Dane informacyjne

2. Dane informacyjne • Nazwa szkoły: • Gimnazjum im. Stefana i Agatona Gillerów w Opatówku • Gimnazjum im. Adama Mickiewicza w Drawsku Pomorskim • ID grupy: • 98/79_mf_g1; 98/11_mf_g1 • Kompetencja: • Matematyka i fizyka • Temat projektowy: • Ciśnienie wokół nas • Semestr III / Rok szkolny 2010/11

3. Ciśnienie wokół nas

4. Plan prezentacji • Prawie wszystko o ciśnieniu • Trochę historii • Nasze doświadczenia i obserwacje • Podsumowanie

5. Prawie wszystko o ciśnieniu

6. Jak określamy ciśnienie? Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa. gdzie: p – ciśnienie Fn – składowa siły prostopadła do powierzchni S – powierzchnia Ciśnienie bezwzględne (absolutne) jest określane względem próżni. Ciśnienie względne jest określane w zależności do ciśnienia otoczenia.

7. Jednostki ciśnienia w układzie SI Ciśnienie w układzie SI wyrażamy w paskalach (Pa). 1 hektopaskal (1 hPa) = 100 Pa 1 kilopaskal (1 kPa) = 1000 Pa 1 megapaskal (1MPa) = 1000000 Pa Nazwa paskal pochodzi od nazwiska francuskiego fizyka Blaise'a Pascala.

8. Inne jednostki ciśnienia

9. Przyrządy pomiarowe

10. Barometr sprężynowy. Manometr. Sfigmomanometr rtęciowy. Barograf stacjonarny. Mikromanometr.

11. Pompa próżniowa • Jest to najprostsza mechaniczna pompa próżniowa, urządzenie do rozrzedzania powietrza czyli uzyskiwania tzw. próżni. Oczywiście idealnej próżni osiągnąć się nie da, można jedynie usunąć większość cząsteczek.Silnik elektryczny napędza pompę rotacyjną działająca odwrotnie do sprężarki, której obracający się wirnik usuwa powietrze spod szklanego klosza. Przy pomocy pompy próżniowej można pokazać kilka doświadczeń: zwiększanie się objętości zawiązanego balonu,, wrzenie pod obniżonym ciśnieniem lub działanie siły wyporu w powietrzu.

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

13. Ciśnienie akustyczne • 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).

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

15. Przebieg ciśnienia atmosferycznego Ciśnienie atmosferycznie ulega nieprzerwanym zmianom. Jest to związane z nieprzerwanymi zmianami wysokości słupa atmosfery, jej gęstości (zmiany temperatury) i występującymi ruchami powietrza. Zmiany ciśnienia wraz z wysokością na pierwszych 2000 m od powierzchni morza zachodzą szybko - przy wzroście wysokości o około 8 m ciśnienie atmosferyczne maleje o 1 hPa W normalnych warunkach ciśnienie atmosferyczne wynosi 1013,25hPa.

16. 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 (h) i gęstości cieczy (ρ). • p=ρ g h • Całkowite ciśnienie panujące w cieczy jest sumą ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia zewnętrznego. W przypadku zbiorników otwartych ciśnienie zewnętrzne jest ciśnieniem atmosferycznym.

17. Ciśnienie tętnicze • Ciśnienie tętnicze – 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.

18. Trochę historii

19. Blaise Pascal (1623 – 1662) Był niezwykle uzdolnionym dzieckiem, wyedukowanym przez ojca. Jego wczesne dzieła powstawały spontanicznie, lecz w istotny sposób przyczyniły się do rozwoju nauki. W 1648 roku opublikował wyniki swoich doświadczeń i sformułował prawo, dotyczące ciśnienia w cieczach i gazach. Odkrył zasadę naczyń połączonych i zastosował barometr do pomiaru wysokości. Był również uznanym matematykiem i filozofem. Miał on znaczący wkład w konstrukcję mechanicznych kalkulatorów. Prawo Pascala: Ciśnienie działające z zewnątrz na płyn (gaz, ciecz) jest przenoszone we wszystkich kierunkach jednakowo.

