Hidrostatica este un domeniu al fizicii care studiază lichide care sunt în repaus. Această ramură implică mai multe concepte precum densitatea, presiunea, volumul și forța plutitoare.
Principalele concepte de hidrostatice
Densitate
Densitatea determină concentrația materiei într-un volum dat.
În ceea ce privește densitatea corpului și a fluidului, avem:
- Dacă densitatea corpului este mai mică decât densitatea fluidului, corpul va pluti pe suprafața fluidului;
- Dacă densitatea corpului este egală cu densitatea fluidului, corpul va fi în echilibru cu fluidul;
- Dacă densitatea corpului este mai mare decât densitatea fluidului, corpul se va scufunda.
Pentru a calcula densitatea, se folosește următoarea formulă:
d = m / v
fiind,
d: densitate
m: Paste
v: volum
În sistemul internațional (SI):
- densitatea este în grame pe centimetru cub (g / cm3), dar poate fi exprimat și în kilograme pe metru cub (kg / m3) sau în grame pe mililitru (g / ml);
- masa este în kilograme (Kg);
- volumul este în metri cubi (m3).
Citiți și despre Densitate si densitatea apei.
Presiune
Presiunea este un concept esențial al hidrostaticelor și, în acest domeniu de studiu, se numește presiune hidrostatica. Determină presiunea pe care o exercită fluidele asupra celorlalți.
De exemplu, ne putem gândi la presiunea pe care o simțim atunci când înotăm. Deci, cu cât scufundăm mai adânc, cu atât este mai mare presiunea hidrostatică.
Acest concept este strâns legat de densitatea fluidelor și de accelerația gravitațională. Prin urmare, presiunea hidrostatică este calculată utilizând următoarea formulă:
P = d. H. g
Unde,
P: presiune hidrostatica
d: densitatea lichidului
H: înălțimea lichidului din recipient
g: accelerația gravitațională
În sistemul internațional (SI):
- presiunea hidrostatică este în Pascal (Pa), dar se utilizează și atmosfera (atm) și milimetrul de mercur (mmHg);
- densitatea lichidului este în grame pe centimetru cub (g / cm3);
- înălțimea este în metri (m);
- accelerația gravitației este în metri pe secundă pătrat (m / sec2).
Notă: Rețineți că presiunea hidrostatică nu depinde de forma recipientului. Depinde de densitatea fluidului, de înălțimea coloanei lichidului și de gravitatea locației.
Vrei să afli mai multe? Citiți și despre Presiune atmosferică.
Plutire
Împingerea, numită și împingere, este o forța hidrostatică care acționează asupra unui corp care este scufundat într-un fluid. Astfel, forța flotantă este forța rezultată exercitată de fluid asupra unui corp dat.
De exemplu, ne putem gândi la corpul nostru care se simte mai ușor atunci când suntem în apă, indiferent dacă este în piscină sau în mare.
Rețineți că această forță exercitată de lichid asupra corpului a fost deja studiată în antichitate.
Matematicianul grec Arhimede a fost cel care a efectuat un experiment hidrostatic care i-a permis să calculeze valoarea forței flotante (verticale și în sus) care face un corp mai ușor în interiorul unui fluid. Rețineți că acționează în direcția opusă greutatea puterii.
Acționarea forței flotante și a forței de greutate
Astfel, declarația Teorema lui Arhimede sau Legea flotabilității este:
“Fiecare corp scufundat într-un fluid primește un impuls de jos în sus egal cu greutatea volumului fluidul deplasat, prin urmare, corpurile mai dense decât apa se scufundă, în timp ce cele mai puțin dense pluti”.
În ceea ce privește forța plutitoare, putem concluziona că:
- Dacă forța flotantă (E) este mai mare decât forța de greutate (P), corpul se va ridica la suprafață;
- Dacă forța flotantă (E) are aceeași intensitate ca forța de greutate (P), corpul nu va crește și nici nu va cădea, rămânând în echilibru;
- Dacă forța flotantă (E) este mai mică decât forța de greutate (P), corpul se va scufunda.
Amintiți-vă că forța plutitoare este o Măreția vectorială, adică are direcție, modul și direcție.
