V. Hydrostatyka i aerostatyka. X. Ruch drgający i falowy.

X. Ruch drgający i falowy.
V. Hydrostatyka i aerostatyka.
Ciśnienie – jest to stosunek siły nacisku
(parcia) do powierzchni na którą ten nacisk
F
jest wywierany: p = . Jednostką ciśnienia
S
N
jest paskal: Pa = 2 .
m
Prawo Pascala – ciśnienie wywierane z
zewnątrz w gazach i cieczach jest przekazywane jednakowo we wszystkich kierunkach.
Zastosowanie prawa Pascala:
- w gazach – pompowanie piłki, balonu, …
- w cieczach – prasa, hamulce hydrauliczne..
Prasa hydrauliczna - za pomocą małej siły
działającej na małą powierzchnię uzyskujemy dużą siłę działającą na dużą powierzchnię. Tak również działa podnośnik, hamulce
(hydrauliczne). Zyskujemy na sile tyle razy,
ile razy powierzchnia jednego tłoka jest
większa od powierzchni drugiego.
S2
S1
F1 F2
=
(równanie
S1 S2
F2
F1
prasy)
Średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza ma wartość b = 1013 hPa (hPa –
hektopaskal; 1013hPa = 101300Pa). Ciśnienie atmosferyczne zależy od pogody oraz
wysokości nad poziomem morza.
Ciśnienie hydrostatyczne – to ciśnienie
wywierane przez spoczywającą ciecz. Wartość jego jest proporcjonalna do głębokości i
gęstości cieczy: ph = gh
Ciśnienie w cieczy – jest sumą ciśnienia
atmosferycznego i hydrostatycznego
p = b + gh
Naczynia połączone – wysokość słupa cieczy w każdym
z naczyń połączonych jest
jednakowa.
Ciśnienie w zbiornikach zamkniętych mierzymy manometrami, a ciśnienie atmosferyczne barometrami lub aneroidami.
Prawo Archimedesa – Na każde ciało zanurzone w cieczy lub gazie działa siła wyporu skierowana pionowo do góry. Wartość
siły wyporu równa jest ciężarowi cieczy
(gazu) wypartej przez to ciało: Fw = Vg
Wartość siły wyporu nie zależy ani od
kształtu ciała ani od substancji z jakiej jest
wykonane. Siła wyporu jest proporcjonalna
do gęstości cieczy i objętości ciała (jego
części zanurzonej).
Warunki pływania ciał:
-ciało pływa w cieczy częściowo wynurzone
z niej
Fw
Fw
F
F
-ciało pływa
w cieczy
ciała < cieczy
Jeżeli całe ciało zanurzymy w cieczy,
to: Fw > F; ale gdy
ciało częściowo
wynurzy się
Fw = F
- ciało tonie
Fw
Fw
F
F
cieczy = ciała
Fw = F
ciała > cieczy
Fw < F
Fw -siła wyporu
F – siła ciężkości (ciężar ciała)
m
V
p = b + gh
Wzory:
=
F
;
S
F = Vg
p=
Ruch drgający polega na okresowych wychyleniach ciała z położenia równowagi.
Wielkości charakteryzujące ruch drgający:
Amplituda – jest to maksymalne wychylenie ciała z położenia równowagi. Jeżeli nie
zmienia się z upływem czasu to drgania są
niegasnące, a jeżeli maleje to drgania są gasnące.
Okres drgań (T) – czas trwania jednego
pełnego drgnienia. Mierzymy go w sekundach.
Częstotliwość (f) – liczba pełnych drgnień
w jednostce czasu, czyli w czasie 1 sekundy.
1
1
f=
Mierzymy ją w hercach: Hz =
s
T
Wahadło – ciało zawieszone na nici, które
wykonuje drgania.
Okres drgań wahadła nie zależy od amplitudy, a tylko od jego długości. Im większa
długość tym większy okres drgań i mniejsza
częstotliwość.
Jeżeli zegar z wahadłem spieszy się, to należy wydłużyć wahadło, wówczas wzrośnie
okres drgań i zegar będzie „chodził” wolniej. Jeżeli zegar późni się, to należy postąpić odwrotnie.
Rezonans mechaniczny – to zjawisko pobudzania do drgań ciała przez inne ciała
drgające posiadające taką samą częstotliwość drgań własnych, jak pierwsze ciało.
Fala mechaniczna – to rozchodzące się w
przestrzeni zaburzenia ośrodka materialnego. Fale mechaniczne dzielimy na podłużne
i poprzeczne.
Fala podłużna – fala, której drgania odbywają się w kierunku równoległym do kierunku rozchodzenia się fali. Przykładem fali
mechanicznej podłużnej jest fala dźwiękowa.
Fala poprzeczna – to fala, której drgania
odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali, np. fala na wodzie.
Zjawiska jakim ulegają fale:
Dyfrakcja (ugięcie) –ugięcie fali na przeszkodzie porównywalnej z długością fali.
Interferencja (nakładanie się) – w wyniku
nakładania się fal na siebie dochodzi do ich
wzmocnienia, osłabienia lub całkowitego
wygaszenia.
Odbicie – fala napotykając przeszkodę odbija się od niej. Przykładem odbicia fali
dźwiękowej jest echo.
Wielkości opisujące fale:
- prędkość (v), długość (), okres (T), częstotliwość (f)
Długość fali to droga jaka pokonuje fala w
czasie, gdy cząstka drgająca wykona jedno
pełne drgnienie. Mierzymy ja w metrach.
1
λ
v=
ponieważ: f =
T
T
Y
to: v = λf
A
X

A – amplituda;  - długość fali
Fale dźwiękowe – źródłem fali dźwiękowej
są ciała drgające. Rozchodzi się ona w różnych ośrodkach (powietrze, woda, metal,…)
z różnymi prędkościami. Nie rozchodzi się
w próżni.
Dźwięki słyszalne przez ucho ludzkie
mieszczą się w granicach częstotliwości od
16 Hz do 20 000 Hz.
Poziom natężenia dźwięku mierzy się w belach (B). Ponieważ bel jest jednostką małą,
często stosuje się decybele (dB); dB = 10 B
Ultradźwięki – drgania o częstotliwości
powyżej 20 000Hz. Wykorzystywane między innymi w medycynie (USG), echolokacji (rybołówstwo). Wykorzystują je również
nietoperze w poruszaniu się (nawigacji).
Infradźwięki – drgania o częstotliwości poniżej 16 Hz – nie maja zastosowań.