Tryck: Hur är trycket i en vätska relaterat till djupet? (förklaras med diagram)

Du kanske har hört ordet "tryck" används i konversation. Vad är exakt tryck? Hur är det relaterat till kraft? Följande aktiviteter hjälper dig att förstå detta.

Försök att skära ett äpple med en knivs trubbiga kant. Använd all kraft du kan. Det är lätt? Skär den nu med den skarpa kanten. Lägg märke till hur mycket lättare det är, eller det faktum att du måste använda mycket mindre kraft. Hitta en trubbig vanlig stift och försök att genomborra en skiva (6 eller 7 ark) med den. Använd sedan en stift med en skarp punkt för att göra samma sak. Vilken är lättare?

Tryck på den tomma änden av din penna på din handflata. Använd nu samma kraft för att trycka på den skarpa punkten på din handflata. Vilka gör ont mer?

Varför är det lättare att genomborra en skiva av papper med en skarp stift än med en trubbig stift? Spetsen på den vassa stiftet har en mycket mindre yta än den stumma stiftens spets. Antag att området med den skarpa spetsen är a och den av den stumma spetsen är 10a. Kraften (F) du tillämpar är koncentrerad på det lilla området av den skarpa spetsen, medan den delas över det större området av trubbig spets. Kraften per enhetsarea som verkar på papperet under den skarpa spetsen är F / a, medan den under den stumma spetsen är F / (10a). Eftersom F / a är tio gånger större än F / (10a), passerar den vassa stiftet lättare genom pappersarket.

Mängden F / a, eller kraften per enhetsarea, kallas tryck.

Tryck = kraft / område

SI-trycket är Newtons per kvadratmeter (N / m ² ):

Om en kraft på 10 N verkar i ett område av 1 m ² skulle trycket således vara 10 N / m ² .

Dagliga exempel :

Så nu vet du varför skärkanterna på redskap som blad, axlar och knivar är skarpa och varför stift och nålar har skarpa punkter. Men precis som det är önskvärt att öka trycket i vissa situationer, är det nödvändigt att minska det i andra. Tänk vad som skulle hända om någon som bär stilettos försökte gå på sand eller snö. Vikten av hela kroppen som verkar på ett litet område skulle ge upphov till högt tryck, vilket gör att foten sjunker i sand eller snö.

Det är därför skidor är långa och platta genom att öka det område över vilket kroppens vikt verkar de minskar trycket och hjälper skidåkaren över snö. På samma sätt kan det faktum att kameler har stora fötter hjälper dem att gå över sand. Kan du gissa varför det gör ont att gå över stenar eller grus och varför bärare lägger en tygduk på huvudet?

Tryck som utövas av vätskor:

Du har läst att en kropps vikt är den kraft som jorden lockar till sig. En vätska har också massa och lockas av tyngdkraften. Denna vikt eller kraft verkar nedåt på behållarens botten som håller vätskan. Så trycket som utövas på behållarens botten är vikten av vätskan dividerad med basens yta. Följande aktivitet ger dig en bättre uppfattning om trycket som utövas av en vätska.

Piercera fyra hål ner på sidan av en plastflaska (eller burk). Stick en remsa med tejp över hålen och fyll i flaskan (eller burken) med vatten. Placera flaskan vid kanten av ett bord, med ett kärl på golvet under det. Skala av bandet och observera de fyra vattenstrålarna som kommer ut ur flaskan (eller burken). Jeten från det lägsta hålet kommer att resa längst bort. Om du gör de fyra hålen i samma höjd, kommer de fyra strålarna att resa samma avstånd från behållaren.

Vattenstrålen från det lägsta hålet rör sig längst, eftersom trycket som utövas av vattenspelaren är det högsta vid denna punkt. Från det avstånd som de fyra strålarna reste, borde du kunna gissa att trycket som utövas av vattnet ökar när djupet ökar.

Om du kan tänka dig att flaskan har falska baser på de fyra nivåerna, skulle A, B, C och D (bas A vara högst), du skulle inse att vikten av vatten som verkar på bas A är mycket mindre än den som verkar på basen B, och så vidare. När du gör fyra hål på samma nivå av en flaska, sträcker strålarna samma avstånd eftersom en vätska utövar samma tryck i alla riktningar vid ett visst djup.

