ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ

ΝΑΣΤΑΚΟΥ ΜΑΡΙΑ - ΓΕΩΛΟΓΟΣ 3ο ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΣΠΑΡΤΗΣ

ΦΥΣΙΚΗ Β΄ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

Θαυμάζοντας και παρατηρώντας τη φύση πολλά μπορούμε να διδαχθούμε.Οι κάστορες είναι «φυσικοί», «αρχιτέκτονες» και «μηχανικοί». Κατασκευάζουν φράγματα με ξύλα λάσπη και πέτρες. Εκεί μέσα είναι η φωλιά τους. «Γνωρίζουν» ότι η πίεση του νερού είναι μεγαλύτερη στο βάθος απ΄ ότι κοντά στην επιφάνεια του νερού του ποταμού. Έτσι κατασκευάζουν τα φράγματά τους στενά στην οροφή και φαρδιά στη βάση.


ΠΑΡΑΤΗΡΩΝΤΑΣ ΤΗ ΦΥΣΗ…

Το σχήμα των φραγμάτων που φτιάχνουν εξαρτάται από τη δύναμη ροής του νερού. Όταν η δύναμη ροής είναι σχετικά μικρή τα φράγματα κατασκευάζονται από τους κάστορες σε ευθεία

γραμμή ενώ σε ισχυρά ρεύματα κατασκευάζονται καμπύλα.

ΑΣ ΣΥΝΕΧΙΣΟΥΜΕ…

Το μεγαλύτερο γνωστό φράγμα ανακαλύφθηκε από δορυφορικές εικόνες στη Βόρεια Alberta το

2007 περίπου 2790ft μακρύ ξεπερνώντας το προηγούμενο ρεκόρ που βρέθηκε κοντά στο

¨Three forks: Montana και είναι 2140ft μακρύ , 14ft ψηλό και 23ft παχύ στη βάση.


Και οι άνθρωποι κατασκευάζουν φράγματα ώστε να είναι φαρδιά στη βάση και στενά στη οροφή. Δεν «γνώριζαν» όπως οι κάστορες ότι η πίεση αυξάνεται με το βάθος, απλά το υποπτεύθηκαν και το διαπίστωσαν με πειράματα.

ΟΙ ΑΝΘΡΩΠΟΙ ΜΙΜΟΥΝΤΑΙ ΤΗ ΦΥΣΗ


Κάθετη τομή φράγματος

Η πίεση του αέρα που αναπνέουν οι δύτες ρυθμίζεται κατάλληλα ώστε να εξισορροπεί την υδροστατική πίεση του νερού.


ΥΠΟΘΕΣΗ

Θα έχετε παρατηρήσει ότι όσο πιο βαθιά βουτάτε στη θάλασσα , τόσο μεγαλύτερη πίεση αισθάνεστε στα αυτιά σας.

Ότι η πίεση αυξάνεται με το βάθος

ΥΠΟΘΕΤΟΥΜΕ


Το υγρό που βρίσκεται μέσα στο δοχείο λόγω του βάρους του πιέζει το πυθμένα. Το υγρό ισορροπεί, άρα η δύναμη που ασκεί στο πυθμένα του δοχείου ισούται με το βάρος του.

Επομένως:

Η πίεση αυτή του νερού ονομάζεται υδροστατική πίεση και οφείλεται στη βαρύτητα.

Επειδή η βαρύτητα είναι 6 φορές μικρότερη στη σελήνη απ΄ ότι στη γη , το ίδιο ισχύει και για την υδροστατική πίεση.

