Presiunea hidrostatică şi principiile hidrostaticii

Asupra peretelui din beton al unui baraj acţionează forţe foarte mari din partea apei. Aceste forţe, datorate presiunii hidrostatice a apei, sunt cu atât mai mari cu cât e mai adâncă apa, sunt perpendiculare pe peretele barajului (şi îl pot distruge, cum s-a întâmplat la RiverFalls, sau în judeţul Bacău)

Deci presiunea apei poate genera forţe uriaşe!Este bine să cunoaştem proprietăţile presiunii hidrostatice !

Spre deosebire de solide, lichidele acţionează cu forţe datorate presiunii nu numai pe verticală în jos, ci în toate direcţiiile

Instrumentul de măsură al presiunii

hidrostatice este manometrul cu lichid şi capsulă manometrică

Cu ajutorul manometrului putem verifica experimental că:

Lichidul acţionează cu forţe perpendiculare pe suprafaţa corpurilor în cu care e în contact

Presiunea hidrostatică(din interiorul lichidului) e cu atât mai mare cu cât adâncimea e mai mare

Presiunea hidrostatică într-un punct al lichidului are aceeaşi valoare în toate direcţiile

Presiunea hidrostatică e cu atât mai mare cu cât densitatea lichidului e mai mare(de exemplu presiunea în apa e mai mare ca în petrol,sau ulei)

Presiunea hidrostatică într-un punct la adâncime(h) sub apă este determinată de greutatea coloanei de apă de deasupra:

Calculăm presiunea determinată de greutatea coloanei de apă

hghSgVgmG

hgS

ghS

S

Gp

Presiunea într-un punct la adâncime(h) sub apă depinde de adâncime şi de presiunea(p0) de la suprafaţa lichidului, având formula: hgpp o

Din aceste formule ,deducem: Principiul fundamental al hidrostaticii:

Diferenţa de presiune dintre două puncte ale unui fluid este direct proporţională cu diferenţa de nivel(sau de adâncime h) dintre cele două puncte: hgpp 12

h

Dacă turnăm apă în punctul A într-un tub în formă de“U“, va ajunge apa în punctul C ?(va urca apa pe ramura BC ?)

Principiul vaselor comunicante: Nivelul apei este acelaşi în vasele care comunică între ele, indiferent de forma vaselor

La baza vaselor este aceeaşi presiune

Experimentaţi! Apa urcă până când ajunge la acelaşi nivel în ramurile AB şi BC (care produc presiuni egale în C)

Romanii, necunoscând Principiile hidrostaticii au considerat că apa nu va urca, şi de aceea nu construiau conducte în formă de“U“, ci construiau apeducte(poduri înalte, care susţineau conducte drepte, deasupra văilor). Romanii credeau că, dacă apa coboară în vale, nu mai poate “urca”!

In cele două părţi ale ceainicului din imagine, nivelul apei este acelaşi (respectând principiul vaselor comunicante)

Dacă cele două vase din imagine sunt conectate cu un furtun,cum va curge apa:Din A în B, sau invers? Şi unde e mai mare presiunea: la baza vasului mic sau a celui mare?

Răspuns: Iniţial adâncimea apei e mai mare în vasul mic deci presiunea la baza vasului mic e mai mare .Apa va curge din B în A, până va ajunge la acelaşi nivel în cele două vase

Aplicaţii şi probleme rezolvate

Când capsula manometrică se află în aer, lichidul din manometru este la acelaşi nivel în ambele ramuri .

Când scufundăm capsula manometrică sub apă , observăm o denivelare,cu atât mai mare cu cât presiunea din apă e mai mare.

