Hidrostatika je področje fizike, ki preučuje tekočine, ki mirujejo. Ta veja vključuje več konceptov, kot so gostota, tlak, prostornina in vzgonska sila.
Glavni koncepti hidrostatike
Gostota
Gostota določa koncentracijo snovi v določeni prostornini.
Glede gostote telesa in tekočine imamo:
- Če je gostota telesa manjša od gostote tekočine, bo telo plavalo na površini tekočine;
- Če je gostota telesa enakovredna gostoti tekočine, bo telo v ravnovesju s tekočino;
- Če je gostota telesa večja od gostote tekočine, bo telo potonilo.
Za izračun gostote uporabimo naslednjo formulo:
d = m / v
biti,
d: gostota
m: testenine
v: glasnost
V mednarodnem sistemu (SI):
- gostota je v gramih na kubični centimeter (g / cm3), lahko pa je izražen tudi v kilogramih na kubični meter (kg / m3) ali v gramih na mililiter (g / ml);
- masa je v kilogramih (Kg);
- prostornina je v kubičnih metrih (m3).
Preberite tudi o Gostota in gostota vode.
Pritisk
Tlak je bistven koncept hidrostatike in na tem področju se imenuje hidrostatični tlak. Določa pritisk, ki ga tekočine izvajajo na druge.
Kot primer si lahko omislimo pritisk, ki ga čutimo, ko plavamo. Torej, globlje kot se potopimo, večji je hidrostatični tlak.
Ta koncept je tesno povezan z gostoto tekočine in pospeševanjem gravitacije. Zato se hidrostatični tlak izračuna po naslednji formuli:
P = d. H. g
Kje,
P: hidrostatični tlak
d: gostota tekočine
H: višina tekočine v posodi
g: gravitacijski pospešek
V mednarodnem sistemu (SI):
- hidrostatični tlak je v Pascalu (Pa), vendar se uporabljata tudi atmosfera (atm) in milimeter živega srebra (mmHg);
- gostota tekočine je v gramih na kubični centimeter (g / cm3);
- višina je v metrih (m);
- pospešek gravitacije je v metrih na sekundo na kvadrat (m / s2).
Opomba: Upoštevajte, da hidrostatični tlak ni odvisen od oblike posode. Odvisno je od gostote tekočine, višine stebra tekočine in teže mesta.
Bi radi vedeli več? Preberite tudi o Zračni tlak.
Vzgon
Potisk, imenovan tudi potisk, je a hidrostatična sila ki deluje na telo, ki je potopljeno v tekočino. Tako vzgonska sila je posledična sila, ki jo tekočina deluje na določeno telo.
Kot primer lahko pomislimo na svoje telo, ki se počuti lažje, ko smo v vodi, bodisi v bazenu ali morju.
Upoštevajte, da je bila ta sila, ki jo tekočina izvaja na telo, proučevana že v antiki.
Grški matematik Arhimed je bil tisti, ki je izvedel hidrostatični eksperiment, ki mu je omogočil izračun vrednosti vzgonske sile (navpično in navzgor), zaradi katere je telo lažje znotraj tekočine. Upoštevajte, da deluje v nasprotni smeri moč teže.
Aktiviranje vzgonske in utežne sile
Tako je izjava Arhimedov izrek ali zakon vzgona je:
“Vsako telo, potopljeno v tekočino, prejme impulz od spodaj navzgor, enak masi prostornine tekočina izpodrini, zato telesa, ki so gostejša od vode, poniknejo, medtem ko manj gosta plovec”.
Glede vzgonske sile lahko ugotovimo, da:
- Če je vzgonska sila (E) večja od utežne sile (P), se bo telo dvignilo na površje;
- Če ima vzgonska sila (E) enako jakost kot sila teže (P), telo ne bo ne naraščalo ne padalo, ostalo bo v ravnovesju;
- Če je vzgonska sila (E) manjša od utežne sile (P), bo telo potonilo.
Ne pozabite, da je vzgonska sila a Vektorska veličina, to pomeni, da ima smer, modul in smer.
V mednarodnem sistemu (SI) je potisk (E) podan v Newtonu (N) in izračunan po naslednji formuli:
E = df. Vfd. g
Kje,
IN: plavajoča sila
df: gostota tekočine
Vfd: prostornina tekočine
g: gravitacijski pospešek
V mednarodnem sistemu (SI):
- gostota tekočine je v kilogramih na kubični meter (kg / m3);
- prostornina tekočine je v kubičnih metrih (m3);
- pospešek gravitacije je v metrih na sekundo na kvadrat (m / s2).
