Hydrostatik är ett fysikområde som studerar vätskor som är i vila. Denna gren involverar flera begrepp som densitet, tryck, volym och flytkraft.
Huvudbegrepp för hydrostatik
Densitet
Densitet bestämmer koncentrationen av materia i en given volym.
När det gäller kroppens och vätskans densitet har vi:
- Om kroppens densitet är mindre än vätskans densitet, kommer kroppen att flyta på vätskans yta;
- Om kroppens densitet är ekvivalent med vätskans densitet, kommer kroppen att vara i jämvikt med vätskan;
- Om kroppens densitet är större än vätskans densitet kommer kroppen att sjunka.
För att beräkna densiteten används följande formel:
d = m / v
varelse,
d: densitet
m: pasta
v: volym
I det internationella systemet (SI):
- densiteten är i gram per kubikcentimeter (g / cm3), men det kan också uttryckas i kg per kubikmeter (kg / m3) eller i gram per milliliter (g / ml);
- massan är i kg (kg);
- volymen är i kubikmeter (m3).
Läs också om Densitet och den vattentäthet.
Tryck
Tryck är ett väsentligt begrepp för hydrostatik, och i detta studieområde kallas det
hydrostatiskt tryck. Det bestämmer trycket som vätskor utövar på andra.Som ett exempel kan vi tänka på det tryck vi känner när vi simmar. Så ju djupare vi dyker, desto större blir det hydrostatiska trycket.
Detta koncept är nära relaterat till vätskedensitet och tyngdkraftsacceleration. Därför beräknas det hydrostatiska trycket med följande formel:
P = d. H. g
Var,
P: hydrostatiskt tryck
d: flytande densitet
H: vätskans höjd i behållaren
g: tyngdkraftsacceleration
I det internationella systemet (SI):
- det hydrostatiska trycket är i Pascal (Pa) men atmosfären (atm) och millimeter kvicksilver (mmHg) används också;
- vätskans densitet är i gram per kubikcentimeter (g / cm3);
- höjden är i meter (m);
- tyngdaccelerationen är i meter per sekund i kvadrat (m / sek2).
Notera: Observera att det hydrostatiska trycket inte beror på behållarens form. Det beror på vätskans densitet, höjden på vätskekolonnen och platsens allvar.
Vill veta mer? Läs också om Atmosfärstryck.
Bärighet
Drivkraften, även kallad dragkraften, är en hydrostatisk kraft som verkar på en kropp som är nedsänkt i en vätska. Således är den flytande kraften den resulterande kraften som utövas av vätskan på en given kropp.
Som ett exempel kan vi tänka på vår kropp som känns lättare när vi befinner oss i vattnet, vare sig i poolen eller i havet.
Observera att denna kraft som vätskan utövar på kroppen redan studerades i antiken.
Den grekiska matematikern Archimedes var den som utförde ett hydrostatiskt experiment som gjorde det möjligt för honom att beräkna värdet på den flytande kraften (vertikal och uppåt) som gör en kropp lättare inuti en vätska. Observera att den fungerar i motsatt riktning mot styrka vikt.
Aktivering av den flytande kraften och viktkraften
Således uttalandet av Archimedes sats eller lagen om flytkraft är:
“Varje kropp nedsänkt i en vätska får en nedifrån och upp-impuls lika med vikten på volymen på vätskan förskjuts, därför är kropparna tätare än vatten sjunker, medan de mindre täta flyta”.
När det gäller den kraftiga kraften kan vi dra slutsatsen att:
- Om den flytande kraften (E) är större än viktkraften (P), kommer kroppen att stiga upp till ytan;
- Om den flytande kraften (E) har samma intensitet som viktkraften (P) kommer kroppen varken att stiga eller falla och förbli i balans;
- Om den flytande kraften (E) är mindre än viktkraften (P) kommer kroppen att sjunka.
Kom ihåg att den flytande kraften är a Vector storhetdet vill säga den har riktning, modul och riktning.
I det internationella systemet (SI) ges dragkraften (E) i Newton (N) och beräknas med följande formel:
E = df. Vfd. g
Var,
OCH: flytande kraft
df: vätskedensitet
Vfd: vätskevolym
g: tyngdkraftsacceleration
I det internationella systemet (SI):
- vätskedensiteten är i kg per kubikmeter (kg / m3);
- vätskevolymen är i kubikmeter (m3);
- tyngdaccelerationen är i meter per sekund i kvadrat (m / sek2).
