Download
1 / 56
610 likes | 850 Views
Dane INFORMACYJNE. Nazwa szkoły : Zespół Szkół nr 35 w Bydgoszczy Gimnazjum nr 3 ID grupy: 96/80_MP_G1 Kompetencja: matematyczno - przyrodnicza Temat projektowy: ,,Wszechobecne ciśnienie – - Ogólnopolska Sesja Naukowa”
E N D
Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: Zespół Szkół nr 35 w Bydgoszczy • Gimnazjum nr 3 • ID grupy: 96/80_MP_G1 • Kompetencja: matematyczno - przyrodnicza • Temat projektowy: • ,,Wszechobecne ciśnienie – • - Ogólnopolska Sesja Naukowa” • Semestr/rok szkolny: II 2009/2010
Nasza grupa - 96/80_MP_G1 • Julka Kaniewska • Milena Lewandowska • Martyna Przybylska • Arek Jankowski • Maciej Leśniewski • Krzysztof Reguła • Marcin Sawicki • Tomek Szmelter • Maciej Wrzesiński • Paweł Pilcek Opiekun: mgr Joanna Sulińska
temat projektowy • ,,Wszechobecne ciśnienie – • - Ogólnopolska Sesja Naukowa”
Ciśnienie – rodzaje W CIECZY - HYDROSTATYCZNE NA LĄDZIE - ZWYKŁE W POWIETRZU- ATMOSFERYCZNE
Ciśnienie Ciśnienie - wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność: gdzie: p – ciśnienie (Pa) F – siły prostopadła do powierzchni (N) S – powierzchnia (m²) W przypadku gazów w stanie ustalonym w spoczynku, ciśnienie jakie gaz wywiera na ścianki naczynia jest funkcją objętości, masy i temperatury i dlatego w termodynamice traktowane jest jako funkcja stanu. Uogólnieniem pojęcia ciśnienia jest naprężenie.
Spacerowanie po piasku jest mniej bolesneniż po kamykach: mniejsze ciśnienie oznacza mniejszy ból
Ciężkie zwierzęta muszą mieć grube nogi,gdyż w przeciwnym wypadku ich kości niewytrzymałyby ciśnienia
Ostrze noża: im cieńsze, tym większe ciśnienie Nacisk na pinezkę: znacznie większe ciśnienie, niż może wytrzymać drewno.
Ciekawe, kto wywiera większe ciśnienie na podłoże ? ciśnienie
Podstawowe jednostki ciśnienia przeliczone na paskale: • 1 hPa (hektopaskal) = 100 Pa • 1 kPa (kilopaskal) = 1 000 P • 1 MPa (megapaskal) = 1 000 000 Pa • 1 GPa (gigapaskal) = 1 000 000 000 Pa
Ciśnienie hydrostatyczne Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym. Analogiczne ciśnienie w gazie określane jest mianem ciśnienia aerostatycznego. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór: • gdzie • – p gęstość cieczy – w układzie SI w kg/m³ • – g przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne) – w układzie SI w m/s² • – h głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego) – w układzie SI w metrach (m)
Jak myślisz, na które z nas działa większe ciśnienie hydrostatyczne ??? Jak myślisz, na które z nas działa większe ciśnienie hydrostatyczne ??? Pewnie, że na mnie…
Im głębiej, czyli im bliżej dna , tym większe ciśnienie hydrostatyczne
Naczynia połączone • W każdym z tych naczyń panuje jednakowe ciśnienie hydrostatyczne.