De två saker du behöver komma ihåg om trycket som utövas av en vätska är följande:

1. Trycket som utövas av en vätska ökar med djup.

2. En vätska utövar samma tryck i alla riktningar vid ett visst djup.

Mätning av vätsketryck:

En manometer är ett instrument som används för att mäta tryckskillnader. Du kan göra en enkel manometer och använda den för att se hur vätsketrycket förändras med djupet. Fixa ett U-rör (du måste köpa en, eller låna en från ditt laboratorium) på ett bräda som visas i figur 8.13 (a) och fylla hälften med vatten. Du kommer att se att vattennivån är densamma i båda U-rörets armar. Detta är din manometer. Slip ena änden av ett 1-m gummislang över ena änden av U-röret och fäst en tratt i den andra änden av gummiröret.

Dra en tunn ballong över trappans mun och fixa den med tråd eller ett gummiband. Om du trycker på den utsträckta ballongen med ett finger, kommer vattennivån i U-rörets arm A att falla och nivån i arm B kommer att stiga, som visas i figur 8.13 (b). Skillnaden i höjderna i vattnet i de två armarna är ett mått på det tryck du applicerar med ditt finger.

Därefter sänk tratten långsamt i en hink vatten, som visas i figur 8.13 (c). Skillnaden mellan vattenhöjderna i din manometerets två armar ökar när tratten går djupare in i hinken med vatten. Detta visar att trycket ökar med djupet av en vätska.

Om du böjer gummiröret så att trattans yta är vertikalt, som visas i figur 8.13 (d), och roterar det på samma nivå av vatten, kommer trycket som indikeras av manometern att förbli stadigt. Detta visar att vid ett givet djup trycket i en vätska är samma i alla riktningar.

Atmosfärstryck:

Du vet att vi är omgivna av en filt av luft. Denna luft har massa och lockas av tyngdkraften. Så, utövar inte denna luft tryck? Ja, det gör det, eftersom följande aktivitet visar dig. Fyll hälften av en tom metallburk (du kan använda en läskkork) med vatten.

Värm den tills vattnet kokar. Ta av burken från flamman och stäng locket ordentligt. (Om du använder en läsk, kan du använda tejp för att försegla öppningen.) Placera burken under en kran och sätt på kranen (var försiktig när du hanterar den heta burken). När kanen svalnar blir den krossad. Om uppvärmning en burk är besvärlig, häll hett vatten i en plastflaska och skruva på locket. Häll sedan iskallt vatten över flaskan. Flaskan blir krossad.

Varför blir burken (eller flaskan) krossad? För det första driver ångan från det kokande vattnet ut luften. När du stänger locket och kyler burken (eller flaskan) kondenserar ångan och lämnar tomt utrymme. Lufttrycket, som du normalt inte känner, verkar på alla sidor av burken och gör det till grottan.

Varför kan en tom inte grotta i normalt? Eftersom det är fullt av luft och lufttrycket på burkens ytteryta balanseras av lufttrycket på dess inre yta. Och varför känner du inte vikten av flera hundra kilo luft som trycker på dig (vikten av denna luft är ungefär lika med den hos en elefant)? Detta beror på att trycket inuti din kropp är lika med trycket som utövas av luft på kroppens yttre yta.

Låt oss överväga några fler exempel. Varför tror du att en ballong brister när alltför mycket luft pumpas in i det? När du pumpar luft i en ballong ökar trycket inuti (som verkar på ballongens vägg). Detta ökar ballongen i storlek eller volym. Då kommer en punkt när ballongens material inte kan sträcka sig längre. Om du ökar trycket ytterligare genom att pumpa i mer luft, exploderar ballongen.

Försök att trycka ett tomt glas (eller mugg) i en hink med vatten. Känner du motstånd? Det är trycket som utövas av luften som fångas inuti glaset (eller mugg). Överraska dina vänner med dessa aktiviteter och försök att förklara dem. Se figurerna 8.15 och 8.16 för tips.

1. Fyll ett glas med vatten och täck det med en dalbana. Invertera glaset. Rutschbanan kommer att hålla fast vid glaset och vattnet kommer inte att spillas.

2. Pipa ett hål nära botten av en tom burk och täck hålet med tejp. Fyll burken med vatten Dra en ballong över burkens mun. Håll burken över en diskbänk och ta bort bandet som täcker hålet. När vattnet löper ut ur hålet trycks ballongen in i burken.