Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)

2. Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) • Nazwa szkoły: • Zespół Szkół w Ludomach • ID grupy: 98-33-MF-G2 • Opiekun: Magdalena Nogalska • Kompetencja: • Fizyczno- matematyczna • Temat projektowy: • Ciśnienie wokół nas • Semestr/rok szkolny: • Semestr V/ rok szkolny 2011/2012

3. Cele projektu: • Kształcenie umiejętności samodzielnego korzystania z różnych źródeł informacji, gromadzenie, selekcjonowanie i przetwarzanie zdobytych informacji, doskonalenie umiejętności prezentacji zebranych materiałów, rozwijanie własnych zainteresowań, samokształcenie, wyrabianie odpowiedzialności za pracę własną i całej grupy, kształcenie umiejętności radzenia sobie z emocjami oraz godnego przyjmowania niepowodzeń i ich właściwej interpretacji. • W zakresie rozwinięcia umiejętności pracy w grupach: układania harmonogramów działań; planowania i rozliczania wspólnych działań; przekonywania członków grupy do proponowanych rozwiązań w celu wspólnej realizacji planowanych działań, przewidywanie trudności w realizacji projektu i radzenia sobie z nimi.

4. Ciśnienie wokół nas…

5. wstęp • Celem naszego projektu było poznanie zjawiska fizycznego jakim jest ciśnienie. Wiemy, że jest ono wokół nas. Badaliśmy m.in. ciśnienie hydrostatyczne i atmosferyczne. Staraliśmy się zrozumienie przebiegu zjawisk zachodzących w cieczach i gazach. Ciekawe okazało się sformułowanie prawa Pascala i Archimedesa i podanie przykładów ich zastosowań. Zapoznaliśmy się z badaczami ciśnienia. Poznaliśmy i zrozumieliśmy wzory. Przede wszystkim interesowało nas zrozumienie praktycznych zastosowań wiedzy o ciśnieniu. Niniejsza praca jest owocem naszej semestralnej pracy.

6. CO TO JEST CIŚNIENIE? Siłę nacisku F ciała, która działa na powierzchnię S nazywamy parciem. Siła parcia jest zawsze prostopadła do powierzchni, na którą działa. Siłę działającą na jeden metr kwadratowy powierzchni nazywamy ciśnieniem - p.

7. Co to jest ciśnienie? • Ciśnienie może być określone względem próżni – tzw. ciśnienie bezwzględne czyli absolutne, lub względem ciśnienia w otoczeniu – nadciśnienie (lub ciśnienie względne, jednak ten termin jest dwuznaczny).

8. Wzory Ciśnienie F– siła parcia, (w niutonach N), lub N siła nacisku (w niutonach N)p – ciśnienie (w paskalach Pa)S – pole powierzchni (w m2) Ciśnienie hydrostatyczne p – gęstość cieczy g – przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne) h – głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego) Siła wyporu F - siła ρ – gęstość ośrodka, w którym znajduje się ciało g – przyspieszenie grawitacyjne, zazwyczaj przyjmuje się przyspieszenie ziemskie V – objętość wypieranego płynu równa objętości części ciała zanurzonego w płynie.

9. WŁAŚCIWOŚCI CIŚNIENIA! Zastanawiałeś się kiedyś dlaczego do wspinaczki górskiej zakłada się raki, które mają kolce? Albo po co ludzie zakładają narty gdy idą po śniegu? No to po kolei. Raki zakłada się, aby buty mocno wbijały się w podłoże. Dlaczego tak się dzieje? Ponieważ ciśnienie jest zależne od siły nacisku oraz powierzchni na jaką działa siła. Im ta powierzchnia mniejsza - tym większe ciśnienie jest wywierane na podłoże. Więc kolce łatwo wbijają się w lód, a narty pozwalają nie zapadać się na śniegu.

10. Jednostki ciśnienia, Przelicznik Jednostek

11. Urządzenia do mierzenia ciśnienia • Do pomiaru ciśnienia wykorzystuje się manometry, barometry, barografy, mikromanometry, sfigmomanometry • .