20. Historyczne doświadczenie Pascala Beczka była tak szczelna, że nie przepuszczała ani kropli wody. Do wieka beczki przymocował długą wąską rurkę, sięgającą do drugiego piętra budynku. Rurka była tak wąska, że mogła pomieścić zaledwie około 2 litry wody. Rurkę bardzo powoli i ostrożnie napełniał wodą. Początkowo nic się nie działo. Gdy jednak poziom wody w rurce wzrastał klepki w beczce zaczęły się rozsuwać pod naporem wody i beczka zaczęła przeciekać. Niezwykłość tego doświadczenia budziła podziw. Wartość parcia w doświadczeniu na dno i ściany beczki Pascala wynosiła aż 120 000 N. Nic więc dziwnego, że beczka Pascalowi pękła!!!

21. Półkule magdeburskie W 1654 burmistrz Magdeburga Otto von Guericke w obecności księcia pruskiego Fryderyka Wilhelma przeprowadził doświadczenie, podczas którego dokładnie przylegające do siebie półkule zostały opróżnione z powietrza za pomocą pompy tłokowej. Po wypompowaniu powietrza z wnętrza kuli obydwa jej segmenty przylegały do siebie tak mocno, że osiem par koni z wielkim wysiłkiem spowodowało ich rozerwanie. Guericke udowodnił nie tylko istnienie próżni, ale również istnienie ciśnienia atmosferycznego, które działając na półkule o dużych powierzchniach powoduje ich trwałe połączenie.

22. Doświadczenie Torricellego Doświadczenieprzeprowadzone w 1643 r. przez Torricellego, ucznia Galileusza. polegało na napełnieniu metrowej probówki rtęcią. Próbówkę tę wprowadza się denkiem do góry do szerszego naczynia z rtęcią, aby naczynia utworzyły zespół połączony. W wyniku parcia rtęci część płynu wypływa z probówki. Ponad rtęcią tworzy się "próżnia Torricellego". Wysokość pozostającego słupa rtęci jest niezależna od długości rurki, a jest zależna od ciśnienia atmosferycznego. Eksperyment wykazał, że normalne ciśnienie atmosferyczne równoważy ciśnienie hydrostatyczne wywierane przez 0,76 m słupa rtęci (1013 hPa). Obserwacje wysokości słupa wykazały, że ciśnienie atmosferyczne zmienia się. Skonstruowany na tej zasadzie przyrząd służący do pomiaru ciśnienia atmosferycznego nazwany jest barometrem rtęciowym.

23. Nasze doświadczenia i obserwacje

24. Zależność wysokości słupa cieczy od ciśnienia hydrostatycznego Przyrządy: butelka po napoju, taśma klejąca, głęboka taca. 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 miednicą ( lub tacą ), zrywamy taśmę, zaczynając od dołu. Obserwujemy zasięg wypływających strumieni. Wniosek: Im większa wysokość słupa cieczy, tym większa wartość ciśnienia hydrostatycznego.

25. Badanie ciśnienia hydrostatycznego w oparciu o program umieszczony na stronie www. zamkor.pl Ta symulacja pokazuje pomiar ciśnienia w cieczy za pomocą manometru otwartego. Górną ściankę czerwonego pojemnika stanowi membrana, która pod wpływem ciśnienia się odkształca. Odpowiednio do tego odkształcenia wzrasta ciśnienie powietrza w pojemniku i dołączonej do niego różowej rurce, zatem powietrze to mniej lub bardziej wypycha ciecz w U-rurce. Jeśli pojemnik zanurzymy w cieczy, różnica poziomów cieczy w prawym i lewym ramieniu U-rurki wskazuje ciśnienie hydrostatyczne.

26. Tabela pomiarów i wnioski • Ciśnienie hydrostatyczne zależy od głębokości i gęstości cieczy. • Przy wzroście głębokości o każdy centymetr ciśnienie hydrostatyczne • wody wzrasta o około 1 hPa, • rtęci wzrast około 13 hPa, • nafty wzrasta około 0,80 hPa.