Naczynia połączone • W życiu spotykamy wiele rodzajów naczyń. Jednymi z nich są naczynia połączone. Są to co najmniej dwa naczynia połączone ze sobą tak, aby ciecz mogła w nich swobodnie przepływać. Są to naczynia różnych kształtów, mogą być połączone systemem rur. Niezależnie od tego, ile cieczy wlejemy do naczyń połączonych, jej poziom we wszystkich ramionach jest taki sam. Dzieje się tak ponieważ w naczyniach działa ciśnienie hydrostatyczne.Na co dzień wykorzystujemy naczynia połączone m.in. czajnik elektryczny. Gdy nalewamy do niego wodę możemy zaobserwować, że poziom w dzióbku i w środku czajnika jest taki sam. Również przy wypełnianiu kaloryfera gorącą wodą jej poziom podnosi się równocześnie . Warunkiem równowagi cieczy w naczyniach połączonych jest równość ciśnień w każdym z nich.
Doświadczenie 1: • Badamy czy ciśnienie hydrostatyczne zależy od wysokości słupa cieczy. • Przyrządy: butelka po napojach, szeroka miednica. • Przebieg doświadczenia: Bierzemy dużą plastikową butelkę po napojach. Wzdłuż linii pionowej robimy otwory w odstępach. Zalepiamy taśmą i nalewamy wodę. Trzymając butelkę nad miednicą, zrywamy taśmę, zaczynając od dołu. Obserwujemy zasięg wypływających strumieni • Wniosek: Ciśnienie cieczy na ścianki naczynia nie jest jednakowe. Zależy od wysokości słupa cieczy.
Doświadczenie 2 : • Badanie ciśnienia cieczy na różnych głębokościach: • Przyrządy: wysoki słój, wąska próbówka. • Przebieg doświadczenia: Słój wypełniamy wodą. 1/3 objętości probówki również napełniamy wodą i odwróconą do góry dnem zanurzamy w słoju. Obserwujemy poziom wody w probówce. Następnie zanurzamy ją jak najgłębiej, trzymając pionowo i ponownie sprawdzamy poziom wody. • Wniosek: Im większa wysokość słupa cieczy, tym większa wartość ciśnienia hydrostatycznego.
Doświadczenie 3: • Badamy czy ciśnienie hydrostatyczne na danym poziomie zależy od ustawienia powierzchni membrany. • Przyrządy: membrana, naczynie z wodą, u-rurka • Przebieg doświadczenia: Zanurzamy membranę do wody, zmieniamy kierunek ustawienia jej w wodzie i obserwujemy poziom cieczy w u-rurce. • Wniosek : Na danej głębokości ciśnienie jest jednakowe. Nie zależy od ustawienia powierzchni.
Doświadczenie 4: • Dlaczego w sytuacji przedstawionej na rysunku woda nie spływa z lejka do butli? Woda nie spływa do lejka, ponieważ nie pozwala na to ciśnienie powietrza w butli.
Prawo pascala • Prawo to zostało sformułowane w połowie XVII w. przez Blaise'a Pascala, jest prawdziwe wówczas, gdy można pominąć siły grawitacji i inne siły masowe oraz ciśnienia wywołane przepływem płynu. Prawo to wynika z tego, że cząsteczki płynu mogą poruszać się w dowolnym kierunku, wywieranie nacisku z jednej strony zmienia ruch cząstek we wszystkich kierunkach.
Prawo pascala • Wersja uproszczona: • Ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz lub gaz znajdujące się w naczyniu zamkniętym rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach. • W literaturze angielskiej za prawo Pascala uważa się prawo rozszerzone o wpływ grawitacji: Ciśnienie w płynie na tym samym poziomie jest jednakowe. Różnicę ciśnień między dwiema wysokościami opisuje wzór: • Gdzie: ρ (ro) to gęstość płynu, g - przyspieszenie ziemskie, a h1, h2 to wysokości. Intuicyjna interpretacja tej prawidłowości to: ciśnienie na danej głębokości wywołuje ciężar słupa płynu o jednostkowym przekroju, który jest nad danym punktem.
Prawo Pascala Ciecz pod ciśnieniem naciska jednakowo na wszystkie stykające się z nią powierzchnie, niezależnie od tego, czy znajdują się one na górze, na dole, czy po bokach cieczy.
