Eðlisfræði í framhaldsskóla

Lögmál Arkimedesar

Lögfræðiefni Arkimedesar

Hefur þú einhvern tíma séð skip? Ef þú hefur ekki séð það sjálfur, þá hefurðu vonandi séð það í sjónvarpi eða á netinu. Skip með mjög stóran massa sekkur ekki, en lítill, léttur steinn getur það. Af hverju er það svona? Svarið er frekar einfalt ef þú skilur hugtökin uppdrift og lögmál Arkimedesar.

Í daglegu lífi munum við komast að því að hlutir sem eru settir í vökva, eins og steinn, bera minni þyngd en þegar hluturinn er ekki í vökvanum. Það gæti verið erfitt að lyfta steini frá yfirborði jarðar, en sami steinn lyftist auðveldlega frá botni laugarinnar. Þetta er vegna uppdriftskraftsins. Uppdrift á sér stað vegna mismunandi vökvaþrýstings á mismunandi dýpi. Vökvaþrýstingur eykst með dýpi, því dýpra sem vökvinn er, því meiri er vökvaþrýstingurinn. Þegar hlutur er settur í vökva verður þrýstingsmunur á milli vökvans fyrir ofan hlutinn og vökvans fyrir neðan hann. Vökvinn sem er staðsettur neðst á hlutnum hefur meiri þrýsting en vökvinn sem er staðsettur efst á hlutnum.

Lesa meira

Vökvaþrýstingur

Vökvaþrýstingsefni

Í eðlisfræði er þrýstingur skilgreindur sem kraftur á flatarmálseiningu, þar sem stefna kraftsins er hornrétt á yfirborðsflatarmálið. Stærðfræðilega er þrýstingur táknaður með jöfnunni P = F/A, þar sem P = þrýstingur, F = kraftur og A = yfirborðsflatarmál. Einingin fyrir kraft (F) er Newton (N), flatarmálseiningin er fermetrar (m² ⁾ . Þar sem þrýstingur er kraftur á flatarmálseiningu, er einingin fyrir þrýsting N/m² ^. Annað heiti fyrir N/m² ^er pascal (Pa). Pascal er notað sem mælieining fyrir þrýsting til heiðurs Blaise Pascal.

Þegar vökvi er í kyrrstöðu beitir hann krafti hornrétt á allt yfirborðið sem hann er í snertingu við. Til dæmis, ímyndum okkur vatn í glasi; hver hluti vatnsins beitir krafti hornrétt á glervegginn. Þess vegna beitir hver hluti vatnsins krafti hornrétt á hverja flatarmálseiningu ílátsins sem hann er í. Þetta er mikilvægur eiginleiki kyrrstæðs vökva, vökva í kyrrstöðu. Þegar vökvi beitir krafti á yfirborð, þar sem krafturinn er ekki hornréttur, mun yfirborðið beita viðbragðskrafti, sem er heldur ekki hornréttur. Þetta veldur því að vökvinn flæðir. Hins vegar, í raun og veru, helst vökvinn í kyrrstöðu. Þess vegna, í vökva í kyrrstöðu, er krafturinn alltaf hornréttur á yfirborð ílátsins sem hann er í.

Lesa meira

Að skilja kyrrstæða og kraftmikla vökva

Í eðlisfræði er vökvi skilgreindur sem efni sem getur flætt. Þú hefur lært að efnin sem við mætum í daglegu lífi eru föst efni, vökvar og lofttegundir. Hugtakið vökvi nær yfir bæði vökva og lofttegundir, því vökvar eins og vatn og lofttegundir eins og loft geta flætt. Föst efni eins og berg eða járn geta ekki flætt og því ekki hægt að flokka þau sem vökva. Til að skilja þessa skýringu betur er gagnlegt að skoða nokkur dæmi úr daglegu lífi. Þegar þú ferð í sturtu þarftu örugglega vatn. Til að komast í lónið rennur vatnið annað hvort úr uppsprettu eða er dregið úr brunni. Vatn er eitt dæmi um vökva. Það eru önnur dæmi um vökva, eins og smurolía, mjólk og svo framvegis. Alla þessa vökva er hægt að flokka sem vökva vegna þess að þeir geta runnið frá einum stað til annars. Lofttegundir eru líka vökvar. Lofttegundir geta einnig runnið frá einum stað til annars. Vindhviða er dæmi um loft sem færist frá einum stað til annars.

