KAPALINY Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda
Vlastnosti molekul kapalin
V neustálém pohybu Ve stejných vzdálenostech, nejsou ale vázány Působí na sebe silami: odpudivé x přitažlivé
Vlastnosti kapalin prakticky nestlačitelné ( důsledek odpudivých sil ) - stálý objem tekuté a mají tvar nádoby snadno je lze dělit ( kapky ) vodorovná hladina kapaliny ( v klidu ) nízké teploty - přeměna na pevnou látku vysoké teploty - přeměna na plynnou látku
Hladina kapaliny
Hladina kapaliny chová se jako pružná blána důsledek přitažlivých sil mezi molekulami povrchové napětí - fyzikální veličina popisuje vlastnosti hladiny lze jej najít v tabulkách
Hladina kapaliny čím větší povrchové napětí, tím snáz se na hladině těleso udrží využití u jaru, mýdla, ...
snaha vytvořit co nejmenší povrch: bubliny atd.
Závislost hustoty na teplotě Při zvýšení teploty se zvětšuje objem kapaliny. využití: teploměry Hustota se při zvýšení teploty kapaliny zmenšuje. m důvod: ρ = V
Závislost hustoty na teplotě Kapalina s vyšší teplotou - nižší hustota - stoupá vzhůru. Kapalina s nižší teplotou - vyšší hustota - klesá ke dnu.
Teplotní anomálie vody 0°C až 4°C Voda při teplotě 4°C má nejvyšší hustotu vůbec. Při zahřívání z 0°C na 4°C voda zmenšuje objem a zvětšuje hustotu. Důsledek: nezamrzání rybníků u dna.
Kapilární jevy Na molekulu kapaliny působí: okolní molekuly kapaliny molekuly vzduchu ( u povrchu ) molekuly nádoby ( u stěn )
Kapilární jevy 1. síly nádoby jsou větší než síly kapaliny - kapalina je přitahována nádobou Kapalina smáčí stěny nádoby
Kapilární jevy Kapilára = tenká skleněná trubička s vnitřním průměrem menším než 1 mm Pokud kapalina smáčí stěny kapiláry: kapilární elevace ( neboli vzlínání ) Použití: rostliny, vlákna, knot, ...
Kapilární jevy 2. síly nádoby jsou menší než síly kapaliny - kapalina je odpuzována nádobou Kapalina nesmáčí stěny nádoby
Kapilární jevy
Pokud kapalina smáčí stěny kapiláry: kapilární elevace ( neboli vzlínání )
Hydrostatický tlak
tlak v kapalině způsobený tíhovou silou výpočet: ph = h ⋅ ρ ⋅ g
Hydrostatický tlak Závisí v dané kapalině jen na hloubce - je ve všech místech vodorovné plochy stejný!
Hydrostatická tlaková síla Těleso ponořené do vody. Na jeho stěnu působí kolmo tlaková síla. Výpočet: Fp = S ⋅ h ⋅ ρ ⋅ g
Hydrostatický paradox Na dno jaké nádoby působí největší hydrostatická tlaková síla?
h S
S
S
Hydrostatický paradox Na dno jaké nádoby působí největší hydrostatická tlaková síla?
Y N
S
A N
Š V
H C E S
T S
! Á N
J E
h S
Spojené nádoby
Hladiny kapaliny ve spojených nádobách se ustálí ve stejné výšce! Důsledek vyrovnání hydrostatického tlaku.
Spojené nádoby
Spojené nádoby
Spojené nádoby Pokud ve spojených nádobách jsou dvě různé kapaliny, hladiny se neustálí ve stejné výšce. h1 ρ2 = Platí: h2 ρ1
Příklad 1
Tlak vzduchu u hladiny rybníka je 100 kPa. Urči, v jaké hloubce vody je stejný hydrostatický tlak.
Příklad 2
Hloubka Mariánského příkopu je 11, 034 km. Určete tlak působící na dně příkopu. Jaká tlaková síla působí na dně na ponorku o celkové ploše 8 m2? Hustota mořské vody je 1030 kg/m3.
Příklad 3
Při potápění na korálovém útese působila na potápěče tlaková síla 720 kN. Celková plocha potápěčovy výstroje byla 1,6 m2. V jaké hloubce se potápěl?
Příklad 4
Aby v laboratoři zjistili, o jakou kapalinu jde, nalili ji do nádoby, kde hladina kapaliny vystoupala do výšky 25 cm. Tlakoměr na dně ukázal hodnotu 2 kPa. Určete hustotu kapaliny. Jakou tlakovou silou působila kapalina na dno nádoby, jestliže má obsah 1,5 cm2?
Archimédův zákon Na těleso působí tíhová síla - výchylka siloměru. Po potopení tělesa se výchylka zmenší.
Co se stalo s tíhovou silou?
Archimédův zákon Tíhová síla zůstala stejná! Nějaká síla působí proti ní - vztlaková síla. Jde o důsledek hydrostatické tlakové síly.
Archimédův zákon Výpočet vztlakové síly: FVZ =V ⋅ ρ ⋅ g V - objem ponořené části tělesa ρ - hustota kapaliny g - gravitační zrychlení
Archimédův zákon
Tuto skutečnost objevil Archimédes. Archimédův zákon: “Vztlaková síla působící na těleso ponořené v kapalině je rovna tíhové síle, která by působila na kapalinu s objemem ponořené části tělesa.”
Archimédův zákon Pokud těleso potopíme silou pod hladinu, mohou nastat tyto tři případy: 1.Těleso se potápí, klesá ke dnu. 2. Těleso setrvává v klidu, vznáší se v kapalině. 3. Těleso stoupá k hladině.
Archimédův zákon Na těleso působí tíhová síla: FG = m ⋅ g
FG =V ⋅ ρ telesa ⋅ g
Na těleso působí také vztlaková síla: FVZ =V ⋅ ρkapaliny ⋅ g
Archimédův zákon
1.Těleso se potápí, klesá ke dnu.
✴ Tíhová síla je větší než vztlaková síla ( FG > FVZ ). ✴Hustota tělesa je tedy větší než hustota kapaliny ( ρ telesa > ρkapaliny).
Archimédův zákon
2.Těleso setrvává v klidu, vznáší se v kapalině.
✴ Tíhová síla je rovna vztlakové síle ( FG = FVZ). ✴Hustota tělesa je tedy stejná jako hustota kapaliny ( ρ telesa = ρkapaliny).
Archimédův zákon 3.Těleso stoupá k hladině
✴ Tíhová síla je menší než vztlaková síla ( FG < FVZ ). ✴Hustota tělesa je tedy menší než hustota kapaliny ( ρ telesa < ρkapaliny).
✴Těleso se částečně vynoří - snížení objemu - vyrovnání sil. ✴Těleso plave.
Archimédův zákon Využití:
Příklad 5
Určete velikost vztlakové síly, která působí na krychli o objemu 1 dm3 ponořené a/ ve vodě, b/ v oleji o hustotě 900 kg/m3.
Příklad 6
Jak velkou silou zvedneme ve vodě kámen o hmotnosti 10 kg a objemu 4 dm3?
Příklad 7
Vypočti, jak velká vztlaková síla působí ve vodě na zcela ponořenou železnou krychli o hraně délky 15 cm. Jaká je výsledná síla působící na krychli? Hustota železa je 7800 kg/m3.
Příklad 8
O ledovcích se říká, že nad hladinou plave jen desetinou objemu. Ověř výpočtem toto tvrzení pro ledovec o objemu 1 000 000 m3 plovoucí na moři. Hustota ledu je 917 kg/m3, hustota mořské vody je 1030 kg/m3.
Příklad 9
Jaký bude objem ponořené části dřevěného špalku s hustotou 700 kg/m3 a s objemem 0,02 m3, který plave na vodě?
Pascalův zákon Tlak vyvolaný vnější silou ( liší se od tlaku hydrostatického ). Pascalův zákon: “Působí-li na kapalinu v uzavřené nádobě vnější tlaková síla, zvýší se tlak ve všech místech kapaliny stejně.”
Pascalův zákon Využití ve spojených nádobách:
Pascalův zákon Praktické využití:
Příklad 10
Jakou silou bude působit kapalina na druhý píst s plochou 1 m2, jestliže na první píst s plochou 10 cm2 působí síla 100 N?
Příklad 11
Písty hydraulického zvedáku mají čtvercový průřez o délkách stran 3 a 15 cm. Jak velkou silou musíme působit na menší píst, chceme-li zvedat těleso o hmotnosti 200 kg?
