Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 58 im. Jana Nowaka Jeziorańskiego w Poznaniu

2. Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 58 im. Jana Nowaka Jeziorańskiego w Poznaniu • ID grupy: 98/62_MF_G2 • Kompetencja: matematyczno- fizyczna • Temat projektowy: Ciśnienie wokół nas • Semestr/rok szkolny: semestr zimowy ; 2010/2011

3. Definicja ciśnienia Jest to stosunek siły nacisku (parcia) i powierzchni na którą ta siła działa. gdzie: p – ciśnienie , FN – siła parcia, S – pole powierzchni Jednostką ciśnienia w układzie SI jest PASCAL (Pa)

4. Siła, a ciśnienie • Oba bloki są identyczne, ale każdy z nich leży na innej ścianie. • Ich ciężary są jednakowe, a zatem siły nacisku również. • Drugi wywiera jednak większe ciśnienie, gdyż ta sama siła ciężkości rozkłada się na mniejszą powierzchnię

5. Siła nacisku wynikająca z ciężaru bloku zależy od jego masy (m) i przyspieszenia (g), które jest inne na każdej z planet i na Księżycu np. Zatem ten sam identycznie ustawiony blok znajdujący się Księżycu będzie wywierał mniejsze ciśnienie niż na Ziemi. FN= FC = mg gZiemi ≈ 9,81 m/s2 gKsiężyca ≈ 1,62 m/s2 gMarsa ≈ 3,69 m/s²

6. Jakie ciśnienie wywieramy stojąc w butach na obcasie, a jakie w butach sportowych?

7. DANE: Ss = 0,25cm2 Sb =30cm2 mc =50kg SZUKANE: p=? WZÓR: F : S = p F = m ∙ g Ss – powierzchnia buta na obcasie Sb – powierzchnia buta sportowego mc – masa człowieka ROZWIĄZANIE: F=50kg 10m/s2 = 500N Ciśnienie wywierane w butach sportowych pb =500N : 30cm2 = 500N : 0,003m2 = 1666667 Pa = 1667hPa Ciśnienie wywierane w butach na obcasie ps = 500N : 0,25cm2 = 500N : 0,000025m2 = 20000000Pa = 2000000hPa WNIOSEK: Stojąc w butach na obcasie wywieramy ciśnienie 12000 razy większe niż stojąc w zwykłym bucie

8. Jakie ciśnienie wywieramy na podłogę siedząc prawidłowo na krześle, a jakie gdy bujamy się na krawędziach 2 nóg krzesła?

9. SZUKANE: p=? mk – masa krzesła mc – masa człowieka Sn – powierzchnia nogi Skn – powierzchnia krawędzi kiwającej się nogi DANE: mk – 3kg mc – 44kg Sn – 4cm2 Skn – 2mm x 2cm = 0,4cm2 WZÓR: F : S = p F = m ∙ g ROWIĄZANIE: 3kg + 44kg =47kg F=m ∙ g=47kg ∙ 10m/s2 = 470N pn = F : Sn = 470N : (4cm2 ∙ 4) = 470N : 0,0016m2 = 293750Pa = 2937,5hPa pkn = F : Skn = 470N : (0,4cm2 ∙ 2) = 420N : 0,00008m2 = 5250000 Pa = 52500 hPa WNIOSKI:Bujając się na krześle wywieramy na podłogę ok. 18 razy większe ciśnienie, niż siedząc normalnie!

10. Dlaczego spacerowanie po piasku jest mniej bolesne niż po kamieniach? Mniejsze ciśnienie wywieramy spacerując po piasku, niż po kamieniach, a to oznacz mniejszy ból.

11. Dlaczego łatwiej ukroić chleb ostrym nożem? Im cieńsze ostrze noża (przy tej samej sile nacisku) tym większe ciśnienie i łatwiej ukroić nam chleb.

