Hydrostatica is een gebied van de fysica dat de vloeistoffen die in rust zijn. Deze tak omvat verschillende concepten zoals dichtheid, druk, volume en opwaartse kracht.
Belangrijkste concepten van hydrostatica
Dichtheid
Dichtheid bepaalt de concentratie van materie in een bepaald volume.
Met betrekking tot de dichtheid van het lichaam en de vloeistof hebben we:
- Als de dichtheid van het lichaam kleiner is dan de dichtheid van de vloeistof, zal het lichaam op het oppervlak van de vloeistof drijven;
- Als de dichtheid van het lichaam gelijk is aan de dichtheid van de vloeistof, zal het lichaam in evenwicht zijn met de vloeistof;
- Als de dichtheid van het lichaam groter is dan de dichtheid van de vloeistof, zal het lichaam zinken.
Om de dichtheid te berekenen, wordt de volgende formule gebruikt:
d = m/v
wezen,
d: dichtheid
m: pasta
v: volume
In het internationale systeem (SI):
- dichtheid is in gram per kubieke centimeter (g/cm3), maar het kan ook worden uitgedrukt in kilogram per kubieke meter (kg/m3) of in gram per milliliter (g/ml);
- de massa is in kilogram (Kg);
- het volume is in kubieke meters (m3).
Lees ook over de Dichtheid en de waterdichtheid.
Druk
Druk is een essentieel concept van hydrostatica, en in dit studiegebied wordt het genoemd hydrostatische druk. Het bepaalt de druk die vloeistoffen op anderen uitoefenen.
Als voorbeeld kunnen we denken aan de druk die we voelen tijdens het zwemmen. Dus hoe dieper we duiken, hoe groter de hydrostatische druk.
Dit concept hangt nauw samen met vloeistofdichtheid en zwaartekrachtversnelling. Daarom wordt de hydrostatische druk berekend met behulp van de volgende formule:
P = d. H. g
Waar,
P: hydrostatische druk
d: vloeistofdichtheid
H: hoogte van vloeistof in container
g: zwaartekrachtversnelling
In het internationale systeem (SI):
- de hydrostatische druk is in Pascal (Pa), maar ook de atmosfeer (atm) en de millimeter kwik (mmHg) worden gebruikt;
- de dichtheid van de vloeistof is in gram per kubieke centimeter (g/cm3);
- de hoogte is in meters (m);
- de versnelling van de zwaartekracht is in meter per seconde kwadraat (m/sec2).
Opmerking: Merk op dat de hydrostatische druk niet afhankelijk is van de vorm van de container. Het hangt af van de dichtheid van de vloeistof, de hoogte van de kolom van de vloeistof en de zwaartekracht van de locatie.
Wil meer weten? Lees ook over de Luchtdruk.
drijfvermogen
De stuwkracht, ook wel de stuwkracht genoemd, is a hydrostatische kracht: die inwerkt op een lichaam dat in een vloeistof is ondergedompeld. De opwaartse kracht is dus de resulterende kracht die door de vloeistof op een bepaald lichaam wordt uitgeoefend.
Als voorbeeld kunnen we denken aan ons lichaam dat lichter aanvoelt als we in het water zijn, of het nu in het zwembad of in de zee is.
Merk op dat deze kracht die door de vloeistof op het lichaam wordt uitgeoefend al in de oudheid werd bestudeerd.
De Griekse wiskundige Archimedes was degene die een hydrostatisch experiment uitvoerde waarmee hij de waarde kon berekenen van de opwaartse kracht (verticaal en opwaarts) die een lichaam in een vloeistof lichter maakt. Merk op dat het in de tegenovergestelde richting werkt sterkte gewicht.
Bediening van de opwaartse kracht en gewichtskracht
Zo is de verklaring van de Stelling van Archimedes of wet van het drijfvermogen is:
“Elk lichaam dat in een vloeistof is ondergedompeld, krijgt van onderaf een impuls die gelijk is aan het gewicht van het volume van de vloeistof verplaatst, daarom zinken de lichamen dichter dan water, terwijl de minder dichte vlotter”.
Met betrekking tot de opwaartse kracht kunnen we concluderen dat:
- Als de opwaartse kracht (E) groter is dan de gewichtskracht (P), zal het lichaam naar de oppervlakte stijgen;
- Als de opwaartse kracht (E) dezelfde intensiteit heeft als de gewichtskracht (P), zal het lichaam niet stijgen of dalen en in evenwicht blijven;
- Als de opwaartse kracht (E) kleiner is dan de gewichtskracht (P), zal het lichaam zinken.
Onthoud dat de opwaartse kracht a. is Vector grootheid, dat wil zeggen, het heeft richting, module en richting.
