Witaj w świecie hydrostatyki i aerostatyki! Zajmiemy się badaniem cieczy i gazów w spoczynku.
Ciśnienie
Ciśnienie to siła działająca na jednostkę powierzchni. Oznaczamy je literą p.
Wzór na ciśnienie: p = F/A, gdzie F to siła, a A to powierzchnia.
Jednostką ciśnienia w układzie SI jest paskal (Pa). 1 Pa = 1 N/m².
Przykładowo, jeśli siła 10 N działa na powierzchnię 2 m², to ciśnienie wynosi 5 Pa.
Ciśnienie hydrostatyczne
Ciśnienie hydrostatyczne to ciśnienie wywierane przez ciecz na dnie i ścianach naczynia.
Ciśnienie hydrostatyczne zależy od gęstości cieczy (ρ), przyspieszenia ziemskiego (g) i głębokości (h).
Wzór na ciśnienie hydrostatyczne: p = ρgh.
Gęstość wody wynosi około 1000 kg/m³, a przyspieszenie ziemskie to około 9.81 m/s².
Na głębokości 1 metra w wodzie, ciśnienie hydrostatyczne wynosi około 9810 Pa.
Ciśnienie hydrostatyczne działa we wszystkich kierunkach.
Praktyczne zastosowanie: konstrukcje tam i zapór wodnych muszą być odporne na wysokie ciśnienie hydrostatyczne na dużych głębokościach.
Ciśnienie atmosferyczne
Ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie wywierane przez powietrze otaczające Ziemię.
Ciśnienie atmosferyczne jest największe na poziomie morza i maleje wraz z wysokością.
Standardowe ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi około 1013 hPa (hektopaskali), czyli 101300 Pa.
Ciśnienie atmosferyczne mierzymy za pomocą barometru.
Praktyczne zastosowanie: przewidywanie pogody, działanie ssawki, lot samolotów.
Prawo Pascala
Prawo Pascala mówi, że zmiana ciśnienia w zamkniętej cieczy lub gazie rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.
Oznacza to, że jeśli zwiększymy ciśnienie w jednym miejscu cieczy lub gazu, to ciśnienie wzrośnie o tę samą wartość w każdym innym miejscu.
Przykład: jeśli naciśniemy tłok w strzykawce wypełnionej wodą, to ciśnienie wody wzrośnie w całej strzykawce.
Prawo Pascala wykorzystuje się w prasach hydraulicznych.
Prasa hydrauliczna
Prasa hydrauliczna składa się z dwóch cylindrów o różnych powierzchniach połączonych ze sobą.
Zgodnie z prawem Pascala, ciśnienie w obu cylindrach jest takie samo.
Ponieważ powierzchnie tłoków są różne, to siły działające na tłoki również są różne.
Wzór: F1/A1 = F2/A2, gdzie F1 i F2 to siły, a A1 i A2 to powierzchnie tłoków.
Dzięki temu można wytworzyć dużą siłę na większym tłoku, używając niewielkiej siły na mniejszym tłoku.
Praktyczne zastosowanie: podnośniki samochodowe, hamulce hydrauliczne.
Siła wyporu
Siła wyporu to siła działająca na ciało zanurzone w cieczy lub gazie, skierowana pionowo do góry.
Siła wyporu jest równa ciężarowi wypartej cieczy lub gazu.
Zjawisko to opisuje prawo Archimedesa.
Wzór: Fw = ρgV, gdzie ρ to gęstość cieczy lub gazu, g to przyspieszenie ziemskie, a V to objętość wypartej cieczy lub gazu.
Jeśli siła wyporu jest większa od ciężaru ciała, to ciało unosi się.
Jeśli siła wyporu jest mniejsza od ciężaru ciała, to ciało tonie.
Jeśli siła wyporu jest równa ciężarowi ciała, to ciało pływa (zanurzone w całości lub częściowo).
Praktyczne zastosowanie: statki, balony, pomiar gęstości.
Pływanie ciał
O tym, czy ciało pływa, tonie, czy unosi się, decyduje jego gęstość w porównaniu z gęstością cieczy lub gazu.
Jeśli gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy, to ciało pływa.
Jeśli gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy, to ciało tonie.
Jeśli gęstość ciała jest równa gęstości cieczy, to ciało unosi się w cieczy.
Przykład: Drewno pływa w wodzie, ponieważ jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody.
Przykład: Kamień tonie w wodzie, ponieważ jego gęstość jest większa od gęstości wody.
To już koniec podstaw hydrostatyki i aerostatyki. Mam nadzieję, że teraz wszystko jest jasne!
