Zákony fyziky o vode Zákony fyziky o vode v učive Terciev učive Tercie

projektová prácaprojektová práca

Marek Kordík

Konzultant: Mgr. Gabriela Kovárová

Septima

2006/07

1. Tlak v kvapaline

p=h·ρ·g

obr. 1

obr. 2 obr. 3

1. 1. Pascalov zákon1. 1. Pascalov zákonZnenie: Pôsobením vonkajšej sily na voľnú

hladinu kvapaliny v uzavretej nádobe, vznikne vo všetkých miestach kvapaliny rovnaký tlak

1. 1. 1. Overenie Pascalovho zákona

Pascalov zákon môžeme jednoducho overiť tak, že do injekčnej striekačky urobíme ihlou dierky, naplníme ju vodou a keď stlačíme piest, zo všetkých otvorov injekčnej striekačky strieka voda rovnako na všetky strany

obr. 4 obr. 5

1. 1. 2. Využitie Pascalovho 1. 1. 2. Využitie Pascalovho

zákonazákona

Pascalov zákon využívajú Pascalov zákon využívajú hydraulické zariadenia. Umožňujú hydraulické zariadenia. Umožňujú pomocou malej tlakovej sily pomocou malej tlakovej sily pôsobiacej na malý piest, vyvolať pôsobiacej na malý piest, vyvolať veľkú tlakovú silu pôsobiacu na veľký veľkú tlakovú silu pôsobiacu na veľký piest. Jav možno ľahko predviesť na piest. Jav možno ľahko predviesť na veľkej a malej injekčnej striekačke veľkej a malej injekčnej striekačke spojenej infúznou hadičkouspojenej infúznou hadičkou

obr. 6

Hydraulický lisHydraulický lis Pre každé hydraulické zariadenie platí, Pre každé hydraulické zariadenie platí,

že v obidvoch ramenách sa mení objem že v obidvoch ramenách sa mení objem kvapaliny o rovnakú hodnotu. Hydraulické kvapaliny o rovnakú hodnotu. Hydraulické zariadenie niekoľkokrát zväčšuje silu, ale zariadenie niekoľkokrát zväčšuje silu, ale mechanická práca vykonaná v obidvoch mechanická práca vykonaná v obidvoch ramenách je rovnaká (W1 = W2, ako hovorí ramenách je rovnaká (W1 = W2, ako hovorí zákon zachovania energie).zákon zachovania energie).

S2 F1

F2 S1

p p 1

212

1

122 ..

S

SFS

S

FSpF

3. 1. 2. Hydrostatický paradox3. 1. 2. Hydrostatický paradox

Poznatok o tom, že pre danú Poznatok o tom, že pre danú kvapalinu veľkosť tlakovej sily na dno kvapalinu veľkosť tlakovej sily na dno nádoby nezávisí od hmotnosti nádoby nezávisí od hmotnosti kvapaliny v nádobe, ale iba od výšky kvapaliny v nádobe, ale iba od výšky kvapalinového stĺpca a plošného kvapalinového stĺpca a plošného obsahu dna nádoby, nazývame obsahu dna nádoby, nazývame Hydrostatický paradoxHydrostatický paradox

h1=h2; S1=S2 => h1·S1·ρ = h2·S2·ρ = p1 = p2

3. 1. 2. 1. Vysvetlenie Hydrostatického paradoxu

Hydrostatický tlak pri dne obidvoch nádob sa vypočíta zo vzorca p=h·ρ·g. Hĺbka h je v obidvoch nádobách rovnaká, rovnaké sú aj hustoty ρ a gravitačné zrýchlenie g. Preto je hydrostatický tlak pri dne obidvoch nádob

rovnaký. Aj obsah dna S majú nádoby rovnaký. Preto je rovnaká aj tlaková sila F na dno.

F=S·p

Tiaž kvapaliny sa rozkladá na tlakové sily, Tiaž kvapaliny sa rozkladá na tlakové sily, ktoré pôsobia nielen na dno, ale aj na steny ktoré pôsobia nielen na dno, ale aj na steny

nádobynádoby..

Celkovú silu pôsobiacu na nádobu dostaneme, keď spolu zložíme výslednicu síl, ktoré pôsobia na steny a silu, ktorá pôsobí na dno. V nádobe A majú obidve tieto sily rovnaký smer. V nádobe B je výslednica síl na steny nulová. A v nádobe C má táto výslednica opačný smer ako sila na dno. Preto je celková sila,

ktorá pôsobí na nádobu, najväčšia v nádobe A. Najmenšiu výslednú silu dostaneme v nádobe C.

A B C

2. Vztlaková sila v kvapaline2. Vztlaková sila v kvapaline

Keď sa snažíme niektoré telesá ponoriť pod vodnú hladinu, cítime istý odpor. Zapríčiňuje ho vztlaková sila. Platí to len pre telesá, ktorých hustota je menšia ako hustota vody.