W

Fκ

P=W/A

ΠΟΥ ΟΦΕΙΛΕΤΑΙ Η ΠΙΕΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ;

Α το εμβαδόν της βάσεως του δοχείου

Η υδροστατική πίεση είναι ανάλογη της βαρύτητας

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ…


Για να μετρήσουμε την υδροστατική πίεση χρησιμοποιούμε ένα όργανο που λέγεται μανόμετρο. Το μανόμετρο διαθέτει μια ελαστική μεμβράνη την οποία βυθίζουμε στο υγρό και ένα σωλήνα σχήματος U. O σωλήνας περιέχει υγρό και είναι βαθμολογημένος έτσι ώστε να μπορούμε να διαβάσουμε τη διαφορά ύψους στις δύο στήλες του υγρού. Η διαφορά ύψους στις δύο στήλες είναι η πίεση που δέχεται η μεμβράνη.

ΟΡΓΑΝΟ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΠΙΕΣΗΣ

Άλλοι τύποι μανόμετρου…

ΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΤΟΥΜΕ…

Για να επαληθεύσουμε λοιπόν ότι η υδροστατική πίεση αυξάνεται με το βάθος θα κάνουμε το εξής πείραμα: Βυθίζουμε στο υγρό τη μεμβράνη του μανόμετρου σε βάθος h και μετά επαναλαμβάνουμε το πείραμα σε βάθος 2h. Διαπιστώνουμε ότι σε διπλάσιο βάθος έχουμε διπλάσια υδροστατική πίεση.


Η υδροστατική πίεση είναι ανάλογη του βάθους.

ΠΑΜΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ…


ΑΣ ΣΥΝΕΧΙΣΟΥΜΕ…


Αν μετρήσουμε την υδροστατική πίεση στο ίδιο βάθος και στον ίδιο τόπο αλλά σε διαφορετικής πυκνότητας υγρά θα δούμε ότι είναι διαφορετική.

Η υδροστατική πίεση εξαρτάται από το είδος του υγρού.



Μήπως η υδροστατική πίεση εξαρτάται από το προσανατολισμό

της επιφάνειας;

Βυθίζουμε τη μεμβράνη σε ορισμένο βάθος και στο ίδιο υγρό και μεταβάλλουμε τον προσανατολισμό της , για παράδειγμα από οριζόντια την περιστρέφουμε ώστε να γίνει κατακόρυφη. Παρατηρούμε ότι η ένδειξη του μανομέτρου δεν μεταβάλλεται.

Η υδροστατική πίεση είναι ανεξάρτητη του προσανατολισμού της επιφάνειας της μεμβράνης

Τα υγρά ασκούν πίεση προς κάθε κατεύθυνση.

Και…

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ…

Μήπως η υδροστατική πίεση εξαρτάται από το σχήμα του δοχείου ή τον όγκο του υγρού;

ΞΕΧΑΣΑΜΕ ΚΑΤΙ;


Σε όλα τα σημεία, που βρίσκονται σε βάθος h και στα τρία δοχεία η πίεση του υγρού είναι ίδια , παρότι το σχήμα των δοχείων και ο όγκος του υγρού είναι διαφορετικός.

Η υδροστατική πίεση δεν εξαρτάται ούτε από το σχήμα του δοχείου ούτε από τον όγκο του υγρού.


ΣΥΝΟΨΙΖΟΝΤΑΣ ΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΜΑΣ

Και με τη βοήθεια των μαθηματικών καταλήγουμε ότι :

Η υδροστατική πίεση είναι ανάλογη:

1. Της επιτάχυνσης της βαρύτητας.

2. Του βάθους από την επιφάνεια του υγρού.

3. Της πυκνότητας του υγρού.

P=p*g*h (νόμος της υδροστατικής πίεσης)

Όπου: P η υδροστατική πίεση σε N/m2

p η πυκνότητα του υγρού σε Kg/m3,

g η επιτάχυνση της βαρύτητας σε m/s2 και

h το βάθος από την επιφάνεια σε m.


ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΕ…ΕΝΑ ΜΑΝΟΜΕΤΡΟ


Μπορώ μόνος μου να

κατασκευάσω ένα μανόμετρο;Υλικά που θα χρειαστείς:

•Δυο γυάλινους σωλήνες (30 και 50 εκατοστών)•Ελαστικό σωλήνα ενός μέτρου (λάστιχο παροχής βενζίνης από ανταλλακτικά αυτοκινήτων)•Ένα ελαστικό μπαλόνι, κολλητική ταινία (σελοτέιπ), νερό χρωματισμένο με υπερμαγγανικό κάλιο.

Διαδικασία: Χρησιμοποιώντας το λύχνο βουτανίου λυγίζουμε το γυάλινο σωλήνα μήκους 50εκ. σε σχήμα U. Στο ένα άκρο του σωλήνα μήκους 30εκ. δένουμε σφικτά με την κολλητική ταινία το μπαλόνι ενώ στο άλλο άκρο εφαρμόζουμε τον ελαστικό σωλήνα. Στο σωλήνα σχήματος U βάζουμε μια ποσότητα χρωματισμένου νερού και τον συνδέουμε με το ελεύθερο άκρο του ελαστικού σωλήνα. Τοποθετούμε το σωλήνα σχήματος U σε μια απλή κατασκευή με χάρακα για να υπάρχει δυνατότητα μέτρησης της μετατόπισης του χρωματισμένου νερού.

ΣΥΓΚΟΙΝΩΝΟΥΝΤΑ ΔΟΧΕΙΑ

Σειρά από δοχεία διαφορετικού σχήματος τα οποία συγκοινωνούν

μέσω ενός σωλήνα.

Σε όλα τα δοχεία η ελεύθερη επιφάνεια του υγρού βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο.

Το υγρό στο κοινό οριζόντιο σωλήνα ισορροπεί. Δηλαδή σε όλα τα σημεία του επικρατεί η ίδια πίεση (διαφορετικά θα υπήρχε κίνηση του υγρού). Σύμφωνα με το νόμο της υδροστατικής αν σε κάποιο από τα δοχεία η στάθμη του υγρού ήταν σε μεγαλύτερο ύψος, η πίεση στο αντίστοιχο σημείο του σωλήνα θα ήταν μεγαλύτερη.

Δύο σημεία ενός υγρού που ισορροπεί έχουν την ίδια πίεση όταν βρίσκονται στο ίδιο βάθος δηλ. στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο


ΕΡΜΗΝΕΙΑ


ΟΜΩΣ ΑΣ ΕΠΙΣΤΡΕΨΟΥΜΕ ΣΤΗ ΦΥΣΗ…

Η αρχή των συγκοινωνούντων δοχείων στο…υπέδαφος

Όταν η μορφολογία του υπεδάφους είναι κατάλληλη μεταξύ δύο υδατοστεγών πετρωμάτων είναι δυνατόν να δημιουργηθεί μια υπόγεια δεξαμενή νερού. Αν ανοίξουμε στο σημείο Κ ένα πηγάδι που το βάθος του να φτάνει μέχρι την υπόγεια δεξαμενή τότε η δεξαμενή και το πηγάδι αποτελούν συγκοινωνούντα δοχεία. Η ελεύθερη επιφάνεια του νερού και στα δύο πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο.


Έτσι το νερό αναπηδά στο πηγάδι για να φτάσει στην ελεύθερη επιφάνεια ΑΑ΄οπότε σχηματίζεται ένας πίδακας. Ο πίδακας δεν φτάνει μέχρι το ύψος της επιφάνειας ΑΑ΄λόγω τριβών με τον ατμοσφαιρικό αέρα.

Α Α΄Κ

ΑΛΛΩΣΤΕ Η ΙΔΙΑ Η ΦΥΣΗ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑ ΤΕΡΑΣΤΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΠΟΥ ΚΑΘΕ ΛΕΠΤΟ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ

ΑΜΕΤΡΗΤΑ ΚΑΙ ΑΛΑΝΘΑΣΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ!


ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ

Education

Transcript of ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