27. Opowiadanie Sregiusza o ciśnieniu w butelce • Kiedy piłem wodę, nie wpuszczałem do środka powietrza, przez co ciśnienie w butelce malało, i dzięki temu otrzymaliśmy podciśnienie, które spowodowało, że butelka się zgniotła. • Gdybym pozwolił aby powietrze docierało do butelki – albo zrobił dziurkę – butelka nie zmieniłaby swojego kształtu, gdyż ciśnienie również by się nie zmieniło.

28. 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.

29. Wniosek: Ciśnienie atmosferyczne wcisnęło jajko do środka butelki, bo w butelce powstało podciśnienie.

30. Obserwacja balonu pod kloszem pompy próżniowej • Wkładamy balon do pompy próżniowej i włączamy ją. • Można zauważyć, że balon zwiększa swoją objętość. Im dłużej go tam zostawimy tym staje się większy. Po otwarciu pompy próżniowej balon wraca do pierwotnej postaci.

31. Mierzymy ciśnienie w oponach samochodowych Prawidłowy poziom ciśnienia zalecany przez producenta bezpośrednio wpływa na przyczepność auta i związaną z tym drogę hamowania, a także na komfort jazdy. 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 Ciśnienie w oponach należy sprawdzać regularnie, raz w miesiącu, a także przed każdym wyjazdem w dłuższą podróż. Ciśnienie należy sprawdzać przy zimnych oponach. Opony podczas jazdy nagrzewają się i ciśnienie rośnie.

32. Zalecane wartości ciśnienia powietrza w kołach samochodów naszych rodziców 1 bar =105 Pa

33. Doświadczenie potwierdzające istnienie ciśnienia atmosferycznego Szklankę napełniamy wodą aż do zrównania poziomu wody z krawędzią szklanki. Nakrywamy kawałkiem papieru. Dociskając papier dłonią, odwracamy szklankę do góry dnem i usuwamy dłoń. 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.

34. Wciąganie balonika do butelki Pomoce : gumowy balonik, plastikowa butelka po wodzie mineralnej. Przebieg doświadczenia: . Za pomocą gwoździa zrobiłam w butelce otwór w pobliżu jej dna i zakleiłam go taśmą klejącą lub plastrem. 2. Nalałam do butelki wody (prawie do pełna). 3. Na szyjkę butelki nałożyłam nienadmuchany gumowy balonik. 4. Odkleiłam przylepioną uprzednio taśmę (nad zlewozmywakiem). Wynik: Balonik został wciągnięty do butelki Wniosek: Stało się to, ponieważ ciśnienie atmosferyczne miało większa wartość, niż ciśnienie w butelce.

35. Lekka implozja puszki Przyrządy: puszka aluminiowa, taśma klejąca, woda, palnik. Przebieg doświadczenia: Otwieramy puszkę i zaklejamy jej wylot taśmą. W taśmie robimy dwie małe dziurki. Puszkę ogrzewamy nad palnikiem i po krótkim czasie, gdy para wypełni puszkę, szybko wkładamy ją do zimnej wody. Wynik: Puszka została zgnieciona Wniosek: Po włożeniu puszki do zimnej wody ciśnienie wewnątrz zmalało.

36. Podsumowanie Podczas zajęć zdaliśmy sobie sprawę, że dzięki ciśnieniu atmosferycznemu panującemu wokół nas możemy żyć na Ziemi. Zgromadzona wiedza pozwoliła nam stwierdzić, że bez ciśnienia nie mógłby funkcjonować nasz organizm oraz nie działałoby wiele urządzeń np. hamulce, podnośniki itd.

37. Źródła informacji: http://www.jednostki.adgraf.net/jednostki_cisnienia.php http://ocean.am.gdynia.pl/ http://fizyka.zamkor.pl/kategoria/66/doswiadczenia-juliusza-domanskiego/ http://pl.wikipedia.org/ Podręczniki do fizyki wydawnictwa Nowa Era i WSiP