Trykk: Hvordan er trykket i en væske relatert til dybden? (forklart med diagram)
Du har kanskje hørt ordet "press" blir brukt i samtale. Hva er trykket? Hvordan er det relatert til kraft? Følgende aktiviteter vil hjelpe deg å forstå dette.
Prøv å kutte et eple med en knivs slanke kant. Bruk all kraft du kan. Er det lett? Klipp den med den skarpe kanten. Legg merke til hvor mye lettere det er, eller det faktum at du må bruke mye mindre kraft. Finn en sløv felles pin og prøv å stikke en sheaf (6 eller 7 ark) med papirene. Bruk deretter en pinne med et skarpt punkt for å gjøre det samme. Hvilken er enklere?
Trykk den stumpe enden av blyanten din på din håndflate. Bruk nå den samme kraften til å trykke det skarpe punktet på din håndflate. Som gjør vondt mer?
Hvorfor er det lettere å pierce et papirblad med en skarp pinne enn med en stumpe pinne? Spissen av den skarpe pinnen har et mye mindre område enn den stumpe pinnen. Anta at området med den skarpe spissen er a og den av den stumpe spissen er 10a. Kraften (F) du bruker er konsentrert på det lille området av den skarpe spissen, mens den blir delt over det større området av den stumpe spissen. Kraften pr. Enhetsareal som virker på papiret under den skarpe spissen er F / a, mens den under den stumpe spissen er F / (10a). Siden F / a er ti ganger større enn F / (10a), går den skarpe pinnen lettere gjennom papirbladet.
Mengden F / a, eller kraften pr. Enhetsareal, kalles trykk.
Trykk = kraft / område
SI-enheten av trykk er Newtons per kvadratmeter (N / m 2 ):
Således, hvis en kraft på 10 N virker i et område på 1 m 2, vil trykket være 10 N / m 2 .
Daglige eksempler :
Så nå vet du hvorfor skjærekanter av redskaper som kniver, økser og kniver er skarpe og hvorfor pins og nåler har skarpe poeng. Men akkurat som det er ønskelig å øke presset i noen situasjoner, er det nødvendig å redusere det i andre. Tenk deg hva som ville skje hvis noen som hadde på stilettos prøvde å gå på sand eller snø. Vekten av hele kroppen som virker på et lite område vil gi høyt trykk, noe som gjør foten synke i sand eller snø.
Dette er grunnen til at ski er lange og flate - ved å øke området over hvilken kroppsvekten gjør at de reduserer presset, og hjelper skiløypene over snøen. På samme måte kan det faktum at kameler har store føtter hjelper dem å gå over sand. Kan du gjette hvorfor det gjør vondt for å gå over steiner eller grus, og hvorfor bærerene legger en klut med klut på hodet?
Trykket utøves av væsker:
Du har lest at en kropps vekt er den kraften som jorden tiltrekker seg på. En væske har også masse og tiltrekkes av tyngdekraften. Denne vekten eller kraften virker nedover på bunnen av beholderen som holder væsken. Så trykket som utøves på beholderens base er væskens vekt dividert med arealet av basen. Følgende aktivitet vil gi deg en bedre ide om trykket som utøves av en væske.
Pierce fire hull ned på siden av en plastflaske (eller krukke). Fest en stripe av tape over hullene og fyll flasken (eller krukken) med vann. Plasser flasken på kanten av et bord, med et fartøy på gulvet under det. Skal av båndet og observer de fire vannstrålene som kommer ut av flasken (eller krukken). Strålen fra det laveste hullet vil reise lengst. Hvis du lager de fire hullene i samme høyde, vil de fire strålene reise samme avstand fra beholderen.
Vannstrålen fra det laveste hullet beveger seg lengst, fordi trykket som utøves av vannkolonnen er høyest på dette punktet. Fra avstanden som tilbys av de fire strålene, bør du kunne gjette at trykket som utøves av vannet øker etter hvert som dybden øker.
Hvis du kunne forestille deg at flasken har falske baser på de fire nivåene, vil A, B, C og D (base A være høyest) innse at vekten av vann som virker på base A, er mye mindre enn det som virker på basen B, og så videre. Når du lager fire hull på samme nivå av en flaske, reiser strålene i samme avstand fordi en væske utøver det samme trykket i alle retninger på en bestemt dybde.
