Transcript Fizyka_MSOS_9

Płyny
Płyn to substancja zdolna do przepływu.
Płyn przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje.
Płyny to ciecze i gazy.
Ani w cieczy ani w gazie nie ma regularnego układu
atomów lub cząsteczek
Czwarty stan materii
Plazma – stan materii, w którym część cząsteczek występuje w stanie zjonizowanym.
Jonizacja – zjawisko powstawania jonu z obojętnego atomu lub cząsteczki. Może
powstać np. w wyniku zderzenia atomu lub cząsteczki z cząstką o wysokiej energii.
Gęstość
Gęstość płynu:
 
m
V
m i V – masa i objętość próbki.
Gęstość jest wielkością skalarną.
Ile waży litr czarnej dziury?
1 L * 4*1019 kg/m3 = 1* 10-3 m3 * 4*1019 kg/m3 = 4*1016 kg
Masa dużej arktycznej góry lodowej ~ 1015 kg.
Ciśnienie
Ciśnienie wywierane przez płyn:
p 
F
S
m i V – masa i objętość próbki.
Ciśnienie jest wielkością skalarną.
Jednostką ciśnienia jest paskal.
1 Pa = 1N/m2
F
S
Ciśnienie atmosfery Ziemi
Płyny w spoczynku
y=0
S
F2
F2
S mg
F1
y1
F2= F1 + mg
F1 = p1S
y2
mg
F1
F2 = p2S
m = V
V = S(y1-y2)
p2S = p1S + S(y1-y2)g
p2 = p1 + g(y1-y2)
Ciśnienie w cieczy
p2 = p1 + g(y1-y2)
y1 = 0
p1 = p0
y2= -h
Ciśnienie na głębokości h:
p = p0 + gh
p2 = p
Wielki Błękit
Ciśnienie na głębokości 100 m:
p = p0 + gh
p = 1013 hPa + (998 kg/m3)(9.8m/s2)(100m) = 1.01* 105 N/m2 + 9.78 *105 N/m2
Ciśnienie atmosferyczne
p2 = p1 + g(y1-y2)
y1 = 0
p1 = p0
y2 = d
Ciśnienie na wysokości d:
p = p0 - powgd
p2 = p
Ciśnienie atmosferyczne
4000 m 2700 m 300 m
Pomiar ciśnienia – barometr
rtęciowy
y2= h
p2 = 0
p2 = p1 + g(y1-y2)
p0 = Hggh
Dla p0 = 1013 hPa,
h = 760 mm
y1 = 0
p1 = p0
http://new.meteo.pl/
Pomiar ciśnienia - manometr
y1 = 0
p1 = p0
y2= -h
p2 = pgaz
pgaz = p0 + gh
Prawo Pascala
W zamkniętej objętości nieściśliwego płynu zmiana
ciśnienia jest przenoszona bez zmiany wartości do
każdego miejsca w płynie i do ścian zbiornika
pzewn
h
h
p
p = pzewn + gh
Dp = Dpzewn
Przyrost p
nie zależy
od h. Musi
być taki
sam w
każdym
punkcie
cieczy.
Prasa hydrauliczna
F2
Dp = F1/S1 = F2/S2
F2 = F1(S2/S1)
S1
S2
ciecz (olej)
Gdy S2 > S1
F2 > F1
Prawo Archimedesa
Fw
Fw
Fw
Fg
Fg
płyn
kamień
Fg
drewno
Fw = mpg
Na ciało całkowicie lub częściowo zanurzone w płynie działa ze
strony płynu siła wyporu Fw. Jest on skierowana pionowo do góry,
a jej wartość jest równa ciężarowi mpg płynu wypartego przez ciało.
Legenda o odkryciu prawa
wyporu
Władca Syrakuz, Hieron II, powziął podejrzenie, że złotnik, któremu
powierzono wykonanie korony ze szczerego złota, dodał do niej
pewną ilość srebra. Król zwrócił się do Archimedesa z prośbą o
ustalenie, jak sprawa ma się naprawdę. Prośbę swą obwarował
żądaniem, by w żadnym wypadku nie zepsuć misternie wykonanej
korony, istnego arcydzieła sztuki złotniczej.
korona
?
Au
=
Legenda o odkryciu prawa
wyporu
mAu = mkorona
FwAu < Fwkorona
mpAug < mpkoronag
VAu woda< Vkoronawoda
VAu < Vkorona
Pływanie ciał
Gdy ciało pływa w płynie, wartość działającej na nie siły
wyporu Fw jest równa wartości działającej na nie siły ciężkości.
Fw = Fg
Ale Fw = mpg
Gdy ciało pływa w płynie, wartość działającej na nie siły
ciężkości Fg jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to
ciało mpg.
Fg = mpg
Pływanie ciał - przykład
Jaka część objętości góry lodowej wystaje nad powierzchnię morza? Gęstość
lodu wynosi 920 kg/m3 a gęstość wody morskiej 1030 kg/m3.
Ciężar góry lodowej wynosi:
W l =  lV lg
Ciężar objętości Vw wypartej wody morskiej:
Ww = wVwg
Pływanie:
lVlg = wVwg
Vw/Vl = l/w= 920/1030 = 0.89
Objętość wypartej wody równa się objętości zanurzonej części góry
lodowej, czyli 89% góry znajduje się pod wodą.
Pływanie ciał - przykład
Pływanie ciał - statki
Statki muszą być tak zaprojektowane, by wypierały ciecz o
ciężarze równym własnemu ciężarowi.
Mstatkug = wVwg
Zanurzenie statku h ~ Vw= Mstatku /w zależy od gęstości wody!
* TF – Tropical Fresh Water
* F – Fresh Water
* T – Tropical Seawater
* S – Summer Temperate Seawater
* W – Winter Temperate Seawater
* WNA – Winter North Atlantic
Siły wyporu powietrza
Na ciało znajdujące się w powietrzu działa siła wyporu równa
ciężarowi wypartego powietrza.
Wypełnione gazem balony, które wznoszą się w powietrzu maja
gęstość mniejszą niż powietrze.
Równanie ciągłości
t
v
v
t + Dt
Dx
Element płynu przebywa w czasie Dt drogę Dx = vDt.
W czasie Dt przez rurę przepływa płyn o objętości DV:
DV = SDx = SvDt
Równanie ciągłości
DV = S1v1Dt
DV = S2v2Dt
Równanie ciągłości:
S1v1  S2v2
Prędkość przepływu wzrasta
gdy maleje pole przekroju
poprzecznego, przez który
płyn przepływa.
Równanie Bernoulliego
Z zasady zachowania energii
dla płynu:
1
2
2
mv  mgy  pV  const
wynika równanie Bernoulliego:

p
p1 

1
2
1
2
 v   gy  const
2
 v   gy 1  p 2 
2
1
1
2
 v 2   gy 2
2
Równanie Bernoulliego
p1 
1
2
 v   gy 1  p 2 
2
1
1
2
 v 2   gy 2
2
Dla v1 = v2 = 0
p2 = p1 + g(y1-y2)
Dla y1 = y2 = 0
p1 
1
2
 v1  p 2 
2
1
2
v2
2
Gdy prędkość rośnie, jego wewnętrzne ciśnienie maleje.
Równanie Bernoulliego zastosowania
Równanie Bernoulliego zastosowania
Równanie Bernoulliego zastosowania
„Efekt zasłony prysznicowej”
Rozkład ciśnienia
Ruch powietrza