12. Podkładka pod śrubę daje pewność, że śruba nie zagłębi się w drewnianej belce.

13. Jednostki ciśnienia

14. 1 hPa (hektopaskal) = 100 Pa, 1 kPa (kilopaskal) = 1000 Pa, 1 MPa (megapaskal) = 1 000 000 Pa. Przykłady: 34 hPa = ? Pa 1 hPa = 100 Pa, więc 34 hPa = 34  * 100 Pa = 3400 Pa 3 MPa = ? Pa 1 MPa = 1 000 000 Pa, więc 3 MPa = 3 * 1 000 000 Pa = 3 000 000 Pa 19 kPa = ? Pa 1 kPa = 1000 Pa, więc 19 kPa = 19 * 1000 Pa = 19 000 Pa.

15. Ciśnienie atmosferyczne To ciśnienie spowodowane ciężarem gazu. Jeśli w naczyniu lub zbiorniku znajduje się słup gazu o wysokości h, to wywiera on na dno ciśnienie atmosferyczne o wartości: pa = d ⋅ g ⋅ h gdzie: d - gęstość gazu, g - przyspieszenie ziemskie, h- wysokość słupa gazu nad daną powierzchni ą Wzór powyższy można wyprowadzić ze wzoru definiującego ciśnienie.

16. Wyznaczenie wartości ciśnienia atmosferycznego za pomocą strzykawki i siłomierza • Łączymy sznurkiem tłoczek strzykawki i hak siłomierza. Wylot strzykawki zalepiamy plasteliną • Odczytujemy wskazanie siłomierza • Ciągniemy ruchem jednostajnym strzykawkę • Odczytujemy końcowe wskazanie siłomierza • Mierzymy promień tłoczka strzykawki • Obliczamy pole powierzchni tłoczka ze wzoru s=∏r2 • Obliczamy wartość ciśnienia ze wzoru p= F/s

17. Początkowe wskazanie siłomierza: Początkowe położenie strzykawki: F=0N Końcowe wskazanie siłomierza: Końcowe położenie strzykawki: F=10N

18. Dane: Szukane: Wzór: s= Po= πr2 rtłoczka= 0,45cm s= ? p= ? p= F/s F= 10N Rozwiązanie: Po= 3,14 * (0,45cm)2 Po≈ 0,64cm2 0,64cm2= 0,000064m2 p= 10N/ 0,000064m2 p=156250 Pa =1562,5 hPa Wynik: Ciśnienie atmosferyczne wynosi około1563 hPa. Wynik różni się od rzeczywistej wartości ciśnienia atmosferycznego (1013hPa), co wynika z niskiej dokładności przyrządów oraz zastosowanej metody pomiaru.

19. Doświadczenia, które potwierdzają istnienie ciśnienia atmosferycznego

20. Dlaczego aluminiowa puszka zostaje zgnieciona? • Ogrzewamy puszkę, w której znajdują się 4 łyżki wody. • Czekamy , aż woda w puszcze będzie wrzała. • Po 30 sekundach ostrożnie wkładamy odwróconą puszkę do miski z zimną wodą.

21. Obserwacje: Puszka po włożeniu do zimnej wody zostaje zgnieciona ! Wniosek: W wyniku podgrzania ciepłe powietrze uciekło z puszki. W jej środku wytworzyło się podciśnienie, dzięki temu ciśnienie atmosferyczne zgniotło puszkę. Gdyby nie istniało ciśnienie atmosferyczne to puszka nie uległaby deformacji.

22. Dlaczego butelka zostaje zgnieciona ? Do butelki wlewamy wodę i zaczynamy ją pić, nie wpuszczając powietrza do środka. Wniosek: W środku butelki wytworzyliśmy podciśnienie. Ciśnienie atmosferyczne zgniata butelkę. Obserwacje: Butelka ulega zgnieceniu

24. Dlaczego z odwróconej szklanki nie wypływa woda? Do szklanki nalewamy wodę, przykładamy kartkę i odwracamy szklankę. Obserwacje: Woda nie wypływa. Wniosek: Ciśnienie atmosferyczne wywierane na kartkę jest większe od ciśnienia wywieranego przez ciecz znajdującą się w środku szklanki. Woda uszczelniła przestrzeń między kartką, a szklanką uniemożliwiając dopływ powietrza. Kartka