2. 1. Archimedov zákon2. 1. Archimedov zákon Znenie: Teleso ponorené do kvapaliny Znenie: Teleso ponorené do kvapaliny

je nadľahčované silou, ktorá sa rovná tiaži je nadľahčované silou, ktorá sa rovná tiaži kvapaliny vytlačenej telesomkvapaliny vytlačenej telesom..

obr. 8

2. 2. Výpočet vztlakovej sily2. 2. Výpočet vztlakovej sily

Sily, pôsobiace na teleso  ponorené do kvapaliny dôsledku hydrostatického tlaku, sa vo vodorovnom smere rušia (inak by sme pozorovali samovoľný pohyb ponoreného telesa pozdĺž vodnej hladiny). V zvislom smere sa v dôsledku výšky telesa prejaví odlišný tlak pri hornej a spodnej časti telesa, dôsledkom čoho je vznik vztlakovej sily.

h

v

F1

F2

F3 F4

ghSF k ...1 gvhSF k ...2 a

Fv=F2 – F1=S(h+v)ρkg-Shρkg=Shρkg+Svρkg-Shρkg=Vρkg

gVFVZ

gVFg 1

1VZg FF

1VZg FF

1VZg FF

,teleso v kvapaline klesá ku dnu

,celkom ponorené teleso sa v kvapaline vznáša

, teleso celkom ponorené do kvapaliny stúpa a čiastočne sa vynorí nad hladinu. Rovnováha nastane, keď pre objem V' ponorenej časti telesa platí:

1

1

V

V

gVgVFF Vzg

obr. 9

2. 3. Význam vztlakovej sily2. 3. Význam vztlakovej sily

HustomerMeranie hustoty kvapaliny hustomerom je založené na tom, že teleso sa do kvapaliny ponorí tým viac, čím má kvapalina menšiu hustotu. Pretože funguje ne základe porovnávania hustôt dvoch kvapalín, pre každú kvapalinu potrebujeme zvláštny hustomer.

obr. 10

3. Reaktívna sila kvapalín Ak necháme vytekať vodu z fľaše s rovnako

smerovanými otvormi pri dne, fľaša sa prudko roztočí. Na tomto princípe pracuje i Segnerovo koleso, ktoré je už schopné konať väčšiu prácu.

obr. 11

3. 4. Anketa o cenách vody

Vysvetlenie pojmov a ich ceny: Vodné

- je to príspevok k cenám za výrobu a distribúciu pitnej vody - v tomto roku je cena vodného 35,5 Sk za 1000 litrov

Stočné- je príspevok k cenám za odvedenie a čistenie odpadovej vody - v tomto roku je cena stočného 22,6 Sk za 1000 litrov

Európska charta o vodeEurópska charta o vode• Bez vody niet života. Je hodnotou, ktorá je pre akúkoľvek ľudskú činnosť Bez vody niet života. Je hodnotou, ktorá je pre akúkoľvek ľudskú činnosť

nenahraditeľná. nenahraditeľná. • Zásoby sladkej vody nie sú nevyčerpateľné. Treba ich chrániť, rozumne s Zásoby sladkej vody nie sú nevyčerpateľné. Treba ich chrániť, rozumne s

nimi nakladať o podľa možnosti rozmnožovať. nimi nakladať o podľa možnosti rozmnožovať. • Znečisťovanie vody je škodlivé pre človeka i ostatné živé tvory, ktoré od Znečisťovanie vody je škodlivé pre človeka i ostatné živé tvory, ktoré od

nej závisia. nej závisia. • Kvalitu vody treba udržiavať na takej úrovni, aby ju bolo možné použiť na Kvalitu vody treba udržiavať na takej úrovni, aby ju bolo možné použiť na

požadované účely a najmä aby spĺňalo príslušné zdravotnícke normy. požadované účely a najmä aby spĺňalo príslušné zdravotnícke normy. • Použitá voda po navrátení do spoločného zdroja nesmie mať nepriaznivý Použitá voda po navrátení do spoločného zdroja nesmie mať nepriaznivý

vplyv na možnosť jeho ďalšieho využívania na verejné alebo súkromné vplyv na možnosť jeho ďalšieho využívania na verejné alebo súkromné účely. účely.

• Zásadný význam pre zachovanie vodných zdrojov má udržiavanie Zásadný význam pre zachovanie vodných zdrojov má udržiavanie primeraného rastlinného krytu pôdy, predovšetkým lesných porastov. primeraného rastlinného krytu pôdy, predovšetkým lesných porastov.

• Vodné zdroje musia byť sledované o vyhodnocované. Vodné zdroje musia byť sledované o vyhodnocované. • V záujme zosúladenia krátkodobých o dlhodobých cieľov je potrebné, aby V záujme zosúladenia krátkodobých o dlhodobých cieľov je potrebné, aby

príslušné úrody vypracúvali plány racionálneho hospodárenia s vodnými príslušné úrody vypracúvali plány racionálneho hospodárenia s vodnými zdrojmi. zdrojmi.

• Ochrana vody si vyžaduje zintenzívnenie vedeckého výskumu, výchovy Ochrana vody si vyžaduje zintenzívnenie vedeckého výskumu, výchovy odborníkov a informovanie verejnosti. odborníkov a informovanie verejnosti.

• Voda je spoločným dedičstvom, ktorého hodnotu musia uznávať všetci. Voda je spoločným dedičstvom, ktorého hodnotu musia uznávať všetci. Každý je povinný využívať vodu starostlivo a hospodárne. Každý je povinný využívať vodu starostlivo a hospodárne.

• Hospodárenie s vodnými zdrojmi by malo byť organizované podľa Hospodárenie s vodnými zdrojmi by malo byť organizované podľa prirodzených povodí, nie podľa politických alebo administratívnych celkov. prirodzených povodí, nie podľa politických alebo administratívnych celkov.

• Voda nepozná hranice: ako spoločný zdroj si vyžaduje medzinárodnú Voda nepozná hranice: ako spoločný zdroj si vyžaduje medzinárodnú spoluprácu.spoluprácu.