Lesa meira

Yfirborðsspenna

Að skilja yfirborðsspennu

Yfirborðsspenna á sér stað vegna þess að yfirborð vökva hefur tilhneigingu til að stífna og myndar þunna himnulíka ásýnd. Þetta er undir áhrifum samloðunarkrafta milli vatnssameinda. Til að skilja þessa skýringu betur, skoðum eftirfarandi mynd. Við skulum skoða vökva í íláti.

Yfirborðsspenna 1 Vökvasameindir dragast yfirleitt hver að annarri. Inni í vökva er hver vökvasameind umkringd öðrum sameindum hvoru megin við hann; en á yfirborði vökvans eru aðeins vökvasameindir til hliðanna og fyrir neðan. Það eru engar aðrar vökvasameindir fyrir ofan. Þar sem vökvasameindir dragast hver að annarri er nettókraftur núll á sameindirnar inni í vökvanum. Aftur á móti eru vökvasameindir á yfirborðinu dregnar að vökvasameindunum á hliðunum og fyrir neðan. Fyrir vikið er nettókraftur á yfirborði vökvans sem beinist niður á við. Vegna þessa nettókrafts niður á við hefur vökvinn á yfirborðinu tilhneigingu til að minnka yfirborðsflatarmál sitt og skreppa saman eins mikið og mögulegt er.

Lesa meira

Jafna Poiseuille

Hún er kölluð Poiseuille-jafnan því hún var uppgötvuð af hinum látna Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869). Eins og útskýrt hefur verið má líta á alla vökva sem kjörvökva. Kjörvökvar hafa ekki seigju. Ef við ímyndum okkur kjörvökva sem rennur í pípu, þá hreyfist hver hluti vökvans á sama hraða (v). Ólíkt kjörvökvum hafa raunverulegir vökvar, eða þeir vökvar sem við sjáum í daglegu lífi, seigju. Vegna þess að þeir hafa seigju, þá er hraði hvers hluta vökvans breytilegur þegar þeir renna í pípu, til dæmis. Vökvalagið í miðjunni hreyfist hraðar (v er stórt), en vökvalagið sem er fest við pípuna hreyfist ekki, þ.e. enn (v = 0). Þannig, frá miðju að brún pípunnar, hreyfist hver hluti vökvans á mismunandi hraða. Til að auðvelda þér skilninginn, skoðaðu myndina hér að neðan…

Lesa meira

Þéttleiki og eðlisþyngd

Efnisþéttleiki og eðlisþyngd

Þéttleiki

Einn mikilvægasti eiginleiki efnis er eðlisþyngd. Eðlisþyngd er hlutfall massa efnis og rúmmáls þess. Stærðfræðilega er hún rituð sem:

ρ = m/V

ρ er gríski bókstafurinn sem almennt er notaður til að tákna eðlisþyngd, m stendur fyrir massa og V stendur fyrir rúmmál. Eðlisþyngd einsleits vökva er grundvallaratriðum frábrugðin eðlisþyngd einsleits fasts efnis. Járn eða ís, til dæmis, hafa sama eðlisþyngd í öllum hlutum. Þetta er frábrugðið vökvum, eins og andrúmsloftinu eða vatni. Í andrúmslofti jarðar, því hærra sem andrúmsloftið er frá yfirborði jarðar, því lægri er eðlisþyngdin, en í sjó, til dæmis, því dýpri sem eðlisþyngdin er, því meiri er eðlisþyngdin. Eðlisþyngd einsleits vökva getur verið háð umhverfisþáttum eins og hitastigi og þrýstingi.

Lesa meira