25. Dlaczego nie udało się nam rozłączyć przyssawek ?

26. Kolejne czynności: - przykładamy do siebie dwie przyssawki - zaciskamy uchwyty -ciągniemy za uchwyty w przeciwne strony Obserwacje: Przyssawek nie można rozłączyć działając w ten sposób Wniosek: Na skutek zaciśnięcia uchwytów guma w przyssawkach odkształciła się – powstało zagłębienie. Powietrze znajdujące się pomiędzy przyssawkami znalazło się teraz w większej objętości niż wcześniej. W ten sposób pomiędzy przyssawkami uzyskaliśmy podciśnienie, ciśnienie zewnętrzne przyciska do siebie przyssawki, uniemożliwiając ich rozłączenie.

27. Przyssawki szklarza Takie przyssawki wykorzystuje na co dzień szklarz do przenoszenia szyb. My przenosiliśmy z ich pomocą ławki ale tylko takie które miały gładki, niezniszczony blat!

28. Co utrzymuje taki wieszak na ścianie? Między ścianą a przyssawką podczas zawieszania wieszaka wytwarzamy podciśnienie, następnie jedynie siła parcia powietrza atmosferycznego działająca z zewnątrz dociska go do ściany.

29. A co będzie na chropowatej ścianie ? • Brzeg przyssawki nie przylega idealnie do ściany, co umożliwia dopływ powietrza pod przyssawkę i nie można uzyskać podciśnienia. Na takiej ścianie taki wieszak się nie utrzyma.

30. W jaki sposób działa przepychacz do rur? • Przepychacz działa na zasadzie przyssawki. Przyciskając go np. do otworu odpływowego część powietrza uchodzi, a po podciągnięciu do góry powstaje obszar o obniżonym ciśnieniu który wciąga do góry zator, udrażniając rurę.

31. Dlaczego zakraplacz działa? • Ściskając elastyczną część wypychamy powietrze i ten sposób w zakraplaczu uzyskujemy podciśnienie, zanurzamy go w cieczy i puszczamy elastyczną końcówkę zakraplacza, teraz ciśnienie atmosferyczne „wpycha” wodę do środka.

32. Dlaczego balonik rośnie? Kolejne czynności: - do plastikowego pojemnika próżniowego wkładamy balonik - zamykamy pojemnik i wypompowujemy z niego powietrze

33. Obserwacje: W miarę wypompowywania powietrza z pojemnika balonik rozszerza się. Wniosek: W pojemniku zmniejszamy ciśnienie, co umożliwiło rozszerzenie się balonika.

34. Guericke von Otto ( 1602-1686) Fizyk i wynalazca niemiecki. Wynalazł pompę próżniową (1650) i barometr wodny (1662), dzięki któremu wyznaczył ciśnienie powietrza i stwierdził jego zależność od wysokości i pogody. Wykonał doświadczenie z półkulami magdeburskimi. Zajmował się także elektrostatyką i wyjaśnił zjawisko tarcia.

35. Dlaczego nie mogę wypić wody? Do butelki nalej wody po brzegi Włóż do niej słomkę Z plasteliny uformuj wałeczek i bardzo szczelnie przymocuj go dookoła otworu butelki. W butelce powinno być jak najmniej powietrza. Spróbuj napić się wody z butelki przez słomkę

36. Obserwacje: Woda pozostanie w butelce nawet wtedy, kiedy bardzo mocno będziesz próbował ją wciągnąć. Wniosek: Podczas wciągania cieczy przez słomkę, w rzeczywistości nie ciągniemy cieczy do góry. Dochodzi jedynie do usunięcia powietrza ze słomki . W ten sposób zmniejsza się tam ciśnienie powietrza. Ponieważ jednak na samą ciecz w dalszym ciągu działa ciśnienie powietrza z zewnątrz, ciecz w słomce podnosi się do góry. Dzięki uszczelnieniu butelki, na ciecz nie może już oddziaływać żadne ciśnienie powietrza z zewnątrz i dlatego ciecz nie może przemieścić się do góry.

