Hydrostatika je oblasť fyziky, ktorá študuje kvapaliny, ktoré sú v pokoji. Toto odvetvie zahŕňa niekoľko pojmov, ako je hustota, tlak, objem a vztlaková sila.
Hlavné koncepcie hydrostatiky
Hustota
Hustota určuje koncentráciu látky v danom objeme.
Čo sa týka hustoty tela a tekutín, máme:
- Ak je hustota tela menšia ako hustota tekutiny, telo bude plávať na povrchu tekutiny;
- Ak je hustota tela rovná hustote tekutiny, bude telo v rovnováhe s tekutinou;
- Ak je hustota tela väčšia ako hustota tekutiny, telo sa potopí.
Na výpočet hustoty sa použije nasledujúci vzorec:
d = m / v
bytie,
d: hustota
m: cestoviny
v: objem
V medzinárodnom systéme (SI):
- hustota je v gramoch na kubický centimeter (g / cm3), ale dá sa vyjadriť aj v kilogramoch na meter kubický (kg / m3) alebo v gramoch na mililiter (g / ml);
- hmotnosť je v kilogramoch (Kg);
- objem je v kubických metroch (m3).
Prečítajte si tiež o Hustota a hustota vody.
Tlak
Tlak je základným pojmom hydrostatiky a v tejto oblasti štúdia sa mu hovorí hydrostatický tlak. Určuje tlak, ktorým pôsobia tekutiny na ostatných.
Ako príklad si môžeme predstaviť tlak, ktorý cítime, keď plávame. Čím hlbšie sa potápame, tým väčší je hydrostatický tlak.
Tento koncept úzko súvisí s hustotou kvapaliny a gravitačným zrýchlením. Preto sa hydrostatický tlak počíta pomocou tohto vzorca:
P = d. H. g
Kde,
P: hydrostatický tlak
d: hustota kvapaliny
H: výška kvapaliny v nádobe
g: gravitačné zrýchlenie
V medzinárodnom systéme (SI):
- hydrostatický tlak je v Pascaloch (Pa), ale používa sa tiež atmosféra (atm) a milimeter ortuti (mmHg);
- hustota kvapaliny je v gramoch na kubický centimeter (g / cm)3);
- výška je v metroch (m);
- gravitačné zrýchlenie je v metroch za sekundu na druhú (m / s2).
Poznámka: Upozorňujeme, že hydrostatický tlak nezávisí od tvaru nádoby. Závisí to od hustoty kvapaliny, výšky stĺpca kvapaliny a gravitácie miesta.
Chcete vedieť viac? Prečítajte si tiež o Atmosferický tlak.
Vztlak
Ťah, nazývaný tiež ťah, je a hydrostatická sila ktorý pôsobí na telo ponorené do tekutiny. Teda vztlaková sila je výsledná sila vyvíjaná tekutinou na dané telo.
Ako príklad si môžeme predstaviť svoje telo, ktoré sa cíti ľahšie, keď sme vo vode, či už v bazéne alebo v mori.
Upozorňujeme, že táto sila vyvíjaná kvapalinou na telo bola študovaná už v staroveku.
Grécky matematik Archimedes bol ten, kto uskutočnil hydrostatický experiment, ktorý mu umožnil vypočítať hodnotu vztlakovej sily (zvislej a vzostupnej), ktorá robí telo ľahším vo vnútri tekutiny. Pôsobí opačným smerom ako silová váha.
Ovládanie vztlakovej sily a silovej sily
Teda vyhlásenie Archimedova veta alebo zákon o vztlaku je:
“Každé telo ponorené do tekutiny dostane impulz zdola nahor, ktorý sa rovná hmotnosti objemu tekutina vytlačená, preto sú telá hustejšie ako voda, zatiaľ čo tie menej husté plavák”.
Pokiaľ ide o vztlakovú silu, môžeme dospieť k záveru, že:
- Ak je vztlaková sila (E) väčšia ako váhová sila (P), teleso vystúpi na povrch;
- Ak má vznášajúca sa sila (E) rovnakú intenzitu ako silová sila (P), telo ani nestúpa, ani neklesne a zostane v rovnováhe;
- Ak je vztlaková sila (E) menšia ako váhová sila (P), telo sa potopí.
Pamätajte, že vztlaková sila je a Vektorová veľkosť, to znamená, že má smer, modul a smer.
V medzinárodnom systéme (SI) sa ťah (E) udáva v Newtonoch (N) a počíta sa podľa tohto vzorca:
E = df. V.fd. g
Kde,
A: vztlaková sila
df: hustota kvapaliny
V.fd: objem kvapaliny
g: gravitačné zrýchlenie
V medzinárodnom systéme (SI):
- hustota kvapaliny je v kilogramoch na meter kubický (kg / m3);
- objem kvapaliny je v kubických metroch (m3);
- gravitačné zrýchlenie je v metroch za sekundu na druhú (m / s2).
