HYDROSTATIKA Pascalov zkon Hydraulick zariadenie Hydrostatick tlakov sila

HYDROSTATIKA

Pascalov zákon Hydraulické zariadenie Hydrostatická tlaková sila Hydrostatický tlak Vztlaková sila – Archimedov zákon

PASCALOV ZÁKON Ak zatlačíme na voľný povrch vody v banke s otvormi pomocou piesta, bude striekať voda zo všetkých otvorov kolmo na stenu rovnako silno. Z pokusu usudzujeme, že tlak je pri stenách nádoby všade rovnaký – tento poznatok použil francúzsky fyzik Blaise Pascal v r. 1647 na sformulovanie základného zákona tlaku v kvapalinách a plynoch – PASCALOV ZÁKON.

PASCALOV ZÁKON Pôsobením vonkajšej tlakovej sily na voľnú hladinu kvapaliny v uzavretej nádobe vznikne vo všetkých jej miestach rovnaký tlak. Jeho veľkosť vypočítame zo vzťahu: p = F – vonkajšia tlaková sila S – obsah voľnej hladiny kvapaliny (piesta) p – tlak v kvapaline

HYDRAULICKÉ ZARIADENIE Je to sústava prepojených nádob naplnených kvapalinou a uzavretých piestami – využíva Pascalov zákon – pri pôsobení vonkajšej sily vznikne v zariadení rovnaký tlak.

Pri rovnakom tlaku získame pôsobením malej tlakovej sily na malý piest veľkú zdvihovú silu na veľkom pieste. p = F 2 p S 2 = F 1 S 1

VYUŽITIE Hydraulické valce sa využívajú tam, kde potrebujeme veľkú silu a vysokú presnosť polohovania (priama úmernosť medzi vysunutím valca a objemom hydraulickej kvapaliny): v hydraulický zdvihák v hydraulické brzdy v hydraulický lis v hydraulika v stavebných strojoch (bagre, rýpadlá, zhŕňače) v priemyselné roboty

Hydraulický zdvihák animácia

Hydraulické brzdy

Hydraulický lis VIDEO

Hydraulická pumpa

HYDROSTATICKÁ TLAKOVÁ SILA Je to sila, ktorou pôsobí kvapalina kolmo na dno, steny nádoby a tiež všetky ponorené plochy iných telies. Jej príčinou je gravitačné pôsobenie Zeme.

Veľkosť hydrostatickej sily VIDEO POKUS: Prečo nespadne doštička priložená na dno prázdnej rúrky? Kedy doštička spadne?

Veľkosť hydrostatickej sily Hydrostatická sila, ktorou tlačí kvapalina na doštičku zospodu, je rovnako veľká ako sila, ktorou tlačí rovnako vysoký stĺpec kvapaliny v rúrke – čím je rúrka ponorená hlbšie, tým je hydrostatická sila väčšia. Veľkosť hydrostatickej sily závisí od: F=S. h. ρ. g S - obsahu plochy (m 2) h – hĺbky (m) ρ - hustoty kvapaliny (kg/m 3) g – gravitačné zrýchlenie (10 N/kg)

Hydrostatický paradox VIDEO Veľkosť hydrostatickej sily nezávisí od tvaru a celkového objemu kvapalného telesa. V týchto nádobách bude hydrostatická sila pôsobiaca na dno rovnaká.

HYDROSTATICKÝ TLAK animácia Gravitačné pôsobenie Zeme je príčinou vzniku hydrostatického tlaku v kvapaline. ph = Veľkosť hydrostatického tlaku závisí od: ph = h. ρ. g h – hĺbky (m) ρ - hustoty kvapaliny (kg/m 3) g – gravitačné zrýchlenie (10 N/kg)

Porovnaj hmotnosti kvapalín v nádobách, veľkosti gravitačnej sily Zeme pôsobiacej na kvapaliny, hydrostatické sily a hydrostatické tlaky pri dne nádob – vo všetkých nádobách je voda v rovnakej výške. A B C 2 S S 2 S m. A m. B m. A m. C m. B m. C Fg. A Fg. B Fg. A Fg. C Fg. B Fg. C FA FB FA FC FB FC ph. A ph. B ph. A ph. C ph. B ph. C

Ľudia, živočíchy, či iné telesá sú vo vode nadľahčované – aký pôvod má táto sila ?