12. Badacze ciśnienia

13. Blaise Pascal Jednym z najwybitniejszych przedstawicieli badaczy związanych z ciśnieniem był Blaise Pascal. • Blaise Pascal (pol. Błażej Pascal), (ur. 19 czerwca 1623 w Clermont-Ferrand; zm. 19 sierpnia 1662 w Paryżu) – francuski matematyk, fizyk i filozof religii. Był niezwykle uzdolnionym dzieckiem, wyedukowanym przez ojca. Jego wczesne dzieła powstawały spontanicznie, lecz w istotny sposób przyczyniły się do rozwoju nauki. Miał on znaczący wkład w konstrukcję mechanicznych kalkulatorów i mechanikę płynów; sprecyzował także pojęcia ciśnienia i próżni, uogólniając prace Torricelliego. W swoich opracowaniach bronił metody naukowej.

14. Główne osiągnięcia: • - sformułował Prawo Pascala dotyczące ciśnienia atmosferycznego i hydrostatyki. - jeden z twórców rachunku prawdopodobieństwa. - stworzył podwaliny do dalszych prac nad rachunkiem różniczkowym. - opracował zasadę indukcji materiałów.

15. Prawo Pascala • Prawo Pascala - jeżeli na płyn (ciecz lub gaz) w zbiorniku zamkniętym wywierane jest ciśnienie zewnętrzne, to (pomijając ciśnienie hydrostatyczne) ciśnienie wewnątrz zbiornika jest wszędzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrznemu. • Prawo to zostało sformułowane w połowie XVII w.przez Blaise'a Pascala, jest prawdziwe wówczas, gdy można pominąć siły grawitacji i inne siły masowe oraz ciśnienia wywołane przepływem płynu. Prawo to wynika z tego, że cząsteczki płynu mogą poruszać się w dowolnym kierunku, wywieranie nacisku z jednej strony zmienia ruch cząstek we wszystkich kierunkach. • Wersja uproszczona: • Ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz lub gaz znajdujące się w naczyniu zamkniętym rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach.

16. archimedes Archimedes urodził się około 287 r. p.n.e. Pochodził z rodziny o tradycjach naukowych. Ojciec jego był astronomem, krewnym zaś tyran Syrakuz, Hieron, znany mecenas nauki i sztuki. Przez pewien czas Archimedes pobierał nauki w słynnej już wtedy Aleksandrii . Tam zetknął się z wybitnymi uczonymi, z którymi przez całe życie utrzymywał ożywione stosunki. Resztę życia spędził Archimedes w Syrakuzach ciesząc się niezwykłym szacunkiem i życzliwością swych współobywateli.. Zginął w 212 r.p.n.e. z rąk rzymskiego żołdaka po upadku miasta, w czasie pracy naukowej. Podobno w ostatnich słowach prosił swego zabójcę, by nie niszczył rysunku, nad którym rozmyślał.

17. Dorobek badawczy archimedesa • Archimedes jest autorem szeregu niezwykle głębokich i oryginalnych prac z dziedziny matematyki i tym różni się od Euklidesa, który zasłyną raczej jako systematyk przed nim stworzonej wiedzy. Prace Archimedesa dotyczą obliczania objętości pól figur, ograniczonych krzywymi i objętości brył, ograniczonych dowolnymi powierzchniami, czym wsławił się jako prekursor rachunku całkowego, powstałego w dwa tysiące lat później. Dowód, że stosunek objętości kuli do objętości opisanego na niej walca wyraża się stosunkiem liczb 2:3, uważał podobno za najważniejsze swoje odkrycie i prosił przyjaciół o umieszczenie tego na nagrobku. Uzyskał najlepsze z dotychczasowych wyniki związane z tradycyjnym problemem kwadratury koła: równe polu trójkąta prostokątnego o przyprostokątnych równych obwodowi i promieniowi koła pr2. Pole koła ma się do pola opisanego na nim kwadratu jak 11:14. Stosunek obwodu koła do jego średnicy jest zawarty między liczbami 31/7 i 310/71. Wymienione zagadnienia stanowią tylko drobną część twórczości Archimedesa.