Čítať ťahový vzorec.
Hydrostatická váha
Hydrostatickú rovnováhu vynašiel taliansky fyzik, matematik a filozof Galileo Galilei (1564-1642).
Založené na Archimedov princíp, tento prístroj slúži na meranie vztlakovej sily vyvíjanej na telo ponorené do tekutiny.
To znamená, že určuje hmotnosť predmetu ponoreného do kvapaliny, ktorá je zase ľahšia ako vo vzduchu.
Hydrostatická váha
Prečítajte si tiež: Pascalov princíp.
Základný zákon o hydrostatike
O Stevinova veta je známy ako „základný zákon o hydrostatike“. Táto teória predpokladá vzťah zmeny medzi objemami kvapaliny a hydrostatickým tlakom. Vaše vyhlásenie je vyjadrené takto:
“Rozdiel medzi tlakmi dvoch bodov kvapaliny v rovnovážnom stave (v pokoji) sa rovná súčinu medzi hustotou kvapaliny, gravitačným zrýchlením a rozdielom medzi hĺbkami bodov.”
Stevinova veta je vyjadrená týmto vzorcom:
∆P = γ ⋅ oh alebo ∆P = d. g. oh
Kde,
∆P: zmena hydrostatického tlaku
γ: špecifická hmotnosť kvapaliny
oh: zmena výšky stĺpca kvapaliny
d: hustota
g: gravitačné zrýchlenie
V medzinárodnom systéme (SI):
- zmeny hydrostatického tlaku sú v Pascaloch (Pa);
- špecifická hmotnosť kvapaliny je v Newtonoch na kubický meter (N / m3);
- zmena výšky stĺpca kvapaliny je v metroch (m);
- hustota je v kilogramoch na kubický meter (kg / m3);
- gravitačné zrýchlenie je v metroch za sekundu na druhú (m / s2).
Hydrostatika a hydrodynamika
Zatiaľ čo hydrostatika študuje kvapaliny v pokoji, hydrodynamika je odvetvie fyziky, ktoré skúma pohyb týchto tekutín.
Cvičenia na prijímacie skúšky so spätnou väzbou
1. (PUC-PR) Vztlak je veľmi známy jav. Jedným príkladom je relatívna ľahkosť, s akou môžete vstať z bazéna, v porovnaní s pokusom vstať z vody, tj. Zo vzduchu.
Podľa Archimedovho princípu, ktorý definuje ťah, označte správny návrh:
a) Keď telo pláva na vode, vztlak prijatý telom je menší ako hmotnosť tela.
b) Archimedov princíp platí iba pre telá ponorené do kvapalín a nemožno ho použiť na plyny.
c) Teleso úplne alebo čiastočne ponorené do kvapaliny zažíva vzostupnú vertikálnu silu rovnú v module hmotnosti vytlačenej kvapaliny.
d) Ak sa teleso ponorí do vody konštantnou rýchlosťou, vztlak na ňom je nulový.
e) Dva predmety rovnakého objemu, keď sú ponorené do kvapalín rôznej hustoty, majú rovnaký ťah.
Alternatíva c
2. (UERJ-RJ) Plť, ktorej tvar je obdĺžnikového kvádra, pláva na sladkovodnom jazere. Základňa jej trupu, ktorej rozmery sú rovné 20 m na dĺžku a 5 m na šírku, je rovnobežná s voľnou hladinou vody a je ponorená vo vzdialenosti od tejto hladiny. Predpokladajme, že vor je nabitý 10 automobilmi, z ktorých každý má hmotnosť 1 200 kg, takže základňa trupu zostáva rovnobežná s voľnou hladinou vody, ale je ponorená vo vzdialenosti d od tejto hladiny.
Ak je hustota vody 1,0 × 103 kg / m3, variácia (d - do) v centimetroch je: (g = 10 m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternatíva c
3. (UNIFOR-CE) Dve chemicky inertné nemiešateľné kvapaliny A a B s hustotou dA = 2,80 g / cm3 a dB = 1,60 g / cm3sú umiestnené v rovnakom kontajneri. S vedomím, že objem kvapaliny A je dvakrát väčší ako objem B, je hustota zmesi vg / cm3, OK:
a) 2,40
b) 2,30
c) 2,20
d) 2.10
e) 2,00
Náhrada za
Ďalšie otázky s komentovaným rozlíšením nájdete tiež: Hydrostatické cvičenia.
