Ciśnienie

XIV Wojewódzki Konkurs Interdyscyplinarny
dla racjonalizatorów i twórczo myślącej
młodzieży gimnazjalnej i ponadgimnazjalnej
„OD EINSTEINA DO…”.
TEMAT XIV EDYCJI KONKURSU nr V
„Podaj własne opracowanie dowolnego tematu
technicznego”
„Fontanna Herona”
Kim był Heron?
Heron z Aleksandrii.
Żył w I w n.e. Był greckim matematykiem, fizykiem i wynalazcą.
Zbudował wiele jak na tamte czasy urządzeń.
O jego życiu mało, co wiemy, nie znamy też dokładnie czasu, w jakim żył.
Za to mamy opisy jego maszyn. Jednym z jego najsłynniejszych wynalazków jest
"bania wiatrowa„. To urządzenie można uznać za pierwszy silnik parowy. Heron
budował także np. mechaniczne teatry. Bardzo dobrze orientował się w efektach
specjalnych.
Znał się także na teorii matematyki, czy fizyki.
Gdzie dziś wykorzystujemy zależność fontanny?
W codziennym życiu również spotykamy się z urządzeniami, które działają na
podobnej zasadzie, co „Fontanna Herona”.
Typowym przykładem może być sieć wodociągowa.
Ciśnienie jest wielkością fizyczną, którą obliczamy, dzieląc
wartość siły, nacisku, działającej prostopadle do
powierzchni, przez pole tej powierzchni.
F
p
S
gdzie:
p – ciśnienie ( N/m2 )
F – siła nacisku (N)
S – pole powierzchni (m2)
Ze wzoru na ciśnienie wynika, że:
•im powierzchnia, na którą wywierany nacisk jest
większa, tym ciśnienie jest mniejsze.
•im powierzchnia, na którą wywieramy nacisk jest
mniejsza, tym ciśnienie jest większe.
Wstawiając do wzoru na ciśnienie jednostkę wartości siły i
jednostkę pola powierzchni, otrzymamy jednostkę ciśnienia,
którą nazywamy paskalem (Pa).
F
[ p] 
S
gdzie:
F – siła nacisku (N)
S – pole powierzchni (m2)
p – ciśnienie ( N/m2 )
N – niuton
 1N 

[
1
Pa
]
2
1m 
1 paskal to ciśnienie wytwarzane przez siłę o wartości 1
niutona, które działa na powierzchnię 1m2. Takie ciśnienie
jest jednak bardzo małe. Właśnie, dlatego w praktyce
używamy jednostek, które są zwielokrotnieniem paskala np.:
hektopaskal: 1hPa = 100 Pa
kilopaskal: 1kPa = 1000 Pa
megapaskal = 1MPa = 1 000 000 Pa
Wyróżniamy dwa rodzaje ciśnienia:
•ciśnienie atmosferyczne
•ciśnienie hydrostatyczne
Ciśnienie hydrostatyczne - ciśnienie wywierane przez słup
wody, zgodnie z kierunkiem działania siły ciężkości.
Ciśnienie mierzymy barometrem i manometrem.
Barometr – służy do mierzenia ciśnienia atmosferycznego.
Manometr – służy do mierzenia ciśnienia gazów w zamkniętym
zbiorniku.
Prawo Pascala - wzrost ciśnienia, który jest spowodowany
wywieraniem na ciesz nacisku o dowolnym kierunki, jest w
każdym miejscu jednakowy.
Gdzie stosujemy prawo Pascala?
Prawo Pascala wykorzystujemy w np. hamulcach
hydraulicznych, fontannach, podnośnikach, czy prasach.
Naczynia połączone – naczynia połączone ze sobą. Mogą mieć one
różne kształty. Jeżeli wlejemy wodę do jednego naczynia, woda
przepłynie do pozostałych i poziom wody we wszystkich będzie taki sam.
Wiemy o tym z prawa naczyń połączonych, które mówi nam, że ciśnienia
hydrostatyczne w takich naczyniach muszą być jednakowe.
Z naczyniami połączonymi spotykamy się w codziennym życiu, np.
dzbanek, wodowskaz przy nieprzeźroczystym zbiorniku.
Doświadczenie
„Fontanna Herona”
Przybory:
trzy słoiki
pokrywka
dwie rurki
plastelina/sylikon
woda (zabarwiona)
1.
W pokrywce wywierciłyśmy dwa otwory.
2.
W wywierconych wcześniej dziurkach umieściłyśmy rurki, tak, aby
jedna wystawała trochę, a druga sporo, po czym uszczelniłyśmy
je za pomocą sylikonu.
3.
Do słoików 1 i 2 nalałyśmy wody.
4.
Słoik nr. 3 ustawiłyśmy na blacie, a nr. 1 na podwyższeniu.
5. Na koniec słoik nr. 2 zakręciłyśmy zakrętką z rurkami, po czym
odwróciłyśmy do góry nogami, umieszczając rurki w dwóch
pozostałych słoikach tak jak na poniższym obrazku.
Kiedy wszystko dokładnie wykonałyśmy, mogłyśmy
obserwować jak woda ze słoika nr. 2 spływa na dół do
słoika nr. 3, ale też jak ze słoika nr 1 płynie do góry, do
słoika nr. 2
Woda, która ze słoika 2 spływa do 3 zmniejsza w nim ciśnienie, przez co
woda ze słoika 1 jest ciągnięta ku górze.
Nie jest możliwe nieprzerwane działanie fontanny. Przestaje ona
pracować, kiedy zabraknie wody w zasilającym ją zbiorniku środkowym
lub też, kiedy skończy się powietrze w zbiorniku dolnym.
Dziękujemy za uwagę!