Preberi formula potiska.
Hidrostatična tehtnica
Hidrostatično tehtnico je izumil italijanski fizik, matematik in filozof Galileo Galilei (1564-1642).
Temelji na Arhimedovo načelo, ta instrument služi za merjenje vzgonske sile, ki deluje na telo, potopljeno v tekočino.
To pomeni, da določa težo predmeta, potopljenega v tekočino, ki pa je lažja kot v zraku.
Hidrostatična tehtnica
Preberite tudi: Pascalovo načelo.
Temeljni zakon o hidrostatiki
O Stevinov izrek je znan kot "temeljni zakon hidrostatike". Ta teorija predpostavlja razmerje variacije med prostornino tekočin in hidrostatskim tlakom. Vaša izjava je izražena na naslednji način:
“Razlika med tlakoma dveh točk tekočine v ravnotežju (v mirovanju) je enaka produktu med gostoto tekočine, pospeševanjem gravitacije in razliko med globinami točk.”
Stevinov izrek predstavlja naslednja formula:
∆P = γ ⋅ oh ali ∆P = d. g. oh
Kje,
∆P: sprememba hidrostatičnega tlaka
γ: specifična teža tekočine
oh: sprememba višine stolpca s tekočino
d: gostota
g: gravitacijski pospešek
V mednarodnem sistemu (SI):
- nihanje hidrostatskega tlaka je v paskalu (Pa);
- specifična teža tekočine je v Newtonih na kubični meter (N / m3);
- nihanje višine stolpa s tekočino je v metrih (m);
- gostota je v kilogramih na kubični meter (kg / m3);
- pospešek gravitacije je v metrih na sekundo na kvadrat (m / s2).
Hidrostatika in hidrodinamika
Medtem ko hidrostatika preučuje tekočine v mirovanju, je hidrodinamika fizična veja, ki preučuje gibanje teh tekočin.
Vaje sprejemnega izpita s povratnimi informacijami
1. (PUC-PR) Vzgon je zelo znan pojav. Primer je relativna lahkotnost vstajanja iz bazena v primerjavi s poskusom vstajanja iz vode, torej v zraku.
V skladu z Arhimedovim načelom, ki opredeljuje potisk, označite pravilen predlog:
a) Ko telo plava po vodi, je vzgon, ki ga prejme telo, manjši od telesne teže.
b) Arhimedovo načelo velja samo za telesa, potopljena v tekočine, in ga ni mogoče uporabiti za pline.
c) Telo, ki je v celoti ali delno potopljeno v tekočino, ima navpično navpično silo, ki je v modulu enaka masi izpodrinjene tekočine.
d) Če telo potone v vodo s konstantno hitrostjo, je vzgon na njem nič.
e) Dva predmeta iste prostornine, ko sta potopljena v tekočine z različno gostoto, imata enak potisk.
Alternativa c
2. (UERJ-RJ) Splav, katerega oblika je pravokotni paralelepiped, plava na sladkovodnem jezeru. Dno trupa, katerega dimenzije so enake 20 m v dolžino in 5 m v širino, je vzporedno s prosto površino vode in potopljeno na razdalji od te površine. Predpostavimo, da je splav naložen z 10 avtomobili, od katerih vsak tehta 1.200 kg, tako da podnožje trupa ostane vzporedno s prosto gladino vode, vendar potopljeno na razdalji d od te površine.
Če je gostota vode 1,0 × 103 kg / m3, sprememba (d - do) v centimetrih je: (g = 10 m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12.
d) 24
e) 22.
Alternativa c
3. (UNIFOR-CE) Dve kemično inertni tekočini, ki se ne mešata, A in B, z gostoto dA = 2,80 g / cm3 in dB = 1,60 g / cm3v isti posodi. Če vemo, da je prostornina tekočine A dvakrat večja od prostornine B, je gostota zmesi vg / cm3, V REDU:
a) 2,40
b) 2,30
c) 2,20
d) 2.10
e) 2,00
Alternativa
Za več vprašanj s komentarjem, glejte tudi: Hidrostatske vaje.
