Középiskolai fizika - Természettudomány

Arkhimédész törvénye

Arkhimédész törvényei

Láttál már hajót? Ha még nem láttál élőben, remélhetőleg a tévében vagy az interneten igen. Egy nagyon nagy tömegű hajó nem süllyed el, míg egy kicsi, könnyű szikla igen. Miért van ez így? A válasz elég egyszerű, ha érted a felhajtóerő fogalmát és Arkhimédész elvét.

A mindennapi életben azt tapasztaljuk, hogy a folyadékba helyezett tárgyak, például egy szikla, kisebb súlyúak, mint amikor a tárgy nincs a folyadékban. Nehézséget okozhat egy kő felemelése a talaj felszínéről, de ugyanaz a kő könnyen felemelhető a medence aljáról. Ez a felhajtóerőnek köszönhető. A felhajtóerő a különböző mélységekben lévő folyadéknyomás-különbség miatt jön létre. A folyadéknyomás a mélységgel növekszik, minél mélyebb a folyadék, annál nagyobb a folyadéknyomás. Amikor egy tárgyat folyadékba helyezünk, nyomáskülönbség lesz a tárgy feletti folyadék és az alatta lévő folyadék között. A tárgy alján található folyadék nagyobb nyomás alatt van, mint a tárgy tetején található folyadék.

Részletek

Folyadéknyomás

Folyadéknyomású anyag

A fizikában a nyomást egységnyi felületre jutó erőként definiálják, ahol az erő iránya merőleges a felületre. Matematikailag a nyomást a P = F/A egyenlet fejezi ki, ahol P = nyomás, F = erő és A = felület. Az erő (F) mértékegysége Newton (N), a terület mértékegysége négyzetméter (m ² ). Mivel a nyomás egységnyi felületre jutó erő, a nyomás mértékegysége N/m ^{2 . Az N/m}² másik neve pascal (Pa). A Pascalt Blaise Pascal tiszteletére használják a nyomás mértékegységeként.

Amikor egy folyadék nyugalmi állapotban van, merőleges erőt fejt ki a teljes felületre, amellyel érintkezik. Vegyük például a pohárban lévő vizet; a víz minden egyes része az üvegfalra merőleges erőt fejt ki. Ezért a víz minden egyes része az általa elfoglalt tartály minden egységnyi felületére merőleges erőt fejt ki. Ez egy statikus, nyugalmi folyadék fontos tulajdonsága. Amikor egy folyadék erőt fejt ki egy olyan felületre, ahol az erő nem merőleges, a felület reakcióerőt fejt ki, amely szintén nem merőleges. Ez a folyadék áramlását okozza. A valóságban azonban a folyadék nyugalmi állapotban marad. Ezért egy nyugalmi folyadékban az erő mindig merőleges az általa elfoglalt tartály felületére.

Részletek

A statikus és dinamikus folyadékok megértése

A fizikában a folyadék olyan anyagként definiálható, amely áramolhat. Megtanultad, hogy a mindennapi életben előforduló anyagok szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagokból állnak. A folyadék kifejezés magában foglalja mind a folyadékokat, mind a gázokat, mivel a folyadékok, mint a víz, és a gázok, mint a levegő, áramolhatnak. A szilárd anyagok, mint a kőzet vagy a vas, nem áramolhatnak, ezért nem sorolhatók folyadékok közé. A magyarázat jobb megértése érdekében hasznos néhány példát figyelembe venni a mindennapi életből. Zuhanyozáskor mindenképpen szükséged van vízre. Ahhoz, hogy elérd a víztározót, a víz vagy forrásból folyik, vagy kútból húzzák. A víz a folyadék egyik példája. Vannak más folyadékok is, például a kenőolaj, a tej stb. Mindezek a folyadékok folyadéknak minősülhetnek, mert egyik helyről a másikra áramolhatnak. A gázok is folyadékok. A gázok is áramolhatnak egyik helyről a másikra. A széllökés a levegő egyik helyről a másikra való mozgásának példája.

Részletek

Felületi feszültség

A felületi feszültség megértése

A felületi feszültség azért keletkezik, mert a folyadék felülete hajlamos megmerevedni, ami egy vékony, membránszerű megjelenést hoz létre. Ezt a vízmolekulák közötti kohéziós erők befolyásolják. A magyarázat jobb megértéséhez vegyük figyelembe a következő ábrát. Vegyünk egy tartályban lévő folyadékot.

Felületi feszültség 1 A folyékony molekulák jellemzően vonzzák egymást. Egy folyadék belsejében minden folyékony molekulát más molekulák vesznek körül minden oldalon; de a folyadék felszínén csak az oldalán és alatta találhatók folyékony molekulák. Felettük nincsenek más folyékony molekulák. Mivel a folyékony molekulák vonzzák egymást, a folyadék belsejében lévő molekulákra nulla nettó erő hat. Fordítva, a felszínen lévő folyékony molekulákat vonzzák az oldalt és alatta lévő folyékony molekulák. Ennek eredményeként a folyadék felszínén egy lefelé irányuló nettó erő hat. Ezen lefelé ható nettó erő miatt a felszínen lévő folyadék hajlamos csökkenteni a felületét, amennyire csak lehetséges, összezsugorodni.

Részletek

Poiseuille-egyenlet

Poiseuille-egyenletnek nevezik, mivel a néhai Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869) fedezte fel. Ahogy kifejtettük, minden folyadék ideális folyadéknak tekinthető. Az ideális folyadékoknak nincs viszkozitásuk. Ha elképzelünk egy ideális folyadékot, amely egy csőben áramlik, a folyadék minden része azonos sebességgel (v) mozog. Az ideális folyadékokkal ellentétben a valódi folyadékok, vagyis a mindennapi életben előforduló folyadékok viszkozitással rendelkeznek. Mivel viszkozitással rendelkeznek, például csőben áramló folyadék egyes részeinek sebessége változik. A középső folyadékréteg gyorsabban mozog (v nagy), míg a csőhöz tapadó folyadékréteg nem mozog, azaz mozdulatlan (v = 0). Tehát a cső közepétől a széléig a folyadék minden része különböző sebességgel mozog. A könnyebb megértés érdekében figyelje meg az alábbi képet…

Részletek

Sűrűség és fajsúly

Anyagsűrűség és fajsúly

Sűrűség

Az anyagok egyik fontos tulajdonsága a sűrűség. A sűrűség az anyag tömegének és térfogatának aránya. Matematikailag a következőképpen írható fel:

ρ = m/V

A ρ a görög betű, amelyet általában a sűrűség jelölésére használnak, m a tömeget, V pedig a térfogatot jelöli. Egy homogén folyadék sűrűsége alapvetően eltér egy homogén szilárd anyag sűrűségétől. A vas vagy a jég például minden részében azonos sűrűségű. Ez eltér a folyadékoktól, például a légkörtől vagy a víztől. A Föld légkörében minél magasabban van a légkör a Föld felszínétől, annál kisebb a sűrűség, míg például a tengervíz esetében minél mélyebben van a sűrűség, annál nagyobb a sűrűség. Egy homogén folyadék sűrűsége olyan környezeti tényezőktől függhet, mint a hőmérséklet és a nyomás.

Részletek