Κεφάλαιο 3 ον Πίεση

ΠΙΕΣΗ Παραδείγματα καθημερινότητας Νόμος Πίεσης Υδροστατική πίεση Ατμοσφαιρική Πίεση

Πίεση Στερεά

Παραδείγματα καθημερινότητας Σκιέρ : Ελαστικά τρακτέρ-φορτηγών : Καρφιά: Συμπεράσματα: Εξάρτηση της πίεσης (P) από : Επιφάνεια επαφής (S-> αντιστρόφως ανάλογη) Μέγεθος της δύναμης (F-> ανάλογη)

ΣΚΙΕΡΣ Όσο αυξάνεται το εμβαδόν της επιφάνειας, τόσο ελαττώνεται η πίεση πάνω στο χιόνι

Καρφιά Μεγάλη δύναμη στη μύτη των καρφιών έχει σαν αποτέλεσμα μεγάλη πίεση στο ξύλο Μικρό εμβαδόν στη μύτη των καρφιών έχει σαν αποτέλεσμα μεγάλη πίεση στο ξύλο

Συγκριτικές πιέσεις

Νόμος Πίεσης Η Πίεση P που εξασκείται από μια δύναμη F σε μια επιφάνεια S είναι : ανάλογη της δύναμης F (Όσο μεγαλύτερη η δύναμη F τόσο μεγαλύτερη η πίεση) Αντιστρόφως ανάλογη της επιφάνειας S (Όσο μεγαλύτερη η επιφάνεια S τόσο μικρότερη είναι η πίεση) Τύπος:

Άλλα παραδείγματα Τα ποδοσφαιρικά παπούτσια έχουν μικρή επιφάνεια επαφής,δίδοντας τη δυνατότητα για περισσότερη βύθιση και συνεπώς ισορροπία. Το μαχαίρι είναι κοφτερό, δημιουργώντας περισσότερη πίεση για ευκολότερο κόψιμο. Τα θεμέλια των τοίχων έχουν πλατύτερο οριζόντιο επίπεδο για να εμποδίζεται βύθιση στο έδαφος.

Διαθέτουν ερπύστριες για να μην βουλιάζουν στο έδαφος. Μπουλντόζες - τανκ Διαθέτουν ερπύστριες για να μην βουλιάζουν στο έδαφος.

Ζώα με μεγάλα πέλματα Οι ελέφαντες, εξ’ αιτίας του ότι ζουν σε λασπόνερα, διαθέτουν μεγάλα πέλματα για να κατανέμεται το βάρος σε μεγαλύτερη επιφάνεια και έτσι να μην βουλιάζουν.

Άσκηση Βάρος=24 Ν Υπολογίστε την πίεση που ασκεί στο δάπεδο κάθε σώμα Διατυπώστε τα συμπεράσματα σας

Άσκηση Υπολογίστε την πίεση που ασκεί στο δάπεδο κάθε σώμα Διατυπώστε τα συμπεράσματα σας

Λύση : Στερεό 1: Στερεό 2: Αρα : Αρα : Συμπέρασμα : διπλάσια επιφάνεια δίδει υποδιπλάσια πίεση, κάτω από το ίδιο βάρος.

Πίεση Υγρά

Υδροστατική πίεση Παραδείγματα καθημερινότητας Νόμος Υδροστατικής Πίεσης Πειράματα Εφαρμογές

Η υδροστατική πίεση εξαρτάται από το βάθος (h) Στο ίδιο βάθος επικρατεί η ίδια πίεση Όσο χαμηλότερα είναι η τρύπα, τόσο το νερό εκτοξεύεται μακρύτερα, λόγω του ότι η πίεση είναι μεγαλύτερη .

Η υδροστατική πίεση εξαρτάται από τη πυκνότητα (d) Λάδι Νερό Αλατόνερο Το αλατόνερο παρουσιάζει μεγαλύτερη πίεση από το νερό Άρα η υδροστατική πίεση εξαρτάται από την πυκνότητα

Νόμος Υδροστατικής Πίεσης Η υδροστατική πίεση σ’ ένα σημείο του υγρού είναι ανάλογη Του βάθους h του σημείου από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού. Της πυκνότητας d του υγρού Τύπος:

Παράδειγμα Εάν η πυκνότητα του νερού είναι 1000 Kg/m3, υπολογίστε τη πίεση που ασκείται στο πάτο της πισίνας ύψους 2m.