18. Wynalazki Archimedesa : • śruba Archimedesa • przenośnik ślimakowy • zegar wodny • organy wodne • machiny obronne • udoskonalił wielokrążek i zastosował go do wodowania statków

19. Prawo archimedesa • Archimedes (Wersja współczesna: Na ciało zanurzone w płynie (cieczy, gazie lub plazmie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła ta jest wypadkową wszystkich sił parcia płynu na ciało. • Stara wersja prawa: Ciało zanurzone w cieczy lub gazie traci pozornie na ciężarze tyle, ile waży ciecz lub gaz wyparty przez to ciało.)

20. EvangelistaTorricelli • (ur. 15 października 1608 w Faenzy, zm. 25 października 1647 we Florencji) – włoski fizyk i matematyk. • Jako młody chłopak Torricelli został oddany pod naukową opiekę wuja, który był mnichem w zakonie kamedułów. Dzięki jego staraniom wyjechał w 1627 roku do Rzymu studiować nauki pod kierunkiem benedyktyna Benedykta Castellego, profesora matematyki w tamtejszym Collegio di Sapienza. • Za pośrednictwem Castellego nawiązał kontakt z Galileuszem i przeniósł się do Florencji, gdzie przez trzy ostatnie miesiące życia wielkiego uczonego pełnił rolę jego sekretarza. • Po śmierci Galileusza Torricelli został nadwornym matematykiem księcia Florencji i profesorem matematyki na tamtejszej akademii.

21. Dzieło Torricellego w zakresie matematyki i fizyki • Studia nad traktatem Galileusza Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze (Dialogi i dowodzenia matematyczne z zakresu nowych umiejętności) nasunęły mu pomysł udoskonalenia wielu przedstawionych tam urządzeń – Swoje koncepcje zebrał i opisał w księdze De motu (O ruchu), wydanej razem z jego Opera geometrica (Dzieła matematyczne) w 1644. • W roku 1643 przeprowadził doświadczenie z zatopioną na jednym końcu rurką zanurzoną w rtęci, które stało się podstawą do skonstruowania barometru rtęciowego. Przeprowadzenie tego doświadczenia i podanie zasady jego działania umocniło jego reputację wśród współczesnych a jego nazwisko zapisało się na trwale w historii nauki (puszka Torricellego, próżnia Torricellego, prawo Torricellego). Jednostka ciśnienia tor nosi nazwę dla upamiętnienia jego zasług. • Torricelli odkrył również figurę zwaną rogiem Gabriela. Figura ta ma skończoną objętość, natomiast jej powierzchnia boczna jest nieskończona – co oznacza, że do pomalowania rogu z zewnątrz potrzeba nieskończonej ilości farby. Jednak w puszce mieści się tylko jej skończona ilość... Ten paradoks był w owych czasach trudny do wyjaśnienia (sam Torricelli sprawdzał swe obliczenia wielokrotnie) i wywołał zaciekłe dyskusje na temat "natury nieskończoności", w których uczestniczył między innymi Hobbes.

22. Rodzaje ciśnień • ciśnienie akustyczne • ciśnienie atmosferyczne • ciśnienie hydrostatyczne • ciśnienie tętnicze

23. Ciśnienieakustyczne • Ciśnienie akustyczne – zmienne w czasie odchylenie od średniej wartości ciśnienia statycznego panującego w ośrodku, występujące podczas rozchodzenia się w nim fali akustycznej. • Najmniejsze ciśnienie akustyczne, które wywołuje u człowieka wrażenie słuchowe wynosi 2·10-5 Pa. Jest to ciśnienie odniesienia, oznaczane p0. • Ponieważ słuch ludzki reaguje na bodźce w sposób logarytmiczny, ciśnienie akustyczne wyraża się często w skali logarytmicznej (w decybelach).

24. Ciśnienie atmosferyczne • Ciśnienie atmosferyczne – stosunek wartości siły, z jaką słup powietrza atmosferycznego naciska na powierzchnię Ziemi, do powierzchni, na jaką ten słup naciska (por. ciśnienie). Wynika stąd, że w górach ciśnienie atmosferyczne jest niższe a na nizinach wyższe, ponieważ słup powietrza ma różne wysokości

25. Ciśnienie a pogoda • Na podstawie średniej wielkości ciśnienia atmosferycznego na Ziemi na poziomie morza wprowadzono jednostkę ciśnienia – atmosferę – równą 1013,25 hPa. Ciśnienie atmosferyczne może się jednak zmieniać pod wpływem zjawisk pogodowych.

26. Ciśnienie i wysokość • Ciśnienie powietrza zmienia się w przybliżeniu wykładniczo wraz z wysokością n.p.m. Powietrze staje się coraz rzadsze i chłodniejsze. Przykładowo, ciśnienie na wierzchołku Mount Everest (8 848 m n.p.m.) wynosi ok. 310 hPa. Natomiast połowa ciśnienia z poziomu morza, czyli 500 hPa, występuje na wysokości ok. 5600 m n.p.m. Ciśnienie rzeczywiste przeliczone do wysokości poziomu morza nazywa się ciśnieniem znormalizowanym.

27. Półkule magdeburskie • metalowe półsfery umożliwiające wykonanie słynnego doświadczenia przeprowadzonego przez  Otto von Guericka w 1654 w  Magdeburgu, w którym wykorzystano dwie półsfery metalowe o średnicy 42 cm każda, o starannie zeszlifowanych krawędziach. Półsfery zostały połączone ze sobą i uszczelnione, następnie wypompowano ze środka powietrze. Okazało się, że do rozerwania półsfer potrzebne było 16 koni, była to bardzo widowiskowa demonstracja istnienia ciśnienia atmosferycznego. Eksperyment powtórzono w Berlinie w 1663, z udziałem aż 24 koni.

28. Ciśnienie Hydrostatyczne • Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym. Analogiczne ciśnienie w gazie określane jest mianem ciśnienia aerostatycznego. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

29. Studnia artezyjska • studnia, powstająca przez wywiercenie otworu do wód artezyjskich – głęboko położonych warstw wodonośnych, w których woda znajduje się pod ciśnieniem hydrostatycznym. Woda z takiego odwiertu wypływa samoczynnie, niekiedy jest pod dużym ciśnieniem (rzędu nawet kilkudziesięciu atmosfer).

30. Ciśnienie a grawitacja • Grawitacja w przypadku obu rodzajów ciśnień – hydrostatycznego i aerostatycznego – wywołuje zmianę ciśnienia w zależności od głębokości – im niżej tym większe ciśnienie. Jest ono skutkiem nacisku (ciężaru) ze strony słupa płynu położonego nad danym punktem – im wyższy słup, typ większy nacisk. Np. na Ziemi ciśnienie w wodzie (ciśnienie hydrostatyczne) zwiększa się co 10 m o jedną atmosferę techniczną. Ciśnienie powietrza na poziomie morza jest równe atmosferze fizycznej, jest ona w przybliżeniu równa atmosferze technicznej. Wynika stąd, że ciężar słupa powietrza nad powierzchnią ziemi jest w przybliżeniu równy ciężarowi słupa wody o wysokości 10 m (10 ton wody na metr kwadratowy). • W celu obliczenia wartości ciśnienia hydrostatycznego posługujemy się wzorem: • p = ρcieczy · g· h

31. Barometr hydrostatyczny • przyrząd do pomiaru ciśnienia atmosferycznego przy wykorzystaniu zjawiska próżni Torricellego. Określany jest także mianem barometru rtęciowego. Ma postać zamkniętej z jednej strony szklanej rurki o długości około 900 mm i średnicy około 10 mm wypełnionej cieczą roboczą, którą z racji dużej gęstości jest rtęć. W zamkniętej przestrzeni rurki ponad rtęcią jest próżnia. Ciśnienie atmosferyczne działające na rtęć poprzez otwarty koniec rurki powoduje jej przemieszczanie w górę lub w dół - zmianę wysokości słupa rtęci. Przykład: gdy ciśnienie atmosferyczne wzrasta powoduje podnoszenie się poziomu rtęci, co jest odczytywane jako zmiana dodatnia ciśnienia na skali w mm słupa rtęci (mm Hg) lub hektopaskalach (hPa). • Występują barometry hydrostatyczne naczyniowe (a) i lewarowe (b).

