Hydrostatikk: tetthet, trykk, skyvekraft og formler

Hydrostatikk er et fysikkområde som studerer væsker som er i ro. Denne grenen involverer flere konsepter som tetthet, trykk, volum og flytende kraft.

Hovedkonsepter for hydrostatikk

Tetthet

Tetthet bestemmer konsentrasjonen av materie i et gitt volum.

Når det gjelder tettheten til kroppen og væsken har vi:

• Hvis kroppens tetthet er mindre enn væskens tetthet, vil kroppen flyte på overflaten av væsken;
• Hvis kroppens tetthet tilsvarer væskens tetthet, vil kroppen være i likevekt med væsken;
• Hvis kroppens tetthet er større enn væskens tetthet, vil kroppen synke.

For å beregne tettheten brukes følgende formel:

d = m / v

å være,

d: tetthet
m: pasta
v: volum

I det internasjonale systemet (SI):

• tetthet er i gram per kubikkcentimeter (g / cm³), men det kan også uttrykkes i kilogram per kubikkmeter (kg / m³) eller i gram per milliliter (g / ml);
• massen er i kg (kg);
• volumet er i kubikkmeter (m³).

Les også om Tetthet og vanntetthet.

Press

Trykk er et viktig begrep for hydrostatikk, og i dette studieområdet kalles det hydrostatisk trykk. Det bestemmer trykket som væsker utøver på andre.

Som et eksempel kan vi tenke på trykket vi føler når vi svømmer. Så jo dypere vi dykker, jo større er det hydrostatiske trykket.

Dette konseptet er nært knyttet til væsketetthet og tyngdekraftsakselerasjon. Derfor beregnes det hydrostatiske trykket ved hjelp av følgende formel:

P = d. H. g

Hvor,

P: hydrostatisk trykk
d: væsketetthet
H: væskehøyde i beholderen
g: tyngdekraftsakselerasjon

I det internasjonale systemet (SI):

• det hydrostatiske trykket er i Pascal (Pa), men atmosfæren (atm) og millimeter kvikksølv (mmHg) blir også brukt;
• væskens tetthet er i gram per kubikkcentimeter (g / cm3)³);
• høyden er i meter (m);
• tyngdeakselerasjonen er i meter per sekund i kvadrat (m / sek²).

Merk: Merk at det hydrostatiske trykket ikke avhenger av beholderens form. Det avhenger av væskens tetthet, høyden på væskesøylen og tyngdekraften til stedet.

Vil du vite mer? Les også om Atmosfærisk trykk.

Oppdrift

Drivkraften, også kalt skyvkraften, er en hydrostatisk kraft som virker på en kropp som er nedsenket i en væske. Dermed er den flytende kraften den resulterende kraften som utøves av væsken på et gitt legeme.

Som et eksempel kan vi tenke på kroppen vår som føles lettere når vi er i vannet, enten i bassenget eller havet.

Merk at denne kraften som væsken utøver på kroppen allerede ble studert i antikken.

Den greske matematikeren Archimedes var den som utførte et hydrostatisk eksperiment som tillot ham å beregne verdien av den flytende kraften (vertikal og oppover) som gjør en kropp lettere i en væske. Merk at det virker i motsatt retning av styrkevekt.

Aktivering av den kraftige kraften og vektkraften

Dermed uttalelsen av Archimedes 'teorem eller lov om oppdrift er:

“Hver kropp nedsenket i en væske får en bunn-opp-impuls lik vekten av volumet av væske fortrengt, derfor blir kroppene tettere enn vannet, mens de mindre tette flyte”.

Når det gjelder den kraftige kraften, kan vi konkludere med at:

• Hvis den flytende kraften (E) er større enn vektkraften (P), vil kroppen stige til overflaten;
• Hvis den flytende kraften (E) har samme intensitet som vektkraften (P), vil kroppen verken stige eller falle og forbli i balanse;
• Hvis den flytende kraften (E) er mindre enn vektkraften (P), vil kroppen synke.

Husk at den kraftige kraften er en Vector storhetdet vil si at den har retning, modul og retning.

I det internasjonale systemet (SI) er skyvekraften (E) gitt i Newton (N) og beregnet med følgende formel:

E = d_f. V_fd. g

Hvor,

OG: flytende kraft
d_f: væsketetthet
V_fd: væskevolum
g: tyngdekraftsakselerasjon

I det internasjonale systemet (SI):

• væsketettheten er i kilogram per kubikkmeter (kg / m³);
• væskevolumet er i kubikkmeter (m³);
• tyngdeakselerasjonen er i meter per sekund i kvadrat (m / sek²).

