Transcript PP_Odporové_sily_v_tekutinách

Kód ITMS projektu: 26110130519
Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia
Odporové sily v tekutinách
Vzdelávacia oblasť:
Človek a príroda
Predmet
Fyzika
Ročník, triedy:
1.A
Tematický celok:
Sila a pohyb
Vypracoval:
RNDr. Marián Koreň
Dátum:
marec 2013
Obsah
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Prúdenie reálnej kvapaliny
Laminárne prúdenie
Turbulentné prúdenia
Príklady
Meranie krvného tlaku I
Meranie krvného tlaku II
Systolický a diastolický tlak
Rýchlosť pohybu delfínov
Hydrodynamická odporová síl
Odporová sila pri vyšších rýchlostiach
Zdroje
2
Prúdenie reálnej kvapaliny
Pri prúdení reálnej kvapaliny
vzniká vnútorné trenie,
ktoré brzdí jej pohyb.
Medzná vrstva kvapaliny vrstva kvapaliny, ktorá sa
bezprostredne dotýka
steny , je v dôsledku trenia
v pokoji.
Po medznej vrstve sa posúva
malou rýchlosťou druhá vrstva
a po nej ďalšia rýchlejšie
(rýchlosť jednotlivých vrstiev
sa postupne zvyšuje až do
stredu trubice).
3
Laminárne prúdenie
Laminárne prúdenie
pri ustálenom prúdení reálnej
kvapaliny malou rýchlosťou
obraz prúdnic stály,
vrstvy kvapaliny sa po sebe
pravidelne posúvajú.
V priamej trubici sú prúdnice navzájom rovnobežné
4
Turbulentné prúdenie
Turbulentné prúdenie
po prekročení kritickej
rýchlosti.
Pozorujeme vírenie
nestálosť obrazu
vytvorených prúdnic.
Nerovnaká rýchlosť
vzájomného
posúvania vrstiev
kvapaliny spôsobuje
vznik vírov. Pri
malých rýchlostiach
sa však tieto víry
nemôžu znateľne
rozvinúť.
5
Príklady
Laminárne prúdenie
•
•
•
pri vytekaní vody z vodovodnej batérie, potrubia
nosom vdychovaný vzduch a
krv vo vlásočniciach nášho tela. Pružnosť cievnych stien
zvyšuje stabilitu laminárneho prúdenia.
Turbulentné prúdenie
•
•
voda v rieke alebo prúdenie vzduchu pri vetre.
v zúžených miestach aorty (za určitých okolností )vzrastá
rýchlosť, a tým vzniká turbulentné prúdenie
Turbulentné oblasti v krvnom obehu sa prejavujú šelestom,
ktorý je nad postihnutým miestom počuteľný.
6
Meranie krvného tlaku I
Ako sa vplyv vnútorného trenia krvi uplatňuje pri meraní krvného tlaku?
Pri meraní krvného tlaku pomocou manžetového tlakomera sa
využíva zmena prúdenia krvi z laminárneho na turbulentné
prúdenie.
Ak krv prúdi cez nestlačenú cievu (artériu), na ktorú nepôsobí
žiadna vonkajšia sila, prúdenie krvi je laminárne. Obrázok a).
7
Meranie krvného tlaku II
Po natlakovaní manžety sa prúdenie krvi v cieve najprv zastaví
(obr. b) a postupným uvoľňovaním tlaku na steny cievy dochádza
opäť k prúdeniu krvi cez súžený prierez cievy.
Vplyvom zúženia cievy dôjde k zväčšeniu rýchlosti krvi a k zmene
jej prúdenia na turbulentné (obr. c), ktoré je sprevádzané zvukom
(pulzami) v dôsledku tvorby vírov. Uvoľňovaním tlaku na steny sa
zmenšuje rýchlosť krvi a aj jej prúdenie, zvukové pulzy zaniknú a
prúdenie sa stane laminárnym (obr. d).
8
Systolický a diastolický tlak
Systolický tlak krvi - hodnota
tlaku (v tlakovej manžete), pri
ktorej sa objavili zvukové pulzy.
Diastolický tlak krvi - hodnota
tlaku krvi, pri ktorej pulzy zmizli.
U zdravého dospelého človeka v pokoji:
systolický tlak 90 - 120 mmHg
diastolický tlak 60 - 80 mmHg.
9
Rýchlosť pohybu delfínov
Sila delfína + veľkosť plutiev + tvar tela = max 28 km/hod.
V skutočnosti - delfíny dosahujú rýchlosti väčšie ako 100 km/h!
Hladká koža delfínov je plná citlivých
nervových buniek, ktoré registrujú každý vír.
Tieto nervy sú spojené s množstvom
drobných svalov, ktoré veľmi rýchlo
napínajú alebo uvoľňujú jednotlivé časti
kože. Takto koža na jednotlivých častiach
tela spôsobuje malé a rýchle záchvevy,
ktorými vzápätí utlmí každý vír. Tým sa
priamo znemožní akékoľvek trenie a vylúči
sa odpor vody.
10
Hydrodynamická odporová sila
Pre odporovú silu pre guľôčku
η. je
koeficient
F
=
F
sinα
p
g dynamickej viskozity,
pohybujúcu sa v kvapaline malou
Fn = Fg .r jecosα
rýchlosťou platí:
polomer guľôčky.
Stokesov vzorec
Fo = 6πηrv
Odporová sila je priamoúmerná
rýchlosti:
F~v
11
Odporová sila pri vyšších rýchlostiach
Pri vyšších rýchlostiach sa za
pohybujúcim telesom tvoria
víry .
Závislosť odporu od rýchlosti
nie je lineárna.
Pre odporovú silu platí
Newtonov zákon:
C je tvarový koeficient
odporu
S – plocha prierezu telesa
kolmého na smer pohybu
ρ – hustota kvapaliny
– rýchlosť telesa
12
Použité zdroje
Fyzika pre 1. ročník gymnázií, Koubek, Šabo, SPN Bratislava 2004
Fyzika pre 1. ročník gymnázia, Koubek, Lapitková, Demkanin, EDUCO 2009
www.glsfyzika.szm.com/Maturita/03.doc
http://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G1/6/G6-8.htm
http://people.tuke.sk/zuzana.gibova/rozsirujuceucivo/odprova_sila2.htm
http://physedu.science.upjs.sk/kvapaliny/lamturprud.htm
http://eshop.zdravmat.sk/1413-1409-large/tlakomer-omron-mit-elite-plus-vyhodnocovanie-na-pc-cena.jpg
http://www.bystricoviny.sk/wp-content/uploads/2010/09/p093050fb_tlakomer.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Laminar_flow_profile.gif
http://people.tuke.sk/zuzana.gibova/zaujimavosti/delfin.htm
http://www.mfg.mtu.edu/cyberman/environment/air/forces/stokes.jpg
13