Kapaliny obrázky obr.google

Vlastnosti částic kapaliny:

• po sobě volně kloužou:
  • udržují  vodorovnou hladinu ("rozsypou" se do vodorovné hladiny)
  • jsou tekuté (lze je přelévat), tvar mají podle nádoby
• navzájem se přitahují, těsně na sebe přiléhají (proto kapalinu nelze stlačit)
• kmitají více, než částice pevné látky
• kapalina se snadno dělí na části (kapky)

Jevy v kapalině

(1) Povrchové napětí (přitahováním vnitřních částic):

• udrží lehké těleso na hladině (vodoměrku, jehlu, minci …)
• udržuje kapalinu v kulovitém tvaru (kapka, rosa, voda u kosmonautů , kapka na kamnech…), "lepí" k sobě čůrky vody
• povrch. nap. se dá snížit mýdlem - voda se tak dostane mezi povrch a špínu - tím umyje i mastné
  - umožní tvorbu bublin. barev-9:12

Ukázka: "čepice" na  sklenici 1 2, Badatelna 0:29, voda se udrží v sítku na čaj, sklenici přikryté látkou, saponát ve výstřihu lodi způsobí její pohyb.

(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, papíru, krev v obvazu …
Proto lze: vytřít rozlitou vodu hadrem, utřít se ručníkem…

Přetékání kapalin0:27

(3) Při teploty 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.
Proto 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.

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?

Hydrostatický tlak

Vyšší vrstvy kapaliny tlačí svojí tíhou na dolní -> tlak
(hydro~kapalina, statický~nehybný)

p (písm. P) je tlak, ρ (řecké ró) je hustota)
p_h = hydrostatický tlak v hloubce h kapaliny hustoty ρ na Zemi.
Hydrostatický tlak nezávisí na tvaru nádoby!

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

Představa: 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.
ρ_{mořská voda} = 1020 kg/m³; h = 6 m; p_h = ? Pa
p_h = h.ρ.g
p_h = 6.1020.10
p_h = 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 je hráz přehrady čím níže, tím silnější?
Člověka, který omdlí, máme položit a nohy zvednout. Proč?
    Pomohlo by to i na kosmické stanici?
Proč voda vytéká z nádoby nejdříve rychle, pak stále zpomaluje? (~hydrost. tlak)

Co znamená p_h=700 kPa? (vysvětli pomocí síly na 1 m², cm²)
PŘ: Jaký hydrostatický tlak je v moři v hloubce20 m? (ρ_moře = 1020 kg/m³)

Přizpůsobení hydrostatickému tlaku:
- nebezpečí prasknutí ušního bubínku při rychlém potopení
- vyztužený skafandr hloubkových potápěčů
- silné stěny a tlustá okénka ponorky (batyskaf)
- předek Titaniku se potopením "zmáčkl"

VIDEO: výpočty, Stavba Karlova mostu, anim: proud z válce,  nezávisí na tvaru-video, porovnání

Výpočet síly, kterou působí kapalina:

F_h = 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).

Je-li hydrostatický tlak 500 kPa, působí na 1 m² síla 500 000 N, na 1 dm² pak 5000 N (~500 kg).

(protože 1 dm² = 0,01 m²)

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 …

Ukázka: spojení nádob shora brčkem, zdymadla: Panama-dlouhé (33:10), Panama-zkrác., animace zdymadla video

Vid: sklenice 0:33
Zajímavosti: Thames barrier,

Kviz LW spoj. nád.

Připomenutí - hustota látky (tabulka, obrázky)

Vztlaková síla

Každé ponořené těleso nadlehčuje kapalina vztlakovou silou.
Vztlaková síla je větší, když je větší:
 - ponořený objem tělesa
 - hustota kapaliny

Vztlakovou sílu mění: - ryby (měchýřem mění svůj objem).
                           - ponorka (změní svoji tíhu - nabere nebo vyčerpá vodu ze svých nádrží).

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: kartezián, vztlaková síla

Plavání těles

Pro těleso hustoty ρ_těl v kapalině hustoty ρ_kap nastane jedna z možností:

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

Ukázky:vejce plave-neplave, voda+CO₂+olej, vosk+var
Hustoty+plavání ve sklenici: kapaliny 6:05), scerbak voigt
Tání ledovců: tsu

Kviz Vztlak

Na těleso v kapalině působí vždy …vztlaková síla, směrem …vzhůru. Proto se těleso v kapalině zdá …lehčí, než na vzduchu.
Vztlaková síla je tolikrát větší, kolikrát: - …větší je hustota kapaliny
              - …větší je ponořený objem

Archimédův zákon

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

Těleso je v kapalině nadlehčováno vztlakovou silou. Ta je stejná, jako gravitační síla, působící na vytlačenou kapalinu.

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?

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

F_vz = vztlaková síla nadlehčující těleso = G_kap gravitační síla působící na vyteklou kapalinu.

PŘ: Urči sílu, kterou je ve vodě nadlehčován zcela ponořený míč o objemu 7 litrů:
V = 7 dm³; ρ = 1000 kg/m³; F_vz = ? 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?

Video: Falkirk Wheel

Tělo člověka má téměř stejnou hustotu, jako voda - proto 50 kg člověk má objem ~50 litrů.
Proto jej ve vodě nadlehčuje síla ~50 kg tedy ~500 N.

Kámen objemu 6 dm³ váží 15 kg. a) jakou silou jej zvedám na vzduchu, b) jakou silou jej ponesu pod vodou?
Loď na moři veze maximální náklad. Proč musí před vplutím do sladké vody v řece ještě něco vyložit?
Tělesa (ponořená činka, ponořený míč, zčásti vytažený člun, bublina pod vodou, zcela ponořená kra) roztřiď do kategorií "větší je vztlaková" a "větší je tíhová".

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 …
Proto se tlak z jedné nádoby (např. malé pumpy) přenese (hadicí) do druhé nádoby (velký píst).

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. a) Jak velkou silou působí větší píst?
      b) 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 = 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
 

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

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

Animace: zvedák, jeřáb

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

Video: hydraulické výtvory žáků, hydraul. ruka

Vypiš, které jevy (Páka, Kladka, Hydraulika) užívá při práci: jeřáb, hever, bagr, posilovací stroj.

Urči chybějící síly na lisech:

8 pokusů s vodou