Kapaliny obrázky obr.google

Vlastnosti částic kapaliny
 Jevy v kapalině
Hydrostatický tlak
Spojené nádoby
Archimédův zákon
Plavání těles
Pascalův zákon
 

Vlastnosti částic kapaliny:

Jevy v kapalině

Povrchové napětí(1) Povrchové napětí (přitahováním vnitřních částic):

Ukázka: plná sklenice, koheze+povrch.nap. zču

Kapilární vzlínavost(2) V úzké trubičce (kapiláře) hladina vody vystoupí výše (vzlínání), než v okolní nádobě.
Využití: knot (svíčka, petrolejka), hadr na mokrém, ručník, vlhkost ve zdi domu, voda v rostlině, houbě, písku, krev v obvazu …
Proto lze: vytřít rozlitou vodu hadrem, utřít se ručníkem…

(3) Při větší teploty větší objem každé kapaliny (částice více kmitají) - využití: teploměr, láhve se neplní k okraji.

Výjimka - anomálie vody: Objem vody od 0°C do 3,99°C klesá, až od 4°C už normálně roste.
Anomálie vodyProto je v zimě u dna voda s teplotou 3,99°C, mrznoucí voda je na hladině (rybník nepromrzne ke dnu).
Díky tomu jevu na Zemi vznikl život (mrazy přežily mikroorganismy ve vodě) a ryby přežijí zimu.


Hydrostatický tlak působí na balónek při ponoru Hydrostatický tlak - sloupec Hydrostatický tlak

Vyšší vrstvy kapaliny tlačí svojí tíhou na dolní -> tlak.
Udává sílu, kterou působí kapalina na plochu 1 m2.
(hydro~kapalina, statický~nehybný)

ph = h.ρ.g

ph = hydrostatický tlak v hloubce h kapaliny hustoty ρ na Zemi.
Hydrostatický tlak nezávisí na tvaru nádoby!
PŘ: spočti hydrostatický tlak v 3,8 m hloubce v rybníce.

PŘ: Spočti tlak na dně rybníka (3,8 m).
ρvoda = 1000 kg/m3; h = 3,8 m; ph = ? Pa
p = h.ρ.g
p = 3,8.1000.10
p = 38000 Pa = 38 kPa
U dna rybníka je hydrostatický tlak 38 kPa.

Hydostatický tlak - velká hloubka - praskne baňku Hydostatický tlak - výtok kapaliny přes otvory v různých výškách Jak tomu rozumět: 38000 Pa = síla 38000 N tlačí na 1 m2.
Tak by tlačilo 3800 kg na 1 m2 ~ 38 kg tlačí na 1 dm2 ~0,38 kg tlačí na 1 cm2

PŘ: V jak hlubokém bazénu by byl hydrostatický tlak 61 kPa?
38 kPa ~ 3,8 m
61 kPa ~ 6,1 m

PŘ: spočti hydrostatický tlak v 6 m hloubce v moři.
ρmořská voda = 1020 kg/m3; h = 6 m; ph = ? Pa
p = h.ρ.g
p = 6.1020.10
p = 61 200 Pa
V této hloubce moře je hydrostatický tlak zhruba 61 kPa.

Odpověz + vysvětli:
Proč v různých výškách vytéká voda různými křivkami? 1. obrázek
Ve které ze 2 stejných nádob je větší hydrostatický tlak? 2. obrázek
Proč praskne baňka pod dlouhou hadicí s vodou? 3. obrázek
Změní se hydrostatický tlak v akváriu, když do něj vložím kámen?

- Proč proud vody snáze strhne mořského koníka, než stejně těžkou kuličku?
- Proč mýdlo myje špínu? Kterou vlastnost kapaliny změní?
- Proč bublifukem nelze foukat bubliny jen ze samotné vody?
- Proč křída saje vodu lépe, než kámen?
- Co znamená ph=700 kPa? (vysvětli pomocí síly na 1 m2, cm2)
- Jaký hydrostatický tlak je v moři v hloubce20 m? (ρmoře = 1020 kg/m3)

Přizpůsobení hydrostatickému tlaku: pro velké hloubky - nebezpečí prasknutí ušního bubínku (potápěč bez přístrojů), zesílený skafandr potápěčů, silné stěny a tlustá okénka ponorky (batyskaf)


Výpočet síly, kterou působí kapalina:

Fh = S.h.ρ.g

Fh = síla, kterou působí kapalina na plochu S v hloubce h kapaliny hustoty ρ.
PŘ: Jak velká síla působí v 50 m hloubce na potápěčovu dlaň velkou 1 dm2?
S = 1 dm2; h = 50 m; ρ = 1000 kg/m3; F = ? N
F = S.h.ρ.g
F = 0,01.50.1000.10
F =5 000 N
Na potápěčovu dlaň působí síla 5 000 N (ekvivalent  500 kg).


Spojené nádoby

Ve všech navzájem spojených nádobách se hladina ustálí ve stejné výšce.
Využití: čajník, odpad umyvadla a WC, městský vodovod, vodoznak u kotle, vypouštění akvária, zdymadlo, hadicová vodováha, vodotrysk …

Ukázka: spojení nádob shora brčkem


Vztlaková síla

Každé ponořené těleso nadlehčuje kapalina vztlakovou silou.
Vztlaková síla závisí na: ponořeném objemu tělesa, hustotě kapaliny.