Νόμος Υδροστατικής Πίεσης Απόδειξη τύπου χρησιμοποιώντας

Χαρακτηριστικά, υδροστατικής πίεσης Η υδροστατική πίεση δρα προς όλες τις διευθύνσεις Η υδροστατική πίεση αυξάνεται με το βάθος

Εφαρμογή : βαθυσκάφη Το βαθυσκάφος είναι πλοιάριο το οποίο μπορεί να καταδυθεί σε πολύ μεγάλα βάθη Τα βαθυσκάφη είναι κατασκευασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε τα τοιχώματα τους να εξουδετερώνουν την τεράστια εξωτερική υδροστατική πίεση που ασκείται σε όλες τις κατευθύνσεις

Συγκοινωνούντα δοχεία Η πίεση στα σημεία A, B, C, D είναι η ίδια. Η πίεση δεν εξαρτάται από το σχήμα του δοχείου

Εφαρμογή 1:Δίκτυα ύδρευσης Γιατί χρειάζεται αντλία για την υδροδότηση των τελευταίων ορόφων ;

Aρτεσιανά πηγάδια (σελ 100) Υδροφόρο στρώμα Ανοίγουμε πηγάδι Το νερό εξ’ αιτίας της πίεσης, αναβλύζει ελεύθερα, θέλοντας να φθάσει στο επίπεδο ΕΕ’

Υδραυλικό Πιεστήριο

Υδραυλικό πιεστήριο Η πίεση στα δύο άκρα είναι η ίδια 0.01 m2 0.5 m2 Λύνοντας ως προς FB, έχουμε

Συμπεράσματα : υδραυλικό πιεστήριο Ασκώντας κάποια δύναμη (F1=1 Ν) στο πρώτο έμβολο παίρνουμε μια μεγαλύτερη δύναμη (F2=50 Ν) στο άλλο έμβολο. Η δύναμη που παίρνουμε (F2) είναι πολλαπλάσια της δύναμης που καταβάλουμε (F1) Στο παράδειγμα έχουμε F2=50 F1 , δηλαδή παίρνουμε δύναμη πενήντα φορές μεγαλύτερη απ’ αυτή που καταβάλουμε . Εξήγηση : Όσες φορές μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια του δευτέρου εμβόλου, τόσες φορές μεγαλύτερη είναι η δύναμη που παίρνουμε.

Άσκηση Υπολογίστε το βάρος Β το οποίο μπορεί να ανυψωθεί. Διατυπώστε το συμπέρασμα σας. Ασκήσεις (σελ 106): 10, 11.

Εφαρμογή : Digger To τρακτέρ αυτό λειτουργά βασισμένο στο υδραυλικό πιεστήριο.

Εφαρμογή : Υδραυλικά φρένα Εφαρμογή : Υδραυλικά φρένα Όταν πατηθεί στο φρένο, μεταφέρεται η πίεση μέσω του υγρού στους δίσκους του φρένου, με αποτέλεσμα η τριβή, να επιβραδύνει τη κίνηση των τροχών

Εφαρμογή : Υδραυλικός κρίκος Εφαρμογή : Υδραυλικός κρίκος Η επιφάνεια Α, είναι πολλαπλάσια της επιφάνειας Β Σαν αποτέλεσμα, εξασκώντας μια σχετικά μικρή δύναμη, μπορούμε να ανυψώσουμε μεγάλα φορτία, όπως το αυτοκίνητο.

Πείραμα : σύριγγες Συγκρίνεται τις δυνάμεις που ασκείται για να ισορροπίσουν τα δύο έμβολα.

Άσκηση (σελ 106:11) α) Η πίεση που ασκείται στο νερό είναι: β) Η δύναμη που ασκείται στο μεγάλο έμβολο είναι:

Εφαρμογή : Υδραυλικά φρένα Εφαρμογή : Υδραυλικά φρένα Ασκείται πίεση στο υγρό Πατώντας το φρένο ασκείται δύναμη στο μικρό έμβολο Η πίεση μεταφέρεται στο μεγάλο έμβολο

Πείραμα : σύριγγες Συγκρίνεται τις δυνάμεις που ασκείται για να ισορροπήσουν τα δύο έμβολα.

