bernswaelz / Pixabay

Ako tlačí voda?

Pomôcky: sáčky, priehľadný obal na spindle CD, akvárium, sklenená trubica s dierou na obidvoch stranách, deravá duše, pumpička, striekačky, deravá PET fľaša na Pascalov zákon
Pr. 1: Kvapaliny a plyny označujeme slovom tekutiny. Aké vlastnosti majú kvapaliny aj plyny zhodné? V akých vlastnostiach sa líšia?
Zhodné vlastnosti: Plyny aj kvapaliny nemajú stály tvar, získajú od nádoby.
Rozdielne vlastnosti:
• plyny sú stlačiteľné, vypĺňajú priestor,
• kvapaliny sú takmer nestlačiteľné.
Pr. 2: Vezmi dva rovnaké vrecúška. Do jedného naskladajte na seba niekoľko kociek, do druhého nalej vodu o približne rovnakej hmotnosti. Zdvihni obaja vrecúška. Aký je rozdiel v ich tvaru? Čo to znamená pre pôsobenie kociek na vrecúško? Čo to znamená pre pôsobenie vody na vrecúško? Kocky pôsobí na vrecúško len smerom nadol, voda tlačí na vrecúško aj do strán.
Pr. 3: Sleduj nasledujúce pokusy.
a) Do vrecka zaviaž vodu. Potom vrecúško prepichne a hýb s ním tak, aby dierka bola chvíľu dole, chvíľu v boku, chvíľu hore. Akým spôsobom z dierky vyteká voda? Akým smerom tlačí voda na nádobu?
b) Akým smerom uteká vzduch z prepichnuté duše? Akým smerom vzduch tlačí na duší?
c) prerazí do steny a dna umelohmotné priehľadné nádoby dierky. Ponor nádobu do vody tak, aby do nej vrchom nenatiekla voda. Akým smerom do nádoby tečie voda? Čo to hovorí o smere jej pôsobenia?
a) Voda vyteká z dierky vždy kolmo k povrchu vrecka.
b) Vzduch uteká z duše kolmo k povrchu duše.
c) Voda nateká dovnútra kolmo k stenám
Tekutiny tlačí vždy kolmo na steny nádoby.
Pr. 4: Na hrubé trubicu je pripevnená blanka z balónika. Čo sa bude diať, keď do trubice začneme nalievať vodu? Čo sa bude diať, keď prázdnu trubicu ponoríme do vody?
Nalievanie vody: blanka z balónika sa vyduje smerom von. Čím viac vody nalejeme, tým viac sa vyduje.
Keď prázdnu trubicu ponoríme do vody, blanka sa vyduje dovnútra. Čím väčšia je hĺbka ponorenie tým viac sa blanka vyduje.
Pr. 5: Na dno trubice pritlač doštičku a ponor do vody. Potom doštičku uvoľni. Čo sa stane. Prečo?
Doštička zostane pritlačená ku dnu trubice ⇒ pôsobí na nej sila, ktorá ju tlačí hore k trubici (A je väčšia ako gravitácia, ktorá ju priťahuje dole). Táto sila je zrejme dôsledkom tlaku vody.
Pr. 6: V PET fľaši je niekoľko malých dierok. Do PET fľaše napustíme vodu, ktorá začne vytekať. Čo sa stane, keď fľašu stlačíme rukami? V ktorom z predchádzajúcich pokusov sme mohli sledovať rovnaký efekt?
Voda začne zo všetkých otvorov striekať rýchlejšie. Podobnú vec sme videli už v pokuse s vrecúškom naplneným vodou s jednou dierkou. Keď sme na vrecúško zatlačili, voda striekala rýchlejšie.
Pr. 7: zhrnie výsledky predchádzajúcich pokusov do záverov, ktoré popisujú správanie tekutín.
Tri efekty:
• Tekutiny tlačí do všetkých smerov kolmo na steny nádoby.
• Keď tlačíme na tekutinu v uzavretej nádobe, vzrastie tlak vo všetkých miestach rovnako.
• Aj v nádobe, na ktorú netlačíme silou, pôsobí na tekutinu tlak, ktorý s hĺbkou rastie.
Tekutiny tlačí na okolie do všetkých smerov vždy kolmo na smer nádoby v danom mieste. Keď tlačíme na tekutinu v uzavretej nádobe, vzrastie tlak vo všetkých miestach rovnako. Gravitačná sila pôsobiaca na tekutinu spôsobuje vznik tlaku, ktorý s hĺbkou
tekutiny rastie.

