Kl Ii Fizyka Hydrostatyka Sprawdzian Nowa Era
Hydrostatyka to dział fizyki zajmujący się badaniem cieczy w spoczynku. Koncentruje się na zrozumieniu ciśnienia wywieranego przez ciecze i sił z nim związanych. Ten sprawdzian z hydrostatyki, szczególnie w kontekście podręczników Nowej Ery, sprawdzi twoją wiedzę na temat tych zasad.
Ciśnienie Hydrostatyczne
Podstawowym pojęciem jest ciśnienie hydrostatyczne, definiowane jako siła działająca prostopadle na jednostkę powierzchni. Obliczamy je wzorem: p = ρgh, gdzie:
- p - ciśnienie hydrostatyczne [Pa] (Paskal)
- ρ - gęstość cieczy [kg/m³]
- g - przyspieszenie ziemskie (ok. 9.81 m/s²)
- h - głębokość pod powierzchnią cieczy [m]
Krok 1: Zrozumienie zmiennych. Upewnij się, że rozumiesz, co reprezentuje każda zmienna we wzorze. Gęstość zależy od rodzaju cieczy (np. woda ma gęstość ok. 1000 kg/m³), przyspieszenie ziemskie jest stałe, a głębokość mierzymy od powierzchni cieczy.
Przykład: Oblicz ciśnienie na głębokości 2 metrów w basenie wypełnionym wodą. ρ = 1000 kg/m³, g = 9.81 m/s², h = 2 m. Zatem p = 1000 * 9.81 * 2 = 19620 Pa.
Prawo Pascala
Prawo Pascala mówi, że zmiana ciśnienia w zamkniętej cieczy rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach. Oznacza to, że naciskając na zamkniętą ciecz w jednym miejscu, wywołamy wzrost ciśnienia w całej objętości tej cieczy.
Krok 2: Zastosowanie prawa Pascala. Wyobraź sobie układ hydrauliczny, na przykład podnośnik samochodowy. Naciskamy na mniejszy tłok, co powoduje wzrost ciśnienia w cieczy, która naciska na większy tłok, podnosząc samochód.
Przykład: Podnośnik hydrauliczny ma dwa tłoki: mały o powierzchni 0.01 m² i duży o powierzchni 0.1 m². Jeżeli na mały tłok działa siła 100 N, ciśnienie wynosi p = F/A = 100 N / 0.01 m² = 10000 Pa. To samo ciśnienie działa na duży tłok, więc siła działająca na duży tłok to F = pA = 10000 Pa * 0.1 m² = 1000 N. Widzimy, że mała siła na małym tłoku daje dużą siłę na dużym tłoku.
Siła Wyporu (Prawo Archimedesa)
Siła wyporu, zgodnie z Prawem Archimedesa, jest równa ciężarowi cieczy wypartej przez ciało. Jeśli ciężar ciała jest większy niż siła wyporu, ciało tonie; jeśli mniejszy, unosi się; a jeśli równy, ciało pływa zanurzone.
Krok 3: Obliczanie siły wyporu. Siłę wyporu obliczamy ze wzoru: Fw = ρcVg, gdzie:
- Fw - siła wyporu [N]
- ρc - gęstość cieczy [kg/m³]
- V - objętość wypartej cieczy (czyli objętość zanurzonej części ciała) [m³]
- g - przyspieszenie ziemskie (ok. 9.81 m/s²)
Przykład: Kostka lodu o objętości 0.001 m³ pływa w wodzie (ρw = 1000 kg/m³). Siła wyporu działająca na kostkę to Fw = 1000 * 0.001 * 9.81 = 9.81 N. To jest również ciężar tej części lodu, która jest zanurzona.
Praktyczne zastosowania
Zrozumienie hydrostatyki jest kluczowe w wielu dziedzinach. Budowa statków, łodzi podwodnych i innych konstrukcji pływających opiera się na zasadach siły wyporu. Hydrauliczne systemy hamulcowe w samochodach działają dzięki prawu Pascala. Te praktyczne przykłady pokazują, jak istotna jest hydrostatyka w naszym codziennym życiu.
