטון (N) ומחושב על ידי הנוסחה הבאה:
E = דf. וfd. ז
איפה,
AND: כוח צף
דf: צפיפות נוזלים
וfd: נפח נוזלים
ז: האצת כוח הכבידה
במערכת הבינלאומית (SI):
- צפיפות הנוזל היא בק"ג למ"ק (ק"ג / מ ')3);
- נפח הנוזל הוא במטר קוב3);
- תאוצת הכבידה היא במטר לשנייה בריבוע (m / sec2).
קרא את ה נוסחת דחף.
סולם הידרוסטטי
האיזון ההידרוסטטי הומצא על ידי הפיזיקאי, המתמטיקאי והפילוסוף האיטלקי גלילאו גליליי (1564-1642).
מבוסס על עקרון ארכימדס, מכשיר זה משמש למדידת הכוח הצף המופעל על גוף השקוע בנוזל.
כלומר, הוא קובע את משקלו של חפץ שקוע בנוזל, שבתורו קל יותר מאשר באוויר.
סולם הידרוסטטי
קרא גם: העיקרון של פסקל.
החוק היסודי של הידרוסטטיקה
או משפט סטווין מכונה "החוק היסודי של הידרוסטטיקה". תיאוריה זו מניחה את הקשר בין השונות בין נפחי נוזל ללחץ הידרוסטטי. הצהרתך באה לידי ביטוי כדלקמן:
“ההפרש בין הלחצים של שתי נקודות נוזל בשיווי משקל (מנוחה) שווה למוצר בין צפיפות הנוזל, תאוצת כוח הכבידה וההבדל בין עומק ה- נקודות.”
משפט סטווין מיוצג על ידי הנוסחה הבאה:
∆P = γ ⋅ הו אוֹ ∆P = ד. ז. הו
איפה,
∆P: וריאציה בלחץ הידרוסטטי
γ: משקל ספציפי של הנוזל
הו: וריאציה בגובה העמודה הנוזלית
ד: צפיפות
ז: האצת כוח הכבידה
במערכת הבינלאומית (SI):
- וריאציה של לחץ הידרוסטטי היא בפסקל (Pa);
- המשקל הספציפי של הנוזל הוא בניוטון למטר מעוקב (N / m3);
- השונות בגובה עמוד הנוזל היא במטרים (מ ');
- הצפיפות היא בק"ג למ"ק (ק"ג / מ ')3);
- תאוצת הכבידה היא במטר לשנייה בריבוע (m / sec2).
הידרוסטטיקה והידרודינמיקה
בעוד הידרוסטטיקה חוקרת נוזלים במנוחה, הידרודינמיקה היא ענף הפיזיקה החוקר את תנועת הנוזלים הללו.
תרגילי בחינת כניסה עם משוב
1. (PUC-PR) ציפה היא תופעה מוכרת מאוד. דוגמה אחת היא הקלות היחסית בה תוכלו לקום מתוך בריכה לעומת ניסיון לקום מהמים, כלומר באוויר.
על פי עקרון ארכימדס, המגדיר את הדחף, סמן את ההצעה הנכונה:
א) כאשר גוף צף על מים, הציפה שמקבל הגוף פחות ממשקל הגוף.
ב) העיקרון של ארכימדס תקף רק לגופים הטבולים בנוזלים ולא ניתן להחיל אותו על גזים.
ג) גוף שקוע לחלוטין או חלקי בנוזל חווה כוח אנכי כלפי מעלה השווה במודול למשקל הנוזל העקור.
ד) אם גוף שוקע במים במהירות קבועה, הציפה עליהם אפסית.
ה) שני אובייקטים באותו נפח, כאשר הם שקועים בנוזלים בעלי צפיפות שונה, סובלים מדחף שווה.
חלופה ג
2. (UERJ-RJ) רפסודה, שצורתה מקבילה מלבנית, צפה על אגם מים מתוקים. בסיס גוףו, שמידותיו שוות לאורך 20 מ 'ולרוחב 5 מ', מקביל למשטח החופשי של המים ושקוע במרחק מאותו משטח. נניח כי הרפסודה עמוסה בעשרה מכוניות, שמשקלן של כל אחת 1,200 ק"ג, כך שבסיס הארון נותר מקביל למשטח החופשי של המים, אך שקוע במרחק ד 'מאותו משטח.
אם צפיפות המים היא 1.0 × 103 ק"ג / מ '3, הווריאציה (d - do), בסנטימטרים, היא: (g = 10m / s2)
א) 2
ב) 6
ג) 12
ד) 24
ה) 22
חלופה ג
3. (UNIFOR-CE) שני נוזלים, A ו- B, אינרטיים כימית, ואינם תערובתיים זה עם זה, עם צפיפות dA = 2.80 גרם / ס"מ3 ו- dB = 1.60 גרם / ס"מ3, בהתאמה, ממוקמים באותו מיכל. בידיעה שנפח הנוזל A כפול מזה של B, צפיפות התערובת, ב g / cm3, בסדר:
א) 2.40
ב) 2.30
ג) 2.20
ד) 2.10
ה) 2.00
חלופי ל
לשאלות נוספות, ברזולוציה שהעירו, ראו גם: תרגילים הידרוסטטיים.
