62. Nyugvó folyadékok vizsgálata
62. Nyugvó folyadékok vizsgálata
Nyugvó folyadékok
1. Folyadékok tulajdonságai
Nincs önálló alakjuk, összenyomhatatlanok.
Nyugvó állapotban nincs nyíróerő. (A nyíróerő akkor jelenik meg a folyadékban, amikor a folyadék rétegei különböző sebességgel mozognak, és emiatt egymást "csúsztatják".
Ha a folyadék nyugszik , nincs nyíróerő.
Ha áramlik, és a rétegek sebessége eltér, akkor van.
2. Hidrosztatikai nyomás: Egy folyadék felszíne alatt h mélységben a ρ sűrűségű folyadék súlyából származó nyomás minden irányban
p=ρgh
Ezt a nyomást hidrosztatikai nyomásnak nevezzük.
A képet a Copilot készítette.
3. Pascal-törvény
A külső nyomás minden irányban, minden pontban változatlanul terjed.
A képet a Copilot készítette.
4. Hidraulikus emelő
A képet a Copilot készítette.
Erőnövelés:
F2=(A2/A1 )*F1.
5. Közlekedőedények
A képet készítette a Gemini.
Minden ágban azonos szint, mert azonos mélységben azonos a nyomás.
6. Hidrosztatikai paradoxon
Az edény alakja nem befolyásolja az aljra ható nyomást, csak a folyadékoszlop magassága.
A képet készítette a Gemini.
Középszintű érettségi feladatok
Tesztek:
1., 3., 7., 8., 10., 12., 13., 14., 19.
1. feladat
Test lesüllyed a víz aljára, nyugalomban van. Mi a viszony a felhajtóerő és az edény alja által kifejtett nyomóerő között?
Válasz: C – A felhajtóerő kisebb, mint a nyomóerő.
Indoklás:
A lényeg: ha a test lesüllyed és nyugalomban fekszik az edény alján, akkor a felhajtóerő kisebb, mint a test súlya, és az edény alja által kifejtett nyomóerő éppen a különbséget egyenlíti ki.
⚖️ Erőegyensúly a lesüllyedt testre
A testre három erő hat:
súlyerő G
felhajtóerő Ff
támaszerő az edény aljától N
Mivel a test nyugalomban van, az erők eredője nulla:
G=Ff+N
Innen:
Ff=G−N
3. feladat
Pohárban víz, benne úszó jégkocka. Mi történik a pohár aljára ható nyomóerővel, ha a jég elolvad?
Válasz: B – A nyomóerő nem változik.
Indoklás: A jég úszás közben a saját súlyának megfelelő vizet szorít ki. Elolvadva ugyanekkora tömegű víz lesz belőle → a pohár aljára ható erő változatlan.
7. feladat
Búvár 9 m mélyen, majd bemegy egy szikla alá, ahol fölötte csak 3 m víz van. Mekkora a nyomás a szikla alatt az A ponthoz képest?
Válasz: B – Pontosan ugyanakkora lesz.
Indoklás: A hidrosztatikai nyomás csak a mélységtől függ, nem attól, hogy fölötte szikla van-e. A búvár mélysége ugyanaz.
8. feladat
Körülbelül hány liter víz van egy teli fürdőkádban?
Válasz: B – Kb. 300 liter.
Indoklás: Egy átlagos kád térfogata néhány száz liter, 30 liter túl kevés, 3000 liter túl sok.
10. feladat
Úszó test térfogatának 2/3-áig merül. Mi történik a bemerülés mélységével, ha több vizet töltünk a pohárba?
Válasz: B – Ugyanolyan mértékig merül a vízbe.
Indoklás: A test súlya nem változik, ezért a felhajtóerő sem. Ugyanakkora térfogatnak kell víz alá merülnie → a bemerülés mélysége változatlan.
12. feladat
Medencében úszó üres alumíniumcsónak elsüllyed. Hogyan változik a vízszint?
Válasz: A – A vízszint csökken.
Indoklás: Úszáskor a csónak a súlyának megfelelő vizet szorítja ki. Elsüllyedve csak a saját térfogatának megfelelő vizet → ez kevesebb, ezért a vízszint lejjebb megy.
13. feladat
2 m mély medence alján mekkora a nyomás, ha a külső légnyomás 105 Pa?
Válasz: B – Körülbelül 1,2⋅105 Pa.
Indoklás:
p=p0+ρgh≈105+1000⋅9,8⋅2≈1,2⋅105 Pa
14. feladat
Kétféle sűrűségű részből álló téglatest, átlagsűrűsége kisebb a vízénél. Kétféle orientációban tesszük vízre. Mikor merül jobban?
Válasz: C – Mindkét esetben egyformán.
Indoklás: A test tömege és átlagsűrűsége ugyanaz, bármelyik fele van alul. Ugyanakkora súlyt ugyanakkora felhajtóerő tart → az elmerülés mértéke azonos.
19. feladat
Két azonos méretű völgyzáró gát, egyik keskeny, hosszú tóval, másik széles tóval, de a vízszint a gátnál azonos. Melyiket kell erősebbre építeni?
Válasz: C – Egyforma erős kell legyen a két gát.