Les trykkformel.

Hydrostatisk skala

Den hydrostatiske balansen ble oppfunnet av den italienske fysikeren, matematikeren og filosofen Galileo Galilei (1564-1642).

Basert på Archimedes 'prinsipp, dette instrumentet tjener til å måle den flytende kraften som utøves på et legeme nedsenket i en væske.

Det vil si at den bestemmer vekten til et objekt nedsenket i en væske, som igjen er lettere enn i luft.

Hydrostatisk skala

Les også: Pascals prinsipp.

Grunnleggende lov om hydrostatikk

O Stevins teori er kjent som “Fundamental Law of Hydrostatics”. Denne teorien postulerer forholdet mellom variasjon mellom volumene av væsker og det hydrostatiske trykket. Uttalelsen din uttrykkes som følger:

“Forskjellen mellom trykket på to punkter i en væske ved likevekt (hviler) er lik produktet mellom væskens tetthet, tyngdekraftens akselerasjon og forskjellen mellom dybden på væsken poeng.”

Stevins teorem er representert med følgende formel:

∆P = γ ⋅ Åh eller ∆P = d. g. Åh

Hvor,

∆P: hydrostatisk trykkvariasjon
γ: spesifikk vekt av væsken
Åh: væske kolonne høyde variasjon
d: tetthet
g: tyngdekraftsakselerasjon

I det internasjonale systemet (SI):

• variasjonen av hydrostatisk trykk er i Pascal (Pa);
• væskens spesifikke vekt er i Newton per kubikkmeter (N / m³);
• variasjonen i høyden på væskesøylen er i meter (m);
• tetthet er i kilogram per kubikkmeter (kg / m³);
• tyngdeakselerasjonen er i meter per sekund i kvadrat (m / sek²).

Hydrostatikk og hydrodynamikk

Mens hydrostatikk studerer væsker i hvile, er hydrodynamikk grenen av fysikk som studerer bevegelsen til disse væskene.

Inngangseksamen Øvelser med tilbakemelding

1. (PUC-PR) Oppdrift er et veldig kjent fenomen. Et eksempel er den relative lettheten du kan stå opp fra innsiden av et basseng sammenlignet med å prøve å reise deg opp fra vannet, dvs. i luften.

I henhold til Archimedes 'prinsipp, som definerer skyvekraft, merker du det rette proposisjonen:

a) Når en kropp flyter på vann, er oppdriften som kroppen får mindre enn kroppens vekt.
b) Archimedes-prinsippet gjelder bare for legemer nedsenket i væsker og kan ikke påføres gasser.
c) Et legeme helt eller delvis nedsenket i en væske opplever en vertikal kraft oppover som er lik modulen til vekten av det fortrengte fluidet.
d) Hvis en kropp synker i vann med konstant hastighet, er oppdriften på den null.
e) To gjenstander med samme volum, når de er nedsenket i væsker med forskjellig tetthet, lider like mye.

Se Svar

Alternativ c

2. (UERJ-RJ) En flåte, hvis form er en rektangulær parallellpiped, flyter på en ferskvannssjø. Bunnen av skroget, hvis dimensjoner er lik 20 m i lengde og 5 m i bredde, er parallelt med vannets frie overflate og nedsenket i en avstand fra overflaten. Anta at flåten er lastet med 10 biler, hver med en vekt på 1200 kg, slik at bunnen av skroget forblir parallelt med den frie overflaten av vannet, men nedsenket i en avstand d fra overflaten.

Hvis vannets tetthet er 1.0 × 10³ kg / m³, variasjonen (d - do), i centimeter, er: (g = 10m / s²)

a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22

Se Svar

Alternativ c

3. (UNIFOR-CE) To kjemisk inerte, ikke-blandbare væsker, A og B, med tetthet dA = 2,80 g / cm³ og dB = 1,60 g / cm³, henholdsvis, plasseres i samme beholder. Å vite at volumet av væske A er dobbelt så stort som B, densiteten av blandingen, i g / cm3³, OK:

a) 2,40
b) 2.30
c) 2.20
d) 2.10
e) 2,00

Se Svar

Alternativ til

For flere spørsmål, med kommentert oppløsning, se også: Hydrostatiske øvelser.