În sistemul internațional (SI), forța (E) este dată în Newton (N) și calculată prin următoarea formulă:
E = df. Vfd. g
Unde,
ȘI: forță plutitoare
df: densitatea fluidelor
Vfd: volum de lichid
g: accelerația gravitațională
În sistemul internațional (SI):
- densitatea fluidului este în kilograme pe metru cub (kg / m3);
- volumul fluidului este în metri cubi (m3);
- accelerația gravitației este în metri pe secundă pătrat (m / sec2).
Citeste formula de împingere.
Scara hidrostatică
Echilibrul hidrostatic a fost inventat de fizicianul, matematicianul și filosoful italian Galileo Galilei (1564-1642).
Bazat pe Principiul lui Arhimede, acest instrument servește la măsurarea forței flotante exercitate asupra unui corp scufundat într-un fluid.
Adică, determină greutatea unui obiect scufundat într-un lichid, care la rândul său este mai ușor decât în aer.
Scara hidrostatică
Citește și: Principiul lui Pascal.
Legea fundamentală a hidrostaticii
O Teorema lui Stevin este cunoscut sub numele de „Legea fundamentală a hidrostaticii”. Această teorie postulează relația de variație între volumele de lichid și presiunea hidrostatică. Declarația dvs. este exprimată după cum urmează:
“Diferența dintre presiunile a două puncte ale unui fluid la echilibru (în repaus) este egală cu produsul între densitatea fluidului, accelerația gravitației și diferența dintre adâncimile fluidului puncte.”
Teorema lui Stevin este reprezentată de următoarea formulă:
∆P = γ ⋅ Oh sau ∆P = d. g. Oh
Unde,
∆P: variația presiunii hidrostatice
γ: greutatea specifică a fluidului
Oh: variația înălțimii coloanei lichide
d: densitate
g: accelerația gravitațională
În sistemul internațional (SI):
- variația presiunii hidrostatice este în Pascal (Pa);
- greutatea specifică a fluidului este în Newton pe metri cubi (N / m3);
- variația înălțimii coloanei de lichid este în metri (m);
- densitatea este în kilograme pe metri cubi (kg / m3);
- accelerația gravitației este în metri pe secundă pătrat (m / sec2).
Hidrostatice și Hidrodinamice
În timp ce hidrostaticele studiază lichidele în repaus, hidrodinamica este ramura fizicii care studiază mișcarea acestor fluide.
Exerciții de examen de admitere cu feedback
1. (PUC-PR) Flotabilitatea este un fenomen foarte familiar. Un exemplu este ușurința relativă cu care te poți ridica din interiorul unei piscine, comparativ cu încercarea de a te ridica din apă, adică în aer.
Conform principiului lui Arhimede, care definește tracțiunea, marcați propoziția corectă:
a) Când un corp plutește pe apă, flotabilitatea primită de corp este mai mică decât greutatea corpului.
b) Principiul lui Arhimede este valabil numai pentru corpurile imersate în lichide și nu poate fi aplicat gazelor.
c) Un corp cufundat complet sau parțial într-un fluid experimentează o forță verticală ascendentă egală în modul cu greutatea fluidului deplasat.
d) Dacă un corp se scufundă în apă cu viteză constantă, flotabilitatea pe acesta este nulă.
e) Două obiecte de același volum, când sunt scufundate în lichide de densități diferite, suferă o împingere egală.
Alternativa c
2. (UERJ-RJ) O plută, a cărei formă este un paralelipiped dreptunghiular, plutește pe un lac de apă dulce. Baza corpului său, ale cărui dimensiuni sunt egale cu 20 m lungime și 5 m lățime, este paralelă cu suprafața liberă a apei și scufundată la o distanță de acea suprafață. Să presupunem că pluta este încărcată cu 10 automobile, fiecare cântărind 1.200 kg, astfel încât baza corpului să rămână paralelă cu suprafața liberă a apei, dar scufundată la o distanță d de acea suprafață.
Dacă densitatea apei este de 1,0 × 103 kg / m3, variația (d - do), în centimetri, este: (g = 10m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternativa c
3. (UNIFOR-CE) Două lichide inerte chimic, nemiscibile, A și B, cu densități dA = 2,80g / cm3 și dB = 1,60g / cm3, respectiv, sunt plasate în același recipient. Știind că volumul lichidului A este de două ori mai mare decât cel al lui B, densitatea amestecului, în g / cm3, O.K:
a) 2,40
b) 2,30
c) 2.20
d) 2.10
e) 2,00
Alternativă la
Pentru mai multe întrebări, cu rezoluție comentată, consultați și: Exerciții hidrostatice.
