Bakalářská fyzika pro HGF VŠB-TUO

V gravitačním poli působína všechny částice kapalného tělesatíhová síla G, která odpovídá hydrostatické tlakové síle F. Tlak p, který tato síla vyvolává, se nazývá hydrostatický tlak.

Hydrostatický tlak je přímo úměrný hustotě kapaliny r a hloubce hpod hladinou kapaliny.

Hydrostatické paradoxon považujeme za „překvapující“ jev, kdy je v objemově různých nádobách je tlaková síla působící na dno tatáž, přičemž nezávisí na celkovém objemu a hmotnosti kapaliny (při stejných plochách dna S, výškách h a r hustotách kapaliny v tomtéž místě gravitačního pole, tj. v místě se stejnou hodnotou g).

Analogicky lze uvažovat působení aerostatického tlaku a aerostatickétlakové síly, avšak s ohledem nejen na odlišnou hodnotu hustoty pylnu, ale rovněž s ohledem na značnou stlačitelnosti plynů.

Verbální zadání:

Ve skleněné trubici tvaru U jsou nemísitelné kapaliny. V prvním rameni je olej, ve druhém rameni voda. Hladina vody je ve výši 27,5· 10^-2m, hladina oleje je ve výšce 32,7 ·10^-2m nad společným rozhraním mezi oběma kapalinami. Vypočtěte hustotu (starším termínem měrnou hmotnost) oleje, je-li při teplotě měření hustota vody 996 kg ·m^-3.

Matematizované zadání:

U trubice ; h₁= 27,5 ·10^-2m ; h₂= 32,7 ·10^-2m ; r₁= 996 kg·m^-3;

r₂= ?

Fyzikální vztahy jako návod pro řešení:

v místě, kde se nemísitelné kapaliny v U trubici dotýkají, platí rovnováha tlaků

Obecný a konkrétní výsledek:

Odpověď:

Hustota oleje ve skleněné trubici tvaru U je při zadané výšce hladiny oleje a vody rovna 837,6 kg·m^-3.

Verbální zadání:

Vysvětlete působení atmosférického tlaku v souvislosti s Torricelliho pokusem! Víme, že Torricelli naplnil 1 m dlouhou skleněnou trubici rtutí a otevřený konec ponořil do nádoby rovněž se rtutí. Při poloze trubice kolmo i šikmo k hladiněse výška sloupce v trubici ustálila na přibližně stejné hodnotě 760 mm Hg = 760 torr = 101 325 Pa = 1mb.

Návod řešení:

Atmosférická tlaková síla je způsobena tíhou vzdušného obalu Země a je značná, protože výška sloupce vzduchu je asi 30 000 km(v důsledku gravitační přitažlivosti Země, Měsíc má malou hmotnost například, proto si relativně žádnou atmosféru neudrží).Atmosférický tlak se mění jen mírně, a to v závislosti na změně místa na povrchu Země, podstatnějivšak se mění s nadmořskou výškou (postupně se vzdáleností od povrchu země klesá, a to přibližně exponenciálně) a také vlivem počasí, meteorologické změny mohou být velmi významné.

Konvenčně byl stanoven normálníatmosférický tlak 101 325 Pa. Měřímejej v meteorologii barometry (kovovými aneroidy, anebo přesněji rtuťovými tlakoměry).

Závěr:

Jde o netradiční typ spojených nádob, u kterých působí na hladinu rtuti ve vaně, tj. v jednom „rameni“ atmosférický tlak a ve druhém „rameni“ působí na hladinu rtuti vakuum, tj. tlak vzduchu na hladinu rtuti v zataveném konci skleněné trubice nepůsobí vůbec.

1. Reprezentativní příklady
2. Reprezentativní příklady

Vysvětlete princip konve, sifonu (kuchyňské výlevky nebo klozetu), princip vodotrysku.

Vysvětlete princip plavebních komor (zdymadel). Zdymadla se stavějí u jezů a přehrad, aby se umožnil přejezd lodí z vyšší hladiny na nižší a tak byla možná lodní doprava po celé délce řeky. Plavební komory jsou vlastně nádrže oddělené vraty od řeky. S řekou je spojuje potrubí, jímž se voda do nich připouští a z nich vypouští