In het International System (SI) wordt de stuwkracht (E) gegeven in Newton (N) en berekend met de volgende formule:
E = df. Vfd. g
Waar,
EN: drijfkracht
df: vloeistofdichtheid
Vfd: vloeistofvolume
g: zwaartekrachtversnelling
In het internationale systeem (SI):
- de vloeistofdichtheid is in kilogram per kubieke meter (kg/m3);
- het vloeistofvolume is in kubieke meters (m3);
- de versnelling van de zwaartekracht is in meter per seconde kwadraat (m/sec2).
Lees de stuwkracht formule.
Hydrostatische schaal
De hydrostatische balans is uitgevonden door de Italiaanse natuurkundige, wiskundige en filosoof Galileo Galilei (1564-1642).
Gebaseerd op Het principe van Archimedesmede, dit instrument dient om de opwaartse kracht te meten die wordt uitgeoefend op een lichaam dat in een vloeistof is ondergedompeld.
Dat wil zeggen, het bepaalt het gewicht van een object dat is ondergedompeld in een vloeistof, die op zijn beurt lichter is dan in lucht.
Hydrostatische schaal
Lees ook: Het principe van Pascal.
Fundamentele wet van hydrostatica
O Stelling van Stevin staat bekend als de "Fundamentele Wet van Hydrostatica". Deze theorie postuleert de relatie van variatie tussen vloeistofvolumes en hydrostatische druk. Uw stelling luidt als volgt:
“Het verschil tussen de drukken van twee punten van een vloeistof in evenwicht (rust) is gelijk aan het product tussen de dichtheid van de vloeistof, de versnelling van de zwaartekracht en het verschil tussen de diepten van de punten.”
De stelling van Stevin wordt weergegeven door de volgende formule:
∆P = γ ⋅ Oh of ∆P = d. g. Oh
Waar,
P: hydrostatische drukvariatie
γ: soortelijk gewicht van de vloeistof
Oh: hoogtevariatie vloeistofkolom
d: dichtheid
g: zwaartekrachtversnelling
In het internationale systeem (SI):
- de variatie van de hydrostatische druk is in Pascal (Pa);
- het soortelijk gewicht van de vloeistof is in Newton per kubieke meter (N/m3);
- de variatie in de hoogte van de vloeistofkolom is in meters (m);
- dichtheid is in kilogram per kubieke meter (kg/m3);
- de versnelling van de zwaartekracht is in meter per seconde kwadraat (m/sec2).
Hydrostatica en Hydrodynamica
Terwijl hydrostatica vloeistoffen in rust bestudeert, is hydrodynamica de tak van de natuurkunde die de beweging van deze vloeistoffen bestudeert.
Toelatingsexamen Oefeningen met feedback
1. (PUC-PR) Drijfvermogen is een zeer bekend fenomeen. Een voorbeeld is het relatieve gemak waarmee u vanuit een zwembad kunt opstaan in vergelijking met proberen op te staan uit het water, dat wil zeggen in de lucht.
Markeer volgens het principe van Archimedes, dat stuwkracht definieert, de juiste propositie:
a) Wanneer een lichaam op water drijft, is het door het lichaam ontvangen drijfvermogen minder dan het lichaamsgewicht.
b) Het principe van Archimedes is alleen geldig voor lichamen die zijn ondergedompeld in vloeistoffen en kan niet worden toegepast op gassen.
c) Een lichaam dat geheel of gedeeltelijk in een vloeistof is ondergedompeld, ondervindt een opwaartse verticale kracht die in module gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.
d) Als een lichaam met constante snelheid in water zinkt, is het drijfvermogen erop nihil.
e) Twee voorwerpen van hetzelfde volume, ondergedompeld in vloeistoffen van verschillende dichtheden, ondervinden gelijke stuwkracht.
alternatief c
2. (UERJ-RJ) Een vlot, waarvan de vorm een rechthoekig parallellepipedum is, drijft op een zoetwatermeer. De basis van de romp, waarvan de afmetingen gelijk zijn aan 20 m lang en 5 m breed, is evenwijdig aan het vrije wateroppervlak en ligt op een afstand van dat oppervlak onder water. Neem aan dat het vlot is geladen met 10 auto's van elk 1.200 kg, zodat de basis van de romp evenwijdig blijft aan het vrije wateroppervlak, maar onder water staat op een afstand d van dat oppervlak.
Als de dichtheid van water 1,0 × 10. is3 kg/m3, de variatie (d – do), in centimeters, is: (g=10m/s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
alternatief c
3. (UNIFOR-CE) Twee chemisch inerte, niet-mengbare vloeistoffen, A en B, met een dichtheid dA=2,80g/cm3 en dB=1.60g/cm3respectievelijk in dezelfde container worden geplaatst. Wetende dat het volume van vloeistof A tweemaal dat van B is, de dichtheid van het mengsel, in g/cm3, OK:
a) 2.40
b) 2.30
c) 2.20
d) 2.10
e) 2,00
Een alternatief voor
Voor meer vragen, met becommentarieerde resolutie, zie ook:: Hydrostatische oefeningen.