Prawo pascala W 1648 roku Blaise Pascal wykonał pewne doświadczenie. Polegało ono na tym, że Pascal napełnił wodą do pełna solidnie wykonaną beczkę z dębowych klepek. Beczka była tak szczelna, że nie przepuszczała ani kropli wody. Do wieka beczki przymocował długą, wąską rurkę, sięgającą aż do drugiego piętra budynku. Rurka była tak wąska, że mogła pomieścić zaledwie około 2 litrów wody. Początkowo nic się nie działo. Gdy jednak poziom wody w rurce wzrastał, klepki w beczce zaczęły się rozsuwać pod naporem wody i beczka zaczęła przeciekać. Doświadczenie to udowodniło, że istnieje zależność pomiędzy ciśnieniem a wysokością słupa cieczy.
doświadczenie Według podręcznika, z którego pochodzi ilustracja, wysokość słupa wody w rurce wynosiła 12 m, a pole powierzchni dna i ścian beczki - 1m2. Ciśnienie hydrostatyczne jest, jak zapewne wiadomo, iloczynem: gęstości cieczy (czyli 1000 kg/m3 dla wody), wysokości słupa cieczy (12 m) oraz średniej wartości przyspieszenia ziemskiego (w gimnazjum przyjmuje się wartość 10 m/s2). Po pomnożeniu tych trzech liczb, otrzymujemy wartość ciśnienia hydrostatycznego aż 120000 Pa. Parcie hydrostatyczne na dno i ściany beczki, obliczymy jako iloczyn ciśnienia hydrostatycznego (120000 Pa) i pola powierzchni ścian beczki (1m2). Nietrudno policzyć, że wartość parcia w doświadczeniu Pascala wynosiła aż 120000 N. Nic więc dziwnego, że beczka pękła!!!
Przykładowe zastosowania prawa Pascala: • * pompowanie dętki, materaca, układy hamulcowe, dmuchanie balonów, młot pneumatyczny, działanie urządzeń pneumatycznych (prasa pneumatyczna) • *działanie urządzeń hydraulicznych (układ hamulcowy, podnośnik hydrauliczny, prasa hydrauliczna, pompa hydrauliczna,)
ciśnienie Całkowite ciśnienie panujące w cieczy jest sumą ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia zewnętrznego. W przypadku zbiorników otwartych ciśnienie zewnętrzne jest ciśnieniem atmosferycznym. Grawitacja w przypadku obu rodzajów ciśnień – hydrostatycznego i aerostatycznego – wywołuje zmianę ciśnienia w zależności od głębokości – im niżej tym większe ciśnienie. Jest ono skutkiem nacisku (ciężaru) ze strony słupa płynu położonego nad danym punktem – im wyższy słup, typ większy nacisk. Np. Na ziemi ciśnienie w wodzie (ciśnienie hydrostatyczne) zwiększa się co 10 m o jedną atmosferę techniczną. Ciśnienie powietrza na poziomie morza jest równe atmosferze fizycznej, jest ona w przybliżeniu równa atmosferze technicznej. Wynika stąd, że ciężar słupa powietrza nad powierzchnią ziemi jest w przybliżeniu równy ciężarowi słupa wody o wysokości 10 m (10 ton wody na metr kwadratowy).