32. Zasada działania barometru

33. Ciśnienie tętnicze • (ang. blood pressure – BP) – ciśnienie wywierane przez krew na ścianki tętnic, przy czym rozumie się pod tą nazwą ciśnienie w największych tętnicach, np. w tętnicy w ramieniu. Jest ono wyższe niż ciśnienie krwi wywierane na ścianki żył.

34. DOŚWIADCZENIA

35. Doświadczenie potwierdzające istnienie ciśnienia atmosferycznego Do naczynia nalewamy wody, aż do zrównania z krawędzią Następnie nakrywamy kartonikiem, a następnie płytką aluminiową. Odwracamy szklankę dnem do góry. Obserwacje: Kartonik wybrzuszy się, powietrze rozprężą się, a dla płytki nie . Nawet gdy przekłujemy kartonik w wielu miejscach woda się nie wyleje. Wniosek: Od dołu szklanki jest wywierane ciśnienie atmosferyczne równoważne ciśnieniu wywieranemu przez słup rtęci o wysokości około 760 mm Hg. wodę. Ponieważ gęstość rtęci jest około 13 razy większa od gęstości wody łatwo obliczyć, że szklanka mogłaby być wielokrotnie wyższa, a siła parcie atmosferycznego utrzymałaby w niej wodę.

36. Jak wcisnąć jajko do butelki? Pomoce: ugotowane na twardo jajko, butelka o średnicy nieco mniejszej od jajka, denaturat. Przebieg doświadczenia: Zapalamy skrawek papieru i wrzucamy do butelki. Gdy papier zgaśnie przykładamy jajko do wylotu butelki. Wynik: Po chwili jajko wślizguje się do środka. Wniosek: Ciśnienie atmosferyczne wcisnęło jajko do środka butelki, bo w butelce powstało podciśnienie.

37. Zasada działania pompy ssącej • strzykawka • naczynie z wodą Przebieg: Ciągnąć za tłok stwierdzamy wchodzenie wody. Dla zwiększenia efektu nałożyłam na strzykawkę wężyk . Wysokość słupa wody było znacznie większa.

38. Ciśnienie w oponach samochodowych Warto pamiętać, że złe ciśnienie ma wpływ na bezpieczeństwo jazdy. Może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń opony w tym do jej pęknięcia w trakcie jazdy. Czy może zakończyć się pęknięcie, na pewno każdemu łatwo sobie wyobrazić, np. dachowaniem, zderzeniem czołowym itd. Nieodpowiedni poziom ciśnienia w oponach to także zwiększone koszty eksploatacji pojazdu. Samochód jadący na oponach ze zbyt niskim ciśnieniem spala więcej paliwa a i żywotność takich opon znacznie się skraca Producenci zaznaczają, żeby pomiaru dokonywać zawsze na zimnych oponach. Jeśli mierzymy na ciepłych, to należy pompować do wyższego ciśnienia. Powietrze podobnie jak większość gazów, pod wpływem temperatury zwiększa ciśnienie.

39. Zalecane wartości ciśnienia powietrza w kołach samochodów wybranych marek 1 bar =105 Pa

40. Lekka implozja puszki Przyrządy: puszka aluminiowa, taśma klejąca, woda, palnik. Przebieg doświadczenia: Pustą puszkę po pepsi zaklejamy taśmą. W taśmie robimy dwie małe dziurki. Następnie ogrzewamy puszkę i po pewnym czasie szybko wkładamy ją do zimnej wody. Wynik: Puszka została zgnieciona Wniosek: Po włożeniu puszki do zimnej wody ciśnienie wewnątrz zmalało.