VZTLAKOVÁ SILA V KVAPALINE Na teleso ponorené v kvapaline pôsobí kvapalina rozdielnou tlakovou silou na hornú a dolnú podstavu, pretože sú v rozdielnej hĺbke pod hladinou – výslednica týchto síl pôsobí zvislo nahor a nazýva sa vztlaková sila Fvz. F 1 F 2 Fvz = F 2 - F 1

ARCHIMEDOV ZÁKON Vieme určiť veľkosť vztlakovej sily pôsobiacej na teleso ? Čo ukazuje silomer, ak ponoríme pevné teleso celým objemom do vody ? gravitačná sila Fg 5 N výsledná sila Fv 3 N Fv = Fg - Fvz = Fg - Fv Fvz = 5 N – 3 N = 2 N

ARCHIMEDOV ZÁKON VIDEO Porovnajme veľkosť vztlakovej sily s množstvom vytlačenej vody: 5 N gravitačná sila Fg výsledná sila Fv Fvz = 2 N 3 N vytlačená voda Fg = m. g = 2 N 0, 2 kg

ARCHIMEDOV ZÁKON Na teleso pôsobí v kvapaline zvislo nahor vztlaková sila Fvz, ktorá je rovnako veľká ako gravitačná sila Fg pôsobiaca na množstvo kvapaliny mk vytlačené ponorenou časťou telesa. Fvz = Fg = mk. g = Vk. ρk. g keďže objem Vk = objemu ponorenej časti telesa Vt Fvz = Vt. ρk. g

Správanie pevných telies v kvapaline Správanie pevného telesa v kvapaline určuje výslednica pôsobiacich síl – gravitačnej Fg a vztlakovej Fvz Fg > Fvz Fg = Fvz Fg < Fvz Fg vznáša sa potopí sa vypláva

Správanie pevných telies v kvapaline Pomer gravitačnej sily a vztlakovej sily závisí od veľkosti hustoty telesa ρt a hustoty kvapaliny ρk : Fg > Fvz ρt > ρk Fg = Fvz ρt = ρk Fg < Fvz ρt < ρk potopí sa vznáša sa pláva

Plávajúce teleso sa vynorí určitou časťou svojho objemu – nastane rovnováha medzi gravitačnou a vztlakovou silou. Pomer ponorenej časti Vp k celkovému objemu telesa Vt je rovnaký ako pomer hustoty telesa a hustoty kvapaliny. Fvz Fg Fg = Fvz ρt ρk

Plávajúce teleso s menšou hustotou sa ponorí do tej istej kvapaliny menšou časťou svojho objemu ako teleso s väčšou hustotou. ρ2 ρ1 ρ1 > ρ2

Plávajúce teleso sa ponorí do kvapaliny s menšou hustotou väčšou časťou svojho objemu ako do kvapaliny s väčšou hustotou. ρ1 ρ2 ρ1 > ρ2

ÚLOHA 4 Oceľové guľky s rovnakým objemom sú ponorené do vody v rôznej hĺbke. Porovnaj veľkosť vztlakových síl pôsobiacich na guľky.

ZDROJE Lapitková, Koubek, Morková: Fyzika pre 8. ročník ZŠ, 2012 J. Bohuněk: Fyzika pre 7. r. ZŠ – 2006 Phet animácia Video: youtube. com Obrázky: Google Zdenka Baková ZŠ J. Lipského s MŠ Trenčianske Stankovce