1. Dacă denivelarea este de 10cm, cu cât e mai mare presiunea de sub apă(p2 ) decât presiunea de deasupra apei (p0 ) ?

Densitatea apei este: 1000Kg/m³Rezolvare: Transformăm: 10cm=0,1m. Aplicăm principiul fundamental al hidrostaticii:

2302 10001,0101000m

Nm

Kg

N

m

Kghgpp

KgNg /10:nalagravitatio ia(accelerat

presiunea de sub apă e mai mare la adâncimi mari

De ce crezi că submarinele militare care se scufundă la mari adâncimi au pereţi groşi şi nu au hublouri(ferestre)

2. I. Ce presiune hidrostatică suportă submarinul la adâncimea 2Km? II.Ce forţă generează această presiune

pe o suprafaţă de 2m2 din peretele submarinului?Ştim că presiunea(atmosferică)de la suprafaţa apei este:

Rezolvare:presiunea hidrostatică la adâncimea 2Km=2000m este:

Pap 1000000 şi Densitatea apei este: 1000Kg/m³

Aplicaţii şi probleme rezolvate

mKg

N

m

Kg

m

Nhgpp o 2000101000100000

32

Pap 20100000Presiunea hidrostatică e uriaşă; dacă submarinul ar avea hublouri, s-ar sparge şi apa ar năvăli înăuntruII. Forţa generată de presiune pe o suprafaţă S=2m2 din peretele submarinului este:

Nmm

NSpF 40200000220100000 2

2

Într-un submarin, echipajul trebuie să ştie la ce adâncime se află. Dar cum crezi că ar putea afla?

Problema 3: la ce adâncime se află un submarin dacă presiunea apei(în exteriorul său)este 1000KPa ?

( Densitatea apei este: 1000Kg/m³ )

Fiindcă nu se poate măsura direct adâncimea, se măsoară presiunea apei(p2) cu manometrul şi apoi se calculează , adâncimea(h) cu formula: hgpp 02

Ştiind că presiunea(atmosferică)de la suprafaţa apei este Pap 1000000 aflăm adâncimea cu formula:

g

pph

02

4. I. Este mai mare presiunea de deasupra ramurii din stânga,p1 , a manometrului sau

presiunea de deasupra ramurii din dreapta,p2 (sau sunt egale ) ?

5.Principiul fundamental al hidrostaticii se poate aplica în: A)toate lichidele, B)doar în apă, C) toate lichidele şi gazele, D) doar în apă şi aer

6.La o anumită adâncime, presiunea hidrostatică în apa dulce(1000Kg/m3 ) este: A) mai mică, B) egală , sau C) mai mare decât în apă de mare,sărată cu densitatea 1025Kg/m3

Exerciţii şi probleme

II. Dacă în manometru se află apă cu densitatea 1000Kg/m³, denivelarea este h=20cm, care e diferenţa de presiune(p2 –p1)

7. I. Presiunea hidrostatică la baza barajului (în punctul B) este: a) mai mică, b) egală, sau c) mai mare decât presiunea în partea de sus a barajului(în punctul A)

8. I. Explicaţi cum ar putea echipajul unui submarin să măsoare la ce adâncime se află(şi cu ce aparat)?

II. Forţele generate de presiunea hidrostatică acţionează: A)la fel ca greutatea ,vertical în jos; B)din toate direcţiile ; C)din direcţia de înaintare

II. Ştiind că apa1000Kg/m3, şi presiunea (atmosferică) de la suprafaţa apei este:

Calculaţi Presiunea la adâncimea 30m la baza barajuluiIII. Ce forţă generează această presiune pe o suprafaţă de 5cm2 din peretele barajului?

Pap 1000000

9. În care din stropitorile din imagine ar încăpea mai multă apă?

10. Cu cât creşte presiunea hidrostatică asupra unui scafandru care se scufundă 20m

a)în stropitoarea 1, b)în stropitoarea 2, c)în amândouă la fel Explică! 1 2

Această lecţie face parte dintr-un set de lecţii pentru gimnaziu şi liceu destinat îmbunătăţirii predării fizicii cu

ajutorul calculatorului.Orice sugestie sau observaţie despre această lecţie puteţi trimite pe adresa autorului :

laurentziu_roshu@yahoo.com Prin observaţiile dvs. puteţi contribui la perfecţionarea

acestui set de lecţii .Vă mulţumesc

Lecţia poate fi importată în AEL, si apoi lansată dintr-un singur click simultan pe toate calculatoarele reţelei.Dacă aveţi dificultaţi cu importul AEL, trimiteţi un e-mail !