Läs tryckformel.
Hydrostatisk skala
Den hydrostatiska balansen uppfanns av den italienska fysikern, matematikern och filosofen Galileo Galilei (1564-1642).
Baserat på Archimedes princip, fungerar detta instrument för att mäta den flytande kraften som utövas på en kropp nedsänkt i en vätska.
Det vill säga det bestämmer vikten av ett föremål nedsänkt i en vätska, som i sin tur är lättare än i luft.
Hydrostatisk skala
Läs också: Pascals princip.
Grundläggande hydrostatisk lag
O Stevins teorem är känd som den “grundläggande lagen om hydrostatik”. Denna teori postulerar förhållandet mellan variation mellan vätskevolymer och hydrostatiskt tryck. Ditt uttalande uttrycks enligt följande:
“Skillnaden mellan trycket på två punkter i en vätska vid jämvikt (vilande) är lika med produkten mellan vätskans densitet, tyngdacceleration och skillnaden mellan djupet på vätskan poäng.”
Stevins teorem representeras av följande formel:
∆P = γ ⋅ åh eller ∆P = d. g. åh
Var,
∆P: hydrostatisk tryckvariation
γ: vätskans specifika vikt
åh: flytande kolonnhöjdvariation
d: densitet
g: tyngdkraftsacceleration
I det internationella systemet (SI):
- variationen av hydrostatiskt tryck är i Pascal (Pa);
- vätskans specifika vikt är i Newton per kubikmeter (N / m3);
- variationen i vätskekolonnens höjd är i meter (m);
- densiteten är i kilogram per kubikmeter (kg / m3);
- tyngdaccelerationen är i meter per sekund i kvadrat (m / sek2).
Hydrostatik och hydrodynamik
Medan hydrostatik studerar vätskor i vila, är hydrodynamik den gren av fysiken som studerar rörelsen av dessa vätskor.
Entréexamensövningar med feedback
1. (PUC-PR) Flytförmåga är ett mycket välbekant fenomen. Ett exempel är den relativa lätthet som du kan resa dig inifrån en pool jämfört med att försöka stå upp ur vattnet, dvs. i luften.
Markera rätt proposition enligt Archimedes princip, som definierar dragkraft:
a) När en kropp flyter på vatten är den flytkraft som kroppen får mindre än kroppens vikt.
b) Archimedes princip gäller endast för kroppar nedsänkta i vätskor och kan inte appliceras på gaser.
c) En kropp helt eller delvis nedsänkt i en vätska upplever en uppåtriktad vertikal kraft som är lika med modulen som vikten av den förskjutna fluiden.
d) Om en kropp sjunker i vatten med konstant hastighet är flytkraften på den noll.
e) Två föremål av samma volym, när de är nedsänkta i vätskor med olika densitet, har samma tryck.
Alternativ c
2. (UERJ-RJ) En flotta, vars form är en rektangulär parallellpiped, flyter på en sötvattenssjö. Skrovets botten, vars dimensioner är lika med 20 m i längd och 5 m i bredd, är parallell med den fria ytan på vattnet och nedsänkt på avstånd från ytan. Antag att flottan är laddad med 10 bilar, som varje väger 1 200 kg, så att skrovsockeln förblir parallell med den fria ytan på vattnet, men nedsänkt på ett avstånd d från den ytan.
Om vattentätheten är 1,0 × 103 kg / m3, variationen (d - do), i centimeter, är: (g = 10m / s2)
a) 2
b) 6
c) 12
d) 24
e) 22
Alternativ c
3. (UNIFOR-CE) Två kemiskt inerta, icke-blandbara vätskor, A och B, med densiteter dA = 2,80 g / cm3 och dB = 1,60 g / cm3respektive placeras i samma behållare. Att veta att volymen av vätska A är dubbelt så stor som B, blandningens densitet, ig / cm3, OK:
a) 2,40
b) 2.30
c) 2.20
d) 2.10
e) 2,00
Alternativ till
För fler frågor, med kommenterad upplösning, se även: Hydrostatiska övningar.