POZN: vztlakovou sílu mění dle potřeby ponorka (nádrže v jejím těle), ryba (měchýř).
Vztlakovou sílu mění: - ryby (měchýřem mění svůj objem).
                           - ponorka (změní svoji tíhu - do části svého objemu načerpá vodu).

PŘ: Potopím-li se do naplněné vany, přeteče z vany voda (např. 50 litrů). Z toho usoudím:
- 50 litrů je objem mého těla
- tíha této vody = 500 N = síla, kterou jsem ve vaně nadlehčován

Dostaneš pod hladinu kopací míč, velký nafukovací míč?
Kde se ti bude lépe plavat: v rybníce, moři, Mrtvém moři?
Jakou silou tě nadlehčuje voda?

Video: Vztlaková síla

Plavání těles

Pro těleso hustoty ρtěl v kapalině hustoty ρkap nastane jedna z možností:

  ρtěl < ρkap ρtěl = ρkap ρtěl > ρkap
chování tělesa plave na hladině vznáší se klesne ke dnu
příklad (ve vodě) loď, míč sáček s vodou, ryba kámen
tíhová síla Ftíha < Fvz Ftíha = Fvz Ftíha > Fvz

POZN: těleso plave, je-li jeho průměrná hustota < hustota vody!
 

Ukázky: kartezián, voda+CO2+olej, vosk+var


Archimédův zákon

Těleso hmotnosti m přitahuje Země silou Fg = m.g. Toto Fg nazýváme tíha tělesa.

Tíha vytlačené kapaliny (ponořenou částí tělesa) je stejná, jako síla nadlehčující těleso.

Míč (ponořením do naplněného kbelíku) vytlačí 25 l vody. Jaký je jeho objem? Jakou silou je nadlehčován?
Vážíš-li 50 kg, jaký objem vody přeteče (ponoříš-li se do vrchovatě plné vany)? Jakou silou tě voda nadlehčuje?

 

Fvz = V.ρ.g

Fvz = vztlaková síla, kterou kapalina hustoty ρ nadlehčuje těleso (ponořený objem V).

Fvz = vztlaková síla nadlehčující těleso = Gkap gravitační síla působící na vyteklou kapalinu.

PŘ: Urči sílu, kterou je ve vodě nadlehčován zcela ponořený míč o objemu 7 litrů:
V = 7 dm3ρ = 1000 kg/m3; Fvz = ? N
Fvz = V.ρ.g           V = 7 dm3 = 0,007 m3
Fvz = 0,007×1000×10
Fvz = 70 N
Ponořený míč je ve vodě nadlehčován silou 70 N.

PŘ: Do poloviny ponořená kláda (celá objemu 1 m3) plave na vodě. Jakou silou je nadnášena vodou?


Pascalův zákon

Tlak (způsobený vnější silou) je ve všech místech kapaliny stejný.

Tlak je stejný ve všech místech pneumatiky, nafouknutého balónku, propanbutanové bomby, hydraulického systému …

Působí tlak v pneumatice na její stěny vzhůru, do stran?
Závisí tlak v pneumatice na poloze ventilku kola (ventilek nahoře, dole…)

Hydraulický lis, píst

Výhoda: působením MALÉ síly (na menší píst) vyvolám působení VELKÉ síly na větším pístu.

Malý píst - vytváří tlak, velký koná práci (lisuje, posunuje radlici bagru…)

Velký píst je 10×větší. Na malý píst působím silou 5 N. Jak velkou silou působí větší píst?
      Tento velký píst chci posunout o 5 cm. Po jaké dráze musím posunout malý píst?
Vyber, který píst je pracovní, který tlak vytváří: hydraulické čerpadlo bagru - píst u radlice | píst lisu na ovoce - olejová pumpička obsluhy | píst heveru - píst u manipulační páčky.
 

F1
–––
S1
 =  F2
–––
S2

F1, S1 = síla a plocha 1. pístu, F2, S2 = síla a plocha 2. pístu
S1 a S2 stačí dosadit ve stejných jednotkách! (nemusíme užívat jen základní jednotky m2)

PŘ: Zvedák má písty 3 cm2 a 60 cm2. Zvedne auto hmotnosti 2 t. Jakou silou  působím-li na menší píst?
S1 = 300 cm2; S2 = 3 cm2; m = 2000 kg; F1 = ?N
 

F1 = m.g
F1 = 2000.10
F1 = 20000 N
       F1/S1 = F2/S2
20000/60 = F2/3
2000/6 ×3 = F2
6000/6 = F2
1000 N = F2

Při zvedání auta působím na menší píst 1000 N (~100 kg).

PŘ: Nafukovací matrace plochy 2 m2 je zatížena 10 lidmi po (80 kg). Jak velkou silou pumpuji při jejich zvedání na pumpě s pístem 0,8 dm2?
S1 = 2 m2; S2 = 0,8 dm2; m = 800 kg; F2 = ?N
S1 = 2 m2= 200 dm2

F1 = m.g
F1 = 800.10
F1 = 8000 N
       F1/S1 = F2/S2
8000/200 = F2/0,8
8000/200 × 0,8 = F2
40×0,8 = F2
32 N = F2

Při zvedání na matraci působím na menší píst silou 32 N (~3,2 kg).

Využití: hydraulika ve strojích (bagr, buldozer, jeřáb, vyklápění náklaďáku…), hydraulický výtah, zvedák (hever), lis, brzdy vozidel, hydraulické otevírání vrat