Indoklás: A gátra ható hidrosztatikai erő csak a vízmélységtől és a gát felületétől függ, nem a mögötte lévő víz mennyiségétől. Itt ezek azonosak.
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_folyadekok_aramlastan.html
Számolási feladatok
4. feladat – A vérnyomásmérő
"A hagyományos vérnyomásmérő esetén egy mandzsettát helyeznek a szív magasságában a felkarra, amelyet nagy nyomásúra pumpálnak fel… A hagyományos, ma már a higanytartalma miatt nem engedélyezett mérőeszköz lényegében egy közlekedőedény, amit higany tölt ki."
Kérdések
1. Miért észlelhetünk a verőerekben mindenütt megnövekedett nyomást, amikor ver a szív? Milyen fizikai törvény áll ennek hátterében?
2. Egy függőleges helyzetben lévő ember testében hogyan változna a nyomás lentről felfelé haladva, ha az erek merev falúak lennének? Hol lenne a legnagyobb és a legkisebb nyomás?
3. Miért fontos, hogy a vérnyomásmérő mandzsettáját a szív magasságában helyezzék föl?
4. Hogyan működik a hagyományos higanyos vérnyomásmérő? Mit mondhatunk a közlekedőedény két száráról?
5. Hogyan alakul ki a nyomások egyenlősége? Hogyan olvasható le a vérnyomás?
Válaszok
1. A szív által keltett nyomás Pascal-törvénye miatt minden irányban terjed, ezért mindenütt nő a nyomás.
2. A nyomás lefelé nőne, mert a hidrosztatikai nyomás a mélységgel arányos. Legnagyobb: lábfej, legkisebb: fej.
3. Hogy ne legyen hidrosztatikai különbség a szív és a mandzsetta között, így a mért érték valós legyen.
4. A mandzsetta nyomása a higanyoszlop egyik szárára hat; azonos mélységben a két szárban azonos a nyomás.
5. A higanyszint-különbség mm-ben adja a vérnyomást (szisztolés: első hang, diasztolés: hang eltűnése).
5. feladat – Kémcső a palackban
"Egy kis kémcsőbe kevés vizet teszünk, majd nyílásával lefelé egy vízzel telt műanyag palackba fordítjuk… Ha a palack oldalát összenyomjuk, a kémcsőben a vízszint megemelkedik, és a kémcső lesüllyed."
Kérdések
1. Milyen erők hatnak a vízben úszó kémcsőre?
2. Miért emelkedik meg a vízszint a kémcsőben, ha a palackot összenyomjuk?
3. Miért süllyed le a kémcső ebben az esetben a palack aljára?
4. Mi történik, ha megszüntetjük a palack összenyomását?
5. Működne-e a kísérlet étolajjal is?
6. Miért nem tér vissza néha a kémcső, ha kezdetben alig lóg ki a vízből?
Válaszok
1. Súlyerő, felhajtóerő, külső víznyomás, belső levegőnyomás.
2. A külső nyomás nő, a kémcsőben lévő levegő összenyomódik, a víz magasabbra nyomul.
3. A kémcső átlagos sűrűsége megnő, a felhajtóerő kisebb lesz, ezért lesüllyed.
4. A levegő kitágul, a vízszint csökken, a kémcső sűrűsége kisebb lesz, ezért felemelkedik.
5. Igen, az elv ugyanaz, csak a sűrűség miatt más értékekkel.
6. Mert lesüllyedéskor szinte teljesen megtelhet vízzel, kevés levegő marad benne, ami nem tud eléggé kitágulni, így lent marad.
6. feladat – Borautomata (20 pont)
"Az első palack aljára egy légmentesen záró dugón keresztül egy tölcsérben végződő cső nyúlik le… Ha a tölcsérbe vizet töltünk, a második palack csövén keresztül bor folyik a pohárba."
Kérdések
1. Miért folyik bor a pohárba, ha vizet töltünk a
tölcsérbe?
2. Mi a zárt palackokban lévő levegő szerepe?
3. Miért kell, hogy az első palack csöve leérjen a vízig?
4. Miért fontos, hogy a borospalack kupakja légmentesen zárjon?
5. Miért érdemes a két palackot egyforma nagyra készíteni?
6. Működne-e glicerinnel is? Ugyanannyi bor folyna ki 1 liter glicerin után,
mint 1 liter víz után?
7. Miért állhat le a borautomata működése?
Válaszok
1. A vízszint emelkedése összenyomja a levegőt, nő a nyomás, ez átterjed a boros palackra, és kifelé hajtja a bort.
2. A zárt palackokban lévő levegő biztosítja a nyomáskülönbséget, amely miatt a bor a második palackból kifolyik, amikor az első palack tölcsérébe vizet öntünk.
3. Hogy a cső végét víz borítsa, különben a nyomás nem adódna át megfelelően.
4. Mert a túlnyomás elszökne, és nem a bort hajtaná ki.
5. Hogy azonos térfogatváltozás hasonló nyomásváltozást okozzon, így stabil legyen a működés.
6. Igen, működne, de kevesebb bor folyna ki, mert a glicerin sűrűbb.
7. Ha elfogy a folyadék valamelyik palackból, vagy ha a rendszer nem zárt (szivárgás, rossz kupak).
Készítette a Copilot.