Płyny

1. Płyny Płyn to substancja zdolna do przepływu. Płyn przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje. Płyny to ciecze i gazy. Ani w cieczy ani w gazie nie ma regularnego układu atomów lub cząsteczek

2. Czwarty stan materii Plazma – stan materii, w którym część cząsteczek występuje w stanie zjonizowanym. Jonizacja – zjawisko powstawania jonu z obojętnego atomu lub cząsteczki. Może powstać np. w wyniku zderzenia atomu lub cząsteczki z cząstką o wysokiej energii.

3. Gęstość Gęstość płynu: m i V – masa i objętość próbki. Gęstość jest wielkością skalarną. Ile waży litr czarnej dziury? 1 L * 4*1019 kg/m3 = 1* 10-3 m3 * 4*1019 kg/m3 = 4*1016 kg Masa dużej arktycznej góry lodowej ~ 1015 kg.

4. Ciśnienie Ciśnienie wywierane przez płyn: F S m i V – masa i objętość próbki. Ciśnienie jest wielkością skalarną. Jednostką ciśnienia jest paskal. 1 Pa = 1N/m2

5. Ciśnienie atmosfery Ziemi

6. Płyny w spoczynku y = 0 F2 F2= F1 + mg F2 S y1 F1 = p1S y2 S F2 = p2S mg mg F1 m = rV F1 V = S(y1-y2) p2S = p1S + rS(y1-y2)g p2 = p1 + rg(y1-y2)

7. Ciśnienie w cieczy p2 = p1 + rg(y1-y2) p1 = p0 y1 = 0 y2= -h p2 = p Ciśnienie na głębokości h: p = p0 + rgh

8. Wielki Błękit Ciśnienie na głębokości 100 m: p = p0 + rgh p = 1013 hPa + (998 kg/m3)(9.8m/s2)(100m) = 1.01* 105 N/m2 + 9.78 *105 N/m2

9. Ciśnienie atmosferyczne p2 = p1 + rg(y1-y2) p1 = p0 y1 = 0 y2= d p2 = p Ciśnienie na wysokości d: p = p0 - rpowgd

10. Ciśnienie atmosferyczne 4000 m 2700 m 300 m

11. Pomiar ciśnienia – barometr rtęciowy p2 = p1 + rg(y1-y2) y2= h p2 = 0 p0 = rHggh Dla p0 = 1013 hPa, h = 760 mm y1 = 0 http://new.meteo.pl/ p1 = p0

12. Pomiar ciśnienia - manometr y1 = 0 pgaz = p0 + rgh p1 = p0 y2= -h p2 = pgaz

13. Prawo Pascala W zamkniętej objętości nieściśliwego płynu zmiana ciśnienia jest przenoszona bez zmiany wartości do każdego miejsca w płynie i do ścian zbiornika Przyrost p nie zależy od h. Musi być taki sam w każdym punkcie cieczy. pzewn h h p p = pzewn + rgh Dp = Dpzewn

14. Prasa hydrauliczna F2 Dp = F1/S1 = F2/S2 F2 = F1(S2/S1) S1 Gdy S2 > S1 F2 > F1 S2 ciecz (olej)

15. Prawo Archimedesa Fw Fw Fw Fg Fg Fg płyn kamień drewno Fw = mpg Na ciało całkowicie lub częściowo zanurzone w płynie działa ze strony płynu siła wyporu Fw. Jest on skierowana pionowo do góry, a jej wartość jest równa ciężarowi mpg płynu wypartego przez ciało.

16. Legenda o odkryciu prawa wyporu Władca Syrakuz, Hieron II, powziął podejrzenie, że złotnik, któremu powierzono wykonanie korony ze szczerego złota, dodał do niej pewną ilość srebra. Król zwrócił się do Archimedesa z prośbą o ustalenie, jak sprawa ma się naprawdę. Prośbę swą obwarował żądaniem, by w żadnym wypadku nie zepsuć misternie wykonanej korony, istnego arcydzieła sztuki złotniczej. ? rkorona rAu =

17. Legenda o odkryciu prawa wyporu mAu= mkorona FwAu < Fwkorona mpAug < mpkoronag VAurwoda< Vkoronarwoda VAu< Vkorona

18. Pływanie ciał Gdy ciało pływa w płynie, wartość działającej na nie siły wyporu Fw jest równa wartości działającej na nie siły ciężkości. Fw = Fg Ale Fw = mpg Gdy ciało pływa w płynie, wartość działającej na nie siły ciężkości Fg jest równa ciężarowi płynu wypartego przez to ciało mpg. Fg = mpg

19. Pływanie ciał - przykład Jaka część objętości góry lodowej wystaje nad powierzchnię morza? Gęstość lodu wynosi 920 kg/m3 a gęstość wody morskiej 1030 kg/m3. Ciężar góry lodowej wynosi: Wl = rlVlg Ciężar objętości Vw wypartej wody morskiej: Ww = rwVwg Pływanie: rlVlg = rwVwg Vw/Vl = rl/rw= 920/1030 = 0.89 Objętość wypartej wody równa się objętości zanurzonej części góry lodowej, czyli 89% góry znajduje się pod wodą.

20. Pływanie ciał - przykład

21. Pływanie ciał - statki Statki muszą być tak zaprojektowane, by wypierały ciecz o ciężarze równym własnemu ciężarowi. Mstatkug = rwVwg Zanurzenie statku h ~ Vw= Mstatku /rw zależy od gęstości wody! * TF – Tropical Fresh Water * F – Fresh Water * T – Tropical Seawater * S – Summer Temperate Seawater * W – Winter Temperate Seawater * WNA – Winter North Atlantic

22. Siły wyporu powietrza Na ciało znajdujące się w powietrzu działa siła wyporu równa ciężarowi wypartego powietrza. Wypełnione gazem balony, które wznoszą się w powietrzu maja gęstość mniejszą niż powietrze.

23. Równanie ciągłości v t v t + Dt Dx Element płynu przebywa w czasie Dt drogę Dx = vDt. W czasie Dt przez rurę przepływa płyn o objętości DV: DV = SDx = SvDt

24. Równanie ciągłości DV = S1v1Dt DV = S2v2Dt Równanie ciągłości: S1v1 = S2v2 Prędkość przepływu wzrasta gdy maleje pole przekroju poprzecznego, przez który płyn przepływa.

25. Równanie Bernoulliego Z zasady zachowania energii dla płynu: wynika równanie Bernoulliego:

26. Równanie Bernoulliego Dla v1 = v2 = 0 p2 = p1 + rg(y1-y2) Dla y1 = y2 = 0 Gdy prędkość rośnie, jego wewnętrzne ciśnienie maleje.

27. Równanie Bernoulliego - zastosowania

28. Równanie Bernoulliego - zastosowania

29. Równanie Bernoulliego - zastosowania „Efekt zasłony prysznicowej” Rozkład ciśnienia Ruch powietrza