De to tingene du trenger å huske om trykket som utøves av en væske, er som følger:
1. Trykket som utøves av en væske øker med dybde.
2. En væske utøver det samme trykket i alle retninger på en bestemt dybde.
Måling av væsketrykk:
Et manometer er et instrument som brukes til å måle trykkforskjeller. Du kan lage et enkelt manometer og bruke det til å se hvordan væsketrykket endres med dybden. Fest et U-rør (du må kjøpe en, eller låne en fra laboratoriet) på et brett som vist i figur 8.13 (a) og fyll halvparten av det med vann. Du vil se at vannstanden er den samme i begge U-rørets armer. Dette er manometeret ditt. Slip den ene enden av et 1 m gummislang over den ene enden av U-røret og fest en trakt til den andre enden av gummirøret.
Strekk en tynn ballong over trappens munn og fest den med tråd eller et gummibånd. Hvis du trykker på den strukkede ballongen med en finger, vil vannet i arm A i U-røret falle og nivået i arm B vil stige, som vist i figur 8.13 (b). Forskjellen i vannhøyde i de to armene er et mål på trykket du bruker med fingeren.
Senk deretter tragten langsomt inn i en bøtte med vann, som vist i figur 8.13 (c). Forskjellen mellom vannhøyde i manometerets to armer øker ettersom trakten går dypere inn i bøtte med vann. Dette viser at trykket øker med dybden av en væske.
Hvis du bøyer gummirøret slik at traktens ansikt er vertikalt, som vist i figur 8.13 (d), og roterer det på samme vannnivå, vil trykket som er indikert av manometeret forbli stabilt. Dette viser at ved et gitt dybde er trykket i en væske det samme i alle retninger.
Atmosfærisk trykk:
Du vet at vi er omgitt av et luftteppe. Denne luften har masse og tiltrekkes av tyngdekraften. Så, utøver denne luften ikke press? Ja, det gjør, da følgende aktivitet vil vise deg. Fyll halvparten av en tom metallkanne (du kan bruke en bruskanne) med vann.
Varm det til vannet koke. Ta av boksen fra flammen og lukk lokket godt. (Hvis du bruker en bruskanne, kan du bruke tape for å forsegle åpningen.) Sett kanen under trykk og skru på tappen (vær forsiktig når du håndterer den varme boksen). Som kanalen avkjøler, blir den knust. Hvis oppvarming av en boks er plagsom, hell varmt vann i en plastflaske og skru på lokket. Deretter helles iskalt vann over flasken. Flasken vil bli knust.
Hvorfor blir boksen (eller flasken) knust? For det første driver dampen fra kokende vann luften ut av det. Når du lukker lokket og avkjøl boksen (eller flasken), kondenserer dampen, slik at det blir tomt plass. Lufttrykk, som du vanligvis ikke føler, virker på alle kanter og gjør det til grotte.
Hvorfor kan en tom ikke hule i normalt? Fordi den er full av luft og lufttrykket på den ytre overflaten av boksen er balansert av lufttrykket på sin indre overflate. Og hvorfor føler du ikke vekten av flere hundre kilo luft som presser ned på deg (denne luften er omtrent like stor som en elefant)? Dette skyldes at trykket i kroppen din er lik trykket som utøves av luft på kroppens ytre overflate.
La oss se nærmere på noen flere eksempler. Hvorfor tror du en ballong brister når for mye luft blir pumpet inn i den? Når du pumper luft inn i en ballong, øker trykket inni (som virker på ballongens veggen). Dette gjør at ballongen øker i størrelse eller volum. Deretter kommer det et punkt når ballongens materiale ikke kan strekke seg lenger. Hvis du øker trykket ytterligere ved å pumpe i mer luft, eksploderer ballongen.
Prøv å skyve et tomt glass (eller krus) i en bøtte med vann. Føler du motstand? Det er trykket som utøves av luften som er fanget inne i glasset (eller krus). Overrask vennene dine med disse aktivitetene og prøv å forklare dem. Se figurene 8.15 og 8.16 for tips.
1. Fyll et glass med vann og dekk det med en coaster. Inverter glasset. Undergrunnen forblir fast ved glasset og vannet vil ikke spyle.
2. Pierce et hull nær bunnen av en tom boks og dekk hullet med tape. Fyll boksen med vann. Stryk en ballong over boksens munn. Hold kanen over en vask og ta av båndet som dekker hullet. Når vannet løper ut av hullet, blir ballongen presset inn i boksen.