41. Dlaczego tak się dzieje? • Podgrzewając aluminiową puszkę, podgrzewamy również powietrze i wodę w jej wnętrzu. Wraz ze wzrostem temperatury woda na dnie paruje coraz intensywniej i para wodna całkowicie wypełnia puszkę, wypychając nadmiar powietrza i pary wodnej przez otwór u wylotu puszki. Po włożeniu puszki do zimnej wody temperatura wewnątrz gwałtownie się obniża, a znajdująca się w środku para wodna skrapla się. Odwrócenie puszki do góry dnem gwarantuje utrzymanie tej samej liczby cząstek powietrza wewnątrz puszki w trakcie schładzania.

42. Działalność podciśnienia • Ustalamy co powoduje, że jajko zostaje wciągnięte do butelki . Potrzebne przyrządy Butelka z nieszeroką szyjką by jajko nie wpadło do butelki, zapałki oraz ugotowane i obrane jajko, kawałek papieru Przebieg Zapalamy kartkę papieru i wrzucamy do butelki. I następnie umieszczamy na szyjce butelki jajko i czekamy . Obserwacja zapałka gaśnie, a po chwili jajko w całości zostaje wciągnięte do środka butelki.

43. wniosek • Ogień, aby się palił potrzebuje tlenu, tak jak nasza zapałka. Kiedy zapałka się pali, a jajko jest umieszczone na szyjce butelki, to owa zapałka potrzebuje tlenu by dalej się palić. Powoduje to powstanie podciśnienia [gdyż zapałka pochłonęła całą ilość tlenu, która była w butelce], a następnie wciągnięcie jajka do środka

44. Przyrządy: • Strzykawka • Szklanka Wrzenie pod zmniejszonym ciśnieniem Zagotowałam wodę Wlałam do szklanki Strzykawką nabrałam wodę ze szklanki Obserwowałam z koleżankami i kolegami wrzenia pod zmniejszonym ciśnieniem

45. Zależność wysokości słupa cieczy od ciśnienia hydrostatycznego Przyrządy: butelka po napoju, taśma klejąca, wiaderko. Przebieg doświadczenia: Bierzemy dużą plastikową butelkę po napoju .Wzdłuż linii pionowej robimy otwory w odstępach ( co najmniej 2 cm ). Zalepiamy taśmą i nalewamy wodę. Trzymając butelkę nad wiadrem, zrywamy taśmę, zaczynając od dołu. Obserwujemy zasięg wypływających strumieni. Wniosek: Im większa wysokość słupa cieczy, tym większa wartość ciśnienia hydrostatycznego.

46. Obserwacja prawa pascala • Przyrządy: piłeczka pingpongowa i strzykawka. • Opis: W piłeczce robimy kilka dziurek i nabijamy ją na strzykawce w sposób pokazany na rysunku. Następnie, zanurzamy ją w naczyniu inabieramy wody. Naciskamy tłok. • Wynik: Woda tryska z dziurek na wszystkie

47. Wniosek: • Woda pod wpływem ciśnienia zewnętrznego wylewa się równomiernie ze wszystkich otworów. Świadczy to o tym, że zewnętrzne ciśnienie rozchodzi się tak samo we wszystkich kierunkach. Podobny efekt możemy zaobserwować, nadmuchując balon, którego powłoka ma stałą grubość. Balon powiększa się równomiernie we wszystkie strony. Jest to przejaw prawa sformułowanego przez Pascala

48. ZADANIA

49. Zadanie 1 Jakie ciśnienie wywiera woda na dno naczynia o wysokości 10cm, wypełnionego po brzegi? Rozwiązanie :

50. Zdanie 2 Oblicz ciśnienie na głębokości 25m, jeżeli gęstość wody wynosi 1g/cm3, a przyspieszenie ziemskie 9,84 m/s2. Cieśnienie atmosferyczne wynosi ok. 10^5 Pa. Rozwiązanie :