Witamy w świecie hydrostatyki i aerostatyki! To działy fizyki, które zajmują się badaniem cieczy i gazów w spoczynku. Brzmi skomplikowanie? Spokojnie, zaraz wszystko stanie się jasne.
Hydrostatyka: Ciecze w Spoczynku
Hydrostatyka bada ciecze, które się nie poruszają. Mówimy o cieczach w stanie równowagi. Czyli o wodzie w szklance, oleju w butelce czy benzynie w baku samochodu. Ważne jest, żeby ciecz była nieruchoma. Inaczej mówimy już o hydrodynamice.
Ciśnienie Hydrostatyczne
Wyobraź sobie, że nurkujesz w basenie. Im głębiej, tym bardziej czujesz nacisk na uszy. To właśnie ciśnienie hydrostatyczne. Jest ono spowodowane ciężarem słupa cieczy nad tobą. Ciśnienie to działa we wszystkich kierunkach.
Ciśnienie hydrostatyczne zależy od kilku rzeczy. Po pierwsze, od gęstości cieczy. Im gęstsza ciecz, tym większe ciśnienie. Po drugie, od głębokości. Im głębiej, tym większe ciśnienie. Po trzecie, od przyspieszenia ziemskiego. Wzór na ciśnienie hydrostatyczne to: p = ρgh, gdzie p to ciśnienie, ρ to gęstość, g to przyspieszenie ziemskie, a h to głębokość.
Przykład: Zastanów się, dlaczego zapory wodne są grubsze na dole. Powodem jest właśnie ciśnienie hydrostatyczne. Na dole zapory ciśnienie wody jest większe, więc zapora musi być mocniejsza, aby je wytrzymać. Inny przykład to konstrukcja łodzi podwodnych. Muszą być bardzo wytrzymałe, aby wytrzymać ogromne ciśnienie na dużych głębokościach.
Prawo Pascala
Prawo Pascala mówi, że zmiana ciśnienia w cieczy zamkniętej rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach. To bardzo ważne prawo. Ma wiele praktycznych zastosowań. Oznacza to, że jeśli zwiększymy ciśnienie w jednym miejscu cieczy, to ciśnienie wzrośnie o tyle samo w każdym innym miejscu tej cieczy. To tak jakby cała ciecz "czuła" tę zmianę.
Przykład: Układ hamulcowy w samochodzie działa na zasadzie prawa Pascala. Gdy naciskasz na pedał hamulca, ciśnienie w płynie hamulcowym rozchodzi się na wszystkie koła. To pozwala na równomierne hamowanie. Podnośnik hydrauliczny również korzysta z tego prawa. Mała siła przyłożona do małego tłoka powoduje dużą siłę na większym tłoku, co pozwala podnosić ciężkie przedmioty.
Siła Wyporu (Prawo Archimedesa)
Czy zastanawiałeś się, dlaczego łatwiej jest podnieść kogoś w wodzie niż na lądzie? To zasługa siły wyporu. Działa ona na każde ciało zanurzone w cieczy. Jest skierowana pionowo do góry. Siła wyporu jest równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało. Sformułował to Archimedes. Dlatego mówimy o prawie Archimedesa.
Ciało pływa, gdy siła wyporu jest równa ciężarowi ciała. Ciało tonie, gdy siła wyporu jest mniejsza od ciężaru ciała. A ciało zawisa w cieczy, gdy siła wyporu jest równa ciężarowi ciała. To zależy od gęstości ciała i gęstości cieczy.
Przykład: Statek pływa, ponieważ jego kształt powoduje, że wypiera on dużą ilość wody. Waga tej wody jest równa wadze statku. Dlatego statek unosi się na wodzie. Balony na ogrzane powietrze unoszą się, ponieważ ogrzane powietrze jest mniej gęste niż otaczające je chłodne powietrze. Powietrze wypiera chłodne powietrze, a balon unosi się.
Aerostatyka: Gazy w Spoczynku
Aerostatyka zajmuje się gazami w spoczynku. Czyli powietrzem, którym oddychamy. Albo gazem w balonie. Podobnie jak ciecze, gazy również wywierają ciśnienie.
Ciśnienie Atmosferyczne
Ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie, jakie wywiera powietrze na powierzchnię Ziemi. Jest ono spowodowane ciężarem słupa powietrza nad nami. Ciśnienie atmosferyczne nie jest stałe. Zależy od wysokości nad poziomem morza i od pogody.
Przykład: Barometr służy do mierzenia ciśnienia atmosferycznego. Zmiany ciśnienia atmosferycznego mogą wskazywać na zmiany pogody. Wysokie ciśnienie zazwyczaj oznacza dobrą pogodę, a niskie – złą.
Prawo Archimedesa w Gazach
Podobnie jak w cieczach, również w gazach działa siła wyporu. Jest ona związana z prawem Archimedesa. Powoduje ona, że balony na ogrzane powietrze unoszą się do góry. Ciepłe powietrze w balonie jest lżejsze od otaczającego go chłodnego powietrza. Dlatego balon unosi się.
Przykład: Sterowce i balony napełniane helem unoszą się, ponieważ hel jest lżejszy od powietrza. Siła wyporu jest większa od ciężaru sterowca/balonu, dlatego się unoszą. Podobnie działa to w atmosferze innych planet, gdzie gęstość atmosfery może być bardzo różna.
To już wszystko! Mam nadzieję, że teraz lepiej rozumiesz hydrostatykę i aerostatykę. Pamiętaj, że te działy fizyki mają wiele zastosowań w naszym życiu. Obserwuj świat wokół siebie i szukaj przykładów działania tych praw!