Ciśnienie atmosferyczne • Ciśnienie atmosferyczne – stosunek wartości siły, z jaką słup powietrza atmosferycznego naciska na powierzchnię Ziemi, do powierzchni, na jaką ten słup naciska (por. ciśnienie). Wynika stąd, że w górach ciśnienie atmosferyczne jest niższe a na nizinach wyższe, ponieważ słup powietrza ma różne wysokości. • W ujęciu molekularnym ciśnienie jest wynikiem chaotycznego ruchu cząstek atmosfery . • W ujęciu mechaniki płynów równoważy siłę grawitacji ciała niebieskiego
Ciśnienie i pogoda • Na podstawie średniej wielkości ciśnienia atmosferycznego na Ziemi na poziomie morza wprowadzono jednostkę ciśnienia – atmosferę – równą 1013,25 hPa. Ciśnienie atmosferyczne może się jednak zmieniać pod wpływem zjawisk pogodowych. • W Polsce 16 grudnia 1997 zanotowano 1054 hPa w Suwałkach. Inne rekordy to 1051,1 hPa 22 stycznia 2006 roku, 1050 hPa 3 stycznia 1993 roku i 1048 hPa 10 grudnia 1991 roku, najniższe zaś (965,2 hPa) notowano 26 lutego 1989 w Szczecinie i Łodzi, w Białymstoku 1 marca 2008 roku – 962 hPa. • Najwyższe na świecie zarejestrowano 19 grudnia roku 2001 w miejscowości Tosontsengel w Mongolii – wyniosło wtedy 1086 hPa. Natomiast najniższe znormalizowane ciśnienie atmosferyczne, wynoszące 870 hPa, spowodowane przejściem tajfunu Tip, zarejestrowano 12 października roku 1979 na Północnym Pacyfiku. Dla Oceanu Atlantyckiego rekord padł 19 października 2005 roku. W oku huraganu Wilma, który potem spustoszył Florydę, zanotowano ciśnienie 882 hPa.Podane powyżej wartości są znormalizowane do poziomu morza.
Ciekawostki o ciśnieniu • Przykładowo, ciśnienie na wierzchołku Mount Everest (8 848 m n.p.m.) wynosi ok. 280 [hPa], czyli jest w przybliżeniu 3,5 razy mniejsze niż na poziomie morza. Natomiast połowa ciśnienia z poziomu morza, czyli 500 [hPa], występuje na wysokości ok. 4800 m n.p.m. Ciśnienie rzeczywiste przeliczone do wysokości poziomu morza nazywa się ciśnieniem znormalizowanym.
W Układzie Słonecznym wśród planet skalistych ciśnienie atmosferyczne większe od śladowego mają tylko trzy ciała: • Wenus – ciśnienie na powierzchni jest znacznie większe niż na Ziemi – prawie sto razy. Aby znieść ciśnienie atmosferyczne panujące na Wenus, człowiek musiałby skorzystać z urządzenia podobnego do batyskafu. Atmosfera drugiej planety do Słońca ma ciśnienie takie, jakie można spotkać w ziemskich oceanach na głębokości 900 m. • Ziemia • Mars – Ciśnienie jest 100 razy mniejsze niż na Ziemi. W takich warunkach woda paruje i dlatego na tej planecie ciecz niezbędna dla istnienia życia obecnie istnieje tylko w postaci lodu na biegunach oraz śladowych ilości pary.
Ciśnienie na innych planetach • Ciało niebieskieCiśnienie atmosferyczne(hPa) • Wenus 93000 • Ziemia 1013,25 • Mars 7 – 9C • Jowisz 70 • Saturn 140 • Tytan 1467 • Uran 120 (poziom chmur) • Neptun << 1011 (powierzchnia)
Ciśnienie a planety • Gazowe olbrzymy są pozbawione wyraźnej powierzchni, na której dałoby się mierzyć ciśnienie. Na poziomie chmur ciśnienie atmosferyczne na Jowiszu, Saturnie, Neptunie i Uranie jest zbliżone do ziemskiego. Planety gazowe posiadają niewielkie skaliste jądra. Przy ich powierzchni ciśnienie może być miliard razy większe niż na Ziemi. Jedyny księżyc, na którym ciśnienie atmosferyczne jest zauważalne to Tytan krążący wokół Saturna. Małe lodowe ciała takie jak Pluton, czy komety albo asteroidy posiadają tylko śladowe atmosfery, których ciśnienie atmosferyczne jest mniejsze niż w "próżni", która da się wytworzyć w przeciętnym laboratorium.
Arek, nasz młody einstein tłumaczy julce zadania z naczyń połączonych
Grupa Martyny przygotowuje zagadnienia na konkurs z fizyki dla klas II
Podczas konkursu fizycznego dla klas II – wszechobecne ciśnienie