37. Dlaczego jajko wchodzi do butelki? Konieczne przedmioty: butelka (lub flakon), której szyjka ma trochę mniejszy obwód od obwodu jajka, ugotowane i obrane ze skorupki jajko, papierek, zapałki.Kolejne czynności:- Do wnętrza butelki wrzuć zapalony papierek.- Następnie na otworze flakonu kładziemy jajko.

39. Obserwacje: Zapałka gaśnie, a po chwili jajko w całości zostaje wciągnięte do środka butelki.Wnioski: Palący się papierek podgrzał znajdujące się tam powietrze. Zwiększyła się szybkość cząsteczek powietrza- ich część wydostała się z butelki. W ten sposób w jej środku uzyskaliśmy mniejsze ciśnienie niż na zewnątrz butelki. Ta różnica ciśnień była przyczyną zassania jajka do butelki.

40. Wykorzystanie ciśnienia atmosferycznego

41. Ciśnienie hydrostatyczne To ciśnienie spowodowane ciężarem cieczy. Jeśli w naczyniu lub zbiorniku znajduje się słup cieczy o wysokości h, to wywiera on na dno ciśnienie hydrostatyczne o wartości: ph = d ⋅ g ⋅ h gdzie: d - gęstość cieczy, g - przyspieszenie ziemskie, h- wysokość słupa cieczy Wzór powyższy można wyprowadzić ze wzoru definiującego ciśnienie Ciśnienie hydrostatyczne na Ziemi nie zależy od ilości cieczy w naczyniu lub zbiorniku. Ciśnienie wody w stawie i w oceanie na tej samej głębokości h jest jednakowe (przy założeniu, że woda w stawie ma taką samą gęstość jak w oceanie).

42. Otwory są na tej wysokości, więc ciśnienie hydrostatyczne jest jednakowe Na większej głębokości ciśnienie hydrostatyczne jest większe, dlatego z najniższego otworu wypływa ciecz z prędkością o większej wartości

43. Prawo Pascala Ciśnienie spowodowane działaniem z zewnątrz sił na ciecz lub gaz jest przekazywane we wszystkich kierunkach bez zmiany jego wartości. Z prawa tego korzystamy, budując urządzenia hydrauliczne i pneumatyczne: prasy, podnośniki, a także hamulce. My wykorzystaliśmy je do budowy dziadka do orzechów

44. Jak działa nasz nietypowy dziadek do orzechów? Potrzebne przedmioty: Dwie strzykawki napełnione wodą z tłokami o różnych średnicach połączone gumową rurką i odpowiednio przymocowane, orzechy, podkładka .

45. Obserwacje:Orzechy zgniatało się łatwo jeśli zostały umieszczone pod tłokiem o większej średnicy. Wniosek: Z prawa Pascala wynika, że w całym układzie jest jednakowe ciśnienie. Zatem F1/S1=F2/S2 Gdy na tłok o mniejszej powierzchni S1 zadziałamy siłą F1 to na powierzchnię większą S2=nS1 będzie działała większa siła F2 =nF1 , która umożliwi nam zgniecenie orzecha

46. Prawo Bernoulliego W szybko poruszającym się strumieniu cieczy lub gazu panuje niższe ciśnienie niż w poruszającym się wolniej lub spoczywającym. Wykorzystamy to prawo do przeprowadzenia kilku ciekawych doświadczeń prezentowanych na kolejnych slajdach.

47. Dlaczego papier zbliża się do siebie gdy dmuchamy przez słomkę? powietrze

48. Dlaczego papier zbliża się do siebie gdy dmuchamy przez słomkę? Papier przybliża się do siebie, ponieważ ciśnienie wydmuchiwanego przez słomkę powietrza jest mniejsze od ciśnienia Atmosferycznego, które działa na papier z drugiej strony.

49. Dlaczego piłeczka nie spada?

50. Film