Άνωση

Τι είναι η Άνωση; Αν προσπαθήσουμε να βυθίσουμε μια μπάλα στο νερό, αισθανόμαστε μια δύναμη να αντιστέκεται στην προσπάθεια μας. Η νέα αυτή δύναμη, που ονομάζεται ΑΝΩΣΗ, και κατευθύνεται κατακόρυφα προς τα πάνω.

Πείραμα: υπολογισμός άνωσης Βήμα 1: Με το δυναμόμετρο μετρούμε το βάρος του σώματος Το βάρος στον αέρα ονομάζεται βάρος πραγματικό (ΒΠ). Το οποίο είναι ΒΠ =25 Ν

Πείραμα 1: υπολογισμός άνωσης Βήμα 2: Τοποθετούμε ολόκληρο το σύστημα, σώμα με δυναμόμετρο, σε δοχείο με νερό Παρατηρούμε ότι η νέα ένδειξη του δυναμομέτρου είναι Β=15 Ν Το βάρος στο νερό ονομάζεται βάρος φαινόμενο (Βφ). Βφ =15 Ν

Εξήγηση Άνωσης Για να μειωθεί η ένδειξη του δυναμομέτρου, όταν αυτό βυθιστεί στο νερό σημαίνει ότι: Ασκείται μια δύναμη αντίθετης φοράς με το βάρος Α Η δύναμη αυτή ονομάζεται Άνωση (Α) Β

Το δυναμόμετρο μετρά την συνιστάμένη (συνολική) δύναμη που ασκείται πάνω στο σώμα. δηλαδή, Βφ = ΒΠ -Α Α=ΒΠ - Βφ Στο παράδειγμα μας έχουμε, Α=25 –15=10Ν

Πείραμα 2: υπολογισμός άνωσης Το βυθιζόμενο σώμα εκτοπίζει υγρό όσο και ο όγκος του Βυθίσουμε το σώμα του προηγούμενου πειράματος εξ’ ολοκλήρου σε δοχείο με νερό και μαζεύουμε το νερό που εκτοπίζει.

Πείραμα 2: υπολογισμός άνωσης Αν ζυγίσουμε το νερό που εκτοπίστηκε, από την βύθιση του δοχείου βλέπουμε ότι το βάρος του είναι: Βάρος εκτοπιζομένου υγρού = 10 Ν Συμπέρασμα: H άνωση ισούται με το βάρος του εκτοπιζομένου υγρού.

Παρατήρηση Η ένδειξη του δυναμόμετρου (Φαινόμενο βάρος Βφ) μειώνεται, εν’ όσο βυθίζουμε όλο και περισσότερο το σώμα στο υγρό. Άρα η άνωση εξαρτάται από: Το βυθιζόμενο όγκο (Vβυθ)

Τύπος Άνωσης (Α) Έχουμε δει ότι η Άνωση (δύναμη) που ασκείται σε ένα σώμα που βυθίζεται σε κάποιο υγρό είναι : ανάλογη του βυθιζόμενου όγκου Vβυθ Ανάλογη της πυκνότητας του υγρού d Τύπος:

Βύθιση-πλεύση Βύθιση Πλεύση Ισορροπία Α = Β Α > Β Α < Β

Υποβρύχιο

Εφαρμογή: νηκτική κύστη ψαριών Όταν τα ψάρια θέλουν να βυθιστούν μειώνουν τον όγκο της κύστης. Όταν τα ψάρια θέλουν να ανέλθουν αυξάνουν τον όγκο της κύστης.

Ασκήσεις (Άνωσης) (σελ 111): 4, 7, 8, 9, 12 . (σελ 114): 2, 4, 5, 7 .

Άσκηση

Πείραμα: υπολογισμός άνωσης Η πίεση στα σημεία A, B, C, D είναι η ίδια. Η πίεση δεν εξαρτάται από το σχήμα του δοχείου