1
Pr. 8: zakreslite do obrázka tlak vody vo vyznačených miestach.
Vo všetkých miestach tlačí voda kolmo na stenu nádoby. Veľkosť tlaku sa zväčšuje s hĺbkou nádoby.
Pr. 9: Vzduch tlačí na povrchu zeme tlakom 100 000 Pa. Ako veľkou silou pôsobí zhora na dosku lavice? Ako je možné, že to lavice vydrží?
Rozmery lavice:

2
F = p * S = 100 000 * 1,5 N =150 000 N
To je obrovská sila, rovnaká ako keby sme na dosku tabule položili 15 ton (desať osobných áut). Doska to vydrží, pretože rovnako veľká sila na ňu pôsobí aj zo spodnej strany smerom nahor (Vzduch je z oboch strán).
Pr. 10: tlak pneumatiky auta je približne 220 kPa. Ako veľkou plochou sa musí každá z pneumatík automobilu dotýkať vozovky, keď auto vrátane nákladu váži 1,8 tony? Auto s hmotnosťou 1,8 tony, priťahuje Krajina silou Fg = m * g  = 1800 * 10 N = 18 000 N.
3
Plocha jednej pneumatiky:4Pomerne malá plocha (napríklad obdĺžnik 10 x 20 cm).
Pr. 11: Otestuj si, či je silnejšie palec alebo malíček. Potom vezmi do ruky striekačku, malíčkom ucpi jej otvor a palcom začni stláčať piest. Prečo sa palcami nedarí malíček pretlačiť a piest úplne zatlačiť? Zmeraj si rozmery piestu aj priemer dierky. Predpokladajme, že dokážeš palcom pôsobiť silou 150 N. spočítame, aký je tlak vo vnútri striekačky a akú silou pôsobí vzduch v striekačke na malíček.
Otvoru striekačky: 5
Piest: 6
Tlak vytváraný palcom: 7
Sila, ktorou pôsobí vzduch v striekačke na malíček:

F =pS =  750 000 * 0,00000314 = 2,36 Pa
Pedagogická poznámka: Správnejšie by bolo, aby žiaci skúšali striekačky s vodou, ale k tomu zatiaľ nemám odvahu.
Pr. 12: Čo urobil vzduch v striekačke so silou, ktorú na neho pôsobil palec? Vzduch sa striekačke preniesol silu od palca k malíčku a prenesenú silu zmenšil. Striekačka ukazuje princíp hydraulického zariadenia: k uzatvorenej hadicu s kvapalinou sú pripojené dva pohyblivé piesty. Pokiaľ na jeden z nich pôsobíme silou, kvapalina silu prenáša na druhý piest.
Hydraulické zariadenie prináša dva efekty:
• prenos sily na diaľku (kadiaľ dokážeme natiahnuť hadičku, tadiaľ prenesieme silu),
• zväčšenie (zmenšenie) sily, pri rôznych veľkostiach piestov.
Dodatok: V niektorých zariadeniach sa namiesto kvapaliny používa vzduch stlačený kompresorom. Takéto zariadenia sa označujú ako pneumatická.
Pr. 13: Prečo sa do bŕzd u auta nedáva voda, ale špeciálny brzdiaci kvapalina.
Kvapalina nesmie:
• zamŕzať,
• spôsobovať koróziu,
• vrieť alebo sa rozkladať pri vyšších teplotách (ak hydrauliku používame pri brzdách, ktoré sa pri brzdení zahrievajú).
Pr. 14: Prečo sa brzdy musia odvzdušňovať?
Vzduch je stlačiteľný ⇒ keby vo hydraulike bolo väčšie množstvo vzduchu, tlačili by sme piestom, ale druhý piest by sa pohyboval málo, pretože objem vzduchu by sa väčším tlakom zmenšil.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *