Gymnasiefysik - Naturvetenskap

Arkimedes lag

Arkimedes lagmaterial

Har du någonsin sett ett skepp? Om du inte har sett ett personligen har du förhoppningsvis sett ett på tv eller internet. Ett skepp med en mycket stor massa sjunker inte, medan en liten, lätt sten kan. Varför är det så? Svaret är ganska enkelt om du förstår begreppen flytkraft och Arkimedes princip.

I vardagen kommer vi att upptäcka att föremål som placeras i en vätska, såsom en sten, har mindre vikt än när föremålet inte är i vätskan. Du kan ha svårt att lyfta en sten från markytan, men samma sten lyfts lätt från botten av poolen. Detta beror på flytkraften. Flytkraft uppstår på grund av skillnaden i vätsketryck på olika djup. Vätsketrycket ökar med djupet, ju djupare vätskan är, desto större är vätsketrycket. När ett föremål placeras i en vätska kommer det att finnas en skillnad i tryck mellan vätskan ovanför föremålet och vätskan under föremålet. Vätskan som finns längst ner på föremålet har ett högre tryck än vätskan som finns högst upp på föremålet.

Läs mer

Vätsketryck

Vätsketryckmaterial

Inom fysiken definieras tryck som kraft per ytenhet, där kraftens riktning är vinkelrät mot ytan. Matematiskt uttrycks tryck med ekvationen P = F/A, där P = tryck, F = kraft och A = ytarea. Enheten för kraft (F) är Newton (N), areaenheten är kvadratmeter (m² ⁾ . Eftersom tryck är kraft per ytenhet är tryckenheten N/m² ^. Ett annat namn för N/m² ^är pascal (Pa). Pascal används som tryckenhet till Blaise Pascals ära.

När en vätska är i vila utövar den en kraft vinkelrätt mot hela ytan den är i kontakt med. Tänk dig till exempel vatten i ett glas; varje del av vattnet utövar en kraft vinkelrätt mot glasväggen. Därför utövar varje del av vattnet en kraft vinkelrätt mot varje ytenhet av den behållare den upptar. Detta är en viktig egenskap hos en statisk vätska, en vätska i vila. När en vätska utövar en kraft på en yta, där kraften inte är vinkelrät, kommer ytan att utöva en reaktionskraft, som inte heller är vinkelrät. Detta kommer att få vätskan att flöda. I verkligheten förblir dock vätskan i vila. Därför är kraften i en vätska i vila alltid vinkelrät mot ytan av den behållare den upptar.

Läs mer

Förstå statiska och dynamiska vätskor

Inom fysiken definieras en vätska som ett ämne som kan flöda. Du har lärt dig att de material vi möter i vardagen består av fasta ämnen, vätskor och gaser. Termen vätska omfattar både vätskor och gaser, eftersom vätskor som vatten och gaser som luft kan flöda. Fasta ämnen som sten eller järn kan inte flöda och kan därför inte klassificeras som fluider. För att bättre förstå denna förklaring är det bra att betrakta några exempel från vardagen. När du duschar behöver du definitivt vatten. För att nå reservoaren rinner vattnet antingen från en källa eller hämtas från en brunn. Vatten är ett exempel på en vätska. Det finns andra exempel på vätskor, såsom smörjolja, mjölk och så vidare. Alla dessa vätskor kan klassificeras som fluider eftersom de kan flöda från en plats till en annan. Gaser är också fluider. Gaser kan också flöda från en plats till en annan. En vindpust är ett exempel på luft som rör sig från en plats till en annan.

Läs mer

Ytspänning

Förstå ytspänning

Ytspänning uppstår eftersom en vätskas yta tenderar att stelna, vilket skapar ett tunt membranliknande utseende. Detta påverkas av kohesionskrafterna mellan vattenmolekyler. För att bättre förstå denna förklaring, betrakta följande illustration. Låt oss betrakta en vätska i en behållare.

Ytspänning 1 Flytande molekyler attraherar vanligtvis varandra. Inuti en vätska är varje flytande molekyl omgiven av andra molekyler på varje sida; men vid vätskans yta finns det bara flytande molekyler på sidorna och nedanför. Det finns inga andra flytande molekyler ovanför. Eftersom flytande molekyler attraherar varandra finns det en nettokraft på noll på molekylerna i vätskans inre. Omvänt attraheras flytande molekyler vid ytan av vätskemolekylerna på sidorna och nedanför. Som ett resultat finns det en nettokraft vid vätskans yta som är riktad nedåt. På grund av denna nettokraft nedåt tenderar vätskan vid ytan att minska sin ytarea och krympa så mycket som möjligt.

Läs mer

Poiseuilles ekvation

Den kallas Poiseuille-ekvationen eftersom den upptäcktes av den framlidne Jean Louis Marie Poiseuille (1799-1869). Som förklarats kan varje vätska betraktas som en ideal vätska. Ideala vätskor har inte viskositet. Om vi föreställer oss en ideal vätska som flödar i ett rör, rör sig varje del av vätskan med samma hastighet (v). Till skillnad från ideala vätskor har verkliga vätskor, eller de vätskor vi möter i vardagen, viskositet. Eftersom de har viskositet varierar hastigheten för varje del av vätskan när de flödar i ett rör, till exempel. Vätskeskiktet i mitten rör sig snabbare (v är stort), medan vätskeskiktet som är fäst vid röret inte rör sig, dvs. fortfarande (v = 0). Så, från mitten till kanten av röret rör sig varje del av vätskan med olika hastigheter. För att göra det lättare för dig att förstå, titta på bilden nedan…

Läs mer

Densitet och specifik vikt

Materialdensitet och specifik vikt

Densitet

En av de viktiga egenskaperna hos ett ämne är densitet. Densitet är förhållandet mellan ett ämnes massa och dess volym. Matematiskt skrivs det som:

ρ = m/V

ρ är den grekiska bokstaven som vanligtvis används för att beteckna densitet, m står för massa och V står för volym. Densiteten hos en homogen vätska skiljer sig fundamentalt från densiteten hos ett homogent fast ämne. Järn eller is har till exempel samma densitet i varje del. Detta skiljer sig från vätskor, såsom atmosfären eller vattnet. I jordens atmosfär gäller att ju högre atmosfären är från jordytan, desto lägre är densiteten, medan för till exempel havsvatten gäller att ju högre densiteten är, desto högre är densiteten. Densiteten hos en homogen vätska kan bero på miljöfaktorer som temperatur och tryck.

Läs mer